Original Title: Integrating Remote Sensing Methods for Monitoring Lake Water Quality: A Comprehensive Review
Source: doi.org/10.3390/hydrology11070092
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ការរួមបញ្ចូលវិធីសាស្រ្តទូរកម្មសញ្ញា (Remote Sensing) សម្រាប់ការត្រួតពិនិត្យគុណភាពទឹកបឹង៖ ការសិក្សាឡើងវិញដ៏ទូលំទូលាយ

ចំណងជើងដើម៖ Integrating Remote Sensing Methods for Monitoring Lake Water Quality: A Comprehensive Review

អ្នកនិពន្ធ៖ Anja Batina (Faculty of Geodesy, University of Zagreb), Andrija Krtalić (Faculty of Geodesy, University of Zagreb)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2024 Hydrology

វិស័យសិក្សា៖ Hydrology and Environmental Science

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ការប្រែប្រួលអាកាសធាតុ កំណើននៃការប្រើប្រាស់ និងការបំពុលបានធ្វើឱ្យប៉ះពាល់យ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរដល់គុណភាពទឹកបឹង ខណៈដែលវិធីសាស្ត្រវាស់វែងដោយផ្ទាល់ (in situ) មានការចំណាយខ្ពស់និងចំណាយពេលយូរ ដែលទាមទារនូវប្រព័ន្ធត្រួតពិនិត្យដែលមានប្រសិទ្ធភាពជាងមុន។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ ការសិក្សានេះបានធ្វើការវិភាគគន្ថនិទ្ទេសយ៉ាងទូលំទូលាយលើឯកសារស្រាវជ្រាវពីឆ្នាំ ១៩៧៧ ដល់ ២០២៣ ដើម្បីវាយតម្លៃវិធីសាស្ត្រ និងឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាពីចម្ងាយ (Remote Sensing) ក្នុងការតាមដានគុណភាពទឹក។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Empirical Methods
វិធីសាស្ត្រជាក់ស្តែង (ផ្អែកលើទិន្នន័យស្ថិតិ និងការអង្កេត)
មានភាពសាមញ្ញ មិនត្រូវការកម្លាំងកុំព្យូទ័រខ្លាំង និងអាចសម្របតាមលក្ខណៈពិសេសនៃផ្ទៃទឹកនីមួយៗ។ ខ្វះយន្តការរូបវិទ្យាជាក់លាក់ សុពលភាពតាមពេលវេលាមានកម្រិត និងពឹងផ្អែកខ្លាំងលើទិន្នន័យវាស់វែងផ្ទាល់ (in situ)។ មានប្រសិទ្ធភាពបំផុតសម្រាប់ការទាញយកសីតុណ្ហភាពទឹក (WT) ដោយមាន R² = 0.84 ព្រមទាំងប្រើជាទូទៅសម្រាប់កម្រិតល្អក់ (Turbidity)។
Semi-Analytical Methods
វិធីសាស្ត្រវិភាគពាក់កណ្តាល (រួមបញ្ចូលរូបវិទ្យា និងស្ថិតិ)
ផ្អែកលើលក្ខណៈអុបទិកនៃទឹកនិងបរិយាកាស ដែលធ្វើឲ្យវាអាចប្រើប្រាស់បានទូលំទូលាយលើលំហ និងពេលវេលា។ ការអភិវឌ្ឍម៉ូដែលមានភាពស្មុគស្មាញ ទាមទារចំណេះដឹងលើការកែតម្រូវបរិយាកាស (Atmospheric correction) និងការវាស់វែងជាក់ស្តែងច្រើន។ ត្រូវបានអនុវត្តយ៉ាងជោគជ័យក្នុងទ្រង់ទ្រាយធំ សម្រាប់ការទាញយកប៉ារ៉ាម៉ែត្រ ក្លរ៉ូហ្វីល-អា (chl-α) និងភាពថ្លានៃទឹក (SDD)។
Machine Learning (ML) / Neural Networks (NN)
ការរៀនដោយម៉ាស៊ីន និងបណ្តាញសរសៃប្រសាទ
ពូកែក្នុងការដោះស្រាយទំនាក់ទំនងមិនលីនេអ៊ែរស្មុគស្មាញ និងអាចគ្រប់គ្រងប៉ារ៉ាម៉ែត្រច្រើនក្នុងពេលតែមួយបានយ៉ាងល្អ។ ត្រូវការសំណុំទិន្នន័យបណ្តុះបណ្តាល (Training dataset) ធំ ទាមទារថាមពលកុំព្យូទ័រខ្ពស់ និងអាចមានហានិភ័យនៃដំណោះស្រាយដែលមិនអាចពន្យល់បាន (Black-box)។ ទទួលបានភាពត្រឹមត្រូវខ្ពស់បំផុត ដោយមេគុណទំនាក់ទំនង R² > 0.98 សម្រាប់ការទាញយកទិន្នន័យក្លរ៉ូហ្វីល-អា និងកម្រិតល្អក់ យកឈ្នះលើម៉ូដែលតំរែតំរង់ធម្មតា។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការអនុវត្តការត្រួតពិនិត្យគុណភាពទឹកតាមរយៈទូរកម្មសញ្ញា (Remote Sensing) និងម៉ូដែលសិក្សាដោយម៉ាស៊ីន (Machine Learning) ទាមទារទាំងការវិនិយោគលើផ្នែកបច្ចេកវិទ្យា កម្លាំងកុំព្យូទ័រ និងការប្រមូលទិន្នន័យវាស់ផ្ទាល់នៅមូលដ្ឋានយ៉ាងសកម្ម។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សាភាគច្រើនដែលបានលើកឡើងនៅក្នុងឯកសារនេះ ត្រូវបានធ្វើឡើងនៅសហរដ្ឋអាមេរិក ចិន និងតំបន់អឺរ៉ុប។ លក្ខណៈអុបទិកនៃបឹង (ឧទាហរណ៍៖ បឹងរាក់មានរុក្ខជាតិច្រើន ឬសីតុណ្ហភាពខុសគ្នា) គឺប្រែប្រួលទៅតាមតំបន់ភូមិសាស្ត្រ ដែលនេះមានន័យថាម៉ូដែលដែលបានបង្កើតរួច ត្រូវតែធ្វើតេស្ត និងថ្លឹងថ្លែងឡើងវិញ (Calibration) ជាមួយទិន្នន័យជាក់ស្តែងមុននឹងយកមកអនុវត្តនៅប្រទេសកម្ពុជា។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

វិធីសាស្ត្រនេះមានសក្តានុពល និងសារៈសំខាន់ខ្លាំងណាស់ក្នុងការជួយស្ថាប័នពាក់ព័ន្ធនៅកម្ពុជា ដើម្បីត្រួតពិនិត្យធនធានទឹកដែលកំពុងរងការគំរាមកំហែងពីការអភិវឌ្ឍន៍ និងការប្រែប្រួលអាកាសធាតុប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពចំណាយ។

ការរួមបញ្ចូលរូបភាពផ្កាយរណបឥតគិតថ្លៃរួមជាមួយម៉ូដែល Machine Learning នឹងផ្តល់នូវប្រព័ន្ធដោះស្រាយបញ្ហាគុណភាពទឹកទាន់ពេលវេលា និងកាត់បន្ថយចំណាយប្រតិបត្តិការយ៉ាងច្រើនសម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជា។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. សិក្សា និងប្រមូលទិន្នន័យផ្កាយរណប (Satellite Data Acquisition): សិក្សាពីរបៀបទាញយករូបភាពផ្កាយរណបដោយឥតគិតថ្លៃពី USGS Earth Explorer (Landsat 5/8)Copernicus Data Space Ecosystem (Sentinel-2/3) ដោយផ្តោតលើតំបន់ផ្ទៃទឹកដែលចង់ស្រាវជ្រាវ។
  2. ប្រមូលទិន្នន័យវាស់វែងផ្ទាល់ (In Situ Data Collection): រៀបចំយុទ្ធនាការចុះវាស់វែងប៉ារ៉ាម៉ែត្រគុណភាពទឹក (ដូចជា ក្លរ៉ូហ្វីល-អា និងភាពល្អក់) នៅទីតាំងជាក់លាក់ណាមួយ ដើម្បីផ្គូផ្គង (Match) ជាមួយកាលបរិច្ឆេទក្នុងរង្វង់ ±4 ថ្ងៃ នៃថ្ងៃដែលផ្កាយរណបឆ្លងកាត់។
  3. ដំណើរការទិន្នន័យមុនការវិភាគ (Data Preprocessing): ប្រើប្រាស់កម្មវិធីកូដបើកចំហរដូចជា QGISSNAP (SeNtinel Application Platform) ដើម្បីធ្វើការកែតម្រូវបរិយាកាស (Atmospheric Correction) កែតម្រូវធរណីមាត្រ និងលុបបំបាត់រូបភាពពពក (Cloud masking) លើតំបន់ផ្ទៃទឹក។
  4. បង្កើតម៉ូដែលវិភាគអុបទិក (Optical Model Development): សរសេរកូដដោយប្រើប្រាស់ Python (Scikit-learn, TensorFlow) ដើម្បីបង្កើតម៉ូដែល Machine Learning (e.g., Artificial Neural Networks) សម្រាប់ស្វែងរកទំនាក់ទំនងរវាងបន្សំ Band នៃរូបភាពផ្កាយរណប និងទិន្នន័យវាស់ផ្ទាល់ដើម្បីទាញយកតម្លៃគុណភាពទឹក។
  5. វាយតម្លៃ និងរៀបចំផែនទី (Validation and Mapping): ផ្ទៀងផ្ទាត់ភាពត្រឹមត្រូវនៃម៉ូដែលដោយប្រើ ៣០% នៃទិន្នន័យ (គណនា R² និងកំហុស) រួចផលិតជាផែនទីរបាយគុណភាពទឹក Spatiotemporal Distribution Maps ដើម្បីជាប្រយោជន៍ដល់អ្នកធ្វើគោលនយោបាយ។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Optically active parameters ប៉ារ៉ាម៉ែត្រគុណភាពទឹកដែលមានលក្ខណៈសកម្មអុបទិក គឺជាសារធាតុនៅក្នុងទឹក (ដូចជាក្លរ៉ូហ្វីល កម្ទេចកំទី ឬសារធាតុសរីរាង្គរលាយ) ដែលមានប្រតិកម្មជាមួយពន្លឺព្រះអាទិត្យ ដោយការស្រូបយក ឬចំណាំងផ្លាតពន្លឺនោះ ដែលធ្វើឲ្យឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាពីផ្កាយរណបអាចចាប់យកទិន្នន័យកំហាប់របស់វាបាន។ ដូចជាការបន្តក់ទឹកថ្នាំពណ៌ចូលក្នុងកែវទឹក ដែលធ្វើឲ្យទឹកនោះប្តូរពណ៌ ហើយយើងអាចមើលដឹងថាមានទឹកថ្នាំកម្រិតណាដោយគ្រាន់តែសម្លឹងមើលផ្ទៃទឹកពីលើ។
Chlorophyll-α (chl-α) ក្លរ៉ូហ្វីល-អា គឺជាសារធាតុពណ៌បៃតងដែលមាននៅក្នុងរុក្ខជាតិ និងភូតគាមសមុទ្រ (Phytoplankton) ក្នុងទឹក ដែលគេវាស់វែងដើម្បីដឹងពីកម្រិតនៃពពួកសារាយ និងជីវជាតិបំប៉ននៅក្នុងបឹង។ ការកើនឡើងកំហាប់សារធាតុនេះខុសប្រក្រតីអាចបង្កជាបាតុភូតការរីកដុះដាលសារាយ (Algal blooms) ដែលបញ្ចេញជាតិពុលចូលក្នុងទឹក។ ប្រៀបដូចជាទែម៉ូម៉ែត្រវាស់សុខភាពរបស់បឹង បើផ្ទៃទឹកមានពណ៌បៃតងខ្លាំងពេក មានន័យថាបឹងនោះកំពុងឈឺ ដោយសារមានសារាយច្រើនពេកទាញយកអុកស៊ីហ្សែនអស់ពីក្នុងទឹក។
Secchi Disk Depth (SDD) ជម្រៅថាសសេកគី (Secchi Disk Depth) ជារង្វាស់នៃភាពថ្លា ឬភាពមើលធ្លុះនៃទឹក ដោយផ្អែកលើជម្រៅអតិបរមាដែលគេទម្លាក់ថាសពណ៌សនិងខ្មៅចូលទៅក្នុងទឹកហើយភ្នែកនៅតែអាចមើលឃើញ។ នៅក្នុងបច្ចេកវិទ្យាទូរកម្មសញ្ញា (Remote Sensing) គេប្រើប្រាស់ក្បួនគណនាពីផ្កាយរណបដើម្បីប៉ាន់ស្មានជម្រៅនេះ ដោយមិនបាច់ចុះទៅវាស់ផ្ទាល់។ ដូចជាការសម្លឹងមើលកាក់ដែលធ្លាក់ក្នុងអាងទឹក ទឹកកាន់តែថ្លា យើងកាន់តែអាចមើលឃើញកាក់នោះនៅជម្រៅកាន់តែជ្រៅ។
Atmospheric correction ការកែតម្រូវបរិយាកាស គឺជាដំណើរការគណនាក្នុងការកាត់ចេញនូវកំហុសទិន្នន័យ (Noise) ដែលបង្កឡើងដោយចំណាំងផ្លាតនៃចំហាយទឹក ធូលី ឬពពកក្នុងបរិយាកាស មុននឹងទិន្នន័យពន្លឺឆ្លុះពីផ្ទៃទឹកទៅដល់កាមេរ៉ាផ្កាយរណប ដើម្បីធានាថារូបភាពដែលបានមកឆ្លុះបញ្ចាំងពីស្ថានភាពទឹកពិតប្រាកដ។ ដូចជាការជូតសម្អាតកញ្ចក់វ៉ែនតាដែលប្រឡាក់ធូលី ឬមានផ្សែង ដើម្បីឲ្យយើងអាចមើលឃើញទេសភាពខាងក្រៅបានច្បាស់ល្អ និងមានពណ៌ពិត។
Semi-Analytical Methods វិធីសាស្ត្រវិភាគពាក់កណ្តាល គឺជាបច្ចេកទេសបង្កើតម៉ូដែលដែលរួមបញ្ចូលគ្នារវាងទ្រឹស្តីរូបវិទ្យា (ការបញ្ជូន និងស្រូបពន្លឺក្នុងទឹក) និងការវិភាគទិន្នន័យស្ថិតិ ដើម្បីទាញយកទិន្នន័យគុណភាពទឹកពីរូបភាពផ្កាយរណប។ វិធីសាស្ត្រនេះមានភាពស្មុគស្មាញ ប៉ុន្តែអាចយកទៅអនុវត្តបានទូលំទូលាយលើផ្ទៃទឹកខុសៗគ្នា។ ដូចជាការចម្អិនម្ហូបដោយប្រើទាំងរូបមន្តទ្រឹស្តីពីសៀវភៅ និងការភ្លក់ផ្ទាល់មាត់កែច្នៃជាក់ស្តែង ដើម្បីធានាថារសជាតិចេញមកឆ្ងាញ់គ្រប់ពេល។
In situ measurements ការវាស់វែងនៅទីតាំងផ្ទាល់ គឺជាសកម្មភាពចុះទៅប្រមូលទិន្នន័យ ឬយកសំណាកទឹកដោយផ្ទាល់នៅតាមទីតាំងបឹង ឬទន្លេ ដើម្បីយកមកបណ្តុះបណ្តាល (Train) ឬផ្ទៀងផ្ទាត់ (Validate) ភាពត្រឹមត្រូវនៃម៉ូដែលទិន្នន័យដែលចាប់យកបានពីផ្កាយរណប។ ដូចជាការចុះទៅពិនិត្យមើល និងស្ទាបទំនិញផ្ទាល់ដៃនៅហាង មុននឹងសម្រេចចិត្តទិញតាមរូបភាពនៅលើអនឡាញ ដើម្បីបញ្ជាក់ថាវាពិតជាដូចគ្នាមែន។
Hyperspectral sensors ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាអុបទិកកម្រិតខ្ពស់ (Hyperspectral sensors) ដែលបំពាក់លើផ្កាយរណប ឬយន្តហោះ អាចចាប់យករូបភាពក្នុងរលកពន្លឺតូចៗរាប់រយតម្រួតគ្នា (Bands) ដែលអនុញ្ញាតឲ្យអ្នកវិទ្យាសាស្ត្របែងចែកលក្ខណៈនៃសារធាតុគីមី ឬជីវសាស្ត្រក្នុងទឹកបានយ៉ាងល្អិតល្អន់បំផុត បើធៀបនឹងកាមេរ៉ាពហុវិសាលគម (Multispectral) ធម្មតា។ ប្រៀបដូចជាកាសស្តាប់តន្ត្រីកម្រិតខ្ពស់ ដែលអាចធ្វើឲ្យអ្នកស្តាប់ឮសំឡេងឧបករណ៍តន្ត្រីគ្រប់ប្រភេទដាច់ពីគ្នាច្បាស់ៗ មិនមែនឮត្រឹមតែសំឡេងជុំគ្នាមួយដុំៗនោះទេ។
Artificial Neural Networks (ANN) បណ្តាញសរសៃប្រសាទសិប្បនិម្មិត គឺជាទម្រង់នៃក្បួនដោះស្រាយការរៀនដោយម៉ាស៊ីន (Machine Learning Algorithm) ដែលធ្វើការត្រាប់តាមរចនាសម្ព័ន្ធខួរក្បាលមនុស្ស ដើម្បីរៀនស្វែងរកទំនាក់ទំនងមិនលីនេអ៊ែរដ៏ស្មុគស្មាញរវាងបណ្តុំទិន្នន័យរូបភាពផ្កាយរណប និងទិន្នន័យវាស់វែងទឹកជាក់ស្តែង។ ប្រៀបដូចជាការបង្រៀនកូនក្មេងឲ្យស្គាល់សត្វឆ្កែ ដោយបង្ហាញរូបភាពសត្វឆ្កែច្រើនប្រភេទរាប់ពាន់ដង រហូតដល់ខួរក្បាលគេអាចចំណាំនិងទាយត្រូវ ទោះបីជាឃើញពូជឆ្កែថ្មីដែលមិនធ្លាប់ឃើញពីមុនក៏ដោយ។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖