Original Title: Comparison of Object and Pixel Based Approaches for Land Use/Land Cover Classification using Medium Resolution Remote Sensing Images: A Case Study in Lao Cai Province of Vietnam
Source: doi.org/10.24544/ocu.20201214-002
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ការប្រៀបធៀបវិធីសាស្ត្រផ្អែកលើវត្ថុនិងភីកសែលសម្រាប់ការធ្វើចំណាត់ថ្នាក់ការប្រើប្រាស់ដី/គម្របដីដោយប្រើរូបភាពតេឡេសិក្សាកម្រិតបង្ហាញមធ្យម៖ សិក្សាស្រាវជ្រាវករណីនៅខេត្តឡាវកៃ ប្រទេសវៀតណាម

ចំណងជើងដើម៖ Comparison of Object and Pixel Based Approaches for Land Use/Land Cover Classification using Medium Resolution Remote Sensing Images: A Case Study in Lao Cai Province of Vietnam

អ្នកនិពន្ធ៖ Do, Thi Hang (Osaka City University)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2020

វិស័យសិក្សា៖ Remote Sensing and GIS

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ការស្រាវជ្រាវនេះដោះស្រាយបញ្ហាប្រឈមក្នុងការទាញយកព័ត៌មានអំពីការប្រើប្រាស់ដី/គម្របដី (LULC) ដែលមានភាពស្មុគស្មាញដូចជាវាលស្រែថ្នាក់ ពីរូបភាពតេឡេសិក្សាកម្រិតបង្ហាញមធ្យមនៅក្នុងខេត្តឡាវកៃ ប្រទេសវៀតណាម។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ ការសិក្សានេះបានវាយតម្លៃប្រៀបធៀបការវិភាគរូបភាពផ្អែកលើភីកសែល (PBIA) និងផ្អែកលើវត្ថុ (OBIA) ដោយប្រើប្រាស់ក្បួនតក្កវិទ្យាស្រពិចស្រពិល ម៉ាស៊ីនរៀន និងបណ្តាញសរសៃប្រសាទកុនវ៉ុលស្រាល (LCNN)។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
OBIA Fuzzy Approach
វិធីសាស្ត្រផ្អែកលើវត្ថុដោយប្រើក្បួនតក្កវិទ្យាស្រពិចស្រពិល (OBIA Fuzzy)
អាចបង្កើតផែនទីគម្របដី (LULC) ដោយទទួលបានភាពត្រឹមត្រូវរួមលើសពី ៩០%។ វាអាចទាញយកលក្ខណៈពិសេសនៃលំហ និងពន្លឺបានល្អសម្រាប់វត្ថុធំៗ។ លំហូរការងារមានភាពស្មុគស្មាញច្រើនដំណាក់កាល និងទាមទារការកំណត់កម្រិតប៉ារ៉ាម៉ែត្រ (threshold parameters) ដោយការស្មាន។ មានភាពត្រឹមត្រូវទាបសម្រាប់ចំណាត់ថ្នាក់វាលស្រែថ្នាក់។ សម្រេចបានភាពត្រឹមត្រូវរួម (Overall Accuracy) > ៩០% និងមេគុណ Kappa ០.៨៤ តែនៅមានចំណុចខ្សោយលើការកត់សម្គាល់វាលស្រែ។
Machine Learning Classifiers (MLP, RF, SVM) via PBIA and OBIA
ម៉ាស៊ីនរៀន (MLP, RF, SVM) តាមរយៈក្បួន PBIA និង OBIA
ធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំងនូវការកំណត់អត្តសញ្ញាណវាលស្រែថ្នាក់ (rice terraces)។ ក្បួន PBIA ផ្តល់នូវវិធីសាស្ត្រសាមញ្ញ និងមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ជាង OBIA ។ ទាមទារការរៀបចំទិន្នន័យហ្វឹកហាត់ច្រើន ហើយក្បួន OBIA ងាយរងផលប៉ះពាល់ពីការជ្រើសរើសកម្រិតនៃការបំបែករូបភាព (segmentation threshold)។ ផ្តល់ភាពត្រឹមត្រូវខ្ពស់ជាង ៩០% សម្រាប់ការធ្វើចំណាត់ថ្នាក់វាលស្រែថ្នាក់ ពិសេសក្បួនផ្អែកលើភីកសែល (PBIA) ដំណើរការបានល្អជាង។
Light Convolutional Neural Network (LCNN)
បណ្តាញសរសៃប្រសាទកុនវ៉ុលស្រាល (LCNN)
កាត់បន្ថយភាពស្មុគស្មាញនៃលំហូរការងារ និងដោះស្រាយបញ្ហានៃការទស្សន៍ទាយប៉ារ៉ាម៉ែត្រ។ ដំណើរការបានល្អទាំងការប្រើប្រាស់ Input ជា PBIA (Filter 1x1) និង OBIA (Filter 3x3)។ ទោះបីជាជាម៉ូដែល 'ស្រាល' ក្តី ប៉ុន្តែនៅតែទាមទារសមត្ថភាពកុំព្យូទ័រ (Computational power) ខ្ពស់ជាងវិធីសាស្ត្រប្រពៃណី និងទិន្នន័យហ្វឹកហាត់ដែលមានគុណភាព។ ទទួលបានភាពត្រឹមត្រូវរួម ៩៧% (Landsat-8), ៩៤% (RapidEye) និង ៩១% (Sentinel-2) ដោយដំណើរការលឿនជាងម៉ូដែល Fuzzy និង ML ធម្មតា។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការស្រាវជ្រាវនេះត្រូវបានអនុវត្តទាំងស្រុងដោយប្រើប្រាស់កម្មវិធីកូដបើកចំហ (Free and Open Source Software) និងទិន្នន័យបើកទូលាយ (Open Data) ដែលជួយកាត់បន្ថយចំណាយបានយ៉ាងច្រើនសម្រាប់ការអនុវត្តជាក់ស្តែង។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះត្រូវបានធ្វើឡើងនៅខេត្ត Lao Cai ប្រទេសវៀតណាម ដែលជាតំបន់ភ្នំមានសណ្ឋានដីវាលស្រែថ្នាក់ (rice terraces) ច្បាស់លាស់។ ទិន្នន័យ និងគំរូនៃសណ្ឋានដីនេះមានលក្ខណៈប្រហាក់ប្រហែលនឹងតំបន់ភ្នំមួយចំនួននៅភាគឦសានប្រទេសកម្ពុជា ប៉ុន្តែអាចមិនឆ្លុះបញ្ចាំងពេញលេញពីសណ្ឋានដីវាលទំនាបកណ្តាលទូលំទូលាយរបស់កម្ពុជាឡើយ ដូចនេះការយកមកប្រើប្រាស់ចាំបាច់ត្រូវមានការប្រមូលទិន្នន័យហ្វឹកហាត់ (Training data) ថ្មីក្នុងបរិបទប្រទេសកម្ពុជា។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

វិធីសាស្ត្រ LCNN រួមជាមួយទិន្នន័យបើកទូលាយនេះ មានសក្តានុពលខ្ពស់ខ្លាំងក្នុងការយកមកអនុវត្តនៅប្រទេសកម្ពុជា ពិសេសសម្រាប់ការគូសផែនទីគម្របដី និងតាមដានការប្រើប្រាស់ដីធ្លីចំណាយទាប។

ជារួម ការប្រើប្រាស់បណ្តាញ LCNN និងក្បួន PBIA/OBIA ជាមួយទិន្នន័យឥតគិតថ្លៃ គឺជាដំណោះស្រាយប្រកបដោយនវានុវត្តន៍ និងប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ សម្រាប់ការតាមដានការប្រែប្រួលបរិស្ថាន និងគាំទ្រដល់ការធ្វើផែនការអភិវឌ្ឍន៍នៅកម្ពុជា។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. ១. ប្រមូលទិន្នន័យរូបភាពផ្កាយរណប (Acquire Satellite Imagery): ទាញយករូបភាព Sentinel-2 (កម្រិតច្បាស់ 10m) ឬ Landsat-8 (កម្រិតច្បាស់ 30m) ដែលគ្របដណ្តប់លើតំបន់គោលដៅនៅកម្ពុជាពីវេទិកាឥតគិតថ្លៃដូចជា Copernicus Open Access HubUSGS EarthExplorer
  2. ២. រៀបចំទិន្នន័យ និងដកស្រង់លក្ខណៈ (Data Preparation & Pre-processing): ប្រើប្រាស់កម្មវិធី QGISGoogle Earth Engine (GEE) ដើម្បីដំណើរការរូបភាពបឋម ដូចជាការកែតម្រូវបរិយាកាស (Atmospheric correction) និងការគណនាសន្ទស្សន៍វិសាលគមផ្សេងៗ (ឧ. NDVI, NDWI) ដើម្បីជាធាតុចូលសម្រាប់ម៉ូដែល។
  3. ៣. បង្កើតទិន្នន័យហ្វឹកហាត់ (Generate Training Samples): កំណត់តំបន់គំរូ (Region of Interests - ROIs) សម្រាប់ថ្នាក់នីមួយៗនៃការប្រើប្រាស់ដី (ឧ. ព្រៃឈើ ដីកសិកម្ម ទីប្រជុំជន ទឹក) នៅក្នុង QGIS ដោយផ្អែកលើការចុះអង្កេតផ្ទាល់ ឬប្រើប្រាស់រូបភាព Google Earth High-Resolution
  4. ៤. អភិវឌ្ឍម៉ូដែលម៉ាស៊ីនរៀន និង LCNN (Model Development): ប្រើប្រាស់ភាសា Python ជាមួយនឹងបណ្ណាល័យ scikit-learn សម្រាប់ក្បួន Random Forest និង TensorFlow/Keras សម្រាប់បង្កើតគំរូ Light Convolutional Neural Network (LCNN) ដោយកំណត់ទំហំ Filter ជា 1x1 សម្រាប់ PBIA ឬ 3x3 សម្រាប់ OBIA។
  5. ៥. វាយតម្លៃម៉ូដែល និងសមាហរណកម្មដ្រូន (Validation & UAV Integration): វាយតម្លៃភាពត្រឹមត្រូវនៃផែនទីដែលបានបង្កើតដោយប្រើ Confusion Matrix (រកមើល Overall Accuracy និង Kappa)។ បន្ទាប់មក ពិចារណាប្រើប្រាស់រូបភាព Multi-spectral UAV សម្រាប់ទីតាំងតូចៗដើម្បីផ្ទៀងផ្ទាត់បន្ថែម និងដោះស្រាយបញ្ហាពពកបាំងលើរូបភាពផ្កាយរណប។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Pixel Based Image Analysis (PBIA) វិធីសាស្ត្រវិភាគរូបភាពដែលចាត់ថ្នាក់គម្របដីដោយផ្អែកលើព័ត៌មាននៃភីកសែលនីមួយៗដាច់ដោយឡែកពីគ្នា ដោយមិនពិចារណាលើរូបរាង ឬទំហំនៃវត្ថុជុំវិញនោះទេ។ ដូចជាការមើលផ្ទាំងគំនូរដោយយកចិត្តទុកដាក់តែលើចំណុចពណ៌តូចៗមួយៗ ដោយមិនខ្វល់ថារូបភាពរួមត្រូវបានគូសចេញជារូបអ្វីនោះទេ។
Object Based Image Analysis (OBIA) វិធីសាស្ត្រវិភាគរូបភាពដែលផ្តុំភីកសែលក្បែរៗគ្នាជាក្រុម (វត្ថុ) មុននឹងធ្វើចំណាត់ថ្នាក់ ដោយផ្អែកលើពណ៌ ទ្រង់ទ្រាយ និងវាយនភាព ដែលជួយឱ្យកុំព្យូទ័រស្គាល់វត្ថុធំៗ ឬមានទម្រង់ច្បាស់លាស់បានល្អប្រសើរ។ ដូចជាការផ្គុំរូបល្បែង (Jigsaw puzzle) ដែលយើងមើលដុំនីមួយៗជារាង ឬវត្ថុជាក់លាក់ (ឧទាហរណ៍ ផ្ទះ ដើមឈើ) មិនមែនគ្រាន់តែជាចំណុចពណ៌នោះទេ។
Light Convolutional Neural Network (LCNN) ជាប្រភេទបណ្តាញសរសៃប្រសាទសិប្បនិម្មិត (Deep Learning) ម៉ូដែលស្រាល ដែលប្រើប្រាស់ស្រទាប់គណនា (Convolutional layers) តិចតួច ដើម្បីកាត់បន្ថយភាពស្មុគស្មាញ និងទាមទារកម្លាំងកុំព្យូទ័រតិចក្នុងការធ្វើចំណាត់ថ្នាក់រូបភាពផ្កាយរណប។ ដូចជាអ្នកជំនាញដែលអាចសម្គាល់មុខសញ្ញាបានលឿន ដោយមើលតែលក្ខណៈសំខាន់ៗមួយចំនួនតូច ជំនួសឱ្យការពិនិត្យមើលគ្រប់ចំណុចល្អិតល្អន់ដែលធ្វើឱ្យខាតពេលច្រើន។
Rate of Change-Local Variance (ROC-LV) ជាក្រាហ្វិកគណិតវិទ្យាប្រើសម្រាប់វាយតម្លៃ និងស្វែងរកកម្រិតនៃការបំបែករូបភាពដ៏ល្អបំផុត (Optimal segmentation threshold) ដើម្បីកាត់រូបភាពទៅជាវត្ថុ (Objects) ក្នុងវិធីសាស្ត្រ OBIA កុំឱ្យធំពេក ឬតូចពេក។ ដូចជាការស្វែងរកចំណុចដែលស័ក្តិសមបំផុតក្នុងការកាត់នំខេក ដើម្បីឱ្យបានដុំនំដែលមានទំហំនិងរូបរាងស្អាតបំផុតដោយមិនបែកខ្ទេច ឬធំពេកពិបាកញ៉ាំ។
Support Vector Machine (SVM) ជាក្បួនដោះស្រាយម៉ាស៊ីនរៀន (Machine Learning) ដែលមានមុខងារគូសបន្ទាត់ ឬប្លង់ព្រំដែនដ៏ល្អបំផុតរវាងក្រុមទិន្នន័យផ្សេងៗគ្នា ដើម្បីបែងចែកថ្នាក់នៃការប្រើប្រាស់ដីធ្លីឱ្យបានច្បាស់លាស់។ ដូចជាការសង់របងព្រំដែនត្រង់កណ្តាលចន្លោះផ្ទះពីរ ដើម្បីបំបែកទីធ្លាផ្ទះទាំងពីរឱ្យបានដាច់ស្រឡះពីគ្នាល្អបំផុត។
Multilayer Perceptron (MLP) ជាទម្រង់មូលដ្ឋាននៃបណ្តាញសរសៃប្រសាទសិប្បនិម្មិត (Artificial Neural Network) ដែលមានស្រទាប់កោសិកាសិប្បនិម្មិតច្រើនជាន់សម្រាប់រៀនពីទិន្នន័យ និងធ្វើចំណាត់ថ្នាក់ប្រភេទដី។ ដូចជារោងចក្រដែលមានបុគ្គលិកច្រើនជាន់ថ្នាក់ ធ្វើការបញ្ជូនព័ត៌មានពីមួយទៅមួយរហូតដល់ថ្នាក់លើ ដើម្បីសម្រេចចិត្តចុងក្រោយថាតើផលិតផលមួយជាអ្វីឱ្យប្រាកដ។
Segmentation threshold ជាតម្លៃដែនកំណត់ដែលអ្នកវិភាគ ឬប្រព័ន្ធកុំព្យូទ័រប្រើសម្រាប់សម្រេចចិត្តថាតើភីកសែលដែលនៅក្បែរគ្នាណាខ្លះ មានលក្ខណៈស្រដៀងគ្នាគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីផ្តុំបញ្ចូលគ្នាជាវត្ថុតែមួយ (Object)។ ដូចជាការកំណត់ពិន្ទុប្រឡងជាប់ ប្រសិនបើសិស្សបានពិន្ទុលើសកម្រិតនេះ ពួកគេនឹងត្រូវបានចាត់ចូលក្នុងក្រុមតែមួយគឺ "សិស្សប្រឡងជាប់"។
Kappa coefficient ជាសូចនាករស្ថិតិដែលវាស់ស្ទង់ភាពត្រឹមត្រូវនៃការធ្វើចំណាត់ថ្នាក់ម៉ូដែល ដោយប្រៀបធៀបរវាងភាពត្រឹមត្រូវជាក់ស្តែងនិងភាពត្រឹមត្រូវដែលអាចកើតឡើងដោយចៃដន្យ (មានតម្លៃពី 0 ដល់ 1)។ ដូចជាការវាស់ស្ទង់ថាតើសិស្សម្នាក់ប្រឡងបានពិន្ទុល្អដោយសារគាត់ពិតជាចេះមេរៀន ឬគាត់គ្រាន់តែទាយត្រូវចម្លើយដោយចៃដន្យ។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖