ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์

ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ หมายถึง การจัดการและการแสดงผลข้อมูลทางภูมิศาสตร์อย่างเป็นระบบ เป็นวิทยาการสมัยใหม่ที่เพิ่งเกิดขึ้นเมื่อไม่นานมานี้ แต่เดิมนั้นการแสดงข้อมูลทางภูมิศาสตร์กระทำกันอย่างง่ายๆ ไม่ซับซ้อน โดยการบอกเล่าเป็นลายลักษณ์อักษร พร้อมทั้งมีแผนที่ประกอบ เพื่อให้เห็นขอบเขตและรายละเอียดของพื้นที่แต่ละแห่ง ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น เช่นภูมิประเทศว่าเป็นที่ราบ ที่ราบสูง เนินเขา เทือกเขา หรือฝั่งทะเล ภูมิอากาศว่าเป็นเขตร้อน เขตอบอุ่น เขตหนาว เขตฝนชุก เขตแห้งแล้ง หรือการใช้ที่ดินว่าเป็นเขตเกษตรกรรม เขตที่อยู่อาศัย เขตป่าไม้ เขตทุ่งหญ้าเลี้ยงสัตว์ และการคมนาคมว่า มีถนน ทางรถไฟ แม่น้ำลำคลอง จากที่ใดไปถึงที่ใด และตลอดจนการตั้งถิ่นฐานว่ามีหมู่บ้าน เมือง แคว้น และประเทศตั้งอยู่ที่ใด มีขนาดใหญ่หรือเล็กเท่าใด  

การจัดทำแผนที่ในระยะแรกๆ ทำโดยการสำรวจบนพื้นดิน และใช้เครื่องมือสำรวจอย่างง่ายๆ แผนที่จึงมีความละเอียดไม่มาก บอกข้อมูลได้ในขอบเขตที่จำกัด บางครั้งก็เกิดความผิดพลาดได้ ต่อมาในช่วงสงครามโลกครั้งที่ ๒ มีการพัฒนาด้านการถ่ายภาพทางอากาศโดยเครื่องบิน ซึ่งสามารถแสดงพื้นที่ได้กว้างขวาง และเก็บรายละเอียดได้ถูกต้อง แม้ในภูมิประเทศที่การเดินทางทางบกไม่สะดวก ประมาณ พ.ศ. ๒๔๘๘ ภายหลังสงครามโลกครั้งที่ ๒ สิ้นสุดลง ภาพถ่ายทางอากาศเข้ามามีส่วนสำคัญมากขึ้น โดยนำมาใช้เป็นเครื่องมือในการจัดทำแผนที่ของประเทศต่างๆ ทั่วโลก

ต่อมาวิวัฒนาการสมัยใหม่เกิดขึ้นอีก ๒ รูปแบบ ซึ่งช่วยพัฒนาการจัดทำแผนที่ และการศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับพื้นผิวโลก รูปแบบแรก คือ การส่งดาวเทียมออกไปนอกโลก เพื่อถ่ายภาพพื้นผิวโลกจากห้วงอวกาศ แล้วส่งกลับมายังเครื่องรับบนพื้นผิวโลก อย่างรวดเร็ว สามารถแสดงรายละเอียดพื้นผิวโลกอย่างกว้างขวางในเส้นทางรอบโลกที่ดาวเทียมโคจร และแสดงการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวโลกเป็นระยะๆ ตามรอบการโคจรของดาวเทียม ทำให้สามารถศึกษาข้อมูล ที่เกิดขึ้นในช่วงระยะเวลาต่างๆ เช่น การเกิดพายุ น้ำท่วม การเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดิน รูปแบบที่ ๒ คือ การใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ ซึ่งเปรียบเหมือนสมองกล ที่สามารถทำงานได้อย่างละเอียดรอบด้าน รวมทั้งสนองความต้องการของผู้ใช้ในด้านการเก็บข้อมูล ค้นคืนข้อมูล ตลอดจนวิเคราะห์ข้อมูลได้อย่างหลากหลาย และถูกต้องแม่นยำ  

ความก้าวหน้าในการถ่ายภาพจากดาวเทียม และประสิทธิภาพในการทำงานของเครื่องคอมพิวเตอร์ ทำให้การจัดเก็บ และการจัดการข้อมูลทางภูมิศาสตร์ในด้านต่างๆ เช่น ภูมิประเทศ ลักษณะทางธรณีวิทยา การใช้ที่ดิน การตั้งถิ่นฐาน การคมนาคม เป็นไปอย่างมีระบบและสนองความต้องการของหน่วยงานต่างๆ จึงเป็นที่มาของระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ ซึ่งเป็นวิทยาการสมัยใหม่ทางด้านภูมิศาสตร์ที่ได้รับความนิยมอยู่ในขณะนี้ กล่าวอย่างง่ายๆ ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์เป็นการนำข้อมูลทางภูมิศาสตร์ในด้านต่างๆ ได้แก่ ภูมิประเทศ ธรณีวิทยา การใช้ที่ดิน การตั้งถิ่นฐาน การคมนาคมขนส่ง และอื่นๆ มาจัดเรียงไว้เป็นชั้นๆ เก็บไว้ในเครื่องคอมพิวเตอร์ แล้วมีโปรแกรมคอมพิวเตอร์ ที่จะแยกนำข้อมูลชั้นที่ต้องการมาวิเคราะห์รวมกัน เพื่อให้ได้คำตอบที่สมบูรณ์และเที่ยงตรง สำหรับการนำไปใช้ประโยชน์ ในการแก้ไขปัญหา หรือการวางแผน เพื่อพัฒนาให้ดีขึ้นในอนาคต ปัจจุบัน ประเทศไทยนำระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ไปใช้ ในหน่วยงานราชการต่างๆ หลายแห่ง เช่น กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ กระทรวงคมนาคม กระทรวงมหาดไทย ซึ่งล้วนแต่ต้องการข้อมูลที่ทันสมัย เพื่อแก้ไขปัญหาต่างๆ ที่เกิดขึ้นอย่างทันกาล ตลอดจนการวางแผนเพื่อป้องกันการเกิดปัญหาขึ้นในอนาคต ไม่ว่าเรื่องของการใช้ที่ดิน การจราจร การจัดตั้งเขตอุตสาหกรรม หรือการขยายตัวของชุมชนเมือง

สิ่งต่างๆ ที่ปรากฏบนพื้นผิวโลก ทั้งที่มองเห็น มองไม่เห็น จับต้องได้หรือจับต้องไม่ได้ เช่น ถนน แม่น้ำ บ้าน เสาไฟฟ้า ความสูงของภูมิประเทศ อุณหภูมิ สามารถนำมาแสดงลงบนแผนที่ ข้อมูลเหล่านี้เรียกว่า ข้อมูลภูมิศาสตร์ (geographic data) ซึ่งประกอบด้วยข้อมูล ๒ ส่วนที่สัมพันธ์กัน ส่วนแรก คือ ข้อมูลเชิงพื้นที่ (spatial data) ใช้แสดงตำแหน่งและรูปลักษณ์ของวัตถุ หรือสิ่งต่างๆ บนพื้นโลก แทนสัญลักษณ์ด้วย จุด (point) เส้น (line) พื้นที่หรือรูปหลายเหลี่ยม (polygon) ตัวอย่างเช่น ใช้จุดแทนตำแหน่งที่ตั้งโรงเรียน ใช้เส้นแทนถนน และเขตจังหวัดแทนด้วยพื้นที่ ส่วนที่ ๒ คือ ข้อมูลเชิงลักษณะ (attribute data) ใช้แสดงหรือให้รายละเอียดเกี่ยวกับข้อมูลเชิงพื้นที่ ซึ่งอาจเป็นวัตถุ สิ่งของ หรือปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น โรงเรียน (ซึ่งเป็นข้อมูลเชิงพื้นที่) แสดงรายละเอียดเกี่ยวกับชื่อโรงเรียน จำนวนครู และจำนวนนักเรียน และอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง

งานที่เกี่ยวข้องกับการสร้างและวิเคราะห์แผนที่ระยะแรกๆ จัดทำบนแผ่นกระดาษหรือแผ่นใสด้วยมือ (manual operation) แต่มีข้อจำกัด คือ เมื่อต้องการแสดงและวิเคราะห์ข้อมูลภูมิศาสตร์ประเภทต่างๆ พร้อมกัน เช่น ต้องการแสดงถนน แม่น้ำ แหล่งที่อยู่อาศัย สภาพภูมิประเทศ สภาพภูมิอากาศ ของบริเวณใดบริเวณหนึ่งลงบนแผนที่แผ่นเดียวกัน โดยมีรายละเอียด ของข้อมูลจำนวนมาก ทำให้ต้องตัดข้อมูลบางส่วนทิ้ง เนื่องจากเนื้อที่บนแผนที่กระดาษมีจำกัด หรือการนำข้อมูลไปใช้หรือวิเคราะห์ อาจใช้วิธีการซ้อนทับกันของแผ่นใสหลายแผ่นร่วมกับข้อมูลอื่นๆ หลายแผ่น ซึ่งเป็นเรื่องที่ยุ่งยาก และการวิเคราะห์อาจผิดพลาดได้ ทั้งตำแหน่งและระยะทาง หรือหากต้องการปรับแก้ข้อมูล หรือทำการผลิตแผนที่เดิมซ้ำด้วยมือ ก็ใช้ระยะเวลานาน และอาจได้ภาพแผนที่ที่แตกต่างจากเดิม จนเมื่อมีการพัฒนาและประยุกต์ใช้เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ในงานด้านภูมิศาสตร์ จึงทำให้เกิดการพัฒนาเป็นระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ หรือนิยมเรียกย่อๆ ว่า จีไอเอส (GIS: Geographic Information System) เพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว

ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ หมายถึง ระบบที่ออกแบบเพื่อการจัดการข้อมูลภูมิศาสตร์ ซึ่งพัฒนาขึ้นครั้งแรก ใน พ.ศ. ๒๕๐๗ โดยรัฐบาลแคนาดา สำหรับใช้ในงานด้านการพัฒนาพื้นที่การเกษตรของประเทศ จากนั้นขยายวงกว้างไปที่สหรัฐอเมริกา ประเทศต่างๆ ในทวีปยุโรป และประเทศทั่วโลก ในปัจจุบันระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์มักดำเนินการภายใต้ระบบคอมพิวเตอร์ โดยมีความสามารถหลัก ได้แก่ นำเข้า จัดเก็บ จัดการฐานข้อมูล (database) ขนาดใหญ่ ค้นคืนข้อมูล วิเคราะห์ข้อมูล และแสดงผลเป็นรูปแผนที่ในแบบ ๒ มิติ หรือ ๓ มิติ หรืออาจแสดงในรูปตาราง กราฟทางหน้าจอ หรือเป็นแผ่นกระดาษ นอกจากนี้ ข้อมูลภูมิศาสตร์ยังถูกจัดเก็บเป็นระบบในรูปแผนที่เชิงเลข (digital map data) ทำให้สามารถปรับแปลง หรือแลกเปลี่ยนข้อมูลแผนที่กับหน่วยงานอื่นๆ ได้โดยง่าย

ในระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์  ข้อมูลภูมิศาสตร์มักแยกเก็บเป็นชั้นๆ เช่นเดียวกับขนมชั้น เรียกว่า ชั้นข้อมูล (layer) แต่ละชั้น ใช้แสดงแผนที่เรื่องหนึ่งๆ เช่น ชั้นที่ ๑ เก็บแผนที่หมู่บ้าน ชั้นที่ ๒ เก็บแผนที่เส้นทางน้ำ ชั้นที่ ๓ เก็บแผนที่เส้นถนน ชั้นที่ ๔ เก็บแผนที่บริเวณน้ำท่วม ชั้นที่ ๕ เก็บแผนที่ความสูงภูมิประเทศ ชั้นข้อมูลเหล่านี้ อ้างอิงกับพื้นที่ โดยใช้ตำแหน่งบนผิวโลกร่วมกัน ด้วยระบบพิกัดชุดหนึ่ง เช่น ใช้ละติจูดและลองจิจูดของระบบพิกัดภูมิศาสตร์ การแยกเก็บข้อมูลเป็นชั้นๆ ทำให้สะดวกเวลาใช้งาน โดยสามารถเลือกใช้ชั้นข้อมูลที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น ในการวิเคราะห์ข้อมูล เพื่อหาว่าหมู่บ้านใดอาจถูกน้ำท่วม ก็เลือกเอาเฉพาะชั้นแผนที่หมู่บ้าน และชั้นแผนที่บริเวณน้ำท่วมมาซ้อนทับกัน และเลือกดึงข้อมูลเฉพาะหมู่บ้าน ที่ตกอยู่ในขอบเขตพื้นที่น้ำท่วม มาแสดงเป็นผลลัพธ์

ความสามารถของระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ดังกล่าวได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในงานด้านต่างๆ อย่างกว้างขวาง เช่น ที่ดินด้านการเกษตร ป่าไม้ ภัยพิบัติ สาธารณสุข สาธารณูปโภค ผังเมืองและการใช้ที่ดิน การท่องเที่ยว ตัวอย่างการประยุกต์ใช้ในหน่วยงาน ทั้งภาครัฐและภาคเอกชน เช่น กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ ใช้ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ เพื่อช่วยวิเคราะห์วางแผนการผลิตทางด้านการเกษตรของประเทศ ให้สอดคล้องกัน ระหว่างประเภทเกษตรกรรม กับสภาพดินฟ้าอากาศ และแหล่งน้ำ ในแต่ละภูมิภาค กรุงเทพมหานคร ประยุกต์ใช้ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ เพื่อพัฒนาระบบการจัดทำแผนที่ภาษีที่ดิน และวางแผนการจัดทำผังเมืองรวมของกรุงเทพมหานคร นอกจากนี้ การไฟฟ้านครหลวง การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค และการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย นำระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์มาช่วยวิเคราะห์ วางแผน และประเมินขอบข่าย หรือเครือข่ายการจัดส่งพลังงานไฟฟ้าไปสู่ชุมชนผู้ใช้อย่างมีประสิทธิภาพ องค์การโทรศัพท์และโทรคมนาคมใช้ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ เพื่อการส่งสัญญาณโทรศัพท์ ให้ครอบคลุมพื้นที่ต่างๆ ทั่วประเทศอย่างมีประสิทธิภาพ

การดำเนินงานให้ได้ผลสำเร็จ ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ต้องใช้ปัจจัยสำคัญ ๕ ส่วน (บางทีเรียกว่า องค์ประกอบ) คือ
๑) ฮาร์ดแวร์  
๒) ซอฟต์แวร์  
๓) กระบวนการ
วิเคราะห์ 
๔) ข้อมูล และ 
๕) บุคลากร ในส่วนของ ฮาร์ดแวร์ หรือเครื่องคอมพิวเตอร์ 
ปัจจุบันได้รับการพัฒนาให้มีความสามารถ ในการประมวลผลข้อมูล ได้อย่างรวดเร็ว และมีพื้นที่เก็บข้อมูลขนาดใหญ่ ซอฟต์แวร์ ในที่นี้หมายถึง ชุดโปรแกรมเฉพาะทางระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ ที่ใช้ในการจัดการ และประมวลผลข้อมูลภูมิศาสตร์ กระบวนการวิเคราะห์ หมายถึง การกำหนดขั้นตอนการปฏิบัติการ เพื่อให้ได้มาซึ่งผลลัพธ์ตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งไว้ การออกแบบระบบ และการเขียนผังขั้นตอนการทำงาน รวมถึงการเขียนโปรแกรมประยุกต์ ในส่วนของข้อมูล หมายถึง ข้อมูลภูมิศาสตร์  ซึ่งนำเข้ามาใช้ในรูปแบบต่างๆ เช่น แผนที่กระดาษ ตาราง ภาพถ่ายทางอากาศ ข้อมูลจากระยะไกล (Remote Sensing: RS) ข้อมูลจากระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลกด้วยดาวเทียม (Global Positioning System: GPS) อย่างไรก็ดี ส่วนที่สำคัญที่สุดคือ บุคลากร เนื่องจาก บุคลากรเป็นผู้กำหนดทิศทาง การนำระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ไปใช้ปฏิบัติ ได้อย่างถูกต้อง และเหมาะสม ซึ่งรวมถึงผู้บริหาร ผู้มีอำนาจในการตัดสินใจซื้อ หรือเลือกใช้ระบบ ผู้พัฒนาระบบ ผู้ปฏิบัติการ ตลอดจนผู้ใช้งานระบบ โดยนำข้อมูลที่ผ่านการวิเคราะห์แล้ว ที่เรียกว่า สารสนเทศ (Information) มาใช้หาคำตอบ เพื่อประโยชน์ในการตัดสินใจ และวางแผนต่อไป ดังนั้น บุคลากรเหล่านี้ ต้องมีความรู้ทางด้านแผนที่ และภูมิศาสตร์ ซึ่งได้ปูพื้นฐานความรู้ไว้ในระดับมัธยมศึกษา และสามารถศึกษาระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์อย่างต่อเนื่อง จนถึงระดับอุดมศึกษาในมหาวิทยาลัย

ในปัจจุบัน การใช้งานข้อมูลภูมิศาสตร์เป็นเรื่องใกล้ตัว มีการนำมาใช้มากขึ้น และใช้ได้ง่ายขึ้นในชีวิตประจำวัน ตัวอย่างเช่น การค้นหาสถานที่ต่างๆ จากแผนที่ และภาพจากดาวเทียมด้วยโปรแกรม Google Earth และ Google map ในอินเทอร์เน็ต อีกทั้งตลาดแรงงานทั้งภาครัฐและภาคเอกชนที่ต้องการผู้มีความรู้ทางด้านระบบก็มีมากขึ้นเป็นลำดับ ดังนั้น หากเยาวชนผู้ใดสนใจ ก็อาจวางแผนการศึกษาศาสตร์ด้านนี้ในอนาคต