1
ธรรมชาติของระบบสารสนเทศภูมศิ าสตร์ เรียบเรียงโดย กนกลดา ท้ าวไทยชนะ
Geographic Information System (GIS) คืออะไร
รู ปที่ 1 ส่ วนประกอบของ GIS ที่มา http://www.conservationgis.org/gishistory/gishistry2.html จากรู ปที่ 1 แสดงให้เห็ นว่าระบบ GIS ประกอบด้วย 4 ส่ วน ที่สัมพันธ์กบั เนื้ อหาทางสิ่ งแวดล้อม ธรรมชาติ โดยความเป็ นจริ งแล้วระบบ GIS ใช้เป็ นเพียงเครื่ องมือหนึ่ งที่ อาศัยวิธีการต่างๆ เพื่อตอบสนอง ความตัองการของมนุษย์ ที่ยึดกิจกรรมของมนุ ษย์เป็ นหลัก ในทางตรงข้ามก็ยงั อาศัยเทคโนโลยี ฐานข้อมูล และ ทฤษฎีต่างๆ ร่ วมด้วย การทาความเข้าใจในสิ่ งแวดล้อมธรรมชาติจากมุมมองของมนุษย์จาเป็ นต้องอาศัยแนวคิด ทฤษฎี มากมายมาอธิ บายปรากฏการณ์ต่างๆ รวมทั้งการบันทึกลักษณะทางภูมิประเทศต่างๆ ที่สัมพันธ์กบั ข้อมูล ทางพื้นที่ ก็เพราะมนุ ษย์ตอ้ งการคุณภาพ ปลอดภัยต่อความมัน่ คงทางชี วิต ไม่วา่ จะเป็ น อากาศ น้ า อาหาร หรื อ สิ่ งที่จรรโลงใจ ทั้งหลาย ซึ่ งเป็ นส่ วนหนึ่ งของความสัมพันธ์ระหว่างมนุ ษย์กบั สิ่ งแวดล้อม แม้แต่เทคโนโลยี ดังกล่าวนี้ ยังตอบสนองต่อความอยากได้ การเข้าไปครอบครองธรรมชาติ (รวมถึ งการทาสงครามแย่งดิ นแดน หรื อ อื่นๆ เป็ นต้น)
2
ข้ อมูลพืน้ ฐานทางด้ าน GIS มีอะไรบ้ าง
รู ปที่ 1 ข้อมูลพื้นฐานทางด้าน GIS ที่มา: http://www.conservationgis.org/gishistory/gishistry2.html ข้อมูลที่ใช้ในระบบปฏิบตั ิการด้าน GIS ยังคงเป็ นข้อมูลที่อิงกับความสัมพันธ์เชิ งพื้นที่ รวมไป ถึงข้อมูลเกี่ ยวกับสิ่ งต่างๆ หรื อปรากฏการณ์ ต่างๆที่ปรากฎตามธรรมชาติ เช่ น ได้จากข้อมูลแผนที่ การสารวจ สถิ ติ ป ระชากร ข้อ มู ล ภาคสนาม เป็ นต้น ซึ่ งในภายหลัง มานี้ ได้น าข้อ มู ล เหล่ า นี้ เข้า สู่ ร ะบบดิ จิ ท ัล ตาม ความก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ เพื่อช่ วยในการรวบรวมข้อมูล การวิเคราะห์ การจาแนก และ ความถูกต้องชัดเจนให้สามาถนามาใช้ทาแผนที่ฐานในมาตราส่ วนต่างๆ
3
เทคโนโลยีพืน้ ฐานทางด้ าน GIS มีอะไรบ้ าง
รู ปที่ 2 เทคโนโลยีพ้นื ฐานทางด้าน GIS ที่มา: http://www.conservationgis.org/gishistory/gishistry2.html เทคโนโลยี GIS มีการเปลี่ยนแปลงรุ นแรงไปอย่างรวดเร็ วในช่วงเวลาที่ผ่านมา การทางานของระบบ GIS สอดคล้องกับการพัฒนาทางด้านฮาร์ ดแวร์ คอมพิวเตอร์ ซึ่ งมีโปรแกรมต่างๆ หลากหลาย และแนวโน้มนี้ ก็ ยังคงดาเนิ นต่อไป อีกทั้งยังเชื่ อมโยงกับระบบอิ นเตอร์ เน็ ต ที่มีการเชื่ อมโยงเป็ นเครื อข่ายใหญ่โตที่ จะขนส่ ง ข้อมูลที่เรี ยกว่า data superhighways ขนาดใหญ่ระหว่างลูกข่ายต่างๆ จนกระทัง่ ต้องกาหนดรู ปแบบการขนถ่าย ข้อมูลเชิ งกราฟฟิ กให้เป็ นมาตรฐานเดียวกัน ที่สามารถเชื่ อมต่อข้อมูลกันได้อย่างมีประสิ ทธิ ภาพ ไปสู่ การสร้าง ซอฟแวร์ เพื่อการค้าขึ้น และได้กลายเป็ นสิ่ งท้าทายใหม่ในทุกวันนี้
4
ทฤษฎีพืน้ ฐานทางด้ าน GIS
รู ปที่ 3 ทฤษฎีพ้นื ฐานทางด้าน GIS ที่มา http://www.conservationgis.org/gishistory/gishis27.gif
การวิเคราะห์ ความแตกต่าง การจัดการ และการประยุกต์วิธีการด้าน GIS กลายเป็ นการนาเอาวิธีการ วิเคราะห์ที่กา้ วหน้ามาใช้ในศึกษามากขึ้น เช่ น แนวคิดทางด้านสถาปั ตยกรรมภูมิทศั น์ คณิ ตศาสตร์ ภูมิศาสตร์ ทฤษฎีเชิงระบบ ชีววิทยา และการเมืองการปกครอง เป็ นต้น ดังรู ปที่ 3 แสดงให้เห็นว่าสาขาวิชาต่างๆ เข้ามาเป็ น กรอบแนวความคิดและรู ปแบบทางด้าน GIS ใน 5 ศาสตร์ ด้วยกัน ได้แก่ ศาสตร์ ทางพื้นที่ (space) คุณลักษณะ (features) การปฏิบตั ิการและการวิเคราะห์ (operation/analysis) การสังเคราะห์ (integration/synthesis) การให้ ความหมายและสัญลักษณ์ (meaning/significance) ส่ วนรู ปที่ 4 แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงตามช่วงเวลาว่า GIS เข้าไปสัมพันธ์กบั ศาสตร์ อะไรบ้าง เพื่อสร้างแนวคิดทฤษฎีใหม่ให้สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น
5
ความเป็ นมาของทฤษฎีทาง GIS
รู ปที่ 4 ที่มาของทฤษฎีดา้ น GIS ที่มาhttp://www.conservationgis.org/gishistory/gishis28.gif
1. โมเดลสาหรับการอธิบายพืน้ ที่ (Space) 1.1. พื้นที่ที่มีความหลากหลายต่อเนื่ อง (space is a plane of continuous variation) ซึ่ งสามารถระบุตวั อย่าง ของจุดที่แตกต่างได้ แนวคิดนี้ เรี ยกว่าราสเตอร์ โมเดล (Raster Model)โดยใช้แนวคิดทางสถิติมาช่วย มักพบในงานตั้งสมมุติฐานทางชี ววิทยา โดยรู ปแบบจะเน้นความต่อเนื่ องและจาแนกความแตกต่าง (continuous variation) มักนิยมทาในข้อมูลที่เป็ นตารางกริ ดเซล (gird cells) หรื อราสเตอร์ (Raster) หรื อเมทริ ซ (Matrix) โดยที่แต่ละเซลบอกค่าความแตกต่างของข้อมูลได้ และสามารถซ้อนทับข้อมูลที่ เป็ นกริ ดเซลร่ วมกันได้ โดยใช้วธิ ีการวิเคราะห์หลายมิติ (A multi-dimensional matrix) ร่ วมกับสถิติการ จาแนกหลายตัวแปร (Multivariate statistical studies) เพื่อศึกษาถิ่นที่อยู่อาศัยและกลุ่มพันธุ์เดี ยวกัน
6 (Habitat and Niche) ซึ่ งแนวความคิดนี้ เดคาร์ ท (Descartes,1637) ได้เคยใช้ศึกษามาก่อนแล้วจนได้ พัฒนาขึ้ นมาเป็ นการกาหนดพิกดั ทางพื้นที่สาหรับการวิเคราะห์ทางพีชคณิ ต (coordinate space of geometric analysis ) จากนั้นกอสส์ (Gauss) และฮัมโบลท์ (Humbolt) ได้ทางานร่ วมกันและพัฒนา แนวคิดนี้ สาหรับการทาแผนที่สนามแม่เหล็กโลก และสร้ างแผนที่ฐานขึ้ นเป็ นฉบับแรก (The first thematic map) ที่อา้ งอิงจากการสังเคราะห์ จากากรสุ่ มตัวอย่าง ส่ วนกอสส์ ก็ได้ตีพิมพ์วิธีการสถิติทาง คณิ ตศาสตร์ จากนั้น อาร์ เอ ฟิ ชเชอร์ (R.A. Fisher) ได้จาลองสู ตรนี้ ข้ ึนมาใหม่ในปี 1930 ภายใต้ แนวคิดใหม่ทางสถิ ติ ตัวอย่างทางพื้นที่ และวิธีการจาแนกพหุ ความแตกต่าง (Multivariate methods) บนข้อมูลกริ ดเซลตามช่ วงเวลาโดยการวิจยั ท่ามกลางนักชี ววิทยา ดังจะเห็ นได้วา่ ข้อมูลราสเตอร์ เป็ น ข้อมูลที่ใช้อย่างแพร่ หลายในโปรแกรม GIS ช่วงแรกๆ (ราวปี 1960s-1970s) ที่สามารถเข้าถึงได้ง่าย เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงไปตามเวลา 1.2 พื้นที่ที่ไม่ต่อเนื่อง (Space is a plane of discrete things) ซึ่งสามารถจาแนกความสัมพันธ์เชิ งพื้นที่และใช้ ข้อมูลที่เกี่ยวข้องต่างๆ แนวความคิดนี้ เรี ยกว่าโมเดลเวกเตอร์ (Vector Model) ส่ วนใหญ่พบในการทา แผนที่ ภู มิ ป ระเทศ และหยิบ ยืม แนวคิ ดทางเรขาคณิ ตมาใช้ใ นการอธิ บ ายสิ่ ง ที่ ไ ม่ ต่อเนื่ อง (discrete things)ที่แสดงได้ดว้ ย จุด (points) เส้น (lines) พื้นที่รูปปิ ด (polygons) และพื้นผิว (surfaces) ซึ่ งจะเก็บ ข้อมูลในรู ปโทโปโลยี (topology) ที่มีความแตกต่างกันในเชิ งเรขาคณิ ต โมเดลนี้ พบในการออกแบบ แผนที่ (cartography) แบบดั้งเดิม ซึ่ งเป็ นสิ่ งสาคัญในงาน GIS ที่ตอ้ งนาเข้าข้อมูลแผนที่เป็ นอันดับแรก ซึ่ งศิลปะการออกแบบแผนที่เกิดขึ้นครั้งแรกในสมัยพื้นฟูวิทยาการ (Renaissance) และยุคการเดินทาง และค้นพบ (the first voyages and discovery) ที่เห็นว่ามีการพิมพ์แผนที่ออกมาแล้ว โดยนักเดินทาง เหล่านี้ จะใช้แผนที่สาหรับการนาทางแต่ก็ยงั มีขอ้ จากัดอยู่ จนกระทัง่ อัลเบอร์ ติ (Alberti) ได้พิมพ์ตารา เรื่ องโปรเจคเตอร์ ดว้ ยเรขาคณิ ตขึ้นในปี 1435 จนนาไปสู่ การทาโปรเจคเตอร์ แผนที่แบบเมอร์ เคเตอร์ (Mercator) เพื่อใช้นาทางสาหรับการเดินทางออกสารวจทางเรื อนาความรู ้เรื่ องมุม องศา มาใช้ในการ ก าหนดทิ ศ ทางการเดิ นเรื อ จนกระทัง่ กอสส์ (Guass) ได้คิ ดสู ตรค านวณที่ ไ ม่ ใ ช่ ยู ค ลิ เดี ย น (nonEuclidean geometry) ขึ้นในปี 1800 การทาความเข้าใจเรื่ องโปรเจคเตอร์ แผนที่ จึงได้พฒั นาให้ถูกต้อง ยิ่ง ขึ้ น แต่ รูป แบบเมอร์ เ คเตอร์ ก็ ไ ม่ ไ ด้ร ะบุ ความถู ก ต้อ งเรื่ อ งทรวดทรง (shape) จึ ง ท าให้เ มื่ อ หมุ น โปรเจคเตอร์ หรื อกางออกให้มาอยู่ในแผ่นระนาบแล้วขนาดผิดไป แต่ความสัมพันธ์ของจุดไปยังเส้น (points to lines ) และเส้นไปยังพื้นที่รูปปิ ด (lines to polygons) ไม่เปลี่ยนแปลง ส่ งผลให้เรนแมนน์ (Reimann) นักศึกษาของกอสส์คนหนึ่ง ได้คน้ พบศาสตร์ โทโปโลยี (Science of Topology ) ขึ้นในปี 1851 โดยมีพ้ืนฐานของรู ปแบบเวกเตอร์ ท้ งั หมด การเชื่อมโยงโมเดลโทโปโลยีเวกเตอร์ ท้ งั หมดเข้ากับ
7 ข้อมูลอธิ บายคุณลักษณะ(Attributes ) ทุกวันนี้ เรี ยกว่า geo-relational model ซึ่ งพัฒนาขึ้นมาโดยบริ ษทั ESRI มาตั้งแต่ปี 1970s 1.3 ตาแหน่ งในพื้นที่ที่อธิ บายโดยการใช้พิกดั (locations in space are described using coordinates) แนวความคิดนี้ คิดขึ้ นโดยเดส์ คาร์ ท (Descartes) เป็ นคนแรก ที่เขาได้คิดค้นศาสตร์ การวิเคราะห์เชิ ง เรขาคณิ ตขึ้นแล้วได้นามาใช้กบั วิธีการเชิ งตัวเลขที่กาหนดพิกดั (coordinate)ได้ เพื่ออธิ บายรู ปทรงและ พื้นที่ พิกดั เหล่านี้สามารถนาไปคิดเพื่อกาหนดกริ ดบนพื้นที่ได้ 2 โมเดลเพื่ออธิบายคุณลักษณะ (Models for describing features) สิ่ งที่อยูใ่ นพื้นที่ (things in space) การ จาแนกความแตกต่างของคุณลักษณะต่างๆได้ดว้ ยการกาหนดขอบเขต ซึ่ งอาจไปกระทบกับแนวความคิดอีก อย่างหนึ่ งได้ อย่างเช่น ธรรมชาติเป็ นเรื่ องความสับสนซับซ้อน การกาหนดขอบเขตอาจจะไม่เพียงพออีก ต่อไป การประยุกต์การกาหนดขอบเขตของกลุ่มต่างๆในธรรมชาติเป็ นเพียงวิธีการหนึ่ งเท่านั้น เพราะยังมี อีกหลายอย่างที่ยงั ไม่ชดั เจน (blurry) พอที่จะกาหนดขอบเขตรู ปแบบลงไปได้ หากยังไม่กาหนดข้อสรุ ป ความต้องการ คาถาม หรื อการตัดสิ นใจต่างๆ ลงไป 3 โมเดลการสร้ างคุณค่ าเพิ่มขึน้ (Models for creating meaningful results) การปฏิบตั ิการและการวิเคราะห์ สาหรับการวิเคราะห์เชิ งพื้นที่รวมไปถึงคาถามเรื่ อง ความใกล้เคียง (adjacency) การรวม (containment) การ ขจัดออก (exclusion) การประมาณ (proximity) การแยกย่อย (subdivision) การจัดกลุ่ม (grouping) การจัด ทิศทาง (orientation) การเคลื่อนที่ (movement) เวลา (time) เป็ นต้น การวิเคราะห์เชิ งพื้นที่ตอ้ งอาศัยพื้นฐาน จากคาถามเหล่ านี้ ใ นการท าการซ้อนทับ ข้อมู ล ที่ แยกออกจากทฤษฎี ปฏิ บตั ิก าร ที่ คิ ดขึ้ นโดย แคนเตอร์ (Cantor , 1874 ) เช่นการทา intersection and union ซึ่ งเขาได้ทาการจาลองโมเดลขึ้นถือได้วา่ เป็ นช่วงต้น ของยุคพัฒนานัก GIS แล้วได้ประดิษฐ์คาว่า พีชคณิ ตทางแผนที่ (map algebra) เป็ นครั้งแรกในปี 1960s เพื่อ อธิ บ ายปฏิ บตั ิ การเชิ งพื้ นที่ บนข้อมู ลกริ ด และพัฒนาสาขานี้ ให้ก้าวหน้าต่ อไปในชื่ อของ computational geometry โดยใช้ร่วมกับอัลกอริ ทมั (algorithms) สาหรับการวิเคราะห์พ้นื ที่ในราวปี 1970s ได้แก่ 3.1 การทาบูรณาการและการสังเคราะห์ (integration and synthesis) ข้อมูลเชิ งพื้นที่จากแหล่งต่างๆ สามารถนามาบู รณาการด้วยการท าโครงสร้ างใหม่ จัดการใหม่ และการแปลงใหม่ ซึ่ ง การท า โครงสร้างใหม่ (restructuring)เป็ นกระบวนการที่ขอ้ มูลจากโมเดลต่างๆ จาเป็ นต้องสร้างขึ้นมาใหม่ ให้ เ ป็ นรู ป แบบเดี ย วกัน เช่ น แปลงข้อ มู ล ราสเตอร์ เ ป็ นเวกเตอร์ เป็ นต้น ส่ ว นการจัด ท าใหม่
8 (generalization) เป็ นการทาให้ขอ้ มูลเดิมมีความชัดเจนขึ้นหรื อเป็ นการรวมเข้าด้วยกันเพื่อทาให้ดี ขึ้นด้วยการลดรายละเอียดของข้อมูลลง ส่ วนการแปลงใหม่ (transforming) เป็ นการทาให้ขอ้ มูล เปลี่ ย นไปสู่ ร ะบบพิ ก ัด อัน ใหม่ มาตราส่ ว นอัน ใหม่ หรื อแปลงไปสู่ โปรเจคชั่น แผนที่ อนั ใหม่ เพื่อให้สอดคล้องกับข้อมูลที่มี 3.2 ผูใ้ ช้ตอ้ งการวิเคราะห์ (User needs analysis) GIS ต้องกาหนดอย่างชัดเจนถึ งความต้องการ ความสามารถ และความคาดหวังของผูใ้ ช้ให้ได้ อย่างเช่นแนวคิดโครงการ GIS (Tomlinson, 1962) เขาได้ออกแบบแนวคิดการใช้ cybernetics และsystem theory ในการจาลองสภาพแวดล้อมของ มนุษย์ที่ออกแบบให้สอดคล้องกับธรรมชาติ ภายใต้แนวคิดสถาปัตยกรรมภูมิทศั น์ที่ ม. ฮาร์ วาร์ ดใน ปี 1960s-1970s ถือได้วา่ เป็ นจุดกาเนิดของอุตสาหกรรม GIS แล้ว แนวความคิดนี้ ได้ถูกนาไปสร้าง แบบจาลองทางพื้นที่โดยเจดเดส (Geddes, 1904) โดยหน่ วยงานการวางแผนพัฒนาเมืองและ ประเทศระดับชาติ
GIS กับความต้ องการของมนุษย์
รู ปที่ 5 พื้นฐาน GIS สาหรับความต้องการของมนุ ษย์ http://www.conservationgis.org/gishistory/gishistry2.html
9 ความต้องการพื้ นฐานของมนุ ษ ย์ไ ด้แ ก่ อาหาร น้ า ที่ อยู่อาศัย และสุ ข ภาพ ที่ ไ ด้มากจากธรรมชาติ เกื้อหนุนนับวันจะยิง่ เสื่ อมโทรมและขาดแคลนลงทุกที รวมทั้งความกระหายใคร่ อยากของมนุษย์ไม่สิ้นสุ ดทาให้ มีการบุกรุ ก ทาลาย ครอบครอง ทรัพยากรธรรมชาติ มากมายหลายลักษณะ เป็ นต้น เครื่ องมือทางด้าน GIS จะ เป็ นส่ วนช่วยในการวางแผน จัดการ ติดตาม สอดส่ อง การเคลื่อนไหวต่างๆ แม้แต่การปกป้ อง จัดสรร จัดระบบ การใช้ท รั พ ยากรธรรมชาติ ร่ วมกัน ใหม่ สงวนไว้ซ่ ึ ง แหล่ ง สวยงามที่ ก าลัง สู ญ หายไป สิ่ ง ดัง กล่ า วนี้ ท าให้ อุตสาหกรรม GIS เติบโตขึ้นเพื่อทาหน้าที่จดั การวิเคราะห์ขอ้ มูลเชิงพื้นที่ ซึ่ งในหลายหน่วยงานและองค์กรต่างๆ ต้องทุ่มทุนงบประมาณในการดาเนินงานให้ทนั ต่อการรุ กคืบของมนุ ษย์ที่จะกลายเป็ นบ่อนทาลายความไม่มนั่ คง ของมนุษย์เองในที่สุด