หลักการทำงานของระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์มีกี่ขั้นตอนอะไรบ้าง

            ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ เป็นระบบสารสนเทศที่นำเอาข้อมูลมารวบรวม จัดเก็บ และวิเคราะห์อย่างเป็นระบบ สามารถทำการสืบค้นข้อมูลและปรับปรุงข้อมูล รวมไปถึงการนำเอาข้อมูลที่ได้จากการวิเคราะห์เพื่อช่วยประกอบการตัดสินใจในเรื่องต่างๆได้ ข้อมูลที่นำมารวบรวมและจัดเก็บในระบบที่สามารถนำไปจัดการและวิเคราะห์ข้อมูลเชิงพื้นที่ (Spatial data) โดยข้อมูลเชิงพื้นที่ยังมีการเชื่อมโยงเข้ากับข้อมูลลักษณะประจำ (Attribute data) ที่ใช้อธิบายรายละเอียดของปรากฏการณ์ของข้อมูลเชิงพื้นที่นั้นๆ ซึ่งจะทำให้การนำข้อมูลไปใช้มีความถูกต้องและแม่นยำมากยิ่งขึ้น (กัลยา โสภณพนิช, 2552 : 4)

ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ สามารถนำมาใช้เพื่อเพิ่มค่าให้กับข้อมูลเชิงพื้นที่โดยดำเนินการจัดการข้อมูลอย่างมีประสิทธิภาพด้วยการบูรณาการกับข้อมูลอื่นๆหรือวิเคราะห์และสร้างข้อมูลใหม่ที่สามารถนำไปใช้ปฏิบัติได้ ดังนั้นจึงถือว่าจีไอเอสได้สร้างข้อสนเทศที่มีประโยชน์เพื่อช่วยในกระบวนการตัดสินใจ (สรรค์ใจ กลิ่นดาว, 2555 : 1)

ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ คือกระบวนการทำงานเกี่ยวกับข้อมูลในเชิงพื้นที่ด้วยระบบคอมพิวเตอร์ที่ใช้กำหนดข้อมูลและสารสนเทศที่มีความสัมพันธ์กับตำแหน่งในเชิงพื้นที่ หรือจะกล่าวอย่างง่ายๆได้ว่าเป็นการจัดการฐานข้อมูลเชิงพื้นที่ (อุเทน ทองทิพย์, 2555 : 11)

สรุปได้ว่า ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ เป็นเครื่องมือที่ใช้ระบบคอมพิวเตอร์เพื่อใช้ในการนำเข้า จัดเก็บ จัดเตรียม ดัดแปลง แก้ไข จัดการ และวิเคราะห์ข้อมูล พร้อมทั้งแสดงผลข้อมูลเชิงพื้นที่ ตามวัตถุประสงค์ต่างๆ ที่ได้กำหนดไว้

            รีโมทเซนซิงหรือการสำรวจระยะไกล ประกอบด้วยคำ 2 คำ คือ “remote” หมายถึง “ระยะไกล” และ “sensing” หมายถึง “การสัมผัสหรือการรับรู้” ถ้าตีความตามศัพท์ หมายถึง การรับรู้ข้อมูลในระยะไกลโดยผ่านเครื่องมือซึ่งผู้รับรู้ไม่ได้สัมผัสกับวัตถุนั้น ๆ โดยตรง

จากความหมายกว้าง ๆ นี้ การถ่ายภาพทิวทัศน์โดยกล้องถ่ายรูป การส่องกล้องจุลทรรศน์ตรวจดูเชื้อโรค การถ่ายภาพถ่ายทางอากาศจากเครื่องบิน การฉายรังสี X-ray เพื่อตรวจสอบสุขภาพของร่างกาย ฯลฯ จึงจัดเป็นงานทางรีโมทเซนซิงทั้งหมด

            สำหรับรีโมทเซนซิงในวิชาภูมิศาสตร์มีความหมายเฉพาะมากขึ้น โดยมีความหมายถึงการหาข้อมูลหรือข่าวสารเกี่ยวกับวัตถุ สิ่งของ หรือพื้นที่เป้าหมาย ซึ่งอยู่ไกลจากเครื่องมือที่ใช้วัดหรือใช้บันทึก โดยที่เครื่องมือเหล่านั้นไม่ได้สัมผัสกับสิ่งของ หรือเป้าหมายดังกล่าว เครื่องมือที่ใช้วัดบันทึกข้อมูล เช่น กล้องถ่ายรูป เครื่องวัดรังสีค่าสะท้อน เครื่องวัดคลื่นความร้อน เครื่องกวาดภาพ เลเซอร์ เครื่องคลื่นวิทยุ ฯลฯ โดยติดตั้งไปกับเครื่องบิน ยานอากาศ ยานอวกาศ หรือดาวเทียมที่ถูกส่งไปอยู่เหนือพื้นผิวโลกในระยะทางไกลมาก จนสามารถมองเห็นบริเวณที่ต้องการศึกษาได้ในบริเวณกว้าง แล้วทำการรับและบันทึกข้อมูลในรูปของสัญญาณของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic wave) ซึ่งเป็นพลังงานที่สะท้อนจากวัตถุต่าง ๆ ที่พื้นผิวโลกที่แพร่กระจายออกไป (emission) สู่อวกาศ แล้วนำเอาสัญญาณนั้นมาแปลงเป็นข้อมูลในเชิงตัวเลข (digital data) ที่มีการปรับแก้ค่าความผิดพลาดต่าง ๆ แล้วสามารถนำมาวิเคราะห์ศึกษาวัตถุต่าง ๆ ในบริเวณที่ศึกษา ทั้งในการจำแนกประเภท การศึกษาลักษณะทั้งทางกายภาพและคุณลักษณะ และแสดงผลได้ทั้งในรูปภาพพิมพ์ (hard copy) หรือข้อมูลเชิงตัวเลข รีโมทเซนซิงจึงจัดเป็นทั้งศาสตร์ทางวิทยาศาสตร์และทางศิลปะของการได้มาซึ่งข้อมูลเกี่ยวกับวัตถุต่าง ๆ บนพื้นผิวโลก โดยไม่มีการสัมผัสกับสิ่งเหล่านั้นโดยตรง (ศุทธินี ดนตรี, 2549 : 2)

 หลักการของรีโมตเซนซิงประกอบด้วยกระบวนการ 2 กระบวนการ ดังต่อไปนี้คือ

1. การได้รับข้อมูล (Data Acquisition) เริ่มตั้งแต่พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดพลังงาน เช่น ดวงอาทิตย์ เคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศ, เกิดปฏิสัมพันธ์กับวัตถุบนพื้นผิวโลก และเดินทางเข้าสู่เครื่องวัด/อุปกรณ์บันทึกที่ติดอยู่กับยานสำรวจ (Platform) ซึ่งโคจรผ่าน ข้อมูลวัตถุหรือปรากฏการณ์บนพื้นผิวโลกที่ถูกบันทึกถูกแปลงเป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ส่งลงสู่สถานีรับภาคพื้นดิน (Receiving Station) และผลิตออกมาเป็นข้อมูลในรูปแบบของข้อมูลเชิงอนุมาน (Analog Data) และข้อมูลเชิงตัวเลข(DigitalData)เพื่อนำไปนำวิเคราะห์ข้อมูลต่อไป
2. การวิเคราะห์ข้อมูล (Data Analysis) ประกอบด้วยวิธีการหลัก 2 วิธี คือ

2.1 การวิเคราะห์ด้วยสายตา หรือ การแปลข้อมูลด้วยสายตา (Visual Analysis)  เป็นการแปลตีความจากลักษณะองค์ประกอบของข้อมูลภาพ โดยอาศัยการพิจารณาปัจจัยด้านต่างๆ ได้แก่  สี เงา รูปทรง ขนาดของวัตถุ รูปแบบ ความหยาบละเอียด และองค์ประกอบทางพื้นที่ ซึ่งจัดเป็นหลักการตีความภาพถ่ายเดียวกับการแปลภาพถ่ายทางอากาศ

2.2 การวิเคราะห์ข้อมูลเชิงตัวเลขและการประมวลผลด้วยข้อมูลภาพ (Digital Analysis) เป็นการวิเคราะห์และจำแนกประเภทข้อมูล โดยอาศัยหลักการทางคณิตศาสตร์และสถิติ เนื่องจากข้อมูลจากระยะไกลมีการจัดเก็บในรูปของข้อมูลเชิงตัวเลขจำนวนมาก จึงไม่สะดวกที่จะทำการคำนวณด้วยมือได้ ดังนั้นจึงมีการนำคอมพิวเตอร์มาใช้ช่วยให้รวดเร็วในการประมวลผล มีวิธีการแปลหรือการจำแนกประเภทข้อมูลได้เป็น 2 วิธี คือ

2.2.1 การจำแนกประเภทแบบกำกับดูแล (Supervised classification) หมายถึง การจำแนกข้อมูลที่ผู้แปลเป็นผู้กำหนดตัวอย่างของประเภทข้อมูลให้แก่คอมพิวเตอร์ โดยใช้การเลือกพื้นที่ตัวอย่าง จากความรู้ต่างๆเกี่ยวกับพื้นที่ศึกษา เช่น แผนที่ภูมิประเทศ แผนที่การใช้ที่ดิน แผนที่เฉพาะเรื่องที่ศึกษา ปฏิทินการเกษตร เป็นต้น รวมทั้งจากการสำรวจตัวอย่างประเภทการใช้ที่ดินจากภาคสนาม

2.2.2 การจำแนกประเภทแบบไม่กำกับดูแล (Unsupervised classification) เป็นวิธีการจำแนกข้อมูลที่ผู้แปลกำหนดให้คอมพิวเตอร์ประมวลผลข้อมูลเอง เพียงแต่ผู้แปลกำหนดจำนวนประเภทข้อมูล ให้แก่เครื่องแล้วคอมพิวเตอร์จะทำการสุ่มตัวอย่างและจำแนกข้อมูลเองโดยใช้หลักการทางสถิติ

ผลลัพธ์จากการแปลข้อมูลภาพไม่ว่าเป็นวิธีการใดก็ตาม จะต้องมีการตรวจสอบความถูกต้องและความน่าเชื่อถือ ก่อนนำไปใช้งาน โดยการเปรียบเทียบกับสภาพจริงหรือข้อมูลที่น่าเชื่อถือได้ด้วยวิธีการทางสถิติ (ศุทธินี ดนตรี, 2549 : 14)

 การวิเคราะห์หรือการจำแนกประเภทข้อมูลต้องคำนึงถึงหลักการ ดังต่อไปนี้

1. Multispectral Approach คือข้อมูลพื้นที่และเวลาเดียวกันที่ถูกบันทึกในหลายช่วงคลื่นซึ่งในแต่ละช่วงความยาวคลื่น(Band)ที่แตกต่างกันจะให้ค่าการสะท้อนพลังงานของวัตถุหรือพื้นผิวโลกที่แตกต่างกัน
2. Multitemporal Approach คือ การวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา จำเป็นต้องใช้ข้อมูลหลายช่วงเวลาเพื่อนำมาเปรียบเทียบหาความแตกต่าง
3. Multilevel Approach คือ ระดับความละเอียดของข้อมูลในการจำแนกหรือวิเคราะห์ข้อมูล ซึ่งขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้งาน เช่น การวิเคราะห์ในระดับภูมิภาคก็อาจใช้ข้อมูลจากดาวเทียม LANDSAT ที่มีรายละเอียดภาพปานกลาง (Medium Resolution) แต่ถ้าต้องการศึกษาวิเคราะห์ในระดับจุลภาค เช่น ผังเมือง ก็ต้องใช้ข้อมูลดาวเทียมที่ให้รายละเอียดภาพสูง (High Resolution) เช่น ข้อมูลจากดาวเทียม SPOT, IKONOS, หรือรูปถ่ายทางอากาศเป็นต้น (อุไรวรรณ คีรีทอง, 2012)

 การนำข้อมูลระยะไกลไปวิเคราะห์ร่วมกับข้อมูลสารสนเทศภูมิศาสตร์

เป็นการนำเอาข้อมูลทั้งสองชนิดนี้มาวิเคราะห์ร่วมกันจะเกิดประโยชน์ต่อผู้ใช้มาก กล่าวคือ ข้อมูลจากระยะไกลเป็นเครื่องมือที่ใช้ในการจัดทำฐานข้อมูลให้กับระบบสารสนศาสตร์ และช่วยให้ข้อมูลสารสนเทศภูมิศาสตร์มีความทันสมัยขึ้น ในขณะเดียวกันข้อมูลสารสนเทศภูมิศาสตร์สามารถใช้เป็นข้อมูลเสริมในการปรับปรุงคุณภาพข้อมูลจากระยะไกลให้ดียิ่งขึ้น (Ekasingh et al.,1995) และนอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการแบ่งพื้นที่ที่มีความแตกต่างกันด้านธรณีวิทยา อากาศวิทยา และภูมิสัณฐานออกจากกัน (GDTA and GISTDA, 2000) มีผลทำให้แปลภาพมีความถูกต้องสูงขึ้น ข้อมูลที่สามารถนำมารวมเข้าด้วยกัน อาจจะมาจากหลายแหล่งแหละไม่มีข้อจำกัดในเรื่องของวิธีการรวมเข้าด้วยกัน ข้อมูลเสริมอื่นๆสามารถนำมาช่วยในการจำแนกประเภทข้อมูลได้ทุกตอน ตั้งแต่เริ่มต้นจำแนก ในระหว่างการจำแนก และหลังการจำแนก  (สมพร สง่าวงศ์, 2552 : 167)

การแปลตีความภาพถ่ายด้วยสายตา

การแปลตีความภาพจากดาวเทียมด้วยสายตาต้องอาศัยประสบการณ์และความรู้ ความเข้าใจในลักษณะของพื้นที่ศึกษา และกิจกรรมที่เกิดขึ้น ณ พื้นที่นั้นๆ ในช่วงเวลาต่างๆ องค์ประกอบของการแปลตีความภาพ ได้แก่ ความเข้มของสีและสี (Tone and color) ขนาด (Size) รูปร่าง (Shape) เนื้อภาพ (Texture) ความสูง และเงา (Height and shadow) เป็นต้น (กัลยา โสภณพนิช,2552 : 78)

การใช้ภาพข้อมูลเป็นฉากในการสร้างข้อมูลเวกเตอร์ (Background for Vector Data)

เป็นวิธีการที่นิยมใช้มากในการดึงเอารายละเอียดใหม่ออกมาจากภาพข้อมูลเพื่อทำการสร้างข้อมูลเวกเตอร์สำหรับนำไปใช้กับระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ และมีความเหมาะสมมากสำหรับประเทศที่ไม่มีแผนที่ภูมิประเทศเพียงพอ เช่น Sangawongse et al. (2007) ได้นำเอาภาพสีผสมเท็จข้อมูลดาวเทียม SPOT-5 บันทึกภาพที่เป็นข้อมูลปัจจุบัน ที่ผ่านการแก้ไขทางเรขาคณิตมาดิจิไทส์ เพื่อสร้างข้อมูลเวกเตอร์ใหม่และปรับแก้ฐานข้อมูลระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์เดิม (สมพร สง่าวงศ์, 2552 : 167)

ระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลก (GPS)

GPS ย่อมาจาก Global Positioning System ซึ่งถ้าแปลให้ตรงตัวแล้วคือ ระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลกโดยอาศัยดาวเทียมทั้งหมดถึง 24 ดวง โคจรอยู่เหนือพื้นโลก การที่เครื่องรับสัญญาณจะสามารถที่จะกำหนดค่าพิกัด (X,Y) ได้จะต้องรับสัญญาณดาวเทียมได้อย่างน้อย 3 ดวงขึ้นไป แต่ถ้ารับได้ 4 ดวงก็จะสามารถกำหนดค่าพิกัด(X,Y) พร้อมทั้งค่าความสูง (Z) ของตำแหน่งนั้นได้ด้วย ระบบ GPS สามารถที่จะทำงานได้ทุกสภาวะและตลอด24 ชั่วโมง

ลักษณะการทำงานในการกำหนดค่าพิกัดของระบบ GPS ทำได้ด้วยการนำเครื่องรับไปยังตำแหน่งที่ต้อง การจะทราบค่าพิกัดจากนั้น เครื่องรับจะรอสัญญาณจากดาวเทียมเมื่อเรื่องรับได้สัญญาณจากจำนวนดาวเทียมที่เพียงพอก็จะประมวลสัญญาณจากดาวเทียม เมื่อเครื่องรับได้สัญญาณจากจำนวนดาวเทียมที่เพียงพอก็จะประมวลผลสัญญาณข้อมูลที่ได้จากดาวเทียม และแสดงผลออกมาเป็นค่าพิกัดของตำแหน่งเครื่องรับ การนำระบบ GPS ไปใช้ในงานด้านต่างๆ อย่างกว้างขวางโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับงานทางด้านแผนที่และงานทางด้านการสำรวจและทำให้ระบบGPSมีความสำคัญมากขึ้น