ภูมิศาสตร์สารสนเทศ (Geo-informatics)
คือ ศาสตร์สารสนเทศที่เน้นการบูรณาการเทคโนโลยีทางด้านการสํารวจ การทําแผนที่และการวิเคราะห์ข้อมูลเชิงพื้นที่เข้าด้วยกันเพื่อศึกษาเกี่ยวกับพื้นที่บนโลก ประกอบด้วย ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (GIS) การรับรู้จากระยะไกล (RS) และระบบกําหนดตําแหน่งบนพื้นโลก (GPS) เทคโนโลยีทั้งสามประเภทนี้สามารถทํางานเป็นอิสระต่อกันหรือสามารถนํามาเชื่อมโยงร่วมกัน ทําให้ประสิทธิภาพเพิ่มมากขึ้น สามารถนํามาใช้ประโยชน์ได้หลายด้าน การนําเทคโนโลยีภูมิสารสนเทศศาสตร์มาประยุกต์ใช้และประกอบการวางแผน ทำให้เกิดการตัดสินใจในเรื่องต่างๆ ได้อย่างถูกต้อง รวดเร็ว และมีประสิทธิภาพ
องค์ประกอบภูมิศาสตร์สารสนเทศศาสตร์
1.ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (Geographic Information System) : (GIS) หมายถึง ระบบข้อมูลที่เชื่อมโยงพื้นที่กับค่าพิกัดภูมิศาสตร์และรายละเอียดของพื้นที่นั้นบนพื้นโลก โดยใช้คอมพิวเตอร์ที่ประกอบด้วย ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ เพื่อการนําเข้า จัดเก็บ ปรับแก้ แปลง วิเคราะห์ข้อมูล และแสดงผลลัพธ์ในรูปแบบต่างๆ เช่น แผนที่ ภาพสามมิติ สถิติตารางข้อมูลร้อยละ เพื่อช่วยในการวางแผนและตัดสินใจของผู้ใช้ให้มีความถูกต้อง แม่นยํา
2.การรับรู้จากระยะไกล (Remote Sensing) หมายถึง ระบบสํารวจบันทึกข้อมูลเกี่ยวกับพื้นผิวโลกด้วยเครื่องรับรู้ (Sensors) ซึ่งติดไปกับยานดาวเทียมหรือเครื่องบิน เครื่องรับรู้ตรวจจับคลื่นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่สะท้อนจากวัตถุบนผิวโลกหรือตรวจจับคลื่นที่ส่งไปและสะท้อนกลับมา หลังจากนั้นจะมีการแปลงข้อมูลเชิงตัวเลขซึ่งนําไปใช้แสดงเป็นภาพและทําแผนที่ การรับรู้จากระยะไกลมีทั้งระบบที่วัดพลังงานธรรมชาติซึ่งมาจากพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานที่สร้างขึ้นเองจากตัวดาวเทียม ช่วงคลื่นของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่วัดด้วยระบบการรับรู้จากระยะไกลมีหลายช่วงคลื่น เช่น ช่วงของแสงที่มองเห็นได้ ช่วงคลื่นอินฟราเรด ช่วงคลื่นไมโครเวฟ เป็นต้น
ระบบการทํางานของการรับรู้จากระยะไกล (Remote Sensing)
เป็นการบันทึกข้อมูลหรือรูปภาพด้วยเครื่องบินเรียกว่า รูปถ่ายทางอากาศ ส่วนดาวเทียมจะเรียกว่า ภาพจากดาวเทียม ซึ่งมีระบบการทํางาน ดังนี้
1. ระบบการทํางานของรูปถ่ายทางอากาศ จะต้องมีการวางแผนการบินและมาตราส่วนของแผนที่ล่วงหน้า เมื่อถ่ายรูปแล้วจะมีการนําฟิล์มไปล้างและอัดเป็นภาพ ทั้งภาพสีหรือภาพขาว-ดํา ขนาดเท่าฟิล์ม เนื่องจากกล้องและฟิล์มมีคุณภาพสูงจึงสามารถนําไปขยายได้หลายเท่า รูปถ่ายทางอากาศสามารถแปลความหมายสภาพพื้นที่ของผิวโลกได้ด้วยสายตาเป็นส่วนใหญ่ นอกจากนี้การถ่ายรูปที่มีพื้นที่ซ้อนกัน (overlap) สามารถนํามาศึกษาแสดงภาพสามมิติได้ โดยบริเวณที่เป็นภูเขาจะสูงขึ้นมา บริเวณหุบเหวจะลึกลงไป เป็นต้น
2. ระบบการทํางานของภาพจากดาวเทียม แบ่งเป็น 2 ประเภท ได้แก่
2.1 การบันทึกข้อมูลแบบพาสซีฟ (Passive) เป็นระบบที่บันทึกข้อมูลจากการสะท้อนคลื่นแสงในเวลากลางวันและคลื่นความร้อนจากดวงอาทิตย์ในเวลากลางคืน การบันทึกข้อมูลดาวเทียมแบบนี้ส่วนใหญ่จะอาศัยช่วงคลื่นแสงสายตา คลื่นแสงอินฟราเรด หรือคลื่นแสงที่ยาวกว่าเล็กน้อย ซึ่งไม่สามารถทะลุเมฆได้ จึงบันทึกข้อมูลพื้นที่ในช่วงที่มีเมฆปกคลุมไม่ได้
2.2 การบันทึกข้อมูลแบบแอกทีฟ (Active) เป็นระบบที่ดาวเทียมผลิตพลังงานเองและส่งสัญญาณไปยังพื้นโลกแล้วรับสัญญาณที่สะท้อนกลับมายังเครื่องรับ การบันทึกข้อมูลของดาวเทียมแบบนี้ไม่ต้องอาศัยพลังงานจากดวงอาทิตย์ ใช้พลังงานที่เกิดขึ้นจากตัวดาวเทียมที่เป็นช่วงคลื่นยาว เช่น ช่วงคลื่นไมโครเวฟ ซึ่งทะลุเมฆได้ จึงสามารถส่งสัญญาณคลื่นไปยังพื้นผิวโลกได้ตลอดเวลา
ข้อมูลที่ได้จากดาวเทียมจะมีคุณลักษณะแตกต่างกัน เช่น ข้อมูลเป็นตัวเลข (ส่วนมากมีค่า 0 - 255) ต้องใช้คอมพิวเตอร์ในการแปลความหมาย ข้อมูลเป็นภาพพิมพ์จะใช้วิธีแปลความหมายแบบเดียวกับรูปถ่ายทางอากาศ นอกจากนี้การวิเคราะห์ข้อมูลจากดาวเทียมมีองค์ประกอบหลักในการวิเคราะห์ 8 ประการ ได้แก่ ความเข้มของสี สี ขนาด รูปร่าง เนื้อภาพ รูปแบบ ความสูงและเงา ที่ตั้งและความเกี่ยวพัน
ประโยชน์ของการรับรู้จากระยะไกล
1. การพยากรณ์อากาศ กรมอุตุนิยมวิทยาใช้ข้อมูลจากดาวเทียมเพื่อพยากรณ์ปริมาณและการกระจายของฝนในแต่ละวัน โดยใช้ข้อมูลดาวเทียมที่โคจรรอบโลกด้วยความเร็วเท่ากับการหมุนของโลกในแนวตะวันออก-ตะวันตก ทําให้คล้ายกับเป็นดาวเทียมคงที่ ทําให้ทราบอัตราความเร็ว ทิศทางและความรุนแรงของพายุที่จะเกิดขึ้นล่วงหน้าหรือพยากรณ์ความแห้งแล้งที่จะเกิดขึ้นได้
2. สํารวจการใช้ประโยชน์ที่ดิน เนื่องจากข้อมูลจากดาวเทียมมีรายละเอียดภาคพื้นดิน และช่วงเวลาการบันทึกข้อมูลที่แตกต่างกัน จึงใช้ประโยชน์ในการทําแผนที่การใช้ประโยชน์จากที่ดินและการเปลี่ยนแปลงได้เป็นอย่างดี เช่น พื้นที่ป่าไม่ถูกตัดทําลาย แหล่งนํ้าที่เกิดขึ้นใหม่หรือชุมชนที่สร้างใหม่ เป็นต้น ในบางกรณีข้อมูลดาวเทียมใช้จําแนกชนิดป่าไม้ พืชเกษตร ทําให้ทราบได้ว่าพื้นที่ป่าไม่เป็นป่าไม้แน่นทึบ โปร่ง หรือป่าถูกทําลาย พืชเกษตร ก็สามารถแยกเป็นประเภทและความสมบูรณ์ของพืชได้ เช่น ข้าว มันสําปะหลัง อ้อย สับปะรด ยางพารา ปาล์มนํ้ามัน เป็นต้น นอกจากนี้ยังสามารถจําแนกการเจริญเติบโตได้อีกด้วย
3. การสํารวจทรัพยากรดิน ข้อมูลจากดาวเทียมและรูปถ่ายทางอากาศเป็นอุปกรณ์สําคัญในการสํารวจและจําแนกดิน ทําให้ทราบถึงชนิดการแพร่กระจาย และความอุดมสมบูรณ์ของดิน จึงใช้จัดลําดับความเหมาะสมของดินได้ เช่น ความเหมาะสมสําหรับการปลูกพืชแต่ละชนิด ความเหมาะสมด้านวิศวกรรม เป็นต้น
4. การสํารวจด้านธรณีวิทยาและธรณีสัณฐานวิทยา เนื่องจากข้อมูลดาวเทียมครอบคลุมพื้นที่กว้าง มีรายละเอียดภาคพื้นดินสูงและยังมีหลายช่วงคลื่นแสง จึงเป็นประโยชน์อย่างมากที่ใช้ในการสํารวจและทําแผนที่ธรณีวิทยา ธรณีสัณฐานวิทยา แหล่งแร่ แหล่งนํ้ามันและแก๊สธรรมชาติและแหล่งนํ้าใต้ดิน โดยการใช้ลักษณะโครงสร้างทางธรณีวิทยาช่วยทําให้การสํารวจและขุดเจาะเพื่อหาทรัพยากรใต้ดินเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ และลดค่าใช้จ่ายการสํารวจในภาคสนามลงได้เป็นอันมาก
5. การเตือนภัยจากธรรมชาติ ภัยธรรมชาติที่เกิดขึ้นบ่อย ได้แก่ อุทกภัย แผ่นดินถล่ม ภัยแล้ง วาตภัย ไฟป่า ภัยทางทะเล ภัยธรรมชาติต่างๆ เหล่านี้ เมื่อนําเอาข้อมูลจากดาวเทียมร่วมกับระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ และระบบกําหนดตําแหน่งบนพื้นโลกจะเป็นประโยชน์ในการเตือนภัยก่อนที่จะเกิดภัย ขณะเกิดภัย และหลังเกิดภัยธรรมชาติ
นอกจากที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว ประโยชน์ของการรับรู้จากระยะไกล ยังใช้ในการสํารวจด้านอื่นๆ อีก เช่น ด้านสิ่งแวดล้อม ด้านการจราจร ด้านการทหาร ด้านสาธารณสุข เป็นต้น
3. ระบบกําหนดตําแหน่งบนพื้นโลก (Global Positioning System) : (GPS) หมายถึง เทคโนโลยีที่ใช้กําหนดตําแหน่งบนพื้นโลกโดยอาศัยดาวเทียม สถานีภาคพื้นดินและเครื่องรับจีพีเอส โดยเครื่องรับจีพีเอสจะรับสัญญาณมาคํานวณหาระยะเสมือนจริงแต่ละระยะและจะใช้ข้อมูลดังกล่าวจากดาวเทียมอย่างน้อย 4 ดวง มาคํานวณหาตําบลที่เครื่องรับ พร้อมทั้งแสดงให้ผู้ใช้ทราบบนจอแอลซีดีของเครื่องเป็นค่าละติจูด ลองจิจูด และค่าพิกัดยูทีเอ็ม รวมทั้งค่าของระดับความสูงจากระดับทะเลปานกลางด้วย
1) หลักการทํางานของระบบกําหนดตําแหน่งบนพื้นโลก การทํางานของระบบกําหนดตําแหน่งบนพื้นโลกต้องอาศัยสัญญาณจากดาวเทียมกําหนดตําแหน่งบนพื้นโลก ซึ่งโคจรอยู่รอบโลกประมาณ 24 ดวง แบ่งออกเป็น 6 วงโคจร วงโคจร ละ 4 ดวง และยังมีดาวเทียมสํารองไว้หลายดวง ดาวเทียมแต่ละดวงจะอยู่สูงจากผิวโลกประมาณ 20,200 กิโลเมตร และจะโคจรรอบโลกภายใน 11 ชั่วโมง 50 นาที และมีสถานีควบคุมภาคพื้นดิน ทําหน้าที่คอยตรวจสอบการโคจรของดาวเทียมแต่ละดวง โดยการสื่อสารผ่านคลื่นวิทยุที่มีความเร็วคลื่นประมาณ 186,000 ไมล์ต่อวินาที ส่วนผู้ใช้เครื่องรับสัญญาณหรือเครื่องระบบกําหนดตําแหน่งบนพื้นโลกจะต้องตรวจสอบ จุดพิกัดภาคพื้นดินที่ตนอยู่ว่าจัดอยู่ในโซนใดของโลกก่อนใช้ทุกครั้ง เพื่อเปรียบเทียบและปรับแก้ไข และเนื่องจากเครื่องรับสัญญาณหรือเครื่องระบบกําหนดตําแหน่งบนพื้นโลกจะรับสัญญาณจากดาวเทียม ผู้ใช้เครื่องจึงควรอยู้ในที่โล่งแจ้ง ไม่ควรอยูู่ในอาคารหรือป่าไม้ที่แน่นทึบมาก ซึ่งอาจจะทําให้รับสัญญาณได้ไม่ดี
2) ประโยชน์ของระบบกําหนดตําแหน่งบนพื้นโลก
2.1) ใช้ในกิจกรรมทางทหาร โดยเฉพาะในช่วงการทําสงคราม เนื่องจากระบบกําหนดตําแหน่งบนพื้นโลกพัฒนาโดยกระทรวงกลาโหมของสหรัฐอเมริกา เพื่อกิจกรรมด้านทหารโดยเฉพาะ แต่ในปัจจุบันได้มีการเผยแพร่ให้มีการใช้ในกลุ่มประชาชนทั่วไปในระดับหนึ่ง เช่น ใช้ในการศึกษาทางด้านภูมิศาสตร์ ทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม การเดินทางไปยังเป้าหมายที่ต้องการ เป็นต้น
2.2) ใช้ในการกําหนดจุดพิกัดผิวโลก เพื่องานด้านระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์หรือข้อมูลดาวเทียมและรังวัดที่ดินเพื่อแสดงชนิดของข้อมูลลงในสนาม เช่น ถนน บ่อนํ้า นาข้าว บ้านเรือน เป็นต้น ตําแหน่งพิกัดนี้สามารถถ่ายทอดลงในคอมพิวเตอร์ได้ทันที ดังนั้น จึงเป็นประโยชน์ในการช่วยวิเคราะห์หรือแปลความหมายจากข้อมูลดาวเทียม หรือเป็นข้อมูลพื้นฐานของระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ต่อไป
2.3) ใช้ในการสํารวจทิศทาง เครื่องมือระบบกําหนดตําแหน่งบนพื้นโลกสามารถใช้เพื่อแสดงเส้นทางที่สํารวจได้แม้จะอยู่ในรถยนต์ ทําให้การเดินทางเป็นไปได้สะดวก รวดเร็ว และแม่นยํามากขึ้น
2.4) ใช้ในการสํารวจตําแหน่งที่เกิดภัยธรรมชาติ อุบัติเหตุบนทางหลวง ตําแหน่งเรือในทะเลหรือการหลงป่า หากมีระบบกําหนดตําแหน่งบนพื้นโลกจะทําให้การช่วยเหลือเป็นไปได้อย่างแม่นยําและรวดเร็ว ทําให้ลดการสูญเสียชีวิตและทรัพย์สิน และสามารถประเมินสถานการณ์ความเสียหายที่เกิดขึ้นได้
2.5) ใช้ในกิจการอื่นๆ เช่น ด้านการบิน ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาเครื่องรับสัญญาณระบบกําหนดตําแหน่งบนพื้นโลก เพื่อใช้กับกิจการพลเรือนเพื่อความแม่นยําในขณะนําเครื่องบินลงจอด เป็นต้น
กล่าวโดยสรุป การศึกษาภูมิศาสตร์เป็นการศึกษาเกี่ยวกับการจัดการพี้นที่และสิ่งแวดล้อมที่มนุษย์อาศัยอยู่ โดยอาศัยวิธีการและเครื่องมือต่างๆ ซึ่งเครื่องมือที่มีการใช้อย่างแพร่หลายมาก คือ แผนที่ และยังมีเครื่องมืออีกหลายชนิดที่มีการนํามาใช้รวบรวม วิเคราะห์ และนําเสนอข้อมูลทางภูมิศาสตร์ เช่น รูปถ่ายทางอากาศ ภาพจากดาวเทียม เป็นต้น ซึ่งให้ข้อมูลที่ถูกต้องและรวดเร็ว นอกจากนี้ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีภูมิสารสนเทศ ได้แก่ การรับรู็จากระยะไกล ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ และระบบกําหนดตําแหน่งบนพื้นโลก เพื่อบริหารจัดการข้อมูลเชิงพื้นที่ ซึ่งหน่วยงานต่างๆ ทั้งภาครัฐและภาคเอกชน ได้นํามาพัฒนาและประยุกต์ใช้ในหลายด้าน เช่น การจัดการทรัพยากรธรรมชาติ การเตือนภัยธรรมชาติ การวางผังเมืองและชุมชน เป็นต้น และนับวันเทคโนโลยีภูมิสารสนเทศจะมีความสําคัญต่อชีวิตประจําวัน และการวางแผนในอนาคตมากยิ่งขึ้น ดังนั้น เราจึงควรศึกษาเกี่ยวกับเครื่องมือทางภูมิศาสตร์และเทคโนโลยีสารสนเทศ เพื่อให้มีความรู้และเข้าใจวิชาภูมิศาสตร์มากขึ้น