บทที่ 6 : 6.1การวิเคราะห์ข้อมูลในระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์
บทที่ ๖: การวิเคราะห์ข้อมูลในระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์
(GIS Data Analysis)
๖.๑ บทนำ
การวิเคราะห์ข้อมูลในระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (Geographic Information System – GIS) เป็นองค์ประกอบสำคัญที่ทำให้ GIS แตกต่างจากโปรแกรมทั่วไปที่เน้นเพียงการจัดทำแผนที่ (Mapping Software) หรือการจัดการฐานข้อมูล (Database Management) เพียงอย่างใดอย่างหนึ่ง. ในระบบ GIS นั้นมีความสามารถในการรวมข้อมูล เชิงพื้นที่ (Spatial Data) และ ข้อมูลเชิงบรรยาย (Non-Spatial Data) เพื่อใช้ในการวิเคราะห์เชิงลึกที่สามารถตอบคำถามเชิงพื้นที่ในรูปแบบที่ครอบคลุมมากยิ่งขึ้น.
การวิเคราะห์เชิงพื้นที่ (Spatial Analysis) ในระบบ GIS ช่วยให้นักวิเคราะห์สามารถประมวลผลความสัมพันธ์ของข้อมูลพื้นที่ต่าง ๆ (Spatial Relationships) เพื่อสร้างชุดข้อมูลใหม่ที่ตอบสนองต่อโจทย์เฉพาะ เช่น
การวิเคราะห์พื้นที่ที่เหมาะสมสำหรับการปลูกป่า อาจต้องใช้ข้อมูลหลายชั้น (multi-layer analysis) ได้แก่
- ชั้นข้อมูลเขตป่าอนุรักษ์
- ชั้นข้อมูลการใช้ที่ดิน
- ชั้นข้อมูลความลาดชัน
ซึ่งการประมวลผลเหล่านี้จะต้องใช้การซ้อนทับข้อมูล (Overlay Analysis), การแบ่งเขต (Reclassification), หรือแม้กระทั่งการวิเคราะห์เชิงตรรกะ (Boolean Logic) ในการจัดกลุ่มพื้นที่ที่เข้าเงื่อนไข.
ทั้งนี้ การวิเคราะห์ข้อมูลในระบบ GIS ไม่ใช่เพียงแค่การดึงข้อมูลจากธีมเดียว (Single-theme Query) อย่างที่พบในการสืบค้นข้อมูลแบบดั้งเดิม แต่เป็นการ “วิเคราะห์ผสมผสานหลายชุดข้อมูลที่เกี่ยวข้อง” ซึ่งจะนำไปสู่การสร้างแบบจำลองพื้นที่ (Spatial Modeling) ที่สามารถอธิบายสถานการณ์ทางกายภาพและสังคมในพื้นที่เป้าหมายได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ตารางเปรียบเทียบ GIS กับ MIS และ DBMS
| คุณสมบัติ | GIS (Geographic Information System) | MIS (Management Information System) | DBMS (Database Management System) |
|---|---|---|---|
| โครงสร้างข้อมูลหลัก | ตารางข้อมูลเชิงพื้นที่ + เชิงบรรยาย | ตารางข้อมูลเชิงธุรกิจ | ตารางข้อมูลทั่วไป |
| ข้อมูลเชิงพื้นที่ (Spatial Data) | มี (จำเป็น) | ไม่มี | ไม่มี |
| การเชื่อมโยงข้อมูลกับแผนที่ | สามารถเชื่อมโยงด้วยพิกัดภูมิศาสตร์ | ไม่มี | ไม่มี |
| การแสดงผลข้อมูล | แผนที่, ตาราง, แผนภูมิ | ตาราง, รายงาน | ตาราง |
ตารางเปรียบเทียบคุณลักษณะระหว่าง GIS, MIS, และ DBMS ได้แสดงไว้ด้านบนเพื่อช่วยให้เห็นความแตกต่างและขอบเขตการใช้งานของแต่ละระบบได้อย่างชัดเจน
นอกจากนี้ ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ยังสามารถตอบสนองการวิเคราะห์ในมิติของ “เหตุผลเชิงพื้นที่” (Why is it there?) ได้ ไม่ใช่เพียงคำถามเชิงตำแหน่ง (Where is it?) เท่านั้น โดยการวิเคราะห์ข้อมูลสามารถนำเสนอได้ในรูปแบบ:
- ข้อมูลเชิงตัวเลข (Quantitative)
- ข้อมูลภาพและแผนที่ (Map and Visual Models)
- ข้อมูลสารสนเทศเชิงบูรณาการ (Integrated Decision Support)
อย่างไรก็ดี GIS เองไม่ใช่เครื่องมือที่มีสติปัญญา (intelligent tool) การวิเคราะห์ GIS จำเป็นต้องอาศัยผู้เชี่ยวชาญหรือบุคลากรที่มีความรู้ทั้งในด้านระบบ GIS และสาขาวิชาเฉพาะ เช่น ด้านสิ่งแวดล้อม ป่าไม้ เกษตร หรือผังเมือง เพื่อให้สามารถแปลผลและวินิจฉัยผลลัพธ์ได้อย่างถูกต้องตามหลักวิชาการ
คุณภาพของการวิเคราะห์ GIS ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลัก ได้แก่
- ความถูกต้องและความละเอียดของข้อมูล (Accuracy & Resolution)
- ความเหมาะสมของมาตราส่วน (Scale Appropriateness)
- ความรู้ความเข้าใจของบุคลากรในการกำหนดเงื่อนไขและตีความผลลัพธ์
ด้วยเหตุนี้ การใช้ GIS จึงต้องอาศัยทั้ง เทคโนโลยี, วิธีวิเคราะห์, และ มนุษย์ผู้ตัดสินใจ เพื่อให้เกิดผลสัมฤทธิ์ทางสารสนเทศที่ตอบโจทย์เป้าหมายได้อย่างแท้จริง
กรณีศึกษาเปรียบเทียบ ระบบสารสนเทศทางธุรกิจ (MIS) กับ ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (GIS) ในการ วางแผนผังเมือง สามารถแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่ชัดเจนของ GIS ในการวิเคราะห์เชิงพื้นที่ที่ MIS ไม่สามารถตอบสนองได้อย่างเพียงพอ โดยมีรายละเอียดดังต่อไปนี้:
🏙️ กรณีศึกษาเปรียบเทียบ: MIS vs GIS ในการวางแผนเมือง
บริบทโครงการ
เมือง A ซึ่งเป็นเมืองขนาดกลางกำลังเผชิญกับปัญหาด้านการขยายตัวของเมืองที่รวดเร็ว ส่งผลต่อระบบจราจร การใช้ที่ดิน และความเหลื่อมล้ำทางบริการสาธารณะ หน่วยงานท้องถิ่นมีฐานข้อมูลจากสองระบบ ได้แก่:
- MIS: ใช้จัดเก็บและสรุปข้อมูลเชิงสถิติเกี่ยวกับประชากร รายได้ ครัวเรือน การใช้จ่ายภาครัฐ ฯลฯ
- GIS: ใช้จัดเก็บข้อมูลแผนที่, เขตผังเมือง, การใช้ที่ดิน, ความหนาแน่นประชากร และเครือข่ายถนนเชิงพื้นที่
การวิเคราะห์และการใช้งาน
| ประเด็นวิเคราะห์ | MIS | GIS |
|---|---|---|
| ข้อมูลพื้นฐาน | ข้อมูลตาราง เช่น จำนวนนักเรียน/โรงเรียน | ข้อมูลแผนที่ เช่น ตำแหน่งโรงเรียน, เขตบริการ |
| การแจกแจงความหนาแน่นของประชากร | ได้ในระดับสถิติเช่น เขตอำเภอ | แสดงได้แบบ heatmap หรือ density surface ในระดับพื้นที่ย่อย |
| การระบุตำแหน่งที่ดินเหมาะสมต่อการพัฒนา | ไม่สามารถระบุตำแหน่งได้ | ใช้ Multi-Criteria Overlay เพื่อวิเคราะห์พื้นที่เป้าหมาย |
| การวิเคราะห์ความเหลื่อมล้ำทางบริการสาธารณะ | วิเคราะห์เฉพาะจำนวนหน่วยบริการ | วิเคราะห์ accessibility ตามเส้นทางคมนาคมและระยะเวลาเดินทาง |
| แบบจำลองการเติบโตเมือง (Urban Expansion) | ไม่รองรับ | สร้าง Urban Growth Model ด้วยการวิเคราะห์เชิงเวลาและพื้นที่ |
| การสื่อสารผลลัพธ์ต่อผู้บริหารหรือประชาชน | กราฟ ตาราง รายงาน | แผนที่เชิงโต้ตอบ, StoryMap, Dashboard |
ผลลัพธ์ที่ได้
| ด้าน | MIS | GIS |
|---|---|---|
| การเข้าถึงข้อมูล | ง่ายต่อการดึงข้อมูลตาราง | ต้องใช้ความรู้เฉพาะทาง |
| การตัดสินใจเชิงพื้นที่ | ข้อจำกัดสูง | มีศักยภาพสูงมาก |
| ความสามารถพยากรณ์และจำลอง | จำกัด | รองรับการสร้างแบบจำลอง |
| การวางผังการพัฒนาเมือง | ไม่รองรับตำแหน่งจริง | สามารถวิเคราะห์และกำหนดพื้นที่ได้ |
บทสรุป
ระบบ MIS เหมาะสำหรับการวิเคราะห์และจัดการ ข้อมูลเชิงปริมาณหรือการบริหารจัดการภายใน เช่น รายงานประจำเดือนหรือสถิติทางการเงิน แต่ไม่สามารถรองรับการวิเคราะห์ที่ต้องอิง “ตำแหน่งบนพื้นโลก” ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ในทางตรงกันข้าม GIS เป็นเครื่องมือที่ทรงพลังในการวิเคราะห์เชิงพื้นที่, ซึ่งมีความเหมาะสมอย่างยิ่งในการวางแผนเมืองที่ต้องพิจารณาปัจจัยด้าน ตำแหน่ง, ระยะทาง, การเข้าถึง, และ การใช้ประโยชน์ที่ดิน ซึ่งต้องการมิติทางภูมิศาสตร์และแผนที่เข้ามาเกี่ยวข้อง
แบบจำลองเชิง GIS สำหรับการคาดการณ์การขยายตัวของเมือง (Urban Growth Simulation in GIS) เป็นเครื่องมือสำคัญในการวิเคราะห์พลวัตของการพัฒนาเมือง โดยใช้ข้อมูลเชิงพื้นที่ควบคู่กับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์หรือการเรียนรู้ของเครื่อง (machine learning) เพื่อคาดการณ์แนวโน้มการขยายตัวของพื้นที่เมืองในอนาคตภายใต้ปัจจัยกำกับต่าง ๆ
🔍 องค์ประกอบของแบบจำลอง Urban Growth Simulation
| องค์ประกอบ | รายละเอียด |
|---|---|
| 1. ข้อมูลพื้นที่เริ่มต้น (Base Land Use Data) | แผนที่การใช้ประโยชน์ที่ดิน (Land Use Map) ที่มีการจำแนกประเภท เช่น พื้นที่เกษตรกรรม พื้นที่เมือง พื้นที่ป่า ฯลฯ |
| 2. ปัจจัยกระตุ้นการเติบโตของเมือง (Driving Factors) | เช่น ระยะห่างจากถนนหลัก ระยะจากศูนย์กลางเมือง ข้อมูลประชากร โครงสร้างพื้นฐาน ฯลฯ |
| 3. ข้อมูลการเปลี่ยนแปลงในอดีต (Historical Urban Change) | เพื่อใช้ในการปรับเทียบโมเดลให้สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นจริง |
| 4. อัลกอริธึมหรือโมเดลจำลอง (Simulation Models) | เช่น Cellular Automata (CA), Markov Chain, Artificial Neural Networks (ANN), Logistic Regression หรือ Agent-Based Models |
| 5. ข้อมูลขอบเขตจำกัด (Constraints) | เช่น เขตอนุรักษ์ พื้นที่ชุ่มน้ำ หรือเขตห้ามก่อสร้าง |
🔧 กระบวนการจำลองการขยายตัวของเมืองด้วย GIS
- การรวบรวมข้อมูลเชิงพื้นที่: เช่น shapefile การใช้ที่ดิน DEM เส้นทางคมนาคม และข้อมูลเชิงคุณลักษณะจากหน่วยงานรัฐ (กรมที่ดิน, ทส., กรมโยธา)
- การสร้างโมเดลพื้นฐาน: เช่นใช้ Cellular Automata (CA) ซึ่งมีพื้นฐานคือเซลล์แต่ละหน่วยจะเปลี่ยนแปลงสถานะตามเพื่อนบ้าน
- การฝึกโมเดล (Model Calibration): นำข้อมูลในอดีตมาทดสอบว่าโมเดลสามารถคาดการณ์ได้ใกล้เคียงกับความเป็นจริงหรือไม่
- การคาดการณ์อนาคต: ใช้โมเดลที่ผ่านการปรับเทียบแล้วจำลองการขยายตัวในช่วงเวลาอนาคต เช่น ปี 2030, 2040
- การวิเคราะห์ผลกระทบ: ประเมินว่าการขยายตัวจะกระทบต่อพื้นที่เกษตร ป่าไม้ หรือทรัพยากรธรรมชาติใดบ้าง
📊 ผลลัพธ์ของแบบจำลอง
- แผนที่การขยายตัวของเมืองในอนาคต
- การวิเคราะห์พื้นที่สูญเสียทางการเกษตรหรือพื้นที่ป่า
- การคาดการณ์ความหนาแน่นประชากร
- ข้อมูลสนับสนุนการจัดทำ ผังเมืองรวม หรือ แนวทางพัฒนาเมืองอย่างยั่งยืน
🛠️ ซอฟต์แวร์และเครื่องมือที่ใช้
| ซอฟต์แวร์ | ความสามารถ |
|---|---|
| QGIS/ArcGIS | การประมวลผลข้อมูลเชิงพื้นที่ และการใช้เครื่องมือ spatial analysis |
| TerrSet / IDRISI | มีโมดูล Land Change Modeler สำหรับ CA-Markov |
| SLEUTH Model | แบบจำลองเฉพาะสำหรับการจำลอง Urban Growth ที่ได้รับความนิยม |
| Python + Scikit-learn | สำหรับการประยุกต์ ML กับ Spatial Data |
📘 ตัวอย่างกรณีศึกษา
| พื้นที่ศึกษา | วิธีที่ใช้ | ผลลัพธ์ |
|---|---|---|
| กรุงเทพมหานคร | CA-Markov ใน ArcGIS | คาดการณ์พื้นที่ชุมชนเพิ่มขึ้น 18% ในปี 2040 |
| จังหวัดเชียงใหม่ | ANN + GIS | วิเคราะห์ผลกระทบต่อพื้นที่ป่าเขตน้ำปิง |
| EIA พื้นที่นิคมอุตสาหกรรม | Logistic Regression | ประเมินการขยายตัวแนวพื้นที่สีม่วงและปัจจัยดึงดูด |
๖.๒ รูปแบบของการวิเคราะห์ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์
(GIS Data Analysis)
๖.๒.๑ ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์และระบบสารสนเทศอื่นๆ
ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (Geographic Information System: GIS) มีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างจากระบบสารสนเทศทั่วไป เช่น ระบบสารสนเทศเพื่อการจัดการ (Management Information System: MIS), ระบบสารสนเทศเชิงสถิติ (Statistical Information System), หรือระบบฐานข้อมูลทางธุรกิจอื่น ๆ ซึ่งความแตกต่างนี้สามารถอธิบายได้จาก ขอบเขตของข้อมูลที่รองรับและขีดความสามารถในการวิเคราะห์ข้อมูลเชิงพื้นที่ (spatial data analysis capabilities)
จุดเด่นของ GIS คือ ความสามารถในการจัดเก็บ วิเคราะห์ และแสดงผลข้อมูลที่อ้างอิงกับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ โดยระบบสามารถจัดการทั้งข้อมูลเชิงพื้นที่ (spatial data) เช่น แผนที่ เขตการปกครอง เส้นทาง ถนน ลุ่มน้ำ และข้อมูลเชิงคุณลักษณะ (attribute data) เช่น ประเภทของที่ดิน จำนวนประชากร หรือระดับรายได้ ซึ่งเชื่อมโยงกันผ่านโครงสร้างเชิงสัมพันธ์ที่มีพิกัดเป็นแกนหลัก
ขณะที่ ระบบสารสนเทศทั่วไป สามารถทำหน้าที่เก็บและวิเคราะห์ข้อมูลที่ไม่จำเป็นต้องมีการอ้างอิงเชิงภูมิศาสตร์ เช่น ระบบฐานข้อมูลบุคลากร หรือระบบบัญชี ที่วิเคราะห์เชิงสถิติได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ ไม่สามารถตอบคำถามทางพื้นที่ เช่น “อะไรอยู่ที่ไหน?” หรือ “ความสัมพันธ์ของพื้นที่กับคุณลักษณะใด ๆ มีลักษณะเช่นไร?”
ผลลัพธ์จากการวิเคราะห์ในระบบ GIS จึงสามารถแสดงออกได้ทั้งในรูปแบบของ
- แผนที่ (Map Output): ซึ่งแสดงการกระจายของปรากฏการณ์หรือวัตถุตามพื้นที่
- ข้อมูลตาราง (Tabular Result): สำหรับสืบค้นและวิเคราะห์เชิงปริมาณ
- กราฟ หรืออินโฟกราฟิก: ที่ช่วยอธิบายความสัมพันธ์ของข้อมูลได้อย่างเข้าใจง่าย
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง GIS มีความสามารถในการ วิเคราะห์เชิงสัมพันธ์ทางพื้นที่ (Spatial Relationship Analysis) เช่น ความใกล้เคียง (proximity), การซ้อนทับ (overlay), และ ความเชื่อมโยงของโครงข่าย (network connectivity) ซึ่งระบบอื่นไม่สามารถดำเนินการได้โดยตรง
ดังนั้น GIS จึงถือเป็น ระบบสารสนเทศแบบบูรณาการ ที่สามารถเชื่อมโยง “ข้อมูลเชิงพื้นที่” กับ “ข้อมูลเชิงคุณลักษณะ” เพื่อวิเคราะห์และสังเคราะห์ให้ได้ องค์ความรู้ (Knowledge) ที่สามารถสนับสนุนการตัดสินใจเชิงนโยบายหรือการบริหารจัดการพื้นที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพและแม่นยำ
๖.๒.๒ การวิเคราะห์ด้วย GIS และการวิเคราะห์ข้อมูลแบบดั้งเดิม
การวิเคราะห์ข้อมูล GIS แตกต่างจากทางสถิติ เพราะ GIS สามารถทำงานโดยอาศัยคุณสมบัติทางแผนที่ของข้อมูล และผลลัพธ์ที่สามารถแทนด้วยแผนที่เพื่อการวิเคราะห์ด้วยสายตา (Visual Analysis)
ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์สามารถให้ผลลัพธ์ในรูปแแผนที่โดยใช้ระบบพิกัด โดยใช้ค่าเฉลี่ยและส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน ให้มีความสัมพันธ์กับข้อมูลเชิงพื้นที่ ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์สามารถนำค่าจากสถิติมาใช้ร่วมกับระบบ GIS ได้และแสดงผลออกมาในรูปแบบแผนที่
การวิเคราะห์เชิงพื้นที่ (spatial analysis) เมื่อเปรียบเทียบกับ “การทำแผนที่” (map) การวิเคราะห์เชิงพื้นที่จะสามารถใช้ข้อมูลที่หลากหลายกว่า เพื่อใช้ในการวิเคราะห์และคาดการณ์อนาคต หรือสร้างผลลัพธ์ในรูปแผนที่ที่เรายังคาดการณ์ไม่ถึง เช่น การใช้แบบจำลอง (model) สามารถช่วยอธิบายและคาดการณ์หลังจากการวิเคราะห์ GIS
การประมวลผลทางสถิติของ GIS โดยส่วนใหญ่จะใช้การเรียกค้นข้อมูลและดัดแปลงข้อมูล เช่น การทำ Buffer และการกระจายตัว หรือ การจัดกระทำกับข้อมูลเชิงบรรยายด้วยคำสั่งตรรกศาาตร์
ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ จะมีงานหลักคือจะสร้างกลุ่มข้อมูลทางสถิติเชิงพื้นที่ และมีเครื่องมือในการสืบค้นหาความสัมพันธ์เชิงพื้นที่ และสำหรับการทำแบบจำลองเพื่อใช้ทำงานร่วมกันใน GIS
ตารางเปรียบเทียบ GIS กับ Traditional Analysis
| หัวข้อเปรียบเทียบ | การวิเคราะห์แบบดั้งเดิม (Traditional Analysis) | การวิเคราะห์เชิง GIS (GIS Analysis) |
|---|---|---|
| ความสามารถในการจำลองอนาคต | จำกัด, ส่วนใหญ่เป็นแนวโน้มเชิงตัวเลข | รองรับแบบจำลองเชิงพื้นที่ เช่น CA-Markov |
| ความสามารถในการวิเคราะห์หลายชั้นข้อมูล | ยากต่อการวิเคราะห์พร้อมกัน | สามารถรวมหลายชั้นข้อมูลเชิงพื้นที่ได้ |
| การแสดงผลแบบแผนที่ | ไม่รองรับ | รองรับอย่างสมบูรณ์ |
| การวิเคราะห์ความสัมพันธ์เชิงตำแหน่ง | ไม่สามารถ | วิเคราะห์ตำแหน่งเชิงสัมพันธ์ได้ |
| การสื่อสารเชิงภาพ | ใช้กราฟหรือแผนภูมิทั่วไป | สื่อสารด้วยแผนที่เชิงโต้ตอบ |
แสดงผลตารางเปรียบเทียบระหว่าง การวิเคราะห์แบบดั้งเดิม (Traditional Analysis) กับ การวิเคราะห์เชิง GIS (GIS Analysis)