سیستم اطلاعات جغرافیایى (GIS)

سیستم اطلاعات جغرافیایى (GIS)

مقدمه:

   براى اولین بار در اواسط دهه 1960 در ایالات متحده کار بر روى اولین سیستم اطلاعات جغرافیایى آغاز شد. در این سیستم ها عکس هاى هوایى، اطلاعات کشاورزى، جنگلدارى، خاک ، زمین شناسى و نقشه هاى مربوطه مورد استفاده قرار گرفتند. در دهه 1970 با پیشرفت علم و امکان دسترسى به فناورى هاى کامپیوترى و تکنولوژیهاى لازم براى کار با داده هاى مکانى، سیستم اطلاعات جغرافیایى یا (GIS)، براى فراهم آوردن قدرت تجزیه و تحلیل حجم هاى بزرگ داده هاى جغرافیایى شکل گرفت. در دهه هاى اخیر به سبب گسترش تکنولوژى هاى کامپیوترى،سیستم هاى اطلاعات جغرافیایى امکان نگهدارى به روز داده هاى زمین مرجع و نیز امکان ترکیب مجموعه داده هاى مختلف را به طور مؤثر فراهم ساخته اند. امروزهGIS براى تحقیق و بررسى هاى علمى، مدیریت منابع و ذخایر و همچنین برنامه ریزى هاى توسعه اى به کار گرفته مى شود.

 GIS چیست؟

   سیستم اطلاعات جغرافیایى(Geographic Information Systems) یا GIS یک سیستم کامپیوترى براى مدیریت و تجزیه و تحلیل اطلاعات مکانى بوده که قابلیت جمع آورى، ذخیره، تجزیه وتحلیل و نمایش اطلاعات جغرافیایى (مکانى) را دارد.

   داده هادریک (GIS) بر اساس موقعیتشان نشان داده مى شوند.

   تکنولوژى GIS با جمع آورى و تلفیق اطلاعات پایگاه داده هاى معمولى، به وسیله تصویر سازى و استفاده از آنالیز هاى جغرافیایى، اطلاعاتى را براى تهیه نقشه ها فراهم مى سازد. این اطلاعات به منظور واضح تر جلوه دادن رویدادها ، پیش بینى نتایج و تهیه نقشه ها به کار گرفته مى شوند.

   دریک سیستم اطلاعات جغرافیایى واژه جغرافیایى یا(Geographic) عبارت است از موقعیت موضوع هاى داده ها، برحسب مختصات جغرافیایى (طول و عرض).

   واژه (Information) یا اطلاعات نشان مى دهد که داده ها در GIS براى ارائه دانسته هاى مفید، نه تنها به صورت نقشه ها و تصاویر رنگى بلکه بصورت گرافیک هاى آمارى، جداول و پاسخ هاى نمایشى متنوعى به منظور جستجوهاى عملى سازماندهى مى شوند.

   واژه(System) یا سیستم نیز نشان دهنده این است که GIS از چندین قسمت متصل و وابسته به یکدیگر براى کارکرد هاى گوناگون، ساخته شده است.

مؤلفه هاى GIS:

   یک سیستم GIS شامل یک بسته کامپیوترى (شامل سخت افزار و نرم افزار) از برنامه هاى رایانه اى با یک واسطه کاربر مى باشد که دست یابى به عملیات واهداف ویژه اى را فراهم مى سازد. مؤلفه هاى چنین سیستمى به ترتیب عبارتند از: کاربران، سخت افزارها، نرم افزارها، اطلاعات و روش ها. 

 مولفه هاى یک سیستم اطلاعات جغرافیایى

مؤلفه هاى چنین سیستمى به ترتیب عبارتند از:

   1)کاربران (User): مهارت در انتخاب و استفاده از ابزارها دریک سیستم اطلاعات جغرافیایى وشناخت کافى از اطلاعاتى که استفاده مى شوند، یکى از موارد اساسى براى موفقیت در استفاده از تکنولوژى GIS است، که این از وظایف یک کاربر مى باشد.

   2)سخت افزارها (Software): امروزه شبکه هاى GIS شامل تعدادى workstation, x-station، کامپیوترهاى شخصى، چاپگرها و پلاترها مى باشد که معرف مؤلفه سخت افزاریک سیستم اطلاعات جغرافیایى مى باشند.

   3)نرم افزارها (Hardware): به منظور استفاده بهتر از یک سیستم اطلاعات جغرافیایى، استفاده از نرم افزارهاى به روز و توانمند توصیه مى شود.

   4)اطلاعات (Data): قلب هر GIS پایگاههاى اطلاعاتى آن است. در این پایگاهها به پرسش هایى از قبیل چه شکلى است؟ کجاست؟ و چگونه به دیگر اشکال مرتبط مى شود، داده مى شود.

   5)روش ها (Methods): شیوه هاى صحیح به کارگیرى اطلاعات درجهت رسیدن به اهداف ویژه دریک سیستم اطلاعات جغرافیایى از مهمترین مؤلفه هاى آن است.

 مدلهاى داده هاى مکانى:

   سیستم اطلاعات جغرافیایى وکامپیوترها را نمى توان به طور مستقیم براى جهان واقعى به کار برد، زیرا کامپیوترها ى دیجیتالى براساس اعداد یا کاراکترهایى که در درون خود به صورت اعداد دو رقمى نگهدارى مى کنند، عمل مى نمایند. 

     بنابراین پدیده هاى مورد نظردر جهان واقعى در یک سیستم کامپیوترى، باید به شکل نمادین عرضه شوند. پس ابتدا باید مرحله جمع آورى داده ها انجام گیرد و سپس فرایند فشرده سازى گستره زمین شناسى، ساختار، خواص ژئو فیزیکى یا هر ویژگى دیگرى از سطح زمین که اطلاعات آن گردآورى شده بود، به شکل قابل دستیابى در کامپیوتر با استفاده از مدلهاى نمادین صورت گیرد.

هر نقشه زمین شناسى یک مدل نمادین است زیرا گستره ساده شده قسمتى از جهان واقعى است که از زاویه دید زمین شناس صحرایى مشاهده شده است. مولفه هاى مدل گفته شده عوارض مکانى هستند که به تقریب همان موجودیتهاى مستقل جهان واقعى هستند که بر روى نقشه توسط نمادهاى گرافیکى عرضه مى شوند.

   تمام مدلهاى داده هاى مکانى از عوارض مکانى جداگانه نظیر نقاط، خطوط، نواحى، حجم ها و سطوح تشکیل مى شوند، این عوارض مکانى توسط خصوصیاتى که هم مکانى وهم غیر مکانى هستند، مشخص میگردند. ( توصیف رقومى عوارض و خصوصیات آنها مجموعه هاى داده هاى مکانى راشامل مى شود).

 ورودى و خروجى داده ها:

   براى اینکه یک سیستم اطلاعات جغرافیایى مفید واقع گردد، باید قادر به دریافت و تولید اطلاعات به صورت موثر باشد. توابع ورودى و خروجى داده ها، مفاهیمى هستند که توسط آنها یک GIS با جهان خارج ارتباط برقرار مى کند.

      -ورودى داده ها عبارتند از روند کد گذارى داده ها به یک شکل خوانا توسط کامپیوتر و قرار دادن داده ها در پایگاه اطلاعاتى GIS.

   داده هایى که در سیستم اطلاعات جغرافیایى مى توانند وارد شوند دو نوع هستند:

   1)داده هاى مکانى که موقعیت جغرافیایى عوارض را نشان مى دهند ( مانند نقاط یا خطوطى که عوارض جغرافیایى مانند خیابان، دریاچه و غیره را نشان مى دهند). 

   2)داده هاى توصیفى غیر مکانى که به توصیف خصوصیات عوارض مى پردازند،مثل شورى آب یک دریاچه و یا اطلاعاتى مانند اسم یک خیابان.

   ورود داده ها به یک سیستم اطلاعات جغرافیایى (GIS) مى تواند به اشکال، ثبت توسط صفحه کلید، هندسه مختصات، رقومى کردن دستى، اسکن کردن و وارد کردن فایل هاى رقومى موجود، صورت گیرد.

خروجى داده ها روندى است که توسط آن اطلاعات حاصل از GIS به یک شکل مناسب جهت استفاده کاربر ارائه مى شود.

   داده ها به یکى از سه فرمت زیر خارج مى شوند:

       1) Hard copy

   (نمایش دائمى، مثل اطلاعات روى کاغذ، فیلم عکاسى و موارد مشابه)

   2) Soft copy

   (نمایش روى صفحه نمایش کامپیوترى )

   3) Electronic

   (خروجى در فرمت الکترونیکى شامل فایل هاى کامپیوترى مى باشد)

   نمونه اى ازخروجى اطلاعات به صورت Hard Copy

      مراحل ایجاد و برپایىGIS درقالب پروژه:

   ایجاد و برپایىGIS درقالب یک پروژه شامل مراحل ورودى داده ها، مدیریت داده ها، تجزیه و تحلیل و پردازش داده ها ودرنهایت خروجى داده ها مى باشد.

1) ورودى داده ها (Data Input)

   مؤلفه ورودى داده ها، آنها را از شکل موجودشان به شکلى یا صورتى قابل استفاده در GIS تبدیل مى کند. در این مرحله داده هاى زمین مرجع که به صورت نقشه هاى کاغذى، جداولى از اطلاعات توصیفى، فایل هاى الکترونیک و اطلاعات توصیفى مروبط به آنها، عکس هاى هوایى ویا تصاویر ماهواره اى مى باشند، طبق استانداردهاى مورد نظر، براى دقت خروجى هایى که قرار است تهیه گردند، مورد ارزیابى قرار مى گیرند.

   2) مدیریت داده ها(Data Management)

   این مرحله شامل توابعى براى ذخیره، نگهدارى و بازیابى اطلاعات موجود در پایگاه داده ها مى باشد.

   3)تجزیه و تحلیل و پردازش داده ها(Data Manipulation & Analysis)

   شامل مجموعه فعالیتهایى مى شود که توسط نرم افزارها، سخت افزارها وکاربر، برروى داده ها به منظور آماده سازى و پردازش آنها براى مراحل بعد صورت مى گیرد.

   4) خروجى داده ها(Data Output)

   توابع خروجى مورد استفاده بر اساس نیازهاى کاربران تعیین مى شود، لذا داده هاى خروجى به اشکال مختلف از قبیل نقشه، جداول، یا به صورت نوشتارهاى کاغذى (hard copy) ویا به صورت رقومى (soft copy) ارائه مى گردند

 اهداف یک سیستم اطلاعات جغرافیایى:

   هدف نهایى یک سیستم اطلاعات جغرافیایى یا GIS، پشتیبانى جهت تصمیم گیرى هاى پایه گذارى شده بر اساس داده هاى مکانى مى باشد و عملکرد اساسى آن بدست آوردن اطلاعاتى است که از ترکیب لایه هاى متفاوت داده ها با روشهاى مختلف و با دید گاه هاى گوناگون بدست مى آیند.

 هدف فوق از طریق فعالیتهایى که برروى داده هاى مکانى انجام میگرد، صورت مى پذیرد، این فعالیت ها عبارتند از:

   1) جستجو(Search) : عبارت است از عملکرد جستجوى مجموعه هایى از داده هاى سازمان یافته از پایگاه داده هاى یک سیستم اطلاعات جغرافیایی.

   2) سازماندهى (Organization) : دراین سیستم ها ویژگى اصلى براى سازماندهى داده   هاى موجود، موقعیت مکانى آنها مى باشد.

   3) تجسم یابه تصویر درآوردن (Monitoring) : تکنولوژىGIS از توانمندیهاى گرافیکى رایانه ها، براى تجسم استفاده مى نماید. نمایش اطلاعات به طور معمول با استفاده از صفحه نمایش ویدیویى انجام مى شود. اما سایر دستگاههاى خروجى نظیر چاپگرهاى رنگى نیز براى نمایش نسخه هاى چاپى استفاده مى شوند.

   4) ترکیب و تلفیق (Integration) : بخش دیگرى از این فعالیتها، تلفیق مجموعه داده هاى مکانى از منابع بسیارگوناگون جهت نمایش، درک و تفسیر پدیده هاى مکانى مى باشد (این پدیده ها هنگامى که داده هاى مکانى به صورت مجزا بکار گرفته مى شوند، قابل رویت نیستند).

5) تجزیه وتحلیل ((Analyses : تجزیه وتحلیل، فرایند استنباط و دریافت مفهوم داده هاست و به معنى تجزیه وتحلیل داده هاى مکانى مى باشد.

   6) پیش بینى (Prediction) : هدف از مطالعه وبررسى ها برروى داده هاى مکانى در یک سیستم اطلاعات جغرافیایى، به طور معمول پیش بینى است.

   درحقیقت یک سیستم اطلاعات جغرافیایى یا GIS ، توانمندى هاى کارى را براى جمع آورى، ورود، پردازش، تغییرشکل، به تصویر در آوردن،ترکیب، جستجو، تجزیه و تحلیل، مدل سازى و خروجى کلیه داده هاى مکانى براساس اهداف مورد نظر فراهم مى سازد.

   کاربردهاى مختلف GIS:

   امروزه با توجه به پیشرفت علوم و سیستم هاى کامپیوترى فناورى GIS در زمینه هاى زمین

                              

شناسى، مطالعات زیست محیطى، منابع آب و آبخیزدارى، کشاورزى، جنگلدارى، تعلیم و تربیت، کاربردهاى شهرى، تجارت، صنعت، سازمانها و ... کاربرد فراوانى پیدا نموده است.برخى ازاین کاربردها عبارتند از:

      زمین شناسى: تجزیه و تحلیل اطلاعات زمین شناسى در یک منطقه چه به منظور اکتشافات معدنى، نفت و چه سایر اهداف، اصولا یک فرایند ترکیبى از داده هاى مختلف مى باشد. یک زمین شناس با مرتبط کردن داده هاى گوناگون زمین شناسى، به دنبال یافتن ساختارهاى مفید زمین شناسى در یک ناحیه است، از اینرو تمام داده هاى زمین شناسى براى این که بتوانند مفید واقع شوند باید با توجه به موقعیت جغرافیایى شان تجزیه تحلیل شوند.

      GIS با فراهم کردن امکانات نمایش و تجزیه وتحلیل داده هاى مختلف با یکدیگر ، یک زمین شناس را قادر به انجام کار با داده هاى گوناگون بطور بسیار وسیع تر و دقیق تر مى نماید، به طریقى که با روشهاى آنالوگ وسنتى تقریباً غیر ممکن مى باشند .

 بطور کلى کاربردهاى GIS در زمین شناسى را مى توان به شرح زیر عنوان نمود:

   تهیه نقشه هاى پتانسیل معدنى: که هدف تلفیق اطلاعات حاصل از لایه هاى اطلاعاتى] زمین شناسى، ژئوشیمى،ژئوفیزیک، دورسنجى وزمین شناسى اقتصادى (پراکندگى کانسارها و اندیس هاى معدنى منطقه)[ در جهت تهیه نقشه اى مى باشد که معرف مناطقى با بیشترین احتمال جهت کانى سازى، بر اساس مدل متالوژى منطقه است.

    تهیه نقشه هاى حوادث و بلایاى طبیعى: که به پایدارى شیبها، زمین لغزه ها، منطقه بندى خسارت زمین لرزه، فورانهاى آتشفشانى، خسارات ناشى از طغیان رودخانه ها و تسونا مى ها، فرسایش محلى، خطرات آلودگى ناشى از فعالیت معدنى یا صنعتى و گرم شدن کره زمین و ... مى پردازند.

نقشه هاى مکان یابى (Siteselection) که انتخاب محل هاى مناسب جهت اجراى پروژه هاى مهندسى نظیر دفن مواد زائد، خط لوله، جاده ومسیر راه آهن، سدها و گسترش و توسعه ساختمان سازى میباشد.

فراورى هاى متنوع زمین شناسى جهت ارزیابى منابعى مانند آب، ماسه وگراول، سنگ ساختمانى، نفت خام، گاز طبیعى، زغال سنگ، انرژى زمین گرمایى در کنار کانیهاى فلزی.

      تحقیقات اکتشافى در زمینه شناسایى روابط متقابل مکانى میان مجموعه داده ها در طول دوره تحقیق زمین شناسى، مانند درک علائم ژئوشیمیایى وژئوفیزیکى منطقه اى گرانیت هاى نوع S وI ویا ارزیابى علائم حاصل از تصاویر ماهواره اى در ارتباط با لیتولوژى و پوشش گیاهی. 

 محیط زیست:بررسى میزان آلودگى آب، خاک، هوا و.... و در نهایت تهیه نقشه هایى جهت حفاظت از محیط زیست.

  

منابع آب و آبخیزدارى: کشف منابع آبى زیر زمینى و بررسى آبهاى سطحى 

 کشاورزى و برنامه ریزى براى کاربرى اراضى:

   بسیارى از سازمانهاى مربوط به کشاورزى و کاربرى اراضى، هم اکنون از تکنیک هاى GIS بهره مى گیرند. به عنوان نمونه، داده هاى مربوط به کاربرى اراضى و هواشناسى حاصل از ماهواره ها، اندازه گیرى هاى زمینى و اطلاعات مربوط به محصول سال قبل، همه با هم براى پیش بینى میزان یک یا چند نوع محصول دریک منطقه مى توانند تجزیه و تحلیل شوند.

جنگلدارى و مدیریت حیات وحش:

   به وسیله یک سیستم اطلاعات جغرافیایى نقشه جنگل ها مى توانند دائماً وبطور پیوسته به روز شوند. همچنین GIS مى تواند براى ذخیره و تجزیه و تحلیل اطلاعات جنگل از قبیل محاسبه مقدار چوب قابل برداشت از یک منطقه، بررسى چگونگى توزیع آتش سوزى در جنگل و یا ارزیابى برنامه هاى مختلف برداشت چوب، بکار رود، در حالى که انجام بسیارى از این تجزیه و تحلیل ها بدون بکار گیرى GISامکان پذیر نمى باشند.