GIS یا سیستم اطلاعات جغرافیایی شهری
برای اولین بار در اواسط دهه 1960 در ایالت متحده کار بر روی اولین سیستم اطلاعات جغرافیایی آغاز شد. در این سیستم ها عکس های هوایی ، اطلاعات کشاورزی ، جنگلداری ، خاک ، زمین شناس و نقشه های مربوطه مورد استفاده قرار گرفتند . در دهه 1970 با پیشرفت علم و امکان دسترسی به فناوری های کامپیوتری و تکنولوژیهای لازم برای کار با داده های مکانی ، سیستم اطلاعات جغرافیایی یا GIS ، برای فراهم آوردن قدرت تجزیه و تحلیل حجم بزرگ داده های جغرافیایی شکل گرفت . در دهه های اخیر به سبب گسترش تکنولوژی های کامپیوتری ، سیستم اطلاعات جغرافیایی امکان نگهداری به روز داده های مختلف را به طور موثر فراهم ساخته اند. امروزه GIS برای تحقیق و بررسی های علمی ، مدیریت منابع و ذخایر و همچنین برنامه ریزی های توسعه ای به کار گرفته می شود .
GIS چیست ؟
سیستم اطلاعات جغرافیایی (Geographic Information Systems) یا GIS یک سیستم کامپیوتری برای مدیریت و تجزیه و تحلیل اطلاعات مکانی بوده که قابلیت جمع آوری ، ذخیره ، تجزیه و تحلیل و نمایش اطلاعات جغرافیایی (مکانی ) را دارد .
داده ها در یک (GIS) بر اساس موقغیت شان نشان داده می شوند .
تکنواوژی GIS با جمع اوری و تلفیق اطلاعات پایگاه داده های معمولی ، به وسیله تصویر سازی و استفاده از انالیز های جغرافیایی ، اطلاعاتی را برای تهیه نقشه ها فراهم می سازد . این اطلاعات به منظور واضح تر جلوه دادن رویدادها ، پیش بینی نتایج و تهیه نقشه ها به کار گرفته می شوند .
در یک سیستم اطلاعات جغرافیایی واژه جغرافیایی یا (Geographic) عبارت است از موقعیت موضوع های داده ها ، بر حسب مختصات جغرافیایی ( طول و عرض ) .
وازه (Information) یا اطلاعات نشان می دهد که داده ها در GIS برای ارائه دانسته های مفید، نه تنها به صورت نقشه ها و تصاویر رنگی بلکه بصورت گرافیک های آماری، جداول و پاسخ های نمایشی متنوعی به منظور جستجوی عملی سازماندهی می شوند .
واژه (System) یا سیستم نیز نشان دهنده این است که GIS از چندین قسمت متصل و وابسته به یکدیگر برای کارکردهای گوناگون، ساخته شده است .
مولفه های GIS
یک سیستم GIS شامل یک بسته کامپیوتری (شامل سخت افزار و نرم افزار ) از برنامه های رایانه ای با یک واسطه کاربر می باشد که دست یابی به عملیات و اهداف ویژه ای را فراهم می سازد . مولفه های چنین سیستمی به ترتیب عبارتند از : کاربران، سخت افزارها، نرم افزارها، اطلاعات و روش ها .
مولفه های یک سیستم اطلاعات جغرافیایی
مولفه های چنین سیستمی به ترتیب عبارتند از :
1) کاربران(User) : مهارت در انتخاب و استفاده از ابزارها در یک سیستم اطلاعات جغرافیایی و شناخت کافی از اطلاعاتی که استفاده می شوند، یکی از موارد اساسی برای موفقیت در استفاده از تکنولوژی GIS است که این از وظایف کاربر می باشد.
2) سخت افزارها (Software) : امروزه شبکه های GIS شامل تعدادی x-station و workstation ، کامپیوترهای شخصی، چاپگرها و پلاترها می باشد که معرف مولفه سخت افزار یک سیستم اطلاعات جغرافیایی می باشند .
3) نرم افزارها (Hordware) : به منظور استفاده بهتر از یک سیستم اطلاعات جغرافیایی، استفاده از نرم افزارهای به روز توانمند توصیه می شود.
4) اطلاعات (Data) : قلب هر GIS پایگاه های اطلاعاتی آن است در این پایگاه ها به پرسش هایی از قبیل چه شکلی است ؟ کجاست ؟ و چگونه به دیگر اشکال مرتبط می شود، داده می شوند .
5) روش ها (Methods) : شیوه های صحیح به کارگیری اطلاعات در جهت رسیدن به اهداف ویژه در یک سیستم اطلاعات جغرافیایی از مهمترین مولفه های آن است .
کاربردهای مختلف GIS
امروزه با توجه به پیشرفت علوم و سیستم های کامپیوتری فناوری GIS در زمینه های زمین شناسی، مطالعات زیست محیطی، منابع آب و آبخیزداری، کشاورزی، جنگلداری، تعلیم و تربیت، کاربردهای شهری، تجارت، صنعت، سازمانها و ... کاربرد فراوانی پیدا نموده است . برخی از این کاربردها عبارتند از :
زمین شناسی
تجزیه و تحلیل اطلاعات زمین شناسی در یک منطقه چه به منظور اکتشافات معدنی، نفت و چه سایر اهداف، اصولا یک فرایند ترکیبی از داده های مختلف می باشد. یک زمین شناس با مرتبط کردن داده های گواگون زمین شناسی، به دنبال یافتن ساختارهای مفید زمین شناسی در یک ناحیه است، از این رو تمام داده های زمین شناسی، به دنبال یافتن ساختارهای مفید زمین شناسی در یک ناحیه است، از این رو تمام داده های زمین شناسی برای این که بتوانند مفید واقع شوند باید با توجه به موقعیت جغرافیایی شان تجزیه تحلیل شوند .
مثلا تهیه نقشه زمین شناسی ایران با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی .
GIS با فراهم کردن امکانات نمایش و تجزیه و تحلیل داده های مختلف با یکدیگر، یک زمین شناس را قادر به انجام کار با داده های گوناگون بطور بسیار وسیع تر و دقیق تر می نماید، به طریقی که با روشهای آنالوگ و سنتی تقریبا غیر ممکن می باشند .
بطور کلی کاربردهای GIS در زمین شناسی را می توان به شرح زیر عنوان نمود:
تهیه نقشه های پتانسیل معدنی :
که اهداف تلفیق اطلاعات حاصل از لایه های اطلاعاتی زمین شناسی، ژئوشیمی، ژئوفیزیک، دورسنجی و زمین شناسی اقتصادی (پراکندگی کانسارها و اندیسهای معدنی منطقه) در جهت تهیه نقشه ای می باشد که معرف با بیشترین احتمال جهت کانی سازی، بر اساس مدل متالوژی منطقه است .
تهیه نقشه های حوادث و بلایای طبیعی به پایداری شیبها، زمین لغزه ها، منطقه بندی خسارت زمین لرزه، فورانهای آتشفشانی، خسارات ناشی از تغیان رودخانه ها و تسونامی ها، فرسایش محلی، خطرات آلودگی ناشی از فعالیت معدنی یا صنعتی و گرم شدن کره زمین و ... می پردازند .
نقشه های مکان یابی(Site selection) که انتخاب محل های مناسب جهت اجرای پروژه های مهندسی نظیر دفن مواد زائد، خط لوله، جاده و مسیر راه آهن، سدها وگسترش و توسعه ساختمان سازی می باشد. فراوری های متنوع زمین شناسی جهت ارزیابی منابعی مانند آب، ماسه و گراول، سنگ ساختمانی، نفت خام، گاز طبیعی، زغال سنگ، انرژی زمین گرمایی در کنار کانی های فلزی .
تحقیقات اکتشافی در زمینه شناسایی روابط متقابل مکانی میان مجموعه داده ها در طول دوره تحقیق زمین شناسی، مانند درک علائم ژئوشیمیایی و ژئوفیزیکی منطقه ای گرانیت های نوع S و I و یا ارزیابی علائم حاصل از تصاویر ماهواره ای در ازتباط با لیتوژی و پوشش گیاهی .
محیط زیست
بررسی میزان آلودگی آب، خاک، هوا و ... و در نهایت تهیه نقشه هایی جهت حفاظت از محیط زیست .
منابع آب و آبخیزداری
کشف منابع آبی زیرزمینی و بررسی آبهای سطحی
کشاورزی و برنامه ریزی برای کاربری اراضی
بسیاری از سازمان های مربوط به کشاورزی و کاربری اراضی، هم اکنون از تکنیک های GIS بهره می گیرند. به عنوان نمونه، داده های مربوط به کاربری اراضی و هواشناسی حاصل از ماهواره ها، اندازه گیری های زمینی و اطلاعات مربوط به محصول در یک منطقه می توانند تجزیه و تحلیل شوند .
جنگلداری و مدیریت حیات وحش
به وسیله یک سیستم اطلاعات جغرافیایی نقشه جنگل ها می توانند دائما و بطور پیوسته به روز شوند .
همچنین GIS می تواند برای ذخیره و تجزیه و تحلیل اطلاعات جنگل از قبیل محاسبه مقدار چوب قابل برداشت از یک منطقه، بررسی چگونگی آتش سوزی در جنگل و یا ارزیابی برنامه های مختلف برداشت چوب، بکار می رود، در حالی که انجام بسیاری از این تجزیه و تحلیل ها بدون بکارگیری GIS امکان پذیر نمی باشند .
کاربرد شهری
کاربرد شهری GIS عبارتند از جمع آوری، به روز در آوردن، پردازش و توزیع داده های مربوط به زمین های شهری به طور سیستماتیک، تصمیم گیری های اقتصادی، قانونی و فعالیت های مختلف برنامه ریزی مانند توسعه شهری و برنامه ریزی شهری در استانهای مختلف .
تجارت
محلها و سیستم های تحویل مناسب در امور تجاری .
صنعت حمل ونقل، ارتباطات و ...
کاربرد GIS در صنعت می تواند به عنوان نمونه، تعیین مسیر ترانزیت کالا، تعیین موقعیت مناسب برای احداث جاده هاف خطوط نیرو، سیستم های مخابراتی و ... باشد .
سازمان ها
استفاده در امور استانها به صورت محلی و استانی
سرویس های اضطراری : مثل آتشنشانی و پلیس
نظامی
استفاده در بر نامه ریزی های نظامی .
تعلیم و تربیت
تحقیق، آموزش ابزار و نظارت
نرم افزارها و سخت افزارهای موجود در یک سیستم اطلاعات جغرافیایی
برخی از نرم افزارهای موجود در یک سیستم اطلاعاتی جغرافیایی عبارتند از:
Arc View, Arc/Info, Ethernet LAN, CAT-5, Arc Tool box, AutoCAD map, Geomatica, ELWIS, ERmapper, Geomedia, Arc Catalog, ArcSDE, Map, Arc map, Objects,…
برخی از سخت افزارهای موجود در یک سیستم اطلاعات جغرافیایی عبارتند از :
Active-X, Tcp-Ip, T-1, Digitizer, Micro wave, Wan, Fiber-Obtics, Inkjetor laser, NT, Case tools, Mojo, …
ادغام تکنولوژی ها
ادغام تکنولوژی های GPS,GIS و RS در ایجاد سیستم های قدرتمند، جهت تعیین زمان واقعی نقشه برداری و جمع آوری داده ها سودمند می باشند .
یک نمونه بارز ادغام این سه تکنولوژی ، نقشه برداری متحرک است که در آن دوربین های دیجیتالی GPS/INS، یک سیستم کامپیوتری را تشکیل می دهند که با نقشه های الکترونیکی و وسایل ارتباطی دوربرد نظیر تلفن های همراه (که جهت پیوستن به پایگاه داده ای GIS موجود در دفتر کار مورد استفاده قرار می گیرد)، همه در یک وسیله نقلیه نصب گردیده اند. سیستم تهیه نقشه سیار، به زمین شناسان صحرایی در یک وسیله نقلیه این امکان را می دهد، تا داده های مکانی مربوط به زمین را جهت ورود به پایگاه اطلاعاتی GIS ، در یک زمان تقریبا حقیقی گرداوری نمایند .
GIS , GPS , RS
ژئوانفورماتیک به عنوان یک علم چند منظوره در راستای اندازه گیری، ثبت، تحلیل و ارائه داده های جغرافیایی تعریف شده است. این اطلاعات زمینی توسط تکنولوژِی های GIS , GPS و RS گرداوری می شوند . هر یک از این سه تکنولوژی و یا دو نوع از آن در ترکیب با دیگری تکنولوژی جدید 3S(3system) را ایجاد می نماید .
سنجش از دور (Remote Sensing) یا RS ، تصاویری از محیط و منابع طبیعی را بصورت چند طیفی با قدرت تفکیک گوناگون در زمان های مختلف تهیه می نمایند. سیستم موقعیت یابی جهانی (System Global Position) یا GPS و نیزسیستم ناوبری خودکار (Intertial Navigation System) یا INS توسط نقاط کنترل زمینی و فتوگرامتری ، سنجنده های بکار برده شده در سنجش از دور را تقویت می سازند و سیستم اطلاعاتی جغرافیایی GIS ، دستیابی به داده ها و اطلاعاتی که از بانک ها و پایگاه های داده های مکانی زمین با بکارگیری ابزارهای مدرن ، ایجاد شده را امکان پذیر می سازد.
ترکیب تصاویر ماهواره ای و GIS
با ترکیب تصاویر ماهواره ای با قدرت تفکیک بالا و GIS ، نقشه هایی با مقیاس بزرگتر (1:2400 و 1:1000) را می توان تهیه نمود. سیستم اطلاعاتی جغرافیایی در راستای مدیریت منابع طبیعی با استفاده قرار گیرد :
آنالیز حوادث طبیعی، شامل فرسایش خاک ، سیلاب، خشکسالی، و سایر حوادث طبیعی دیگر .
مدیریت آبخیزداری
مطالعه کاربردی زمین در توسعه کشاورز.
پیش بینی میزان محصولات نسبت به وسعت زمین.
ترکیب فتوگرامتری رقومی و GIS
فتوگرامتری رقومی تنها بخشی از یک سیستم سنجش از دور است در حالی که سنجش از دور تفسیر و استخراج اطلاعات از تصاویر می باشد .
ترکیب GIS و GPS :
بخش چشمگیری از عملیات صحرایی جهت تولید عکس نقشه (photomap) و تصاویر ماهواره ای همراه با یادداشت های حاشیه ای (اطلاعات فیلد ) در تحقیقات زیست محیطی، نقشه برداری زمین و نقشه برداری خسارات ناشی از حوادث و ... با بهره گیری از ترکیب GIS و GPS انجام می پذیرد . ناوبری دریایی و اتومبیل با استفاده از GPS همراه با نقشه های چارت های الکترونیکی ، یک نمونه عالی از تلفیق دو سیستم GIS و GPS را عرضه می دارد.
محاسن یک سیستم اطلاعات جغرافیایی
محاسن یک سیستم اطلاعاتی جغرافیایی شامل موارد زیر می شود :
- کیفیت بالای تحلیل داده ها و امکان تجزیه و تحلیل آنها با روش های پیشرفته.
- مدیریت و تغییر سریع حجم عضیمی از داده ها در زمینه های مختلف
- روشهای بهتر و جدیدتر برای تهیه نقشه های مختلف و امکان به روز کردن آنها
- امکان ایجاد ارتباط بین عوارض مختلف و اتصال حجم زیادی از اطلاعات آنها در جدادول اطلاعاتی
- کاهش زمان ، هزینه و مواد مصرفی کار و پول ساز و اشتغال ساز بودن آن
- استفاده وسیع آن در علوم مختلف
- اداره و سازماندهی وسیعی از داده های زمین مرجع
- قابلیت بازبینی روش ها
- مدل سازی ، فرضیه و آزمایش و پیشگویی
معایب یک سیستم اطلاعات جغرافیایی
برخی از معایب یک سیستم اطلاعاتی جغرافیایی عبارتند از :
- جدید بودن این فناوری که باعث عدم استفاده وسیع در تمام علوم و نیز مشکل بودن آن می شود .
- عدم اطلاع از قابلیتهای GIS و نحوه استفاده از آن
(پرویز تاجداری – کارشناس زمین شناسی (مجله اطلاعات علمی تیر 85))