مهندسي كامپيوتر ايران زمين

سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) سیستمی است متشكل از داده ها، روشها و الگوریتمها، سخت افزار، نرم افزار، نیروی انسانی و شبكه كه برای ورود، مدیریت، تحلیل و نمایش "اطلاعات جغرافیایی" مورد استفاده قرار می گیرد.

سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) سیستمی است متشكل از داده ها، روشها و الگوریتمها، سخت افزار، نرم افزار، نیروی انسانی و شبكه كه برای ورود، مدیریت، تحلیل و نمایش "اطلاعات جغرافیایی" مورد استفاده قرار می گیرد.

مولفه های GIS

نرم افزار

سخت افزار

نیروی انسانی

داده

شبكه

روشها و الگوریتمها

لزوم استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی

سیستم اطلاعات جغرافیایی ابزاری قدرتمند برای كار با داده های مكانی می باشد. در GIS داده ها بصورت رقومی نگهداری می شوند لذا از نظر فیزیكی حجم كمتری را نسبت به روش های سنتی (مانند نقشه های كاغذی) اشغال می كنند.در یك GIS با استفاده از توانایی های كامپیوتر مقادیر بسیار عظیمی از داده ها را می توان با سرعت زیاد و هزینه نسبتاً كم نگهداری و بازیابی نمود. قابلیت كار كردن با داده های مكانی و اطلاعات توصیفی مربوط به آنها و تركیب انواع مختلف داده ها در یك آنالیز و با سرعت زیاد، با روش های دستی سازگار نمی باشد.توانایی اجرای آنالیزهای مكانی پیچیده، مزیت های كمی و كیفی را برای GIS فراهم می كند. انجام پردازش های تكراری با در نظر گرفتن شرایط مختلف برای دستیابی به نتیجه بهینه،تنها توسط كامپیوتر امكان پذیر می باشد كه می تواند اینگونه عملیات را با سرعت زیاد و هزینه نسبتا كم انجام دهد. این توانایی تجزیه و تحلیل داده های مكانی است كه GIS را از دیگر سیستم های گرافیكی كامپیوتری (computer aided design) مجزا می سازد.امكان انجام آنالیزهای پیچیده با مجموعه داده های مختلف مكانی (spatial) و غیرمكانی (non spatial) بصورت توأم، مهمترین قابلیت GIS می باشد كه نمی توان آن را با روش های دیگر مثل روش های آنالوگ انجام داد.توانایی تجزیه و تحلیل توأم داده های مختلف، امكان ایجاد و استفاده از اطلاعات زمین مرجع را به شكلی كاملاً متفاوت با گذشته را فراهم می سازد. نه تنها امكان تركیب مجموعه داده های مختلف وجود دارد بلكه روش های مختلف را نیز می توان با یكدیگر تركیب نمود مثلاً روش های جمع آوری، رسیدگی و ممیزی و به روز رسانی داده ها را می توان با یكدیگر تركیب نمود. مثلاً وقتی كه تغییری در كاربری یا مالكیت یك قطعه زمین وارد سیستم GIS می شود، این سیستم می تواند دقت تغییرات را كنترل نموده و سپس نقشه و جداول مربوطه را به روز در آورد. بدین ترتیب كاربران GIS می توانند اطلاعات جدیدتر را در اختیار داشته و با توجه به نیازهایشان آن را بكار گیرند.

مؤلفه های سیستم اطلاعات جغرافیایی

۱ ورودی داده ها (Data Input)

مؤلفه ورودی داده ها، آنها را از شكل موجودشان به شكل قابل استفاده در GIS تبدیل می كند. داده های زمین مرجع، معمولا به شكل نقشه های كاغذی و جداولی از اطلاعات توصیفی فایل های الكترونیك از نقشه ها و اطلاعات توصیفی مربوط به آنها، عكس های هوایی و یا تصادیر ماهواره ای می باشند. وارد نمودن داده ها ممكن است به راحتی تغییر فرمت یك فایل و یا بسیار پیچیده باشد. ایجاد پایگاه های بزرگ داده ها ممكن است ۵ تا ۱۰ برابر سخت افزار و نرم افزار GIS هزینه در برداشته باشد. به طور كلی مرحله وارد نمودن داده ها بسیار وقت گیر و پر هزینه بوده و ممكن است ماه ها و یا حتی سال ها به طول انجامد. قبل از اینكه مرحله وارد نمودن داده ها آغاز شود، روش های وارد كردن این داده ها و استانداردهای كیفیت باید دقیقا مورد توجه قرار گیرند. روش های مختلف وارد نمودن داده ها باید براساس پردازش هایی كه قرار است روی داده ها انجام گیرند، استانداردهای مورد نظر برای دقت و خروجی هایی كه قرار است تهیه گردند مورد ارزیابی قرار گیرند.

۲ مدیریت داده ها (data management)

مدیریت داده ها یكی از مولفه های GIS بوده و شامل توابعی برای ذخیره، نگهداری و بازیابی اطلاعات موجود در پایگاه داده ها می باشد. روش های گوناگونی برای سازماندهی داده ها به صورت فایل هایی كه كامپیوتر بتواند آنها را بخواند وجود دارند. ساختار داده ها(data structure) روشی است كه داده ها براساس آن سازماندهی می شوند و چگونگی ارتباط فایل ها با یكدیگر (سازماندهی پایگاه داده ها)، تعیین كننده محدودیت های موجود در بازیابی اطلاعات و سرعت عملیات بازیابی می باشند.در هنگام ارزیابی سازماندهی داده ها باید نیازهای كوتاه مدت و دراز مدت كاربران در نظر گرفته شوند. این ارزیابی باید توسط شخصی انجام گیرد كه در روش های طراحی و تجزیه وتحلیل پایگاه داده های GIS متخصص باشد.

۳ تجزیه و تحلیل و كار با داده ها (data manipulation and analysis)

توابع مربوط به تجزیه و تحلیل و كار با داده ها در یك GIS، تعیین كننده اطلاعاتی هستند كه می تواند توسط این سیستم ایجاد شود. لیستی از قابلیت های مورد نیاز به عنوان جزئی از نیازمندی های سیستم باید تعریف شوند. مسئله ای كه معمولاً پیش بینی نمی شود این است كه ایجاد GIS در یك سازمان تنها باعث اتوماسیون بعضی فعالیت های خاص نمی گردد، بلكه ممكن است راه و روشی كه سازمان براساس آن كار می كند را نیز تغییر دهد. برای پیش بینی روش تجزیه و تحلیل داده ها در یك GIS نیاز به دخالت كاربران در مشخص نمودن توابع و عملكردهای لازم برای سیستم می باشد.

۴ خروجی داده ها (data output)

داده های خروجی در GIS های مختلف از لحاظ كیفیت، دقت و سهولت استفاده، بسیار متنوع تر از قابلیت های این سیستم ها می باشند. داده های خروجی ممكن است به اشكالی از قبیل نقشه، جدولی از مقادیر یا نوشتار بوده و بصورت كاغذی (hard copy) و یا بصورت رقومی (soft copy) ارائه گردند. توابع خروجی مورد نیاز براساس نیازهای كاربران تعیین می شوند لذا دخالت كاربران در مشخص نمودن خروجی های مورد نیاز بسیار مهم می باشد.

تاریخچه GIS (سیستم اطلاعات جغرافیایی)

از زمان اولین تمدن ها، برای نمایش اطلاعات مربوط به سطح زمین از نقشه استفاده می شده است ناوبران، نقشه برداران زمینی و ارتش از نقشه برای نمایش موقعیت مكانی عوارض جغرافیایی مهم استفاده می كرده اند. نقشه برداری زمین و تهیه نقشه ركن مهمی در امپراطوری روم باستان بود و با سقوط امپراطوری روم، تهیه نقشه نیز در آن دوران به فراموشی سپرده شد. تا اینكه در قرن هجدهم مجدداًدولتهای اروپایی به اهمیت تهیه نقشه برای طراحی و برنامه ریزی اراضی پی بردند و مؤسسات ملی مسئول تهیه نقشه پوششی كشورها شدند. نقشه های توپوگرافی برای نمایش محدوده اراضی، واحدهای اداری و مرزهای ملی تهیه می گردیدند. از آنجا كه مطالعه منابع طبیعی گسترش یافت، نقشه های موضوع(تماتیك) نیز برای نمایش اطلاعاتی از قبیل زمین شناسی، ژئومورفولوژی، خاك و پوشش گیاهی مورد استفاده قرار گرفتند. در قرن بیستم گسترش سریع علم و تكنولوژی باعث تقاضای بیشتری برای نمایش سریعتر و دقیقتر حجم های بزرگتری از اطلاعات جغرافیایی شد.امروزه توسعه تكنیك های عكسبرداری هوایی و سنجش از دور، تحولی عظیم در جمع آوری و تهیه داده های جغرافیایی بوجود آورده است كه كاربردهای گسترده تری داشته و آنالیزهای پیچیده تری را می طلبد. در حال حاضر داده های جغرافیایی سریعتر از آنكه بتوانند تجزیه و تحلیل شوند، جمع آوری می گردند.تا قبل از بوجود آمدن كامپیوترها، داده های جغرافیایی به طور سنتی با استفاده از نقشه ها و به صورت نقاط، خطوط و سطوح ترسیم شده برروی كاغذ یا فیلم، نشان داده می شدند. عوارض ارائه شده در نقشه توسط سمبلها و رنگهایی كه در لژاند نقشه تشریح می شدند، مشخص گردیده و گاهی نیز با نوشتار همراه بودند. بدین ترتیب نقشه و اطلاعات جانبی مربوط به آن، پایگاه داده های جغرافیایی را تشكیل می داد. نقشه های تماتیك منابع طبیعی بعنوان ابزاری برای ثبت و طبقه بندی مشاهدات مورد استفاده قرار می گرفت. آنالیزها بیشتر بصورت كیفی بوده و با بررسی های بصری بر روی نقشه انجام می شد. آنالیزهای كمی صرفاً با استفاده از خط كش جهت اندازه گیری فواصل و پلانیمتر برای اندازه گیری مساحت ها انجام می گرفت.ایده استفاده از سیستم های اطلاعات جغرافیایی و نقشه های رقومی كه قابلیت هم پوشانی لایه های اطلاعاتی مختلف را داشته باشند، مدتها قبل از اختراع كامپیوتر بیان گردیده است و به اواسط قرن نوزدهم میلادی باز می گردد. ایجاد عملی سیستم GIS و كاربردی شدن این سیستم در زمینه كاربردهای جغرافیائی در دهه های ۱۹۵۰، ۱۹۶۰ و اوایل دهه ۱۹۷۰ انجام شد. اولین سیستم اطلاعات جغرافیایی نخستین بار در كانادا توسط دكتر Tomlinsonجهت استفاده از آن در زمینه مدیریت جنگلها طراحی و اجرا گردید. با عرضه نسل های جدید كامپیوتر و كاهش سریع قیمت آن روند توسعه سیستم های GIS سرعت بیشتری یافت و تا پایان آن دهه چندین سیستم GIS در آمریكا و كانادا توسعه یافت.در دهه ۱۹۷۰ سیستم های CAD به سمت GIS توسعه یافتند و سیستم های تجاری GIS به بازار ارائه گردیدند. در دهه ۱۹۸۰ مینی كامپیوترها به بازار عرضه گردیدند و توسعه سیستم های پردازش تصاویر و ارتباط آن با GIS و توسعه پایگاههای داده ها بویژه پایگاه داده شیء گرا از ویزگیهای این دهه بود. در دهه ۱۹۹۰ سیستم های اطلاعات جغرافیایی در زمینه های نظیر محاسبات موازی، مدلسازی، تلفیق سنجش از دور و GIS، پایگاه داده های بسیار بزرگ و سیستم های هوشمند و استنتاجی(Deductive) حركت كرده و امروزه محققین به دنبال توسعه Web GIS و كاربردی كردن سیستم های خبره و با ساختار پایگاه داده استنتاجی و قیاسی(Inductive) می باشند بطوریكه آیكون های GIS در سالهای آینده حتی بر روی سیستم های عامل نظیر ویندوز نیز نصب خواهند شد.