نگاهی مختصر به سیستم های اطلاعات جغرافیایی

سیستم های اطلاعات جغرافیای (GIS) سیستم های کامپیوتری هستند که از آنها برای ذخیره و به کارگیری بهینه اطلاعات جغرافیایی استفاده می شود. به طور کلی یک سیستم اطلاعات جغرافیایی برای جمع آوری، ذخیره و تجربه و تحلیل داده هایی به کار می رود که موقعیت جغرافیایی آنها یک مشخصه اصلی و مهم محسوب می شود. حجم داده های جغرافیایی بسیار زیاد است، بنابراین قدرت سیستم های اطلاعات جغرافیایی، یک عامل حیاتی در آنالیز این داده ها محسوی می شود. حجم داده های جغرافیایی به این علت زیاد است که امکان دارد با صداها یا هزاران نوع عارضه سر و کار داشته باشیم، در حالی صدها مشخصه تنها به یک عارضه نسبت داده شوند.
این اطلاعات ممکن است به صورت نقشه، جداولی از داده ها و یا فهرست هایی از اسامی یا آدرس ها باشند. کار کردن با این حجم زیاد داده ها با روش معمولی و غیرکامپیوتری بسیار مشکل و وقت گیر و در بعضی موارد غیرممکن است. هنگامی که همین داده ها وارد یک GIS می شوند، می توان به راحتی انواع پردازش ها و تجزیه و تحلیل ها را با صرفه جویی در هزینه و زمان، روی آنها انجام داد. البته صرف وجود یک GIS به تنهایی راه به جایی نمی برد، بلکه سازمان منسجمی از نیروی انسانی، تجهیزات و تسهیلات مورد نیاز است تا مسوولیت پیاده سازی و نگهداری GIS را به عهده گیرد. در چنین سازمانی، هدف از به کارگیری GIS باید کاملاً روشن باشد. در غیر این صورت تردید پیش می آید که هزینه گزاف پیاده سازی GIS به چه منظور انجام شده است و آیا اصولاً پیاده سازی GIS می تواند موفقیت آمیز ارزیابی شود؟
از سوی دیگر یک GIS برای تولید اطلاعاتی به کار می رود که مورد نیاز کاربران و مشتری های مختلف می باشند. کاربر ممکن است شخص یا گروهی از اشخاص و یا سازمان های دولتی یا خصوصی باشد.
به طور کلی در یک سیستم اطلاعاتی جغرافیایی، اطلاعات به دو شکل اساسی ارائه می شوند. نقشه ها و جداول. به عنوان مثال چگونگی توزیع انواع مختلف اراضی از نظر کاربری در یک منطقه به وسیله نقشه و جمعیت، میزان تولید آلاینده های زیست محیطی هر یک از این قطعات و یا مساحت آنها با جداول مختلف ارائه می شوند. به نمونه هایی از کاربردهای مختلف GIS توجه کنید:
۱) استفاده در شهرداری ها و برنامه ریزی شهری: برای مثال از GIS هایی که در شهرهای مختلف آمریکا مثل مینیاپولیس، لوس آنجلس، هوستن و سن دیگو به کار رفته اند، در زمینه های مختلفی مانند مدیریت املاک و دارایی ها، صدور پروانه و جواز ساختمان سازی، برنامه ریزی محلی، آنالیز حمل و نقل، تعیین بهترین مسیر برای وسایل نقلیه ای مثل آمبولانس، طراحی های مهندسی مثل سیستم های آب و فاضلاب و شبکه کابل های مختلف و برنامه ریزی برای کاربری اراضی استفاده شده است.
۲) کشاورزی و برنامه ریزی برای کاربری اراضی: با توجه به اهمیت بنیادی کشاورزی می توان با استفاده از GIS به تجزیه و تحلیل های بسیاری مانند تعیین مقدار افزایش یا کاهش تولید در مقایسه با سال های قبل یا آنالیزهای پیچیده تری مانند استفاده از کامپیوتر در شبیه سازی رشد یک نوع محصول دست یافت.
۳) محیط زیست: یک GIS می تواند برای ذخیره و تجزیه و تحلیل اطلاعات، از قبیل محاسبه مقدار تولید آلاینده ها در مناطق مختلف بررسی چگونگی توزیع آتش سوزی در جنگل و یا ارزیابی برنامه های مختلف کنترل آلودگی ها به کار رود. در حالیکه انجام بسیاری از این تجزیه و تحلیل ها بدون به کارگیری GIS امکان پذیر نیست.
GIS یک سیستم کامپیوتری است که چهار بخش اساسی دارد:
الف) ورودی داده ها
ب) مدیریت داده ها که عبارت است از ذخیره و بازیابی داده ها
ج) پردازش و تجزیه و تحلیل داده ها
چ) برای اینکه یک GIS موفق باشد باید در یک چارچوب سازمانی مناسب قرار گیرد .
بعضی از کاربران GIS اصطلاحاً داخلی نامیده می شوند (یعنی زیر نظر همان مدیریتی هستند که GIS را هدایت و کنترل می کند) اما بعضی از کاربران خارجی نامیده می شوند و زیرنظر مدیریت دیگری هستند. به عنوان مثال یک سازمان زمین شناسی ملی باید از یک GIS برای فراهم آوردن نیازهای پژوهشی خود استفاده کند، در حالی که ممکن است با استفاده از همین GIS به دپارتمان های مربوط در سازمان های دیگر یا به عموم مردم نیز سرویس دهد.
● دلایل استفاده از GIS
سیستم اطلاعات جغرافیایی ابزاری قدرتمند برای کار با داده های مکانی است. در GIS داده ها به صورت رقومی نگهداری می شوند، بنابراین از نظر فیزیکی حجم کمتری را نسبت به روش های سنتی (مانند نقشه های کاغذی) اشغال می کنند.
در یک GIS با استفاده از توانایی های کامپیوتر مقادیر بسیار عظیمی از داده ها را می توان با سرعت زیاد و هزینه نسبتاً کم نگهداری و بازیابی کرد. قابلیت کار کردن با داده های مکانی و اطلاعات توصیفی مربوط به آنها و ترکیب انواع مختلف داده ها در یک آنالیز با سرعت زیاد و هزینه نسبتاً کم هم از مزیت های این روش است. این توانایی تجزیه و تحلیل داده های مکانی است که GIS را از دیگر سیستم گرافیکی کامپیوتری مجزا می سازد.
امکان انجام آنالیزهای پیچیده با مجموعه داده های مختلف مکانی و غیرمکانی به صورت توأم، مهمترین قابلیت GIS است که نمی توان آن را با روش های دیگر مثل روش های آنالوگ انجام داد. توانایی تجزیه و تحلیل توأم داده های مختلف، امکان ایجاد و استفاده از اطلاعات زمین مرجع را به شکلی کاملاً متفاوت با گذشته فراهم می کند. به این معنا که نه تنها امکان ترکیب مجموعه های داده های مختلف وجود دارد بلکه روش های مختلف را نیز می توان با یکدیگر ترکیب کرد. مثلاً وقتی تغییری در کاربری یا مالکیت یک قطعه زمین واد سیستم GIS می شود، این سیستم می تواند دقت تغییرات را کنترل کرده و سپس نقشه و جداول مربوطه را به روز درآورد. بدین ترتیب کاربران GIS می توانند اطلاعات جدیدتر را در اختیار داشته و با توجه به نیازهایشان آن را به کار گیرند.
اگرچه گاه سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) به عنوان بستر سیستم های یکپارچه شهرداری معرفی می شود، اما واقعیت این است که GIS به عنوان سیستمی مستقل و با کاربردهای متنوع، صرفاً امکان دسترسی و بهره گیری از اطلاعات جغرافیایی و خدمات اطلاعاتی مربوط به این حوزه را فراهم می آورد. کاربرد و ماموریت سیستم های پردازش داده های متنی و عددی (Data Processing) و اتوماسیون اداری با کاربرد و ماموریت سیستمهای پردازش اطلاعات مکانی و جغرافیایی متفاوت است. سیستمهای این دو حوزه می توانند در هنگام نیاز به خدمات همدیگر، با برقراری ازتباط مناسب از قابلیت های سیستم دیگر استفاده کنند. اما بناکردن یک سیستم کاربردی پردازش داده های متنی/عددی (مانند سیستم شهرسازی) بر بستر پردازش اطلاعات مکانی و جغرافیایی، یعنی ایجاد سیستم Data Processing به صورت GIS Based نیازمند توصیه و تجویز منابع علمی و حرفه ای پذیرفته شده جهانی است. شرکت ایده گستر در طراحی سیستمهای یکپارچه شهرداری، به جای ایجاد محیط واحد با GIS، ارتباط منطقی و راه گشا و مناسبات پیشرفته بین دو حوزه سیستمی را مد نظر قرار داده است.
سیستم های یکپارچه شهرداری ها معمولا از یکی از رایج ترین و پیشرفته ترین نرم افزارهای GIS موجود به نام ARC GIS بهره می گیرند که محصول کمپانی پیشگام ESRI است و امکانات قابل ملاحظه ای را در اختیار کاربران قرار می دهد. مهمترین قابلیت های ارتباطی سیستم های یکپارچه شهرداری و GIS عبارتند از:
▪ استفاده از نقشه های وضع موجود برای بستر کار
▪ استفاده از لایه طرح تفصیلی جهت دسترسی سریع و آسان به ملک مورد نظر و امکان اعلام ضوابط و مقررات مربوطه از بانک اطلاعات توصیفی سیستم اطلاعات جغرافیایی، در صورتی که بانک مورد نظر دارای اطلاعات مذکور باشد.
▪ دسترسی به اطلاعات شهرسازی از طریق لایه وضعیت موجود و بانک اطلاعات توصیفی GIS
▪ جستجوی سریع املاک براساس نقشه های موجود و کلید دسترسی تعریف شده ملک
▪ امکان افزودن لایه طرح های اجرایی و اعلام ضوابط و مقررات بر و کف بر روی هر ملک با استفاده از بانک اطلاعات توصیفی GIS
▪ امکان ارسال نقشه های ایجاد شده به سایر محیط های نرم افزاری نظیر Auto CAD، Visio، Word، Excel و ...
▪ امکان درج و چاپ تصاویر، نقشه یا کروکی ملاک به صورت ترکیبی با متن در نامه ها، اسناد و گواهی های صادره توسط سیستم شهرسازی
● GIS و کاربرد های آن در علوم مختلف
هر اندازه بشر در پروژه های عمرانی از تکنولوژی اطلاعاتی به عنوان یک اهرم موثر برای افزایش دقت سود ببرد، به همان اندازه دید بهتر و قدرت بیشتری برای تصمیم گیری های مناسب تری می یابد. در نتیجه این امر به افزایش سرمایه و سرمایه گذاری بیشتر سازمان ها در کسب اطلاعات و منابع اطلاعاتی کمک می کند.
بسیاری از تصمیم گیری ها در پروژه های عمرانی و زیست محیطی به نوعی به مکان و موقعیت خاص جغرافیایی مربوط است. در نتیجه وجود یک سیستم اطلاعات جغرافیایی هوشمند می تواند به مدیران در اخذ تصمیمات بهینه کمک بسیاری کند. موارد نگران کننده بسیاری در جهان امروز با ابعاد جغرافیایی بالا وجود دارد که باعث شده بشر به فکر ایجاد سیستم هایی باشد که دسترسی او را به اطلاعات آسان تر و سریع تر ممکن کند.. از جمله این موارد می توان به مواردی نظیر: افزایش تصاعدی جمعیت جهان، آلودگی های زیست محیطی، خشکسالی، نابودی جنگل ها، سیل، زلزله، تغییرات آب و هوایی و غیره اشاره کرد.
تا کنون از GIS تعاریف زیادی شده، با این وجود سیستم های نوین امروزی GIS در دو شکل از اطلاعات برداری و شبکه ای مشترکند. نیاز کاربران به اطلاعات برداری - شبکه ای از لایه های تصویری از جمله ارتوفتوی دیجیتالی به طور چشمگیری افزایش یافته است. تاکنون بحث های زیادی در ارتباط با کاربرد GIS درگرفته، اما آنچه مورد تاکید است زمینه های عملی و تحقق عینی استفاده از سیستم های اطلاعات جغرافیایی است.
مدت هاست که GIS در مدل سازی مانورهای نظامی، در ارتشهای بزرگ دنیا به کار گرفته می شود. GIS با به کارگیری تکنولوژی شبیه سازی توزیعی، محیط مصنوعی میدان های رزم را به وجود می آورد. شبیه سازی توزیعی، امکان فعل و انفعالات همزمانی را در موقعیتهای گوناگون جغرافیایی فراهم می آورد تا با همکاری یکدیگر، استراتژی جنگی را طراحی کرده و عکس العمل سلاح های آینده را پیش از تولید مورد آزمایش قرار دهند. این امر به پرسنل نظامی امکان می دهد که مستقیما در فرآیند تولید سلاح های جدید دخالت داشته باشند.
در برخورد با سوانح مانند زلزله، GIS توانسته است عملا به نقش موثر و تعیین کننده ای دست یابد. تقریبا هر مساله ای که زلزله در پی داشته باشد، ارتباط پیوسته ای با اطلاعات جغرافیایی و چگونگی گسترش منابع، کنترل مواد خطرناک، ارزیابی خسارت و تلاش در بازسازی و به تعبیری مدیریت سوانح دارد. بررسی پیامدهای زلزله پس از وقوع حادثه، ارزیابی خسارت، برخورد و رویارویی با وضعیت اضطراری و تهیه گزارش های محلی از جمله کاربردهای GIS است. در این مواقع رسیدن اطلاعات صحیح و به موقع لازم است تا ضمن تعیین میزان کمک ها، اطلاعات و خدمات در اختیار مردم قرار گیرد.
تکنولوژی GIS، با بهره گیری از گیرنده های GPS در مواجهه با شرایط اضطراری پیش آمده از نشت نفت در دریا، نقش مهم و سازنده خود را به نمایش گذاشته است. به عنوان مثال در پی انفجاری که سال ۱۳۸۳ در برخورد یک کشتی باری با دو یدک کش در نزدیکی سن پترزبورگ پیش آمد، پس از چهارده ساعت تلاش با بهره گیری از GIS توانستند آتش را مهار کنند.
پیش بینی فاجعه، پس از حادثه نشت کشتی نفت کش Exxon Voldez Spill در آلاسکا در سال ۱۹۸۹، مسوولین ایالت فلوریدا اقدام به تشکیل گروه های واکنش سریع کردند تا توانایی های آن ایالت را در پیشگیری و پاکسازی لکه های نفتی ارزیابی کنند. یکی از توصیه های گروه های واکنش سریع، اعلام عدم کارآیی و نقایص نقشه هایی بود که برای رویارویی با فاجعه نشت نفت به کار برده می شوند، زیرا تنها نقشه هایی که چنین نشت هایی را نشان می داد، نقشه های «حساسیت محیط های ساحلی و حیات وحش به نشت نفت در فلوریدا» بود که در سالهای ۱۹۷۹ و ۱۹۸۰ با استفاده از نقشه های توپوگرافی تهیه شده و دارای انواع خط ساحلی، منابع حیات وحش و نواحی مقابله با لکه های نفتی بود. با رتبه بندی حساسیت محیطی، می توان آسیب پذیری خطوط ساحلی خاصی را در برابر نشت نفت مشخص کرد. بر اساس پیشنهاد گروه های واکنش سریع باید نقشه ها بازنگری و به روز شده و اطلاعات آنها در یک GIS وارد شود تا ضمن دستیابی به نقشه های به هنگام، توانایی تحلیل در زمان کوتاه انجام پذیر باشد.
● چه کسانی از GIS استفاده می کنند؟
دولت ها و بخش های وابسته به آنها برای مدیریت کشور و مناطق محلی، استفاده از زمین ها و دیگر قسمت ها نظیر شهرداری ها، از GIS استفاده می کنند. بخش های قضایی برای آنالیز و ردیابی جرایم از GIS کمک می گیرند، تاجران از GIS برای پیشرفت و توسعه بخشهای تجاری خود استفاده می کنند، کمپانی های تولیدکننده از GIS برای مدیریت آسان تر و سرویس دهی بهتر به مشتریان سود می جویند، مهندسین برای حل مسائل محیط زیست نظیر جنگل ها و حوضه های آبریز از GIS استفاده می کنند و... در هر حال کاربران با تجزیه و تحلیل داده ها و استفاده از GIS برای تصمیم گیری بهتر و نظم دادن به اطلاعات برای سرویس دهی با مدیریت بالا، به دنبال کاهش هزینه ها و رسیدن به اهداف خود هستند.
● تاریخچه ایجاد GIS
اولین نمونه از یک GIS ملی، GIS کاناداست که از اواخر سال ۱۹۶۰ به صورت پیوسته مورد استفاده قرار گرفته است. در دهه های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ میلادی پیشرفت های قابل ملاحظه ای در فناوری GIS به پدید آمد، به طوری که عبارت «سیستم اطلاعات جغرافیایی» در مورد مجموعه ابزارهایی برای تحلیل و نمایش نقشه ها و ادغام فنون و شیوه های آماری و نقشه ای و کاربرد فراگیرتر آن، به ویژه برای تحلیل تأثیرات و خط مشی های دولتی به کارگرفته شد. در حالی که سابقه فناوری GIS درکشورهای غربی ازجمله کانادا و آمریکا به بیش از ۴۰ سال می رسد، این فناوری در اغلب کشورهای جهان سوم بسیار جوان است. از ویژگی های GIS در کشورهای غربی هماهنگی بین فناوری و آموزش وکاربرد آن است، درحالی که در کشورهای جهان سوم، ورود فناوری قبل از آموزش و مهارت اندوزی مربوط به آن صورت می گیرد.
در ایران اولین مرکزی که به طور رسمی استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی را در کشور آغاز کرد، سازمان نقشه برداری کشور بود که سال ۱۳۶۹ براساس مصوبه مجلس شورای اسلامی، عهده دار طرح به کارگیری این سیستم شد. این سازمان در حال حاضر مشغول تهیه نقشه های توپوگرافی ۱:۲۵۰۰۰ از عکس های هوایی با مقیاس ۱:۴۰۰۰۰ است و این فرصتی است برای تبدیل این نقشه ها به ساختارهای رقومی و تأسیس پایگاه توپوگرافی ملی که نیازهای کاربران را در زمینه GIS برآورده می کند.
در همین راستا «شورای ملی کاربران سیستم های اطلاعات جغرافیایی» به منظور سیاست گذاری، برنامه ریزی و هماهنگ سازی فعالیت ها در زمینه GIS، تحلیل نیازمندی ها و همچنین بهره برداری شایسته از کلیه ظرفیت های علمی، فنی و نیروی انسانی در راستای ایجاد و به کار گیری GIS و با توجه به وظایف سازمان نقشه برداری کشور در خصوص تدوین و ایجاد سیستم های اطلاعات جغرافیایی ملی، در دی ماه ۱۳۷۲ تأسیس شده است.
فعالیت های اجرایی پروژه ایجاد سیستم اطلاعات جغرافیایی در وزارت صنایع و معادن، از فروردین ۱۳۷۱ آغاز شد و هم اکنون از این سیستم به طور گسترده در ارتباط با فعالیت های آن استفاده می شود.
از دیگر مؤسساتی که در زمینه این سیستم فعالیت می کنند می توان شهرداری تهران، وزارت مسکن و شهرسازی، وزارت جهاد کشاورزی، مؤسسه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله و سازمان جنگل ها و مراتع را نام برد؛ اما تاکنون در دانشگاه های کشور چنان که باید از این سیستم به عنوان یک فناوری با قابلیت بسیار بالا، برای طراحی پروژه ها و کاربرد آن در رشته های مختلف استفاده نشده است.

منبع : ماهنامه تحلیلگران عصر اطلاعات