سيستم اطلاعات جغرافيايى (gis)

سيستم اطلاعات جغرافيايى (GIS)
مقدمه:
براى اولين بار در اواسط دهه 1960 در ايالات متحده کار بر روى اولين سيستم اطلاعات جغرافيايى آغاز شد. در اين سيستم ها عکس هاى هوايى، اطلاعات کشاورزى، جنگلدارى، خاک ، زمين شناسى و نقشه هاى مربوطه مورد استفاده قرار گرفتند. در دهه 1970 با پيشرفت علم و امکان دسترسى به فناورى هاى کامپيوترى و تکنولوژيهاى لازم براى کار با داده هاى مکانى، سيستم اطلاعات جغرافيايى يا (GIS)، براى فراهم آوردن قدرت تجزيه و تحليل حجم هاى بزرگ داده هاى جغرافيايى شکل گرفت. در دهه هاى اخير به سبب گسترش تکنولوژى هاى کامپيوترى،سيستم هاى اطلاعات جغرافيايى امکان نگهدارى به روز داده هاى زمين مرجع و نيز امکان ترکيب مجموعه داده هاى مختلف را به طور مؤثر فراهم ساخته اند. امروزه GIS براى تحقيق و بررسى هاى علمى، مديريت منابع و ذخاير و همچنين برنامه ريزى هاى توسعه اى به کار گرفته مى شود.
GIS چيست؟
سيستم اطلاعات جغرافيايى(Geographic Information Systems) يا GIS يک سيستم کامپيوترى براى مديريت و تجزيه و تحليل اطلاعات مکانى بوده که قابليت جمع آورى، ذخيره، تجزيه وتحليل و نمايش اطلاعات جغرافيايى (مکانى) را دارد.
داده هادريک (GIS) بر اساس موقعيتشان نشان داده مى شوند.
تکنولوژى GIS با جمع آورى و تلفيق اطلاعات پايگاه داده هاى معمولى، به وسيله تصوير سازى و استفاده از آناليز هاى جغرافيايى، اطلاعاتى را براى تهيه نقشه ها فراهم مى سازد. اين اطلاعات به منظور واضح تر جلوه دادن رويدادها ، پيش بينى نتايج و تهيه نقشه ها به کار گرفته مى شوند.
دريک سيستم اطلاعات جغرافيايى واژه جغرافيايى يا(Geographic) عبارت است از موقعيت موضوع هاى داده ها، برحسب مختصات جغرافيايى (طول و عرض).
واژه (Information) يا اطلاعات نشان مى دهد که داده ها در GIS براى ارائه دانسته هاى مفيد، نه تنها به صورت نقشه ها و تصاوير رنگى بلکه بصورت گرافيک هاى آمارى، جداول و پاسخ هاى نمايشى متنوعى به منظور جستجوهاى عملى سازماندهى مى شوند.
واژه(System) يا سيستم نيز نشان دهنده اين است که GIS از چندين قسمت متصل و وابسته به يکديگر براى کارکرد هاى گوناگون، ساخته شده است
مؤلفه هاى GIS:
يک سيستم GIS شامل يک بسته کامپيوترى (شامل سخت افزار و نرم افزار) از برنامه هاى رايانه اى با يک واسطه کاربر مى باشد که دست يابى به عمليات واهداف ويژه اى را فراهم مى سازد. مؤلفه هاى چنين سيستمى به ترتيب عبارتند از: کاربران، سخت افزارها، نرم افزارها، اطلاعات و روش ها.
مولفه هاى يک سيستم اطلاعات جغرافيايى
مؤلفه هاى چنين سيستمى به ترتيب عبارتند از:
1)کاربران (User): مهارت در انتخاب و استفاده از ابزارها دريک سيستم اطلاعات جغرافيايى وشناخت کافى از اطلاعاتى که استفاده مى شوند، يکى از موارد اساسى براى موفقيت در استفاده از تکنولوژى GIS است، که اين از وظايف يک کاربر مى باشد.
2)سخت افزارها (Software): امروزه شبکه هاى GIS شامل تعدادى workstation, x-station، کامپيوترهاى شخصى، چاپگرها و پلاترها مى باشد که معرف مؤلفه سخت افزاريک سيستم اطلاعات جغرافيايى مى باشند.
3)نرم افزارها (Hardware): به منظور استفاده بهتر از يک سيستم اطلاعات جغرافيايى، استفاده از نرم افزارهاى به روز و توانمند توصيه مى شود.
4)اطلاعات (Data): قلب هر GIS پايگاههاى اطلاعاتى آن است. در اين پايگاهها به پرسش هايى از قبيل چه شکلى است؟ کجاست؟ و چگونه به ديگر اشکال مرتبط مى شود، داده مى شود.
5)روش ها (Methods): شيوه هاى صحيح به کارگيرى اطلاعات درجهت رسيدن به اهداف ويژه دريک سيستم اطلاعات جغرافيايى از مهمترين مؤلفه هاى آن است.
مدلهاى داده هاى مکانى:
سيستم اطلاعات جغرافيايى وکامپيوترها را نمى توان به طور مستقيم براى جهان واقعى به کار برد، زيرا کامپيوترها ى ديجيتالى براساس اعداد يا کاراکترهايى که در درون خود به صورت اعداد دو رقمى نگهدارى مى کنند، عمل مى نمايند.
بنابراين پديده هاى مورد نظردر جهان واقعى در يک سيستم کامپيوترى، بايد به شکل نمادين عرضه شوند. پس ابتدا بايد مرحله جمع آورى داده ها انجام گيرد و سپس فرايند فشرده سازى گستره زمين شناسى، ساختار، خواص ژئو فيزيکى يا هر ويژگى ديگرى از سطح زمين که اطلاعات آن گردآورى شده بود، به شکل قابل دستيابى در کامپيوتر با استفاده از مدلهاى نمادين صورت گيرد.

هر نقشه زمين شناسى يک مدل نمادين است زيرا گستره ساده شده قسمتى از جهان واقعى است که از زاويه ديد زمين شناس صحرايى مشاهده شده است. مولفه هاى مدل گفته شده عوارض مکانى هستند که به تقريب همان موجوديتهاى مستقل جهان واقعى هستند که بر روى نقشه توسط نمادهاى گرافيکى عرضه مى شوند.
تمام مدلهاى داده هاى مکانى از عوارض مکانى جداگانه نظير نقاط، خطوط، نواحى، حجم ها و سطوح تشکيل مى شوند، اين عوارض مکانى توسط خصوصياتى که هم مکانى وهم غير مکانى هستند، مشخص ميگردند. ( توصيف رقومى عوارض و خصوصيات آنها مجموعه هاى داده هاى مکانى راشامل مى شود).
ورودى و خروجى داده ها:
براى اينکه يک سيستم اطلاعات جغرافيايى مفيد واقع گردد، بايد قادر به دريافت و توليد اطلاعات به صورت موثر باشد. توابع ورودى و خروجى داده ها، مفاهيمى هستند که توسط آنها يک GIS با جهان خارج ارتباط برقرار مى کند.
-ورودى داده ها عبارتند از روند کد گذارى داده ها به يک شکل خوانا توسط کامپيوتر و قرار دادن داده ها در پايگاه اطلاعاتى GIS.
داده هايى که در سيستم اطلاعات جغرافيايى مى توانند وارد شوند دو نوع هستند:
1)داده هاى مکانى که موقعيت جغرافيايى عوارض را نشان مى دهند ( مانند نقاط يا خطوطى که عوارض جغرافيايى مانند خيابان، درياچه و غيره را نشان مى دهند).
2)داده هاى توصيفى غير مکانى که به توصيف خصوصيات عوارض مى پردازند،مثل شورى آب يک درياچه و يا اطلاعاتى مانند اسم يک خيابان.
ورود داده ها به يک سيستم اطلاعات جغرافيايى (GIS) مى تواند به اشکال، ثبت توسط صفحه کليد، هندسه مختصات، رقومى کردن دستى، اسکن کردن و وارد کردن فايل هاى رقومى موجود، صورت گيرد.
خروجى داده ها روندى است که توسط آن اطلاعات حاصل از GIS به يک شکل مناسب جهت استفاده کاربر ارائه مى شود.
داده ها به يکى از سه فرمت زير خارج مى شوند:
1) Hard copy
(نمايش دائمى، مثل اطلاعات روى کاغذ، فيلم عکاسى و موارد مشابه)
2) Soft copy
(نمايش روى صفحه نمايش کامپيوترى )
3) Electronic
(خروجى در فرمت الکترونيکى شامل فايل هاى کامپيوترى مى باشد)
نمونه اى ازخروجى اطلاعات به صورت Hard Copy
مراحل ايجاد و برپايىGIS درقالب پروژه:
ايجاد و برپايىGIS درقالب يک پروژه شامل مراحل ورودى داده ها، مديريت داده ها، تجزيه و تحليل و پردازش داده ها ودرنهايت خروجى داده ها مى باشد.
1) ورودى داده ها (Data Input)
مؤلفه ورودى داده ها، آنها را از شکل موجودشان به شکلى يا صورتى قابل استفاده در GIS تبديل مى کند. در اين مرحله داده هاى زمين مرجع که به صورت نقشه هاى کاغذى، جداولى از اطلاعات توصيفى، فايل هاى الکترونيک و اطلاعات توصيفى مروبط به آنها، عکس هاى هوايى ويا تصاوير ماهواره اى مى باشند، طبق استانداردهاى مورد نظر، براى دقت خروجى هايى که قرار است تهيه گردند، مورد ارزيابى قرار مى گيرند.
2) مديريت داده ها(Data Management)
اين مرحله شامل توابعى براى ذخيره، نگهدارى و بازيابى اطلاعات موجود در پايگاه داده ها مى باشد.
3)تجزيه و تحليل و پردازش داده ها(Data Manipulation & Analysis)
شامل مجموعه فعاليتهايى مى شود که توسط نرم افزارها، سخت افزارها وکاربر، برروى داده ها به منظور آماده سازى و پردازش آنها براى مراحل بعد صورت مى گيرد.
4) خروجى داده ها(Data Output)
توابع خروجى مورد استفاده بر اساس نيازهاى کاربران تعيين مى شود، لذا داده هاى خروجى به اشکال مختلف از قبيل نقشه، جداول، يا به صورت نوشتارهاى کاغذى (hard copy) ويا به صورت رقومى (soft copy) ارائه مى گردند
اهداف يک سيستم اطلاعات جغرافيايى:
هدف نهايى يک سيستم اطلاعات جغرافيايى يا GIS، پشتيبانى جهت تصميم گيرى هاى پايه گذارى شده بر اساس داده هاى مکانى مى باشد و عملکرد اساسى آن بدست آوردن اطلاعاتى است که از ترکيب لايه هاى متفاوت داده ها با روشهاى مختلف و با ديد گاه هاى گوناگون بدست مى آيند.
هدف فوق از طريق فعاليتهايى که برروى داده هاى مکانى انجام ميگرد، صورت مى پذيرد، اين فعاليت ها عبارتند از:
1) جستجو(Search) : عبارت است از عملکرد جستجوى مجموعه هايى از داده هاى سازمان يافته از پايگاه داده هاى يک سيستم اطلاعات جغرافيايي.
2) سازماندهى (Organization) : دراين سيستم ها ويژگى اصلى براى سازماندهى داده [IMG]file:///D:/darsi/gis/4_files/gis_layers.jpg[/IMG] هاى موجود، موقعيت مکانى آنها مى باشد.
3) تجسم يابه تصوير درآوردن (Monitoring) : تکنولوژىGIS از توانمنديهاى گرافيکى رايانه ها، براى تجسم استفاده مى نمايد. نمايش اطلاعات به طور معمول با استفاده از صفحه نمايش ويديويى انجام مى شود. اما ساير دستگاههاى خروجى نظير چاپگرهاى رنگى نيز براى نمايش نسخه هاى چاپى استفاده مى شوند.
4) ترکيب و تلفيق (Integration) : بخش ديگرى از اين فعاليتها، تلفيق مجموعه داده هاى مکانى از منابع بسيارگوناگون جهت نمايش، درک و تفسير پديده هاى مکانى مى باشد (اين پديده ها هنگامى که داده هاى مکانى به صورت مجزا بکار گرفته مى شوند، قابل رويت نيستند).

5) تجزيه وتحليل ((Analyses : تجزيه وتحليل، فرايند استنباط و دريافت مفهوم داده هاست و به معنى تجزيه وتحليل داده هاى مکانى مى باشد.
6) پيش بينى (Prediction) : هدف از مطالعه وبررسى ها برروى داده هاى مکانى در يک سيستم اطلاعات جغرافيايى، به طور معمول پيش بينى است.
درحقيقت يک سيستم اطلاعات جغرافيايى يا GIS ، توانمندى هاى کارى را براى جمع آورى، ورود، پردازش، تغييرشکل، به تصوير در آوردن،ترکيب، جستجو، تجزيه و تحليل، مدل سازى و خروجى کليه داده هاى مکانى براساس اهداف مورد نظر فراهم مى سازد.
کاربردهاى مختلف GIS:
امروزه با توجه به پيشرفت علوم و سيستم هاى کامپيوترى فناورى GIS در زمينه هاى زمين
[IMG]file:///D:/darsi/gis/5_files/gis-solutions-wheel.gif[/IMG]
شناسى، مطالعات زيست محيطى، منابع آب و آبخيزدارى، کشاورزى، جنگلدارى، تعليم و تربيت، کاربردهاى شهرى، تجارت، صنعت، سازمانها و ... کاربرد فراوانى پيدا نموده است.برخى ازاين کاربردها عبارتند از:
زمين شناسى: تجزيه و تحليل اطلاعات زمين شناسى در يک منطقه چه به منظور اکتشافات معدنى، نفت و چه ساير اهداف، اصولا يک فرايند ترکيبى از داده هاى مختلف مى باشد. يک زمين شناس با مرتبط کردن داده هاى گوناگون زمين شناسى، به دنبال يافتن ساختارهاى مفيد زمين شناسى در يک ناحيه است، از اينرو تمام داده هاى زمين شناسى براى اين که بتوانند مفيد واقع شوند بايد با توجه به موقعيت جغرافيايى شان تجزيه تحليل شوند.
GIS با فراهم کردن امکانات نمايش و تجزيه وتحليل داده هاى مختلف با يکديگر ، يک زمين شناس را قادر به انجام کار با داده هاى گوناگون بطور بسيار وسيع تر و دقيق تر مى نمايد، به طريقى که با روشهاى آنالوگ وسنتى تقريباً غير ممکن مى باشند .
بطور کلى کاربردهاى GIS در زمين شناسى را مى توان به شرح زير عنوان نمود:

[IMG]file:///D:/darsi/gis/5_files/untitled.bmp[/IMG]


تهيه نقشه هاى پتانسيل معدنى: که هدف تلفيق اطلاعات حاصل از لايه هاى اطلاعاتى] زمين شناسى، ژئوشيمى،ژئوفيزيک، دورسنجى وزمين شناسى اقتصادى (پراکندگى کانسارها و انديس هاى معدنى منطقه)[ در جهت تهيه نقشه اى مى باشد که معرف مناطقى با بيشترين احتمال جهت کانى سازى، بر اساس مدل متالوژى منطقه است.
تهيه نقشه هاى حوادث و بلاياى طبيعى: که به پايدارى شيبها، زمين لغزه ها، منطقه بندى خسارت زمين لرزه، فورانهاى آتشفشانى، خسارات ناشى از طغيان رودخانه ها و تسونا مى ها، فرسايش محلى، خطرات آلودگى ناشى از فعاليت معدنى يا صنعتى و گرم شدن کره زمين و ... مى پردازند.

نقشه هاى مکان يابى (Siteselection) که انتخاب محل هاى مناسب جهت اجراى پروژه هاى مهندسى نظير دفن مواد زائد، خط لوله، جاده ومسير راه آهن، سدها و گسترش و توسعه ساختمان سازى ميباشد.
فراورى هاى متنوع زمين شناسى جهت ارزيابى منابعى مانند آب، ماسه وگراول، سنگ ساختمانى، نفت خام، گاز طبيعى، زغال سنگ، انرژى زمين گرمايى در کنار کانيهاى فلزي.
تحقيقات اکتشافى در زمينه شناسايى روابط متقابل مکانى ميان مجموعه داده ها در طول دوره تحقيق زمين شناسى، مانند درک علائم ژئوشيميايى وژئوفيزيکى منطقه اى گرانيت هاى نوع S وI ويا ارزيابى علائم حاصل از تصاوير ماهواره اى در ارتباط با ليتولوژى و پوشش گياهي.
محيط زيست:بررسى ميزان آلودگى آب، خاک، هوا و.... و در نهايت تهيه نقشه هايى جهت حفاظت از محيط زيست.

http://www.gsi.ir/Images/gis4.jpg

منابع آب و آبخيزدارى: کشف منابع آبى زير زمينى و بررسى آبهاى سطحى
کشاورزى و برنامه ريزى براى کاربرى اراضى:
بسيارى از سازمانهاى مربوط به کشاورزى و کاربرى اراضى، هم اکنون از تکنيک هاى GIS بهره مى گيرند. به عنوان نمونه، داده هاى مربوط به کاربرى اراضى و هواشناسى حاصل از ماهواره ها، اندازه گيرى هاى زمينى و اطلاعات مربوط به محصول سال قبل، همه با هم براى پيش بينى ميزان يک يا چند نوع محصول دريک منطقه مى توانند تجزيه و تحليل شوند.
جنگلدارى و مديريت حيات وحش:
به وسيله يک سيستم اطلاعات جغرافيايى نقشه جنگل ها مى توانند دائماً وبطور پيوسته به روز شوند. همچنين GIS مى تواند براى ذخيره و تجزيه و تحليل اطلاعات جنگل از قبيل محاسبه مقدار چوب قابل برداشت از يک منطقه، بررسى چگونگى توزيع آتش سوزى در جنگل و يا ارزيابى برنامه هاى مختلف برداشت چوب، بکار رود، در حالى که انجام بسيارى از اين تجزيه و تحليل ها بدون بکار گيرى GIS امکان پذير نمى باشند.