سیستم اطلاعات جغرافیایی

مفهوم GIS 
مخفف Geographic Information System به معنی سیستم اطلاعات جغرافیایی می باشد. 
سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) یک سیستم کامپیوتر مبنا می باشد که به عنوان یک مجموعه متشکل از سخت افزار، نرم افزار، اطلاعات جغرافیایی، نیروی انسانی و مدلهای پردازش داده، به منظور تولید، ذخیره سازی، نمایش، بازاریابی، پردازش، بهنگام رسانی و... اطلاعات جغرافیایی مربوط به عوارض و پدیده های مختلف، مورد استفاده قرارمی گیرد. در حال حاضر از این سیستم‌ها بسته به نیازهای هر منطقه یا کشور در بخش‌های مختلف (مانند مطالعات زیست‌محیطی، برنامه‌ریزی شهری و شهرداری، خدمات ایمنی شهری، مدیریت حمل و نقل و ترافیک شهری، تهیه نقشه‌های پایه، مدیریت کاربری اراضی، خدمات بانکی، خدمات پستی، مطالعات جمعیتی و مدیریت تأسیسات شهری مثل برق، آب،گاز، و..) استفاده می‌شود و با گذشت زمان و توسعه سیستم‌ها، کاربرد GIS به کلیه بخش‌های مرتبط با زمین گسترش یافته است.

برای بهره گیری صحیح از قابلیتهای یک GIS ، در درجه اول نیاز به درک صحیح از سیستم GIS و سپس ساختار اطلاعات در آن میباشد.نقطه قوت اصلی GIS در استفاده از رویه‌های فاصله‌ای و آماری به‌منظور تجزیه و تحلیل مشخصه‌ها و اطلاعات جغرافیایی می‌باشد. نتیجه نهایی تحلیل‌ها می‌تواند به‌صورت اطلاعات استخراج شده، اطلاعات درون‌یابی و یا اولویت‌بندی شده ارائه گردد. یک سیستم GIS نیازمند به وجود سازمان منسجمی از نیروی انسانی، تجهیزات و تسهیلات می‌باشد تا مسئولیت پیاده‌سازی و نگهداری GIS‌ را به عهده گیرد.

جهت پیاده سازی یک سیستم GIS ، توجه به ماهیت و ساختار اطلاعات جغرافیایی متشکله آن که رکن اساسی هر سیستمGIS را تشکیل داده و توانمندی ها و پتانسیل های آن را تعیین میکند، اجتناب ناپذیر است

دلا‌یل استفاده از GIS 
امروزه وجود اطلا‌عات به روز‚ به منظور شناخت عوامل طبیعی و انسانی با هدف بهره‌گیری از آن در برنامه ریزی توسعه پایدار‚ امری بدیهی است. به همین دلیل استفاده از اطلا‌عات دربعد سیستمGIS می‌تواند در موارد زیر موثر باشد: 
پاسخگوئی به نیاز کاربران در کلیه زمینه ها
ساماندهی و افزایش بهره وری از منابع موجود
بهینه سازی سرمایه گذاری ها و برنامه ریزی ها
ابزاری مفید در جهت تصمیم گیری مدیران
سرعت و دقت کار
تعیین قابلیت‌ها ی توسعه در مناطق و مکانهای مختلف

محدودیتهای استفاده از روشهای سنتی 
استفاده از داده های جغرافیایی به طور سنتی‚ با استفاده از نقشه های کاغذی معایبی دارد که از جمله این محدودیت ها عبارت‌اند از: 
 مقیاس اندازه گیری 
 حذف اطلا‌عات 
هزینه زیاد 
زمان بر بودن 
سرعت پائین 
کمبود عوارض اطلا‌عاتی و ابزارهای کاری . 
ولی آیا امروزه با توجه به حجم عظیم اطلا‌عاتی‚ باز هم به کارگیری روش قدیمی پاسخگو است.هر چه داده‌ها گسترده‌تر و بیشتر شوند‚ آنالیز آنها مشکل‌تر و پیچیده‌تر خواهد شد.

در نتیجه GIS ‚ سرعت عمل و به روز رسانی اطلا‌عات‚ مطابق با فرمت های استاندارد‚ دسترسی سریع و آسان به اطلا‌عات در حجم وسیع ‚ تجزیه و تحلیل اطلا‌عات و کاهش هزینه هاست.

توانایی‌های سیستم اطلاعات جغرافیایی

مهمترین توانایی‌های سیستم های اطلاعات جغرافیایی عبارتند از:

1. امکان استفاده هم‌زمان اطلاعات توصیفی و نقشه‌ای.
2. قابلیت ترکیب و تلفیق نقشه‌های مختلف بایکدیگر.
3. قابلیت به روز کردن اطلاعات.

مهمترین مزیت یک GIS استفاده هم‌زمان از اطلاعات توصیفی و نقشه‌ای است که این ویژگی باعث قدرت بخشیدن و امکان تجزیه و تحلیل بر روی نقشه‌های مختلف را امکان‌پذیر می‌نماید.

وظایف اصلی یک سیستم اطلاعات جغرافیایی 

یک سیستم اطلاعات جغرافیایی ( GIS)، اصولاً شش فعالیت اصلی زیر را شامل می‌شود‌: 
ورود اطلاعات 
دستکاری و ویرایش اطلاعات 
مدیریت اطلاعات 
پرسش و پاسخ و تجربه و تحلیل اطلاعات 
نمایش اطلاعات

چرخه‌ی کار در یک سیستم اطلاعات جغرافیایی

1. ابتدا داده‌ها از محیط جمع‌آوری می‌شوند.
2. داده‌ها به رایانه وارد و در آن ذخیره می‌گردند.
3. داده‌ها بر اساس خواست‌ها و نیازهای کاربران و برنامه‌ریزان محیطی، در رایانه تجزیه و تحلیل می‌شود.
4. اطلاعات بر اساس اهداف مورد نیاز به شکل نقشه، متن، جدول و یا گزارش در می‌آیند.

در این مرحله کاربران از نتایج کار در طرح‌های خود استفاده می‌نمایند و به تصمیم‌گیری می‌رسند. بدیهی است نتیجه تصمیمات به اجرا در می‌آید.

به مجموعه‌ی این فرآیند که به صورت سیستمی عمل می‌نماید و جغرافی‌دانان و سایر پژوهشگران را در تصمیم‌گیری یاری می‌دهد، سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) گفته می‌شود.

منابع جمع آوری داد ه های جغرافیایی برای یک سیستم GIS:

داده‌های مورد نیاز یک GIS را می‌توان از منابع زیر کسب نمود:

1. نقشه‌برداری زمینی.
2. اسناد و مدارک موجود شامل نقشه‌های کاغذی که بایستی رقومی‌شوند.
3. فتوگرامتری.
4. نقشه‌برداری هوایی و سنجش از دور (دور کاوی).
5. سیستم موقعیت‌یاب جهانی (GPS).

? یکی از راه‌های مهم کسب داده‌های جغرافیایی، استفاده از فناوری سنجش از دور است. رادارها و ماهواره‌ها رایج‌ترین ابزارهای مورد استفاده در این فناوری هستند.

داده‌های مکانی

داده‌های بدست آمده از کلیه عوارضی که در فضا، سطح و زیر سطح زمین وجود دارد، داده‌های مکانی نامیده می‌شوند. این داده‌ها شامل آب و هوا، انسان وجوامع بشری، انواع عوارض طبیعی، انواع عوارض مصنوعی، مسایل اقتصادی، منابع طبیعی روی زمین و زیر زمین و ... می‌باشند. این داده‌ها جهت ورود به سیستم اطلاعات جغرافیایی، می‌بایست آماده‌سازی شوند. این عمل شامل تعریف مختصات عوارض، رقومی نمودن (Digitize) داده‌ها جغرافیایی و ... می‌باشد. سیستم GIS داده‌های مکانی و غیر مکانی را هم‌زمان می‌تواند مورد استفاده قرار داده و اطلاعات ورودی این سیستم به دو صورت وکتوری (خط، نقطه و پلی‌گون) و رستری (پیکسل) می‌باشد که امکان استفاده هم‌زمان از این دو نوع نیز میسر می‌باشد.

ساختار و نمایش داده ها ی مکانی در GIS

از دو ساختار برداری و رستری جهت نمایش داده های مکانی استفاده میشود .

در ساختار برداری هر پدیده ای درجهان طبیعی به وسیله نقطه ، خط و یا

پلی گون نمایش داده میشود .

در ساختار رستری ، پدیده ها و عوارض بصورت صفحات شطرنجی

در آمده و موقعیت عوارض بوسیله موقعیت سطر و ستونی که در آن

قرار میگیرد، مشخص می گردد .

داده‌های برداری (وکتوری)

در این مدل برای نشان دادن داده‌ها از سه مشخصه هندسی به نام‌های نقطه، خط و پلی‌گون استفاده می‌شود.

نقطه (Point): نقطه با یک مختصات  XوY مشخص شده و مکان عوارض نقطه‌ای را در روی نقشه مشخص می‌نماید. به‌طور مثال، موقعیت شهرها در نقشه‌های کوچک مقیاس را می‌توان از نوع عوارض نقطه‌ای دانست.

خط (Line): یک مجموعه از نقاط پشت سر هم است که عوارض خطی را در روی نقشه به ما نشان می‌دهد. به‌طور مثال، عوارضی نظیر جاده‌ها منحنی‌های میزان، رودخانه‌ها و ... را می‌توان از نوع عوارض خطی در نظر گرفت.

پلی‌گون (Polygon): یک محیط بسته را شامل می‌شود. به‌طور مثال، عوارضی نظیر کشورها، دریاچه‌ها، ساختمان‌ها و ... را می‌توان از نوع عوارض پلی‌گونی (سطحی) در نظر گرفت.

مزایای استفاده از مدل برداری

1. ساختار داده‌ها بسیار فشرده و کم حجم است.
2. ترسیم مدل‌های برداری بسیار دقیق است.
3. به دلیل سهولت کمی‌سازی و کدبندی روابط مکانی، برای پردازش خطی و شبکه‌ای بسیار سودمند است.
4. مدل برداری داده‌ها جهت بکارگیری در مدل‌های گرافیکی، بسیار مناسب می‌باشد. نتایج بسیار شبیه به نقشه‌های معمولی است.

داده‌های رستری

در این مدل برای نشان دادن عوارض جغرافیایی از یک شبکه شطرنجی (ماتریسی) استفاده می‌شود. به‌طوری که یک نقطه در یک سلول، یک خط در زنجیره‌ای از سلول‌ها و یک پلی‌گون توسط مجموعه‌ای از سلول‌ها نشان داده می‌شود. شکل زیر یک شبکه شطرنجی را نشان می‌دهد.

مزایای استفاده از مدل‌‌ رستری

1. ساختار داده‌ها ساده است.
2. جهت پردازش تصاویر رقومی، فرمت رستری سودمند و مورد نیاز است.
3. عملیات هم‌پوشانی لایه‌های اطلاعاتی، به سهولت و کارآمد صورت می‌پذیرد.
4. نمایش تغییرپذیری مکانی پدیده‌ها و فرآیندهای محیطی در فرمت رستری، بسیار کارآمد است.

تکنولوژیهای مرتبط با GIS

سیستمهای تولید نقشه رقومی (CAD) 
سیستمهای CAD عموماً به منظور تولید و سازماندهی اطلاعات مکانی در قالب نقشه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. این سیستمها نوعاً از نظر مدیریت پایگاههای اطلاعات جغرافیایی گسترده و حجیم همچنین انجام پردازشها و تجزیه وتحلیل بر روی اطلاعات، ضعیف بوده و درخصوص مدیریت اطلاعاتی توصیفی دارای محدودیتهای می باشند. 

سنجش از راه دور (Remote Sensing) 
سنجش از دور به عنوان علوم ، هنر وتکنولوژی کسب اطلاعات درخصوص پدیده های مختلف سطح زمین از طریق سنجنده هایی که هیچگونه ارتباط مستقیمی با خود پدیده ندارند، شناخته می شود. سنجنده های ماهواره ای نسبت به ثبت و جمع آوری اطلاعات در قالب تصاویر ماهواره ای اقدام نموده و با استفاده از نرم افزارها و سیستمهای پردازش تصاویر ، امکان استخراج اطلاعات و تولید نقشه های مختلف فراهم می گرددد: 
به علت فقدان ابزار مدیریت و پردازش رقومی جهت تجزیه وتحلیل اطلاعات جغرافیایی، سیستمهای فوق قابل مقایسه با GIS، نمی باشند. 

سیستمهای مدیریت پایگاه داده (DBMS) 
سیستمهای مدیریت پایگاه داده، به صورت خاص جهت ذخیره سازی و مدیریت انواع مختلف اطلاعات از جمله اطلاعات جغرافیایی، مورد استفاده قرار می گیرند. 
امروزه DBMS به منظور ذخیره سازی و بازیابی اطلاعات، بهینه سازی و توسعه یافته اند و GIS نیز از این ابزار، برای اهداف ذخیره سازی و مدیریت اطلاعات جغرافیایی استفاده می کند. DBMS اصولاً فاقد ابزار تجزیه و تحلیل و نمایش گرافیکی اطلاعات، که در سیستم های GIS مرسوم وجود دارد، می باشد.

نرم افزارها

تا کنون نرم افزارهای متعددی از سوی شرکتهای مختلف و در سطوح گوناگون ارائه شده است .

از معروفترین آنها میتوان به نرم افزارهای Arc GIS , ArcView , Arc/Info , Idrisi , ilwis اشاره نمود .

نرم افزار   Arc GIS

این برنامه یکی از محصولات معروف شرکت ESRI آمریکا است که در زمینه سیستم‌های اطلاعات مکانی کاربرد دارد. به کمک این نرم افزار می‌توان داده‌های توصیفی را برای ایجاد نقشه‌ها، جداول و نمودارها بکار گرفت. به دیگر سخن، ArcGIS نرم افزاری است که امکان ایجاد یک سیستم کامل اطلاعات مکانی را فراهم می‌نماید. این برنامه شامل ابزارهایی برای برنامه‌سازی، ایجاد نقشه‌ها و مدیریت آن‌ها، پشتیبانی از سیستم‌های موبایل و بیسیم و ... است. این نرم افزار ابزارهای لازم برای جستجو، تحلیل داده‌ها و نمایش نتایج را با کیفیت مناسب در اختیارکاربران قرار می‌دهد.

قابلیتهای عمده این نرم افزار عبارتند از

• ایجاد یک پایگاه داده های اطلاعاتی
• محیط کاری وگرافیکی آسان
• داشتن مجموعه ای کامل از ابزارها
• داشتن نمونه هایی از داده های آماری قابل استفاده
• قابلیت نمایش نمودارهای اطلاعاتی

در این نرم افزار 4 ماژول اصلی داریم :

- Arc catalog  هسته اصلی Arc GIS ازطریق Arc catalog به Data Base وصل می شود و یکسری کارها انجام می دهد.

 - Arc map  اطلاعات  مکانی را نمایش می دهد.

 - Arc scan  برای  نمایش داده‌های سه‌بعدی بکار می‌رود.

- Arc toolbox  شامل ابزارهایی است که هر کدام از آن‌ها توانایی خاصی را در کار با نرم افزار ArcGIS برای کاربر فراهم می‌نمایند.

درArc view  منابع اطلاعاتی ما روی Hard disk ریخته می شود، درحالیکه در Arc GIS منا بع اطلاعاتی عبارتند از Internet و WAN یا و LAN ، Hard disk