سامانه اطلاعات جغرافیایی

سامانه اطلاعات جغرافیایی یا جی‌آی‌اس (به انگلیسی: Geographic Information System - GIS) یک سامانه اطلاعاتی (معمولاً رایانه ای) است که به تولید، پردازش، تحلیل، و مدیریت اطلاعات جغرافیایی می‌پردازد. به عبارت دیگر جی‌آی‌اس یک سامانه رایانه ای برای مدیریت و واکاوی اطلاعات جغرافیایی بوده که توانایی گردآوری، ذخیره، واکاوی و نمایش اطلاعات جغرافیایی را دارد. هدف نهایی یک سامانه اطلاعات جغرافیایی، پشتیبانی برای تصمیم‌گیری‌های پایه‌گذاری‌شده بر پایه داده‌های جغرافیایی می‌باشد و عملکرد اساسی آن بدست آوردن اطلاعاتی است که از ترکیب لایه‌های متفاوت داده‌ها با روش‌های مختلف و با دیدگاه‌های گوناگون بدست می‌آیند.

نام

در یک سامانه اطلاعات جغرافیایی:

• واژه جغرافیایی (Geographic) عبارت است از موقعیت موضوع‌های داده‌ها، برحسب مختصات جغرافیایی.
• واژه (Information) یا اطلاعات نشان می‌دهد که داده‌ها در GIS برای ارائه دانسته‌های مفید، نه تنها به صورت نقشه‌ها و تصاویر رنگی بلکه بصورت گرافیک‌های آماری، جداول و پاسخ‌های نمایشی متنوعی به منظور جستجوهای عملی سازماندهی می‌شوند.
• واژه (System) یا سامانه نیز نشان دهنده این است که GIS از چندین قسمت متصل و وابسته به یکدیگر برای کارکردهای گوناگون، ساخته شده‌است.

تعریف‌های دیگر جی‌آی‌اس

دقیق‌ترین تعریف مربوط به موسسه تحقیقات سیستم‌های محیطی در ردلند کالیفرنیا است که یکی از فروشندگان اصلی این سیستم‌ها در جهان است: «سامانه های اطلاعات جغرافیایی مجموعه‌ای از سخت‌افزار، نرم‌افزار، داده‌های جغرافیایی و منابع انسانی است که به منظور کسب، ذخیره، به‌روزرسانی، به‌کارگیری، تحلیل و نمایش کلیه اشکال اطلاعات مرجع جغرافیایی طراحی می‌شود.»

این سامانه را می‌توان به یک پازل شبیه دانست که با کنار هم قرار دادن اجزای آن معنی و مفهومی پیدا می‌کند. مکان بیمارستان‌ها، پمپ بنزین‌ها، سینماها و... تکه‌های این پازل اند که با کنار هم قرار دادن آنها نقشه‌ای کامل و با معنی از یک منطقهٔ جغرافیایی بدست می‌آید. به زبان ساده هر گونه توضیحات مربوط به هر چیزی که در هر مکان متغیر یا ثابت جغرافیایی، در یک سامانه اطلاعاتی یا پایگاهی موجود است را gis یا استفاده از gis گویند. کافی است یک هماهنگی بین طول، عرض و ارتفاع بدست آمده از جی. پی. اس ونقشه‌ها و اطلاعات دقیق و کامل سیستم جی. آی. اس بوجود آوریم.

ویژگی‌های سامانه اطلاعات جغرافیایی

• این سامانه علاوه بر اطلاعات توصیفی، امکان ورود اطلاعات پیکسلی و یا برداری را از منابع مختلفی از قبیل نقشه، تصاویر هوائی و ماهواره‌ای، GPS، تجهیزات نقشه برداری و غیره دارد.
• این سامانه امکان انجام تحلیل، پردازش و پرسش‌وپاسخ‌های مکانی مورد نیاز کاربر را دارد.
• این سامانه امکان ارائه نتایج در قالب نقشه، گزارش، جدول و نمودار را دارد.
• در طراحی و تولید این سامانه ها از مجموعه فناوری‌های مهندسی نرم‌افزار، مهندسی اطلاعات (مدل داده) و مهندسی GIS برای نیل به خصوصیات فوق استفاده می‌شود.

داده‌های جغرافیایی

مقالهٔ اصلی: داده‌های جغرافیایی

اطلاعات جغرافیایی یا داده‌های جغرافیایی، به واقع، نوعی از داده‌های جغرافیایی (spatial) هستند که نقشه‌ها و تصاویر ماهواره‌ای را می‌شود از جمله نمونه‌های نوعی آنها ذکر کرد.

داده‌های جغرافیایی را به دو دستهٔ عمده تقسیم می‌نمایند:

داده‌های پیکسلی

رستر، شامل مجموعه‌ای از نقاط یا سلولها است که عوارض زمین را در یک شبکه منظم می‌پوشاند و به کمک شماره‌های ردیف و ستون آنها، آدرس‌دهی می‌شوند. کوچکترین عنصر تشکیل‌دهنده رستر، پیکسل یا سلول نامیده می‌شود که ارزش هر یک از آنها، نمایانگر اطلاعات طیفی یا توصیفی عارضه زمینی است. داده‌های حاصل از اسکن کردن و تصاویر ماهواره‌ای دارای ساختار رستری می‌باشند.

نمونه ای از داده های رستری شامل: تصاویر ماهواره ای، عکس های هوایی، اطلاعات ارتفاعی سطح زمین و انواع نقشه های کارتوگرافی مقالهٔ اصلی: داده‌های پیک‌سلی

داده‌های برداری

مقالهٔ اصلی: داده‌های برداری

چنانچه بر روی فضای دو بعدی کار می‌کنیم، داده‌های برداری از ترکیب اشکال پایه هندسی نظیر نقطه‌ها، پاره‌خط‌ها، مثلث‌ها، و سایر چندضلعی‌ها، شکل می‌گیرد. برای فضاهای سه بعدی همین کار به وسیله استوانه‌ها، کرات، مکعب‌گونه‌ها (cuboids)، و سایر اجسام چندوجهی صورت می‌پذیرد. در مدل برداری، اشیاء یا عوارض در جهان واقعی به وسیله عناصر هندسی نمایش داده می‌شوند. بدین معنا که موقعیت هر شئ یا پدیده به وسیله مختصات آن و توسط نقاط (چاه، نقاط شهری و روستایی)، خطوط (جاده، روخانه، خطوط ریلی) و سطوح (دریاچه، منطقه بندی) مشخص می‌شود. در این مدل، موقعیت هر نقطه به طور دقیق با یک جفت مختصات در یک سیستم مختصات معین ارائه می‌شود.

کاربردهای مهم

از سامانه های اطلاعات جغرافیایی در مطالعات محیطی، 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 کاربردهای مشابه استفاده می‌شود. کمتر بانک اطلاعاتی را می‌توان نام برد که حداقل بخشی از اطلاعات آن به گونه‌ای به مکان وابسته نباشد. فهرست زیر شامل تعدادی از شناخته شده‌ترین کاربردهای جی آی اس در دیگر زمینه‌های صنعت است.

نقشه‌برداری

کاربرد پایه این استانداردها و ابزارها در نقشه برداری، تهیه نقشه‌های شهری و برون شهری بوده‌است.

علوم زمین

یکی از مهم‌ترین مسائل کاربردی سامانه اطلاعات جغرافیایی در علوم زمین، انجام هم‌پوشانی‌ها در راستای تعیین پهنه‌بندی‌ها است که به اختصار به یکی از این نوع پهنه‌بندی‌ها پرداخته می‌شود:

هدف در این پهنه‌بندی، تعیین مناطق با خطر رانش زمین می‌باشد. برای رسیدن به این هدف، ابتدا باید عوامل موثر در رانش را شناسایی کرد، از جمله این عوامل می‌توان به تراکم پوشش گیاهی، جنس زمین، شیب توپوگرافی، شیب لایه‌های زمین و شدت بارندگی اشاره کرد.

پس از شناسایی عوامل، باید نقشه‌های مورد نیاز تهیه گرددو سپس با همپوشانی این لایه‌ها در نرم‌افزارهای سامانه اطلاعات جغرافیایی (ساج) می‌توان به نقشه‌ای رسید که در آن منطقه مورد مطالعه خود به پهنه‌های ریز تقسیم شده و از طرفی در بانک اطلاعاتی مشخصات هر پهنه یعنی اجداد سازنده آن پهنه از نظر عوامل مختلف مشخص می‌باشد. حال باید در بانک اطلاعاتی به هر عامل وزن مربوطه راداده و سپس در بانک اطلاعاتی با جمع و ضرب کردن عوامل به اعدد نهایی رسید. در مرحله بعد باید تعیین نمود که چه عددی نشان دهنده پهنه‌های پرخطر می‌باشد. پس از کلاسه‌بندی نقشه، اینک وظیفه تیم زمین‌شناس است که با بازدید میدانی به بررسی مناطق پرداخته و در صورت لزوم با اصلاح وزن‌ها وضرایب به نقشه نهایی دست یابند.

صنعت برق

در صنعت برق از سامانه‌های اطلاعات مکانی برای تهیه پایگاه اطلاعات مکانی و توصیفی استفاده می‌شود. با استفاده از آن می‌توان فاصلهٔ عوارض مختلف را از یکدیگر اندازه‌گیری کرد و با ایجاد پرسمان (Query) در لایه‌های مختلف اطلاعات و یا بین چند لایه با استفاده از توابع منطقی به اطلاعات مورد نظر دست یافت. تهیهٔ نقشه‌های محدودیت برای عوارض مختلفی همچون پست‌ها، نیروگاه‌ها و…، امکان ترسیم مناطق حائل و حریم عوارض مطابق استانداردها، مسیریابی بهینهٔ خطوط انتقال، مکان‌یابی محل مناسب برای احداث تأسیسات جدید مانند پست‌ها و نیروگاه‌ها، مدیریت اتفاقات شبکهٔ انتقال نیرو، مدیریت بحران و ریسک شبکه، برآورد بار، مشاهدهٔ پراکنش جغرافیایی بار، انجام ارزیابی‌های محیطی پیرامون نیروگاه‌ها، بررسی روند تغییرات کاربری اراضی و پیش‌بینی تغییرات و ارزیابی امکانات و محدودیت‌های توسعهٔ واحدها و ظرفیت نیروگاه‌ها در آینده، از کاربردهای این سامانه‌ها در صنعت برق است.

از دیگر زمینه‌های کاربرد سامانه‌های اطلاعات جغرافیایی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• جغرافیا
• نقشه کشی و نقشه برداری
• مهندسی معدن مسائل اکتشاف معادن، تهیه نقشه و مدل از ذخایر معدنی و محاسبات آن و...
• منابع طبیعی
• سنجش از دور
• هواشناسی
• محیط زیست
• مخابرات
• شهرسازی
• کشاورزی دقیق
• زمین شناسی

استانداردهای مطرح در زمینه GIS

زمینه‌های گوناگونی در این رشته وجود دارد که عملیات مکانی - نمایش و تحلیل نقشه‌ها و WEB GIS و بخش ردیابی و مسیریابی از زمینه‌های فعالیت در این بخش می‌باشد.

سازمان‌های پیشرو در سطح جهانی

• او جی سی کنسرسیوم جی آی اس باز.
• ISO سازمان جهانی استانداردها.
• USGS سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده آمریکا

فناوری‌های مرتبط

• سامانه موقعیت‌یاب جهانی
• سنجش از دور
• وب جی آی اس
• ناوبری

ابزارهای مطرح GIS

نرم‌افزارهای معروف: در زیر لیست نرم‌افزارهای سامانه اطلاعات جغرافیایی است. فهرست برخی از معروف‌ترین نرم‌افزارهای مطرح در زمینه جی آی اس از این قرار است:

• ArcView
• آرک جی‌آی‌اس
• ایلویس
• CARIS
• GRASS
• IDRISI
• LANDSERF
• ساگا (ابهام‌زدایی)
• SAMT
• کیوجی‌آی‌اس

قویترین پایگاه داده‌ای که استفاده می‌شود postgis است که بر روی پایگاه دادهٔ postgresql نصب می‌شود و امکانات بسیار زیادی در اختیار شما قرار می‌دهد. ابزارهای توسعه محیط‌های جی‌آی‌اس:

• ArcObjects
• MapObjects
• Avenue
• MapGuide

ابزارهای معروف ارائه خدمات جی‌آی‌اس روی وب:

• ArcIMS
• MO IMS
• MapGuide

تاریخچه

برای اولین بار در اواسط دهه ۱۹۶۰ در آمریکا کار بر روی اولین سامانه اطلاعات جغرافیایی آغاز شد. در این سامانه هاعکس‌های هوایی، اطلاعات کشاورزی، جنگلداری، خاک، زمین شناسی و نقشه‌های مربوطه مورد استفاده قرار گرفتند.

اولین جی آی اس، جی آی اس ملی کانادا است که در اواخر دههٔ ۱۹۶۰ به وجود آمد و تاکنون مورد استفاده‌است.

جی‌آی‌اس در ایران

در ایران، اولین مرکزی که به طور رسمی استفاده از این سامانه را در کشور آغاز کرد، سازمان نقشه‌برداری کشور بود که در سال ۱۳۶۹ براساس مصوبه مجلس شورای اسلامی، عهده‌دار طرح به‌کارگیری این سامانه شد.

«شورای ملی کاربران سامانه های اطلاعات جغرافیایی» در دی ماه ۱۳۷۲ تأسیس گردیده است و هدف آن سیاست‌گذاری، برنامه‌ریزی و هماهنگ‌سازی فعالیت‌ها در زمینه جی‌آی‌اس، تحلیل نیازمندی‌ها و همچنین بهره‌برداری از ظرفیت‌های علمی، فنی و نیروی انسانی برای ایجاد و بکارگیری جی‌آی‌اس با توجه به وظایف سازمان نقشه‌برداری کشور در خصوص ایجاد سامانه های اطلاعات جغرافیایی ملی است.

پروژه ایجاد سامانه اطلاعات جغرافیایی در وزارت صنایع و معادن، از فروردین ۱۳۷۱ آغاز گردید و از این سامانه به طور گسترده در ارتباط با فعالیت‌های آن استفاده می‌گردد.

شهرداری تهران، وزارت مسکن و شهرسازی، وزارت جهاد کشاورزی، مؤسسه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، و سازمان جنگل‌ها و مراتع نیز از این سامانه استفاده می‌کنند. GIS فقط یک نرم افزار نیست بلکه علمی است که توسط نرم افزار های مختلف باعث طبقه بندی و جانمایی اطلاعات جغرافیایی و شهرسازی می شود. این علم به تازگی در علوم شهری نیز جایگاه خود را پیدا کرده است و مورد استفاده متخصصان علوم شهری و شهرسازان قرار می گیرد. همچنین استفاده از GIS در طرح های توسعه شهری توسط کارفرمایان در دستور کار آنها قرار گرفته است و انجمن شهرسازی ایران Urbanity برای نخستین بار استفاده از GIS در طرح های توسعه شهری را در دستور کار خود قرار داده و بدین منظور آموزش های لازم را به متخصصان شهرساز ارائه می دهد.

جستارهای وابسته

• سنجش از دور
• اطلاعات جغرافیایی
• مهندسی دانش
• انجمن شهرسازی ایران

منابع

• مفاهیم مربوط به سامانه‌های مدیریت پایگاه داده‌ها (انگلیسی)
• کاوش در داده‌ها: مفاهیم و تکنیک‌ها - چاپ دوم (انگلیسی)
• مفاهیم مربوط به سامانه‌های مدیریت پایگاه داده‌ها (انگلیسی)
• سامانه‌های مدیریّت پایگاه داده‌ها (انگلیسی)