سه شنبه, ۰۲ مهر ۱۳۹۸ ۰۰:۰۰ ۳۹۲
چچ
سیستم های اطلاعات جغرافیایی و نقش آن در سنجش از دور

سیستم های اطلاعات جغرافیایی و نقش آن در سنجش از دور

استفاده از واژه ی سیستم های اطلاعات جغرافیایی (Geographical Information System) یا بطور خلاصه، GIS، به نیمه های دهه ی شصت (یک دهه قبل از پیدایش اولین ماهواره های سنجش از دور)‌ بر می گردد.

استفاده از واژه ی سیستم های اطلاعات جغرافیایی (Geographical Information System) یا بطور خلاصه، GIS، به نیمه های دهه ی شصت (یک دهه قبل از پیدایش اولین ماهواره های سنجش از دور)‌ بر می گردد که به نظر می رسد دارای دو منشاء مختلف می باشد.در کانادا، این واژه به استفاده از کامپیوتر های بزرگ به منظور مدیریت اطلاعات نقشه ها یی که در پروژه ی ارزیابی زمین کانادا (Canada Land Inventory) و به منظور تخمین مساحت زمین های در دسترس برای کاربری های معین جمع آوری گردیده بودند، اطلاق می شده است. آنالیز دقیقی اجرا گردید تا نشان دهد که رایانه ها، تنها وسیله های مقرون به صرفه به منظور تولید اطلاعات گسترده ای از اندازه گیری های مساحت مورد نیاز برای پروژه می باشند. بویژه آنکه اندازه گیری های دستی، نادقیق و پرزحمت بودند.بیشتر تحلیل های ارائه شده در آن زمان، در ارتباط با اندازه گیری مساحت همزمان در دو نقشه بوده است، تا سوالاتی مانند اینکه:" چه مساحتی از یک زمین کشاورزی مفروض، به کشاورزی اختصاص داده شده است و در حال حاضر چه میزانی از آن، برای کشاورزی مورد استفاده قرار نمی گیرد؟ " پاسخ داده شود. توانایی بر روی هم قرار دادن دو یا چند نقشه برای تحلیل (مثلا در این حالت، نقشه ی قابلیت خاک و کاربری اراضی) یک بحث مهم در GIS بوده است. به دلیل آنکه عملیات فوق به شکل دستی بسیار سخت بود.

تقریبا در همان زمان، محققین در ایالات متحده در چالش با مشکلات دسترسی به انواع بسیاری از داده های مورد نیاز توسط مدل های حمل و نقل بزرگ مقیاس و درک اینکه GIS می تواند برای آنالیز و ارائه نتایج به شکل نقشه بسیار مفید و کارآمد باشد.چنین مدل هایی، اطلاعات در زمینه ی توزیع جمعیت را با دیگر اطلاعات مکانی در حوزه ی حمل و نقل و جاده ها ترکیب می کردند.
تقریبا 60 سال پس از آن، توجیهات فوق به منظور ضرورت استفاده از GIS ،بالاخص در مدلسازی محیطی و توسعه ی سیاستگذاری توسط مدیران بکار گرفته می شود.
در تمامی این عملیات ها، کاربر GIS معمولی انتظار دارد که به کمک یک سیستم رابط (interface) کاربر پسند (user-friendly) در محیط گرافیکی قادر به تلفیق لایه های اطلاعاتی مختلف و پردازش و تجزیه و تحلیل آنها و تولید خروجی به شکل نقشه و جدول باشد.

GIS هم از بعد نظری و هم از جنبه ی نرم افزاری، به شکل قابل توجهی در طی ده های اخیر توسعه پیدا نموده است. دلیل اصلی این توسعه، درک قابلیت چنین سیستمی در مقیاس سیاستگذاری توسط دولت ها و نیز حوزه های تجاری و بازرگانی توسط شرکت ها بوده است. قابلیت بالای کاربردهای GIS،‌امروزه‌ از آنالیز های پیشرفته و مدلسازی داده های مکانی تا ارزیابی و مدیریت های ساده محرز شده است.

تعریف GIS:
سیستم اطلاعات جغرافیایی یک سیستم کامپیوتری برای ثبت،ذخیره سازی، ویرایش، به هنگام سازی، تجزیه و تحلیل و نمایش داده های جغرافیایی دارای مختصات است.داده های جغرافیایی دارای مختصات، داده هایی را شامل می شود که هم موقعیت و هم ویژگی عوارض جغرافیایی مانند رودخانه ها،جاده ها، لندفرم ها و قطعات پوشش گیاهی را بیان می نمایند.از آنجایی که داده های جغرافیایی در GIS بر خلاف روش های سنتی،‌به صورت رقومی ذخیره می شوند، لذا به هنگام نمودن، تجزیه و تحلیل، نمایش و ویرایش آنها با سرعت و دقت بیشتری امکان پذیر است. چنانچه بخواهیم مقایسه ساده ای بین نقشه های کاغذی به عنوان پایگاه داده های جغرافیایی و نقشه های رقومی انجام دهیم، می توان به موارد زیر اشاره کرد:
  1. وقتی از نقشه کاغذی به عنوان پایگاه داده های جغرافیایی استفاده می شود، تجزیه و تحلیل ها بیشتر به صورت کیفی و با بررسی های چشمی بر روی نقشه انجام می گردد، در حالی که در سیستم GIS تجزیه و تحلیل ها عمدتا به خروجی های مشخصی همراه داده های مربوطه منجر می شود و نتایج آن را می توان در لایه هایی مجزا ثبت و ضبط کرد.
  2. تجزیه و تحلیل های کمّی از جمله اندازه گیری طول ها و مساحت ها بر روی نقشه های کاغذی با خط کش، کاغذ میلی متری، کورولیمتر و پلانیمتر انجام می گیرد.این روش ها بر خلاف روش های کامپیوتری نه تنها مستلزم صرف وقت زیادی است، بلکه از دقت کمتری نیز برخوردار است.
  3. نمایش حجم زیادی از اطلاعات و جزئیات بیشتر بر روی نقشه های کاغذی با محدودیت مواجه بوده و برای آنکه نقشه به راحتی قابل خواندن باشد، باید اصل جنرالیزه کردن (که منجر به خلاصه سازی نقشه می گردد) در مورد آن رعایت گردد.درحالی که در سیستم GIS می توان داده های زیادی را در لایه های مختلف بدون محدودیت مقیاس نگهداری کرد و به هنگام نیاز، تعدادی از لایه ها را به طور انتخابی بر روی هم قرار داد.
  4. در مقیاس های بزرگتر نمی توان یک محدوده جغرافیایی وسیع را بر روی یک برگ نقشه کاغذی نمایش داد و اصولا راهی جز قطعه بندی آن در برگ های مختلف وجود ندارد. در چنین حالتی، اگر منطقه مورد مطالعه مثلا در لبه 4 شیت جدا از هم قرار گرفته باشد،مشکلات فراوانی در مطالعه آن بروز کرده و حتی نیاز به ترسیم نقشه های جدیدی دارد. در یک سیستم GIS می توان پهنه های وسیع را به صورت یکپارچه نشان داد و برای دیدین جزئیات نقشه بدون صرف وقت زیاد، بخشی از آن را در مقیاس بزرگتر مشاهده نمود.
  5. در تجزیه و تحلیل های سنتی می توان با استفاده از یک میز نور و روی هم قرار دادن ترانسپارنت نقشه ها، آنها را به صورت چشمی تفسیر کرد.این عمل زمانی که تعداد تقشه ها زیاد باشد غیر ممکن می گردد، در صورتی که در GIS محدودیتی از این حیث وجود ندارد. علاوه بر آن، در سیستم GIS می توان نقشه ها را بر روی تصاویر ماهواره ای و عکس های هوایی قرار داده و تغییرات را ثبت نمود.
  6. در یک نقشه کاغذی، خصوصیات توصیفی تک تک عوارض را نمی توان به صورت نوشته و یا جدول در اختیار داشت زیرا علاوه بر فضای زیادی که اشغال می کند، ارتباط داده ها با عوارض متن نقشه به آسانی امکان پذیر نمی گردد،‌در حالی که در GIS می توان از طریق نقشه، به اطلاعات توصیفی هر عارضه و یا بالعکس دست یافت و نسبت به ویرایش آنها هم در جدول توصیفی و هم در متن نقشه اقدام نمود.
  7. وبالاخره اینکه، اطلاعات جغرافیایی قرن بیست و یکم و تغییراتی که انسان در سطح کره زمین به وجود می آورد و باید به نقشه تبدیل شود از حجم بسیار بالایی برخوردار بوده و واقعا راهی جز استفاده از سیستم ها ی GIS وجود ندارد.
از بدو ظهور GIS، این پدیده در مدیریت منابع طبیعی، شامل برنامه ریزی کاربری اراضی، پیش بینی مخاطرات طبیعی، مدیریت و نظارت بر مناطق جنگلی،منابع خاک،منابع آب و حیات وحش مورد استفاده قرار گرفت.امروزه کاربرد GIS از دامنه ی بسیار گسترده ای برخوردار شده و علاوه بر استفاده توسط دانشمندان علوم زمین،گیاه شناسی و زیست شناسی در امور مربوط به راه و ترابری، حمل و نقل شهری،آب و فاضلاب،نفت،برق،پلیس،ارتش،تجارت،مدیریت شهری،جمعیت شناسی،محیط زیست،کشاورزی،عمران،پزشکی،هنر،باستان شناسی،معدن،ثبت و املاک و ... مورد استفاده قرار می گیرد.
GIS نیز مشابه هر فناوری اطلاعات دیگر، برای کار با داده های جغرافیایی، نیازمند به چهار جزء اصلی به شرح ذیل است که بدون وجود هر یک از این اجزاء، امکان فعالیت آن وجود ندارد.
  1. سیستم کامپیوتری، شامل کامپیوتر (سخت افزار) وسیستم مجری (نرم افزار) برای اجرای عملیات GIS. در حل حاضر عموما کامپیوترهای شخصی به عنوان سخت افزار و ویندوز به عنوان مجری به کار می روند. همچنین تجهیزات جانبی شامل نمایشگر برای نمایش، دیجیتایزر و اسکنر برای ورود اطلاعات مکانی،گیرنده GPS و خطوط موبایل برای کارهای میدانی و پرینتر و پلاتر برای چاپ اطلاعات مورد نیاز می باشند.
  2. نرم افزار GIS، شامل برنامه و رابط کاربر برای استفاده از سخت افزار. رابط های عمومی در GIS شامل منوها، آیکون های گرافیکی، دستورات و نوشته هاست.
  3. مغز افزار، که اهمیتی معادل نرم افزار و سخت افزار کامپیوتری دارد. مغز افزار در واقع به اهداف، فواید و دلایل توجیهی استفاده از GIS اشاره دارد.
  4. تشکیلات زیربنایی، که اشاره به وجود فضای فیزیکی، سازمانی،‌ستادی و محیط های فرهنگی دارد تا فعالیت های GIS را پشتیبانی نمایند.
تفاوت GIS با دیگر سیستم های اطلاعاتی:
یکی از تفاوت های GIS با دیگر سیستم های اطلاعاتی ،ماهیت داده های مورد استفاده در این سیستم است که تحت عنوان داده های جغرافیایی زمین مرجع (مختصات دار) نامیده می شوند.این داده ها به یک مکان و موقعیت مشخص بر روی سطح زمین تعلق داشته و ما باید قبل از بحث درباره عملیات GIS با ماهیت آنها آشنا شویم. به عنوان مثال، یک خیابان را در نظر بگیرید که ما برای توصیف آن ابتدا به موقعیت و سپس به خصوصیات آن یعنی طول،نام،مسیر و حد سرعت مجاز در آن اشاره می نماییم. در GIS اطلاعات مربوط به موقعیت یا شکل عوارض و پدیده های جغرافیایی را داده های مکانی و ویژگی های کمّی و کیفی عوارض، داده های توصیفی می نامند.بنابراین،جاده مورد مثال همانند هر داده جغرافیایی زمین مرجع دیگر، دارای دو جزء اطلاعات مکانی و اطلاعات توصیفی است.
 نقشه ی شبکه های ارتباطی شهر کرمان، مدرسه  <strong class='sis-keyword'>سنجش از دور</strong> مقطع مدیران
شکل (1)- نقشه ی شبکه های ارتباطی شهر کرمان
داده های مکانی:
داده های مکانی، همانطور که قبلا اشاره گردید، موقعیت پدیده ها و عوارض جغرافیایی را بیان می کند. عوارض و پدیده های جغرافیایی شامل عوارض ناپیوسته و پوسته است.عوارض ناپیوسته پدید های منفردی هستند که در حد فاصل آنها فضای خالی وجود دارد. عوارض ناپیوسته را با نقاط (مانند چاه های آب) خطوط (مانند جاده ها و رودخانه ها) و سطوح (نظیر انواع کاربری اراضی) نشان می دهند.عوارض پیوسته عوارضی هستند که در حدفاصل مقادیر ثبت شده، توزیع فضایی دارند.در مورد پیوسته ،بارندگی و ارتفاع را به عنوان مثال هایی از این نوع داده ها می توان ذکر نمود.در سیستم GIS عوارض جغرافیایی سطح زمین به صورت نقشه عوارض بر روی یک سطح مستوی نشان داده می شود.انتقال عوارض سطح زمین بر روی یک سطح صاف با دو موضوع مهم یعنی سیستم مرجع مکانی و مدل داده ها مواجه است. موقعیت عوارض بر سطح زمین مبتنی بر سیستم مختصات جغرافیایی بوده و با مقادیر طول و عرض جغرافیایی بیان می شود، در حالی که موقعیت همین عوارض در نقشه بر مبنای سیستم مختصات مستوی و با مقادیر Xو Y بیان می گردد.برای انتقال سطح کروی زمین به یک سطح مستوی از علم سیستم تصویر کمک گرفته و سیستم های مختصات بعدی را به کمک آن ایجاد می نمایند.از آنجایی که انتقال سطح کروی به سطح صاف همیشه با خطایی همراه است، صدها سیستم مختصات مستوی برای حفظ خصوصیات مکانی عوارض طراحی گردیده و مورد استفاده قرار می گیرد.

مدل نمایش داده ها:
مدل داده ها، نحوه نمایش مناظر مکانی در GIS را بیان می کند.مدل وکتوری (برداری)‌داده ها، از نقاط و مختصات X و Y آنها برای ساخت عوارض نقطه ای، خطی و پلی گونی استفاده می کند.مدل رستری داده ها شامل یک شبکه منظم از سلول های مربعی یا مستطیلی است که برای تغییرات مکانی یک عارضه به کار گرفته می شود.

دو مدل اطلاعاتی فوق در مفهوم با یکدیگر متفاوت اند به طوری که مدل وکتوری داده ها برای نمایش مناظر ناپیوسته و مدل رستری برای نمایش عوارض پیوسته مناسب می باشند. این دو مدل در ساختار داده ها نیز تفاوت دارند، بطوری که مدل رستری از یک ساختار ساده مشتمل بر ردیف ها و ستون ها و موقعیت تثبیت شده سلول ها، ساخته شده در حالی که مدل برداری پیچیده تر بوده و ممکن است از نوع زمین ارتباطی با شیء گرا دارای توپولوژی یا بدون توپولوژی و شامل مناظر ساده یا ترکیبی باشد.مدل زمین ارتباطی داده ها یک سیستم مجزا را برای ذخیره داده های مکانی و توصیفی به کار می برد در حالی که مدل شیءگرا داده های مکانی و توصیفی را در یک سیستم منفرد ذخیره می نماید. روند های جدید GIS به فروشندگان نرم افزارها توصیه می نماید که مدل اطلاعاتی نوع دوم یعنی شیء گرا را در نرم افزار هایشان توسعه دهند. به عنوان مثال، مدل اطلاعاتی Geodatabase معرفی شده به وسیله ی شرکت ابزاری در نرم افزار ArcGIS را می توان نام برد. این مدل مجموعه ای از هزاران شیء، ویژگی ها و روش هاست. بنابراین وقتی ما در محیط ArcGIS کار می کنیم، از طریق رابط کاربر با این اشیاء یا اشکال در تماس هستیم.
مقایسه ی داده های وکتوری و رستری، مدرسه  <strong class='sis-keyword'>سنجش از دور</strong> مقطع مدیران
شکل (2) - مقایسه ی داده های وکتوری و رستری
توپولوژی روابط مکانی بین عوارض را به روشنی بیان می کند،مثلا دو خط که دقیقا یکدیگر را در یک نقطه قطع می کنند و یک خط مستقیم رسم شده دارای دو طرف چپ و راست است. داده های توپولوژیکی برای آشکارسازی و رفع خطاهای رقومی سازی در داده های جغرافیایی مفید بوده و برای پاره ای از تجزیه و تحلیل های GIS مورد نیاز می باشند. البته لازم است اشاره شود که داده های بدون توپولوژی قابلیت نمایش سریعتری دارند. در نرم افزارهای شرکت ESRI، coverage ها به عنوان داده های دارای توپولوژی، shapefile ها بدون توپولوژی و geodatabase ها با توپولوژی یا بدون توپولوژی تعیین شده اند. مناظر ساده شامل نقاط،خطوط و پلی گونها بوده و مناظر ترکیبی به وسیله آنها ساخته می شوند. سه نوع مدل ترکیبی داده ها وجود دارند، اول شبکه مثلث بندی نامنظم معروف به TIN (Triangulated Irregular Network) که شبیه سازی ناهمواری به وسیله دسته ای از مثلث های بدون پوشش مشترک بوده و از نودها یعنی نقاط و اضلاع یعنی خطوط ساخته شده است.
نوع داده های شبکه ای مثلث بندی نامنظم (TIN)، مدرسه  <strong class='sis-keyword'>سنجش از دور</strong> مقطع مدیران
شکل (3) - نوع داده های شبکه ای مثلث بندی نامنظم (TIN)
دوم مدل داده ای مناطق (Region Data Model) که عوارض سطح زمین در آن به صورت پلی گون هایی به ابعاد متفاوت مجزا و یا چسبیده به هم نشان داده می شوند.در این نوع از مدل داده ای، پلی گونها ممکن است که همدیگر را قطع نموده و یا همپوشانی داشته باشند.
مقایسه بین مدل داده ای Region و مدل ساده برداری، مدرسه  <strong class='sis-keyword'>سنجش از دور</strong> مقطع مدیران
شکل (4)- مقایسه بین مدل داده ای Region و مدل ساده برداری

آدرس کوتاه شده:
فهرست طبقات