نظام المعلومات الجغرافية Geographical Information System
د.سعد بن مقرن المقرن - جامعة الملك سعود - كلية العلوم
مازالت الخرائط الورقية وسيلة هامة لشرائح كثيرة من المستفيدين، فهي الأداة الأساسية لإعادة تمثيل أو رسم المكان . لاكن تلك الخرائط الورقية ساكنة (غير متفاعلة) لذا فهي بطيئة في استخراج المعلومات. ولذ سنعرض في هذه المحاضرة الخيار الرقمي في التعامل مع المكان وذلك من خلال ما يعرف نظام المعلومات الجغرافية (GIS)، وهو تقنية حاسوبية بداءت في نهاية الستينيات من القرن الماضي تعتمد على الخرائط و قواعد المعلومات الرقمية.
ماهو نضام المعلومات الجغرافي GIS ؟.
يتكون نظام المعلومات الجغرافي او المكاني (GIS) من عدة برامج تعمل على الحاسب الآلي وذلك لعرض و تحليل الأشياء التي توجد على او تحت سطح الأرض بشرط أن يكون لهذه الأشياء إحداثيات جغرافية (مثل خط العرض و خط الطول) و تجمع تقنية المعلومات الجغرافية (GIS) بين امكانيات قواعد المعلومات الشائعة (مثل البحث و الحسابات الإحصائية) و بين الفوائد الفريدة التي تقدمها الخرائط الرقمية من الحسابات الهندسية (مثل الاطوال و المساحات والأحجام). حيث يعتبر نظام المعلومات الجغرافي من الأدوات المهمة و السريعة للتخطيط و اختيار القرار.
التطبيقات :
من تطبيقات لنظام المعلومات الجغرافية، البحث بسرعة عالية عن موقع ما من خلال الخريطة الرقمية و افضل الطرق للوصول إلية وذلك للأي مهمة إسعافية أو أمنية٬ واستخدامه في مؤسسات الاتصالات لتوضيح مواقع مراكز التحويل وكيفية وصول الهاتف إلى المناطق السكنية واكتشاف مصادر الأعطال بسرعة، سرعة التحليل للقراءات الجيوفيزيائية و الجيولوجية وذالك في دراسات التنقيب عن المصادر الطبيعية (بترول-معادن-مياه جوفية) أو استخدامه في معالجة وتحليل بيانات العقارات. لذا هذا النظام يمكن استخدامه تقريباً لكل المعلومات ذات الإحداثيات المكانية، مثل مساعدة الأعمال التجارية على توسع أسواقها المرتقبة والاهتمام بزبائنها. اضافة الى ان التخطيط للخدمات الاجتماعية مثل الرعاية الصحية والتعليم الابتدائي يمكن إنجازه عبر نظام المعلومات الجغرافية، لما يتمتع به هذا النظام من قدرة على تحليل توزّع السكان ودراسة كيفية وصولهم إلى تلك المراكز الخدمية.
أمثلة للاستنتاج المكاني :
مثال لاستخدام النظام للتعرف على اقصر الطرق .
مثال أخر لتطبيقات النظام و هو خط الرؤية.
تحويل الخرائط إلى رقمية (التعرف على كمية من المعلومات بدقة و سرعة) المقارنة بمعلومات مكانية أخرى ومدى تقاطعها أو تكاملها.
في البيانات المتجهة ذات التوبولوجية (الهندسة الاكمية)تتعرف تلك البيانات على كثير من الخصائص حولها مثل يمين أو يسار الطريق.
ومن خلال بعض التطبيقات المذكورة فأنة يمكننا أن نُعرّف نظام المعلومات الجغرافية بأنه مجموعة من البرامج الحاسوبية لإنجاز أحد الهدفين التاليين أو كليهما:
1-العثور على المواقع المناسبة لإنجاز هدف ما، اعتماداً على شروط و وخصائص محددة، مثل العثور على أفضل موقع لإنشاء جامعة، أو أفضل موقع لبناء سد مائي.
2-الاستعلام عن سمات معالم في الخريطة، مثل معرفة الكثافة السكانية لمنطقة إدارية، أو إحصائية عن عدد الحوادث في طريق معين، أو مساحة عقار. حيث تحتوي الخريطة الرقمية سمات (Attributes) ترتبط بالمعالم الجغرافية على هيئة قاعدة بيانات.
الأنواع الأساسية للمعلومات المكانية :
كما شرح في المرجع (الجودي2002) فإن البياناتُ المكانية في نظام المعلومات الجغرافية تكون عادة في هيئتين، أولاهما البيانات المتّجهة (vector data) وهي أشكال معرّفة هندسياً، وتتألف من النقاط والخطوط والمضلعات، وثانيتهما البيانات المتسامتة أو المصفوفات (raster data)، مثل الخرائط المدخلة بالماسح الضوئي والصور الجوية وصور الأقمار الاصطناعية ، ومن هيئات البيانات المتسامتة بيانات الشبكة (grid data) لأنها مؤلفة من شبكة من الخلايا المتساوية الأبعاد. وكل من هذين الهيئتين لها استخدامات وذالك حسب الهدف المراد تطبيقه داخل بيئة نظام المعلومات الجغرافية.
البيانات المكانية والوصفية :
يتطلب فهم نظام المعلومات الجغرافية واستخدامه معرفة البيانات المكانية والبيانات الوصفية التي تؤلف قوام هذا النظام. تتضمن البيانات المكانية (Spatial Data) معلومات عن موقع وشكل المعالم الجغرافية وتخزن عادة في إحداثيات، كما يمكن أن تتضمن معلومات أخرى عن علاقات تلك المعالم بعضها ببعض، مثل علاقتي الجوار والاتصال. بينما تتضمن البيانات الوصفية وهي السمات أو الأوصاف (attributes) الخصائص المرتبطة بتلك المعالم، وتخزن في جداول منفصلة عادة. وهكذا تتألف البيانات المكانية للآبار في مثال القرية السابق من إحداثيات س و ص تمثلان موقع البئر، وتتألف البيانات الوصفية أو السمات من اسم المالك، ورقم الترخيص، وعمق البئر. ويتميز نظام المعلومات الجغرافية بقدرته على ضم البيانات المكانية والسمات معاً.
تخزّن بيانات نظام المعلومات الجغرافية في أكثر من طبقة (layer) واحدة، وذلك لتسهيل عمليات معالجتها والتحكم بعرضها (لون-إحجام الخ). وتستخدم بعض البرامج مصطلح theme أي موضوع بدلاً من طبقة، ولكنها في طريقها إلى العودة إلى استخدام مصطلح طبقة. إن التغلب على مشكلة في طبقة الطرق، مثلاً، أفضل من معالجتها في كامل النظام، وتعتبر هذه السمة أساسية في نظام المعلومات الجغرافية. قياساً على ذلك يتألف مشروع نموذجي لنظام المعلومات الجغرافية لقرية من عدة طبقات، تشمل أولها طبقة حدود ملكية الأراضي الزراعية، وتُمثل هذه الطبقة بمجموعة من المضلعات المغلقة، لأن المضلعات هي الشكل الهندسي الأنسب لتمثيلها، بينما تخصّص الطبقة الثانية لبيوت القرية، والثالثة للمراكز الحكومية كالمدارس والمستشفيات وتُمثل هاتان الطبقتان بمجموعة من المضلعات أيضاً. وتتضمن الطبقة الرابعة الآبار، وتُمثل بمجموعة من النقاط. في حين تضم الطبقة الأخيرة الطرق المارة في تلك القرية وتُمثل بمجموعة من الخطوط.
الترقيم Vectorization :
لا يستطيع نظام المعلومات الجغرافية تحليل المعلومات في خريطة، إذا لم تكن هذه البيانات في هيئة رقمية يستطيع الحاسوب قراءتها، وهي البيانات المتجهة أو البيانات المتسامتة. لذلك تستخدم عدة طرق لتحويل الخرائط الورقية إلى خرائط رقمية. يُستخدم الترقيم (Vectorization) لاستخلاص بيانات متجهة من الخريطة الورقية، وتنجز عملية الترقيم هذه بتتبّع معالم الخريطة لإعادة تمثيلها رقمياً. كما يُستخدم المسح الضوئي (scanning) أيضاً للحصول على بيانات متسامتة من الخريطة الورقية. يمكن أيضاً تحويل البيانات المتسامتة (Raster) إلى بيانات متجهة باستخدام برامج متوافقة او داخل بيئة GIS للتحويل بين هيئتي البيانات.
تحويل الخريطة الورقية إلى رقمية :
امثلة على الترقيم (Vectorization).
المعلومات الجيدة (الدقيقة) تؤدي إلى قرارات جيدة .
تصنيفات لبيانات الخرائط الرقمية :
خرائط القاعدة : مثل الطرق السريعة و الحدود السياسة و الأنهار و حدود البحار وكل ما يعتبر معلم طبيعي او صناعي بارز.
خرائط الأعمال و البيانات: مثل بيانات الخدمات الهاتفية و الكهربا و الماء و إحصائيات السكان وخدمات الطوارئ و الإسعاف ومحطات الوقود.
خرائط البيئة و البيانات : و تشمل البيانات المتعلقة بالتضاريس و الأودية و نسبة سقوط الأمطار و التلوث وأماكن تواجد المعادن.
معالجة و تحليل البيانات المكانية و كما شُرح بشكل وافي و باللغة العربية في المرجع (الجودي 2002) فإن بيئة نظام المعلومات الجغرافية توفر عدة وظائف لمعالجة وتحليل البيانات المكانية مثل:
- استرجاع المعلومات (information retrieval): من خلال برامج المعلومات الجغرافية فإن المستخدم يستطيع استرجاع ما ادخل او حسب من سمات (Attributes).
- إنتاج الخرائط الموضوعية (thematic mapping): يتم و بمرونة إنتاج خرائط تمثل المعالم الجغرافية حيث يتوفر الكثير من الألوان و الرموز التي من شأنها توضيح المعلم المكاني.
- القياس المكاني (spatial measurement): يتم و بسهولة الكثير من الحسابات أو العلاقات المكانية مثل المسافة-المساحة-الحجم-الارتفاع لأي معلم داخل بيئة نظام المعلومات الجغرافية.
- التراكب (overlay): يمكن إنتاج طبقة رقمية من طبقتين أو أكثر بحيث تكون تلك الطبقة الناتجة أكثر توضيحا للمعالم المكانية.
- التوليد المكاني (spatial interpolation): يمكن استخدام نظام المعلومات الجغرافي في الكثير من الأبحاث العلمية مثل الدراسات المغناطيسية للبحث عن المعادن أو البترول. حيث يمكن إنشاء خريطة أو صورة مغناطيسية جوية من فراءات المسح المغناطيسي الجوي كما في الشكل التالي.
مثال على إنشاء خريطة مغناطيسية جوية من نقاط قراءات المسح المغناطيسي الجوي
6 - إنشاء الحاجز والممرات (buffer and corridors): يستعمل الحاجز - أو الحرم - عندما تعتمد عملية التحليل ومعرفة المنطقة التي سيشملها حدث ما على قياس مسافة محددة انطلاقاً من نقطة أو خط أو مضلع. لذا يتمكن مستخدم نظام المعلومات الجغرافية للمثال إنشاء مضلع يمثل المنطقة المتأثرة بتلوث المياه معرفة خصائص الطبقات السطحية و التحت سطحية و نماذج الارتفاعات لمنطقة الدراسة أو معرفة المناطق المتأثرة بانتشار الجريمة.
7 - تحليل الشبكة (network analysis): يستطيع نظام المعلومات الجغرافية تقديم الحلول للكثير من الشبكات ، مثل معرفة اقصر الطرق من مكان إلى مكان أخر وتحديد أعطال شبكات الكهرباء والمياه والهاتف.
8 - اسقاط الخريطة (map projection): تحتوي برامج المعلومات الجغرافية أو المتوافقة معها على دعم لمعظم الإسقاطات و المراجع الجيوديسية. حيث يتم إسقاط إحداثيات معلم على سطح الأرض من موقعة الكروي ثلاثي الأبعاد إلى سطح مستوي ثنائي الأبعاد.
_________________
- مراجع:
- المهندس سامر الجودي 2002 PC Magazine “Arabic Version”.
- برنامج ArcGIS 9.2.
- برنامج Easytrace Pro 8.3.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق