ورود سیستم‌های اطلاعاتی به حوزه‌های مختلف فعالیت‌های انسانی جایگاه خود را در حوزه ژئودزی و حوزه‌های تحقیقاتی مرتبط با آن و سایر مناطق زمینی پیدا می‌کند. به دنبال یک دوره موازی با ظهور و توسعه ژئودزی ماهواره ای، سیستم های اطلاعاتی فرصت های فن آوری، مدیریتی، زمین شناسی، هواشناسی، نقشه برداری، حمل و نقل، چند شاخه ای را برای به دست آوردن اطلاعات مکانی لازم با درجه ای از دقت فراهم کردند.

هر سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) در اصطلاح مدرن، اول از همه یک پروژه مبتنی بر داده های علمی و عملی با هدف به دست آوردن نتیجه نهایی در یک موضوع معین است.

سیستم اطلاعات جغرافیایی نوعی شکل جدید از جست‌وجوی جغرافیایی است که بر اساس جمع‌آوری و پردازش داده‌های لازم با روش‌های ژئودزی، ریاضیات کاربردی و برنامه‌های رایانه‌ای ایجاد شده است.

عبارت "سیستم اطلاعات جغرافیایی" شامل سه کلمه اساسی است که ماهیت آن را آشکار می کند.

کلمه "geo" با تمام اشیاء اکتشاف و تحقیق در داخل، نزدیک و روی سطح زمین مرتبط است.

جزء "اطلاعات" عبارت با روش های پردازش و تبدیل اطلاعات دریافتی به محصول گرافیکی دیجیتال لازم است.

"سیستم" جزء اتصال دهنده ای در نظر گرفته می شود که به کل تصویر تحقیق یکپارچگی می بخشد و همه عناصر و پارامترهای آن را در یک فرم فضایی ترکیب می کند.

سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی را می‌توان به عنوان ابزار نرم‌افزاری در نظر گرفت که به شما امکان می‌دهد با اطلاعات مکانی مرتبط، با یک تصویر جغرافیایی، اما نه با یک تصویر ساده، بلکه ثبت شده، کار کنید. فرآیند ثبت (Snapping) شامل اقدامات خاصی برای جهت دهی تصاویر به روشی خاص در یک سیستم مختصات خاص است. این فرصت است که بر خلاف سایر برنامه ها ویژگی اصلی GIS محسوب می شود.

همچنین دارای ابزارهای ویژه ای است که به شما امکان می دهد یک نقشه معمولی را به یک مدل واقعی از یک سطح موجود تبدیل کنید. بنابراین در یک لحظه ایده این شد که نقشه را با اطلاعات ترکیب کنیم، یعنی نقشه خودش نیست، اما دارای ویژگی های خاص (ویژگی های توصیفی) است که غیر مکانی است. ارتباط اطلاعات مکانی با اطلاعات غیر مکانی، پیوند آن در یک سیستم واحد و ایجاد ابزارهای تحلیل منجر به پیدایش ساختارهای GIS شد. ترکیب اطلاعات موقعیتی و غیر موقعیتی را می توان دانش اصلی ساخت و سازهای GIS دانست.

ساختار سیستم اطلاعات جغرافیایی

ساختار اطلاعات جغرافیایی از چهار جزء تشکیل شده است:

• بخش اول شامل جمع آوری داده ها و مواد از منابع مختلف اولیه اطلاعات است. منابع اولیه موقعیتی (با مرجع مختصات) و غیر موقعیتی (توصیفی، در جداول ویژگی) وجود دارد.
• بخش دوم شامل نمونه برداری از داده های لازم و ذخیره آن در رسانه های کامپیوتری است.
• بخش سوم فناورانه است که در خدمت نظام‌بندی، توصیف، مقایسه، برجسته کردن و مهم‌تر از همه تجزیه و تحلیل داده‌ها به روش‌های مختلف است.
• بخش چهارم نتیجه حاصله با نتیجه گیری از نتایج نهایی در فرم های مورد نیاز مطابق با مشخصات فنی است.

فرصت هایی که هنگام کار در GIS به وجود می آید

در فرآیند کار با سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی، می‌توان نتیجه گرفت که آنها به شما امکان می‌دهند به بسیاری از سؤالات پاسخ سریع بدهید و در زمینه‌های مختلف فعالیت انسانی تصمیم‌گیری بهینه بگیرید، یعنی:

• در مناطق خاصی از مکان چیست؟
• یک شی خاص در کجا قرار دارد؟
• پویایی تغییرات در زمان، مکان، حجم و غیره را ارزیابی کنید.
• چه ساختارهای فضایی وجود دارد؟
• امکان مدل‌سازی با شرایط طراحی فنی خاص (مثلاً کارتوگرام توده‌های زمین)

عملکرد اصلی برنامه های GIS به شرح زیر است:

• ثبت تصاویر جغرافیایی;
• ایجاد تصاویر جغرافیایی جدید (بردارسازی).
• ایجاد پایگاه های اطلاعاتی و پردازش آماری آنها.
• تجزیه و تحلیل و پردازش داده های مکانی (ژئوآنالیز)؛
• تجزیه و تحلیل داده های غیر مکانی (ویژگی).
• تجسم و نقشه برداری؛
• ذخیره سازی داده ها

انواع ساخت اطلاعات جغرافیایی

شایان ذکر است که امکان طبقه بندی GIS بر اساس معیارهای مختلف وجود دارد:

• بر اساس مبانی سرزمینی (جهانی، ملی، منطقه ای، سرزمینی، محلی)
• بر اساس موضوع (زمین شناسی، کشاورزی، جنگلداری، هواشناسی، شهری و غیره)
• با توجه به ویژگی های عملکردی (چند مقیاسی، مکانی-زمانی)

چشم انداز توسعه ساختارهای اطلاعات جغرافیایی

در حال حاضر، موارد زیر زمینه های امیدوارکننده ای برای توسعه نظم اطلاعات جغرافیایی در نظر گرفته می شوند:

• داده‌های سنجش از راه دور زمین (هر چیزی که از تصاویر چند طیفی فضایی از محدوده‌های مختلف دریافت می‌کنیم، داده‌های رادیویی از ماهواره‌های زمین مصنوعی)؛
• موقعیت یابی جهانی (فناوری GPS) با کاربردهای GIS در فضای ارتباطی.
• اینترنت و سیستم های اطلاعات جغرافیایی (ذخیره اطلاعات به صورت آنلاین با استفاده از فناوری ابری، موتورهای جستجو، سایر پورتال ها)؛
• تلویزیون GIS;
• GIS2 (GIS که خودش را مطالعه می کند).

ارائه یک تعریف روشن و مختصر از این پدیده بسیار دشوار است. سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) فرصتی است برای نگاهی نو به جهان پیرامون. بدون تعمیم و تصویر، GIS یک فناوری کامپیوتری مدرن برای نقشه برداری و تجزیه و تحلیل اشیاء در دنیای واقعی و همچنین رویدادهایی است که در سیاره ما رخ می دهد. این فناوری عملیات سنتی پایگاه داده، مانند پرس و جو و تجزیه و تحلیل آماری را با مزایای تجسم غنی و تجزیه و تحلیل جغرافیایی (مکانی) که نقشه ارائه می کند، ترکیب می کند. این قابلیت ها GIS را از سایر سیستم های اطلاعاتی متمایز می کند و فرصت های منحصر به فردی را برای استفاده از آن در گستره وسیعی از وظایف مرتبط با تحلیل و پیش بینی پدیده ها و رویدادهای جهان پیرامون با درک و برجسته سازی عوامل و علل اصلی و همچنین آنها فراهم می کند. پیامدهای احتمالی، با برنامه ریزی تصمیمات استراتژیک و پیامدهای مداوم اقدامات انجام شده.

نقشه برداری و تحلیل جغرافیایی کاملاً جدید نیست. با این حال، فناوری GIS رویکردی جدید، مدرن‌تر، کارآمدتر، راحت‌تر و سریع‌تر برای تجزیه و تحلیل مشکلات و حل مشکلات پیش روی بشریت به طور کلی و یک سازمان یا گروه خاص از مردم به طور خاص ارائه می‌کند. این روش تجزیه و تحلیل و پیش بینی را خودکار می کند. قبل از استفاده از GIS، تنها تعداد کمی از هنر خلاصه کردن و تجزیه و تحلیل کامل اطلاعات جغرافیایی به منظور اتخاذ تصمیمات بهینه آگاهانه بر اساس رویکردها و ابزارهای مدرن را داشتند.

GIS اکنون یک صنعت چند میلیون دلاری است که صدها هزار نفر در سراسر جهان در آن شرکت دارند. GIS در مدارس، کالج ها و دانشگاه ها تدریس می شود. این فناوری تقریباً در تمام حوزه‌های فعالیت انسانی مورد استفاده قرار می‌گیرد - چه در تجزیه و تحلیل مشکلات جهانی مانند افزایش جمعیت، آلودگی زمین، کاهش زمین‌های جنگلی، بلایای طبیعی، یا در حل مشکلات خاص، مانند یافتن بهترین مسیر بین نقاط، انتخاب مکان بهینه برای یک دفتر جدید، جستجوی خانه ها در آدرس او، ایجاد خط لوله در منطقه، وظایف مختلف شهرداری.

اجزای سیستم اطلاعات جغرافیایی

یک GIS فعال دارای پنج جزء کلیدی است: سخت افزار، نرم افزار، داده، افراد و روش ها.
سخت افزار. این کامپیوتری است که GIS را اجرا می کند. امروزه GIS بر روی انواع مختلفی از پلتفرم های کامپیوتری، از سرورهای متمرکز گرفته تا کامپیوترهای رومیزی فردی یا شبکه ای، کار می کند.

نرم افزار GIS شامل توابع و ابزارهای مورد نیاز برای ذخیره، تحلیل و تجسم اطلاعات جغرافیایی (مکانی) می باشد. اجزای کلیدی محصولات نرم افزاری عبارتند از: ابزارهایی برای ورود و دستکاری اطلاعات جغرافیایی. سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS یا DBMS)؛ ابزارهایی برای پشتیبانی از پرس و جوهای فضایی، تجزیه و تحلیل و تجسم (نمایش)؛ رابط کاربری گرافیکی (GUI یا GUI) برای دسترسی آسان به ابزارها.

داده ها. این احتمالاً مهمترین مؤلفه یک GIS است. داده‌های مکان مکانی (داده‌های جغرافیایی) و داده‌های جدولی مرتبط ممکن است توسط خود کاربر جمع‌آوری و تولید شوند، یا به صورت تجاری یا دیگر از تأمین‌کنندگان خریداری شوند. در مدیریت داده‌های مکانی، یک GIS داده‌های مکانی را با انواع داده‌ها و منابع دیگر ادغام می‌کند و همچنین می‌تواند از DBMS‌های مورد استفاده بسیاری از سازمان‌ها برای سازماندهی و نگهداری داده‌هایی که در اختیار دارند استفاده کند.

مجریان. استفاده گسترده از فناوری GIS بدون افرادی که با محصولات نرم افزاری کار می کنند و برنامه هایی برای استفاده از آنها برای حل مشکلات واقعی ایجاد می کنند غیرممکن است. کاربران GIS می توانند هم متخصصان فنی باشند که سیستم را توسعه و نگهداری می کنند و هم کارمندان عادی (کاربران نهایی) که GIS به حل مسائل و مشکلات روزمره کمک می کند.

مواد و روش ها. موفقیت و کارایی (از جمله اقتصادی) استفاده از GIS تا حد زیادی به یک برنامه و قوانین کاری به درستی طراحی شده بستگی دارد که مطابق با وظایف و کار خاص هر سازمان تنظیم می شود.

GIS چگونه کار می کند؟

یک GIS اطلاعات مربوط به دنیای واقعی را به عنوان مجموعه ای از لایه های موضوعی که بر اساس موقعیت جغرافیایی تجمیع شده اند، ذخیره می کند. این رویکرد ساده اما بسیار منعطف ارزش خود را در حل انواع مشکلات دنیای واقعی ثابت کرده است: ردیابی حرکت وسایل نقلیه و مواد، نقشه برداری دقیق از شرایط زندگی واقعی و فعالیت های برنامه ریزی شده، و مدل سازی گردش جوی جهانی.

تمام اطلاعات جغرافیایی حاوی اطلاعاتی درباره موقعیت مکانی است، خواه اشاره به مختصات جغرافیایی یا سایر مختصات باشد، یا اشاره به آدرس، کد پستی، منطقه انتخاباتی یا سرشماری، شناسه زمین یا جنگل، نام جاده و غیره. هنگامی که از چنین پیوندهایی برای تعیین خودکار مکان یا مکان ویژگی(ها) استفاده می شود، رویه ای به نام geocoding استفاده می شود. با کمک آن می توانید به سرعت تعیین کنید و روی نقشه ببینید که شی یا پدیده مورد نظر شما در کجا قرار دارد، مانند خانه ای که دوست شما در آن زندگی می کند یا سازمان مورد نیاز شما، محل وقوع زلزله یا سیل، کدام مسیر. رسیدن به نقطه مورد نیاز یا در خانه آسانتر و سریعتر است.

مدل های وکتوری و شطرنجی. GIS می تواند با دو نوع داده متفاوت کار کند - برداری و شطرنجی. در یک مدل برداری، اطلاعات مربوط به نقاط، خطوط و چندضلعی ها به صورت مجموعه ای از مختصات X,Y رمزگذاری و ذخیره می شود. محل یک نقطه (شیء نقطه ای)، به عنوان مثال یک گمانه، با یک جفت مختصات (X,Y) توصیف می شود. ویژگی های خطی مانند جاده ها، رودخانه ها یا خطوط لوله به صورت مجموعه ای از مختصات X،Y ذخیره می شوند. ویژگی های چند ضلعی، مانند حوضه های آبخیز رودخانه، قطعه زمین، یا مناطق خدماتی، به عنوان یک مجموعه بسته از مختصات ذخیره می شوند. مدل برداری مخصوصاً برای توصیف اشیاء مجزا مفید است و برای توصیف ویژگی‌های دائماً در حال تغییر مانند انواع خاک یا دسترسی به اشیا کمتر مناسب است. مدل شطرنجی برای کار با خواص پیوسته بهینه است. یک تصویر شطرنجی مجموعه‌ای از مقادیر برای اجزای اصلی (سلول‌ها) است که شبیه نقشه یا تصویر اسکن شده است. هر دو مدل مزایا و معایب خود را دارند. GIS مدرن می تواند با هر دو مدل برداری و شطرنجی کار کند.

مشکلاتی که GIS حل می کند.یک GIS با هدف عمومی معمولاً پنج فعالیت داده (وظایف) را انجام می دهد، از جمله: ورودی، دستکاری، مدیریت، پرس و جو و تجزیه و تحلیل، و تجسم.

وارد.برای استفاده در GIS، داده ها باید به فرمت دیجیتال مناسب تبدیل شوند. فرآیند تبدیل داده ها از نقشه های کاغذی به فایل های کامپیوتری، دیجیتالی شدن نامیده می شود. در GIS مدرن، این فرآیند را می توان با استفاده از فناوری اسکنر، که مخصوصاً برای پروژه های بزرگ مهم است، خودکار کرد، یا برای کارهای کوچک، داده ها را می توان با استفاده از دیجیتایزر وارد کرد. بسیاری از داده ها قبلاً به قالب هایی ترجمه شده اند که مستقیماً توسط بسته های GIS قابل درک است.

دستکاری - اعمال نفوذ.اغلب، برای تکمیل یک پروژه خاص، داده های موجود باید بیشتر اصلاح شوند تا نیازهای سیستم شما را برآورده کنند. به عنوان مثال، اطلاعات جغرافیایی ممکن است در مقیاس های مختلف باشد (خطوط مرکزی خیابان ها در مقیاس 1:100000، مرزهای مسیر سرشماری در مقیاس 1:50000 و املاک مسکونی در مقیاس 1:10000 هستند). برای پردازش و تجسم مشترک، ارائه همه داده ها در یک مقیاس راحت تر است. فناوری GIS راه های مختلفی را برای دستکاری داده های مکانی و استخراج داده های مورد نیاز برای یک کار خاص ارائه می دهد.

کنترل.در پروژه های کوچک، اطلاعات جغرافیایی ممکن است به صورت فایل های معمولی ذخیره شوند. اما با افزایش حجم اطلاعات و افزایش تعداد کاربران، استفاده از سیستم های مدیریت پایگاه داده (DBMS) برای ذخیره سازی، ساختاردهی و مدیریت داده ها یا ابزارهای کامپیوتری ویژه برای کار با مجموعه داده های یکپارچه (پایگاه های داده) موثرتر است. ). در GIS، استفاده از ساختار رابطه‌ای که در آن داده‌ها به شکل جدولی ذخیره می‌شوند، راحت‌تر است. در این حالت از فیلدهای مشترک برای پیوند دادن جداول استفاده می شود. این رویکرد ساده کاملاً انعطاف پذیر است و به طور گسترده در بسیاری از برنامه های GIS و غیر GIS استفاده می شود.

پرس و جو و تحلیل.اگر اطلاعات GIS و جغرافیایی داشته باشید، می توانید پاسخ سوالات ساده (مالک این زمین کیست؟ این اشیاء در چه فاصله ای از یکدیگر قرار دارند؟ این منطقه صنعتی در کجا قرار دارد؟) و پیچیده تر را دریافت کنید. پرس و جوهایی که نیاز به تجزیه و تحلیل اضافی دارند (کجا مکان هایی برای ساخت خانه جدید وجود دارد؟ نوع اصلی خاک در زیر جنگل های صنوبر چیست؟ ساخت یک جاده جدید چگونه بر ترافیک تأثیر می گذارد؟). پرس و جوها را می توان با کلیک کردن بر روی یک شی خاص یا با استفاده از ابزارهای تحلیلی پیشرفته تنظیم کرد. با استفاده از GIS، می‌توانید الگوهایی را برای جستجو شناسایی و تنظیم کنید و سناریوهایی مانند «چه اتفاقی می‌افتد اگر...» را اجرا کنید. GIS مدرن ابزارهای قدرتمند زیادی برای تجزیه و تحلیل دارد که از میان آنها دو مورد از مهمترین آنها است: تجزیه و تحلیل مجاورت و تحلیل همپوشانی. برای تجزیه و تحلیل نزدیکی اشیا نسبت به یکدیگر، GIS از فرآیندی به نام بافر استفاده می کند. این کمک می کند تا به سؤالاتی مانند: چند خانه در 100 متری این حجم از آب پاسخ داده شود؟ چند مشتری در 1 کیلومتری این فروشگاه زندگی می کنند؟ سهم نفت تولیدی از چاه های واقع در 10 کیلومتری ساختمان مدیریت این واحد تولید نفت و گاز چقدر است؟ فرآیند همپوشانی شامل یکپارچه سازی داده های واقع در لایه های موضوعی مختلف است. در ساده ترین حالت، این یک عملیات نقشه برداری است، اما در تعدادی از عملیات های تحلیلی، داده های لایه های مختلف به صورت فیزیکی ترکیب می شوند. پوشش، یا تجمیع فضایی، به عنوان مثال، امکان ادغام داده‌های مربوط به خاک، شیب، پوشش گیاهی و مالکیت زمین را با نرخ‌های مالیات زمین فراهم می‌کند.

تجسم.برای بسیاری از انواع عملیات فضایی، نتیجه نهایی نمایش داده ها در قالب یک نقشه یا نمودار است. نقشه روشی بسیار مؤثر و آموزنده برای ذخیره، ارائه و انتقال اطلاعات جغرافیایی (مکانی مرجع) است. پیش از این، نقشه ها برای قرن ها ساخته شده بودند. GIS ابزارهای جدید شگفت انگیزی را ارائه می دهد که هنر و علم نقشه برداری را گسترش و پیشرفت می دهد. با کمک آن، تجسم خود نقشه ها را می توان به راحتی با اسناد گزارش، تصاویر سه بعدی، نمودارها و جداول، عکس ها و وسایل دیگر، به عنوان مثال، چند رسانه ای تکمیل کرد.

فناوری های مرتبط GIS ارتباط نزدیکی با تعدادی دیگر از انواع سیستم های اطلاعاتی دارد. تفاوت اصلی آن در توانایی دستکاری و تجزیه و تحلیل داده های مکانی است. اگرچه هیچ طبقه‌بندی پذیرفته‌شده واحدی برای سیستم‌های اطلاعاتی وجود ندارد، توضیحات زیر باید به فاصله گرفتن GIS از نقشه‌برداری رومیزی، CAD، سنجش از راه دور، سیستم‌های مدیریت پایگاه داده (DBMS) و فناوری موقعیت‌یابی جهانی (GPS) کمک کند.

سیستم های نقشه برداری دسکتاپاز نمایش کارتوگرافی برای سازماندهی تعامل کاربر با داده ها استفاده کنید. در چنین سیستم هایی همه چیز بر اساس نقشه است؛ نقشه یک پایگاه داده است. اکثر سیستم های نقشه برداری دسکتاپ دارای مدیریت داده، تجزیه و تحلیل فضایی و قابلیت سفارشی سازی محدودی هستند. بسته های مربوطه روی رایانه های رومیزی کار می کنند - رایانه شخصی، مکینتاش و ایستگاه های کاری یونیکس پایین رده.

سیستم های CADقادر به ترسیم پروژه ها و نقشه های ساختمان ها و زیرساخت ها. برای ترکیب در یک ساختار واحد، از مجموعه ای از اجزا با پارامترهای ثابت استفاده می کنند. آنها بر اساس تعداد کمی از قوانین برای ترکیب اجزا هستند و عملکردهای تحلیلی بسیار محدودی دارند. برخی از سیستم های CAD برای پشتیبانی از نمایش نقشه برداری داده ها گسترش یافته اند، اما، به عنوان یک قاعده، ابزارهای موجود در آنها امکان مدیریت کارآمد و تجزیه و تحلیل پایگاه داده های فضایی بزرگ را نمی دهند.

سنجش از دور و GPS.سنجش از دور هنر و علم اندازه گیری سطح زمین با استفاده از حسگرهایی مانند دوربین های مختلف در هواپیما، گیرنده های سیستم موقعیت یاب جهانی یا سایر دستگاه ها است. این حسگرها داده ها را در قالب تصاویر جمع آوری می کنند و قابلیت های تخصصی پردازش، تحلیل و تجسم تصاویر به دست آمده را ارائه می دهند. به دلیل عدم وجود ابزارهای مدیریت و تحلیل داده به اندازه کافی قدرتمند، سیستم های مربوطه را به سختی می توان به عنوان GIS واقعی طبقه بندی کرد.

سیستم های مدیریت پایگاه دادهطراحی شده برای ذخیره و مدیریت انواع داده ها، از جمله داده های جغرافیایی (مکانی). DBMS ها برای چنین وظایفی بهینه شده اند، بنابراین بسیاری از GIS دارای پشتیبانی داخلی DBMS هستند. این سیستم ها ابزاری شبیه به GIS برای تحلیل و تجسم ندارند.

GIS چه کاری می تواند برای شما انجام دهد؟

پرس و جوهای فضایی و تجزیه و تحلیل انجام دهید.توانایی GIS برای جستجو در پایگاه های داده و انجام پرس و جوهای فضایی، میلیون ها دلار برای بسیاری از شرکت ها صرفه جویی کرده است. GIS به کاهش زمان پاسخگویی به درخواست های مشتری کمک می کند. شناسایی مناطق مناسب برای فعالیت های مورد نیاز؛ شناسایی روابط بین پارامترهای مختلف (به عنوان مثال، خاک، آب و هوا و عملکرد محصول). شناسایی مکان های قطع منبع تغذیه مشاوران املاک از GIS برای یافتن مثلاً تمام خانه های یک منطقه خاص که دارای سقف تخته سنگ، سه اتاق و آشپزخانه 10 متری هستند استفاده می کنند و سپس توضیحات دقیق تری از این سازه ها ارائه می دهند. درخواست را می توان با معرفی پارامترهای اضافی، به عنوان مثال پارامترهای هزینه، اصلاح کرد. شما می توانید لیستی از تمام خانه هایی که در فاصله معینی از یک بزرگراه خاص، منطقه جنگلی یا محل کار قرار دارند، دریافت کنید.

بهبود یکپارچگی در سازمان.بسیاری از سازمان‌هایی که از GIS استفاده می‌کنند، کشف کرده‌اند که یکی از مزایای اصلی آن در فرصت‌های جدید برای بهبود مدیریت سازمان و منابع آن از طریق تجمیع جغرافیایی داده‌های موجود و اجازه به اشتراک‌گذاری و اصلاح آن‌ها به شیوه‌ای هماهنگ در بخش‌های مختلف است. امکان اشتراک گذاری و گسترش و تصحیح مداوم پایگاه داده توسط واحدهای ساختاری مختلف به شما این امکان را می دهد که کارایی هر واحد و سازمان را به طور کلی افزایش دهید. بنابراین، یک شرکت آب و برق می‌تواند به وضوح کارهای تعمیر یا نگهداری را برنامه‌ریزی کند، از به دست آوردن اطلاعات کامل و نمایش روی صفحه کامپیوتر (یا روی کاغذ) مناطق مربوطه، مانند لوله‌های آب، تا شناسایی خودکار ساکنانی که تحت تأثیر این کارها قرار می‌گیرند، و آنها را از زمان قطعی یا قطعی های مورد انتظار در تامین آب مطلع می کند.

تصمیمات آگاهانه تری بگیرید. GIS مانند سایر فناوری های اطلاعاتی این ضرب المثل معروف را تأیید می کند که اطلاعات بهتر منجر به تصمیم گیری بهتر می شود. با این حال، GIS ابزاری برای تصمیم‌گیری نیست، بلکه ابزاری است که به سرعت بخشیدن و افزایش کارایی فرآیند تصمیم‌گیری، ارائه پاسخ به پرسش‌ها و توابع برای تجزیه و تحلیل داده‌های مکانی، ارائه نتایج تحلیل به صورت بصری و آسان کمک می‌کند. فرم خوانده شده GIS به عنوان مثال در حل مشکلاتی مانند ارائه انواع اطلاعات به درخواست مقامات برنامه ریزی، حل تعارضات سرزمینی، انتخاب مکان های بهینه (از دیدگاه های مختلف و بر اساس معیارهای مختلف) مکان های قرار دادن اشیا و غیره کمک می کند. مورد نیاز برای تصمیم گیری را می توان به صورت مختصر نقشه برداری با توضیحات متنی، نمودارها و نمودارهای اضافی ارائه کرد. در دسترس بودن اطلاعاتی که برای درک و تعمیم قابل دسترسی است به تصمیم گیرندگان اجازه می دهد تا تلاش های خود را بر یافتن راه حل بدون صرف زمان قابل توجهی برای جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده های ناهمگن موجود متمرکز کنند. می توانید به سرعت چندین گزینه راه حل را در نظر بگیرید و مؤثرترین و کارآمدترین را انتخاب کنید.

ایجاد نقشه هانقشه ها در GIS جایگاه ویژه ای دارند. فرآیند ایجاد نقشه ها در GIS بسیار ساده تر و انعطاف پذیرتر از روش های سنتی نقشه برداری دستی یا خودکار است. با ایجاد یک پایگاه داده شروع می شود. دیجیتالی کردن نقشه های کاغذی معمولی نیز می تواند به عنوان منبعی برای به دست آوردن داده های اولیه استفاده شود. پایگاه‌های اطلاعاتی نقشه‌کشی مبتنی بر GIS می‌توانند پیوسته باشند (به کاشی‌ها یا مناطق جداگانه تقسیم نمی‌شوند) و با مقیاس خاصی مرتبط نیستند. بر اساس چنین پایگاه‌های اطلاعاتی، می‌توان برای هر قلمرو، در هر مقیاس، با بار مورد نیاز، با انتخاب و نمایش آن با علامت‌های مورد نیاز، نقشه‌هایی (به صورت الکترونیکی یا نسخه‌های چاپی) ایجاد کرد. در هر زمان، پایگاه داده را می توان با داده های جدید (به عنوان مثال، از پایگاه های دیگر) به روز کرد و داده های موجود را می توان در صورت لزوم تنظیم کرد. در سازمان های بزرگ، پایگاه داده توپوگرافی ایجاد شده می تواند به عنوان مبنایی توسط سایر بخش ها و بخش ها مورد استفاده قرار گیرد، ضمن اینکه امکان کپی سریع داده ها و ارسال آن از طریق شبکه های محلی و جهانی وجود دارد.

سیستم های اطلاعات جغرافیایییا به سادگی سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS) مدیریت داده های مکانی هستند. داده های فضاییبه نوبه خود، داده ای است که موقعیت اشیاء را در فضا، اغلب به شکل هندسه دو یا سه بعدی توصیف می کند. سیستم های اطلاعات جغرافیایی به شما این امکان را می دهند که هر کاری را با داده های مکانی انجام دهید که هر سیستم اطلاعاتی دیگری با داده های خود انجام می دهد، یعنی: آنها توانایی افزودن، حذف، به روز رسانی، پرس و جو، مشاهده، تجزیه و تحلیل و غیره را فراهم می کنند.

دو فرمت اصلی برای ارائه داده های مکانی وجود دارد: در قالب گرافیک برداری و به صورت رستر:

گرافیک شطرنجییا تصویر شطرنجی معمولاً یک آرایه دو بعدی از نقاط است که هر کدام با رنگ متفاوتی نشان داده می شوند. GIS مدرن به شما امکان می دهد با تصاویر شطرنجی تقریباً با هر فرمتی از bmp، png و jpeg گرفته تا TIFF/GeoTIFF کار کنید. گرافیک شطرنجی معمولاً برای طراحی «پس‌زمینه» یک نقشه دیجیتالی استفاده می‌شود که در بالای آن هندسه برداری از قبل نمایش داده شده است. لازم نیست به دنبال مثال ها باشید: نقشه های Google Maps یا Yandex را باز کنید و در آنجا تعداد زیادی شطرنجی خواهید دید. در این نقشه ها مقدار بسیار کمی در قالب گرافیک برداری ارائه شده است، یعنی نمودار جاده، مرزهای قلمرو و برخی اشیاء دیگر. مزیت غیرقابل انکار تصاویر شطرنجی در نقشه های دیجیتال این است که به شما امکان می دهد حجم عظیمی از اطلاعات مکانی را با حافظه نسبتاً کمی نمایش دهید. نکته منفی این است که با افزایش قابل توجه مقیاس نمایش، کیفیت تصویر در شطرنجی به شدت کاهش می یابد، بنابراین برای مقیاس های مختلف، از رسترهایی با پوشش و وضوح متفاوت منطقه ای استفاده می شود که با بزرگ شدن و کاهش تصویر جایگزین یکدیگر می شوند. . هنگام کار با همان نقشه های Google Maps و Yandex می توانید ببینید که چگونه این اتفاق می افتد.

گرافیک برداری- این در واقع هندسه ای است که در قالب مجموعه ای از مختصات ارائه شده است. فرمت ارائه گرافیک برداری خود تصویر را ذخیره نمی کند - "در حال پرواز" توسط زیرسیستم رندر GIS (تجسم) تولید می شود و بنابراین کیفیت تصویر بدون توجه به مقیاس فعلی همیشه بالا است. انواع زیر از داده های مکانی برداری متمایز می شوند:

• هندسه نقطه ای. در مواردی استفاده می شود که در مقیاس معینی از یک نقشه الکترونیکی، فقط مکان یک شی مهم است. به طور معمول، هندسه نقطه به عنوان یک نقطه بر روی نقشه یک رنگ خاص نشان داده می شود، اما برخی از GIS به شما اجازه می دهند این نقطه را با یک تصویر شطرنجی یا یک نماد برداری، مانند یک فلش، نماد، یا نماد جایگزین کنید. علاوه بر مختصات یک نقطه، خود هندسه نقطه را می توان با جهت گیری آن در یک صفحه یا در فضا، که زاویه چرخش نماد یا نماد مربوطه را روی نقشه تعیین می کند، بیشتر پارامتر کرد. هندسه نقطه ای را می توان برای تجسم تقریباً هر جسمی به استثنای موارد توسعه یافته استفاده کرد، زیرا همه چیز به مقیاس نقشه بستگی دارد.


• هندسه خطی. برای نمایش اشیایی استفاده می‌شود که نشان دادن وسعت (طول) و پیکربندی خطی آنها مهم است. چنین اشیایی شامل جاده ها، رودخانه ها (در مقیاس کوچک)، بخش هایی از مرزهای سرزمینی و سایر اشیاء مشابه است. باز هم، در مقیاس های بزرگتر، همان اشیاء را می توان در قالب هندسه منطقه به تصویر کشید.


• هندسه مساحتی. زمانی استفاده می شود که همه چیز مهم باشد: مکان، طول و مساحت. برای مثال، طرحی با خانه در مقیاس کوچک را می توان با هندسه نقطه ای و در مقیاس بزرگتر با هندسه مساحتی و خطی نشان داد. هندسه مساحتی تنها چند ضلعی نیست، بلکه مجتمع هایی متشکل از قطعات خطی، کمان هایی با شعاع های مختلف و همچنین حاوی حفره هایی است که توسط چند ضلعی های دیگر نشان داده شده است.

GIS و مبانی مدل سازی اطلاعات

هندسه برداری و شطرنجی در GIS با یکدیگر رقابت نمی کنند، اما هر کدام وظایف خود را انجام می دهند. گرافیک شطرنجی برای طراحی یک نمایش گرافیکی از یک نقشه الکترونیکی استفاده می شود. این به کاربر کمک می کند هنگام مشاهده و جستجوی اشیاء روی نقشه حرکت کند، زیرا زمین اغلب با عکس های هوایی از منطقه نشان داده می شود. گرافیک برداری وسیله ای برای نمایش اشیایی بر روی نقشه است که در زمینه پیکربندی فعلی GIS مهم هستند - آن اشیایی که داده های آنها توسط سیستم اطلاعاتی مدیریت می شود. اگر این یک نقشه شهری است، خیابان ها، خانه ها، سازه های مهندسی و سایر اشیاء زیرساخت شهری معمولاً به صورت گرافیک برداری ارائه می شوند. اگر اینها شبکه های آب و برق هستند، به عنوان مثال، شبکه های آبرسانی یا شبکه های گرمایش، پس اشیاء مهم در این مورد علاوه بر این، بخش های خط لوله، پست های مرکزی، تجهیزات و غیره هستند.

مزایای گرافیک برداری، علاوه بر کیفیت ثابت تصویر فوق در هر مقیاسی، شامل توانایی انتخاب اشیاء روی نقشه، ویرایش نمایش آنها با استفاده از ابزارهای GIS داخلی یا انجام پرس و جوهای فضایی بر روی چنین داده هایی است.

پرس و جو فضایییک پرس و جوی ساخت یافته برای داده های مکانی است که معیارهای آن شرایط مرتبط با مختصات هندسه برداری است. به عنوان مثال، شما می توانید برای تمام اشیاء از یک نوع خاص که در داخل یک طرح کلی قرار دارند، یک مرز مشخص را قطع می کنند یا در فاصله معینی از یک نقطه قرار دارند، پرس و جو کنید.

هر گونه اطلاعات غیر گرافیکی که علاوه بر آن یک شی خاص در سیستم را مشخص می کند نیز می تواند با داده های مکانی مرتبط باشد. علاوه بر این، هر شی از یک مدل اطلاعاتی در یک GIS می‌تواند با مجموعه‌ای از اشیاء فضایی و مجموعه‌ای از ویژگی‌های معنایی مرتبط نشان داده شود که این شی را به همان شکلی که گویی در هر سیستم غیر گرافیکی نمایش داده می‌شود، توصیف می‌کند. فرض کنید اگر یک GIS از یک DBMS برای ذخیره داده‌های خود استفاده کند، بخش معنایی توصیف اشیا، رکوردهای جداول یک پایگاه داده رابطه‌ای است. مثال: GIS داده های شبکه خط لوله گاز را مدیریت می کند. شی "بخش خط لوله گاز" در این مورد را می توان با ساختارهای هندسی خطی برای مشاهده شبکه در مقیاس نقشه کوچک نشان داد. هندسه منطقه برای مقیاس بزرگ و جدول جداگانه برای ذخیره طول، شعاع، مواد و سایر مشخصات فنی آن. اغلب، پرس و جوهای ساختاریافته به داده های مدیریت شده توسط GIS، همزیستی از پایگاه داده سنتی و پارامترهای پرس و جو فضایی هستند. به عنوان مثال، درخواست برای انتخاب تمام بخش های یک خط لوله گاز با شعاع معین در یک قلمرو مشخص شده توسط یک چند ضلعی خاص.

می توانید با اصول اولیه مدل سازی اطلاعات که برای GIS نیز معتبر است آشنا شوید.

یک سیستم اطلاعات جغرافیایی از چه چیزی تشکیل شده و چگونه کار می کند؟

زیرسیستم برای کار با ذخیره سازی داده های مکانی.راه‌حل‌های GIS وجود دارد که از پایگاه‌های داده به‌عنوان ذخیره‌سازی داده‌های مکانی، در تعامل با DBMS استفاده می‌کنند. محصولات نرم‌افزاری وجود دارند که داده‌ها را در فایل‌هایی با فرمت خاص خود ذخیره می‌کنند و آن‌هایی هستند که می‌توانند با منابع مختلف اطلاعات گرافیکی کار کنند. زیرسیستم کار با مخازن داده های مکانی، اجزای نرم افزار GIS است که مسئول ایجاد ارتباط با خود مخازن و تبادل داده ها با آنها از جمله از طریق پروتکل های شبکه است.

ماژول کنترل سیستم های مختصاتمختصاتی که داده‌های مکانی در یک ذخیره‌سازی اطلاعات جغرافیایی نشان داده می‌شوند، می‌توانند به یک مستطیل شکل (دکارتی) یا یک سیستم مختصات جغرافیایی که بر اساس یک بیضی ساخته شده است، مطابقت داشته باشند. اگر قبلاً اعتقاد بر این بود که زمین گرد است ، در زمان ما شکل آن توسط یک شکل نسبتاً پیچیده توصیف می شود - ژئوئید. سطح ژئوئید منطبق با سطح آب اقیانوس جهانی است که به طور مشروط در زیر قاره ها گسترش یافته است. بیضیبه نوبه خود، مکان نقاطی است که با چرخش ژئوئید حول محور اصلی خود به دست می آید. من متخصص ژئودزی نیستم، بنابراین وارد پیچیدگی های ساخت سیستم های مختصات زمینی نمی شوم، بلکه داستان خود را از دیدگاه یک کاربر GIS ادامه می دهم. سیستم مختصات همچنین می تواند جهانی (در سراسر قلمرو زمین) یا محلی باشد - برای موقعیت یابی در محدوده های خاصی از سطح زمین در نظر گرفته شده است. سیستم مختصات جغرافیایی محلی وجود دارد که برای یک منطقه خاص از دقت بالاتری نسبت به سیستم مختصات جهانی برخوردار است. این به این دلیل به دست می آید که چنین سیستم های مختصاتی بر اساس یک بیضی محلی ساخته می شوند که در شرایط یک منطقه معین (در مقایسه با توصیف جهانی آن) دقیق تر است. سیستم های مختصات مستطیلی، به دلیل ماهیت خود، همه محلی هستند، زیرا تنها در مناطق کوچک، خطای مرتبط با این واقعیت که زمین مسطح نیست، اما گرد است، در ساختن نقشه های نسبتا دقیق دخالت نمی کند. مبدأ مختصات چنین سیستم های مختصاتی به طور دلخواه انتخاب می شود و آنها برای اهداف مختلفی از جمله برای داشتن ایده ای از موقعیت نسبی اشیاء ایجاد می شوند، اما به دلایل امنیتی امکان به دست آوردن واقعی آنها را منتفی می کند. جهان) مختصات. نمونه ای از سیستم مختصات محلی، سیستم مختصات محلی شهر مسکو است که در محوطه ساختمان اصلی دانشگاه دولتی مسکو مختصات صفر دارد.

ماژول کنترل سیستم مختصات برای تبدیل نقاط از سیستم مختصات اصلی ذخیره‌سازی داده‌های مکانی به مختصات صفحه طراحی شده است، که هسته گرافیکی سیستم عامل با آن کار می‌کند و اجازه می‌دهد تصویر روی صفحه، چاپگر و سایر دستگاه‌های خروجی نمایش داده شود. . این ماژول همچنین مسئول تبدیل معکوس است: تبدیل مختصات یک نقطه در یک صفحه به مختصات ذخیره اطلاعات (مختصات جهانی یا محلی). تبدیل معکوس در فرآیند ویرایش (رقومی کردن) هندسه با استفاده از ابزار GIS استفاده می شود. اغلب، GIS با سیستم مختصات WGS 84 (سیستم ژئودتیک جهانی) سر و کار دارد که یک سیستم مختصات واحد برای کل قلمرو سیاره زمین است. یک سیستم مختصات جغرافیایی یا همان طور که به آن ژئوسنتریک نیز می گویند، مانند WGS 84، یک سیستم مختصات بیضی شکل است که مختصات اجسام را نسبت به مرکز جرم زمین تعیین می کند. سیستم های مختصات جغرافیایی به دلیل شکل بیضی که بر آن استوار شده اند با یکدیگر متفاوت هستند. مجموعه ای از تبدیل هایی که برای تبدیل مختصات یک سیستم مختصات جغرافیایی به یک سیستم مختصات دکارتی استفاده می شود، طرح ریزی نقشه نامیده می شود. به عبارت دیگر، طرح ریزی نقشه- بازتاب (باز شدن) یک بیضی از یک سیستم مختصات جغرافیایی بر روی یک صفحه است. پرکاربردترین پروجکشن ها عبارتند از UTM (Universal Transverse Mercator) و پروجکشن Gauss-Kruger (GK).

افسانه یا زیرسیستم برای تنظیم نمایش گرافیکی.هر ذخیره سازی داده های مکانی با مجموعه ای از اشیاء گرافیکی برداری و شطرنجی نشان داده می شود. در GIS دوبعدی، اشیاء داده‌های مکانی منفرد اغلب لایه نامیده می‌شوند، زیرا تصویر تشکیل‌شده در پنجره نقشه الکترونیکی به‌طور متوالی ایجاد می‌شود: زیرسیستم نمایش هر نوع شی را به نوبه خود ترسیم می‌کند. بنابراین، نتیجه تشکیل تصویر یک تصویر دو بعدی چند لایه است که در آن هر لایه بعدی در بالای لایه قبلی اعمال می شود. افسانه ابزار اصلی در GIS است که با کمک آن نه تنها ترتیب نمایش اشیاء بر روی نقشه (ترتیب لایه ها)، بلکه پارامترهای نمایش آنها (رنگ، ​​ضخامت خط، عنوان،) را نیز تعیین می کند. فونت و غیره). با استفاده از افسانه، ویژگی های فردی را می توان گنجاند یا از لیست لایه های نمایش داده شده روی نقشه حذف کرد. افسانه می تواند لایه هایی را توصیف کند که نشان دهنده ویژگی های بازیابی شده توسط زیرسیستم داده های مکانی از اتصالات مختلف است. به عنوان مثال، یک نقشه داده های نقشه توپوگرافی (زمین) را از یک منبع و داده های شبکه برق (خط لوله گاز، شبکه گرمایش و غیره) را از منبع دیگر ترکیب می کند.

زیرسیستم نمایشیک پارامتر مهم برای تنظیم نمایش گرافیکی داده های مکانی است مقیاس نقشه اسمی. زمانی است که مقیاس نمایش داده ها در پنجره نقشه الکترونیکی GIS با مقیاس اسمی مطابقت داشته باشد، ضخامت خطوط، اندازه قلم و سایر پارامترها با پارامترهای مشخص شده در افسانه مطابقت دارد و در شرایط مقیاس متفاوتی که می توان به راحتی توسط کاربر تغییر می کند، ضخامت خطوط و اندازه فونت متناسب با آن افزایش یا کاهش می یابد. بنابراین، مقیاس نقشه اسمی نقطه مرجع برای زیرسیستم نمایش است. اصلی که توسط آن زیرسیستم نمایشگر یک نمایش گرافیکی از داده های مکانی را تشکیل می دهد تا حد زیادی توسط افسانه یک نقشه خاص تعیین می شود. یک محل کار GIS می تواند از مجموعه کاملی از نقشه های الکترونیکی تشکیل شده باشد که هر یک با افسانه خاص خود نشان داده می شوند.

زیرسیستم ویرایش داده های مکانیاین در واقع مجموعه ای از ابزارهای کاربر GIS است که به شما امکان ویرایش داده های مکانی را می دهد. رسم جدید یا ویرایش هندسه موجود معمولاً به نشان دادن متوالی نقاط روی نقشه منجر می شود. هنگامی که این نقاط انتخاب می شوند، ماژول کنترل سیستم مختصات، مختصات مکان نما را روی صفحه به نقاط مربوط به سیستم مختصات ذخیره سازی اطلاعات تبدیل می کند. سیستم‌های ورودی گرافیکی مدرن همچنین می‌توانند هنگام مشخص کردن نقاط، به داده‌های موجود، به عنوان مثال، به گوشه‌ها یا نقاط میانی بخش‌های چند خطی، هندسه نقطه‌ای و غیره، اجازه دهند.

زیر سیستم تحلیل داده های مکانی. همان زیرسیستمی که به شما امکان پیکربندی، اجرا و نمایش نتایج پرس و جوهای فضایی را می دهد. پارامترهای نمایش گرافیکی نتایج پرس و جوهای فضایی نیز با استفاده از افسانه تعیین می شوند.

زیر سیستم چاپیک نوع زیرسیستم نمایش که برای خروجی قطعات نقشه های الکترونیکی به چاپگر یا پلاتر (پلاتر) طراحی شده است. عملکردهای اضافی زیرسیستم چاپ، در مقایسه با زیرسیستم برای نمایش تصاویر روی صفحه، شامل تنظیم و ایجاد یک نمایش گرافیکی بر روی چاپ خود افسانه، و همچنین نمادی برای مقیاس، قطب نما و سایر ویژگی های لازم است. برای کار با نسخه کاغذی نقشه

زیرسیستم منطق کسب و کارهر نرم افزاری که برای پیکربندی عملکرد یک سیستم اطلاعات جغرافیایی برای حل یک مشکل کاربردی خاص یا گروهی از مسائل استفاده می شود. چنین ابزارهایی ممکن است شامل یک زیر سیستم برای مدل‌سازی اطلاعات یک حوزه موضوعی، برای ادغام با سایر سیستم‌های اطلاعاتی، و ایجاد، به عنوان مثال، بر روی یک GIS داخلی و موارد دیگر باشد. ترکیب زیرسیستم منطق تجاری برای محصولات نرم افزاری مختلف این کلاس ممکن است به طور قابل توجهی متفاوت باشد، یا ممکن است به طور کلی وجود نداشته باشد، زیرا همه چیز به هدف یک راه حل خاص بستگی دارد.

معروف ترین GIS مدرن

شناخته شده ترین نمایندگان قطعات نرم افزاری GIS محصولات سه شرکت آمریکایی هستند. اینها شامل خانواده راهکارهای Geomedia Intergraph، محصولات ArcGIS ESRI و ابزار MapInfo Pitney Bowes است. در روسیه، به دلیل تعدادی از شرایط، دو مورد آخر محبوب ترین هستند، اگرچه Geomedia از بسیاری جهات محصول جهانی تر و مدرن تر است. به طور خاص، Geomedia و Geomedia Professional به کاربر این امکان را می‌دهند که مستقیماً با داده‌های مکانی با فرمت‌های مختلف (از جمله داده‌های ArcGIS و MapInfo)، بدون توسل به روش‌های اولیه برای تبدیل و وارد کردن آنها کار کند، در حالی که راه‌حل‌های رقیب ترجیح می‌دهند فقط با قالب‌های داده خود کار کنند.

P.S. نمونه هایی از طراحی زیرسیستم های GIS در سی شارپ در زمینه مطالعه رویکرد شی گرا به برنامه نویسی، یعنی: کلاس های کار با گرافیک برداری، زیرسیستم کار با ذخیره سازی اطلاعات جغرافیایی، معماری سرویس تبدیل خطی و برخی دیگر در یک دوره برنامه نویسی