تاریخچه GIS

   مقدمه:

برای اولین بار در اواسط دهه ۱۹۶۰ در ایالات متحده کار بر روی اولین سیستم اطلاعات جغرافیایی آغاز شد. در این سیستم ها عکس های هوایی، اطلاعات کشاورزی، جنگلداری، خاک ، زمین شناسی و نقشه های مربوطه مورد استفاده قرار گرفتند.
در دهه ۱۹۷۰ با پیشرفت علم و امکان دسترسی به فناوری های کامپیوتری و تکنولوژیهای لازم برای کار با داده های مکانی، سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS)، برای فراهم آوردن قدرت تجزیه و تحلیل حجم های بزرگ داده های جغرافیایی شکل گرفت.

در دهه های اخیر به سبب گسترش تکنولوژی های کامپیوتری،سیستم های اطلاعات جغرافیایی امکان نگهداری به روز داده های زمین مرجع و نیز امکان ترکیب مجموعه داده های مختلف را به طور مؤثر فراهم ساخته اند.
امروزه GIS برای تحقیق و بررسی های علمی، مدیریت منابع، ذخایر و صنایع وهمچنین برنامه ریزی های توسعه ای به کار گرفته می شود.

سیستم های اطلاعات جغرافیایی قبلاً در فرم نقشه های خطی و دادههای آماری مورد استفاده بوده و اغلب موارد GIS بخش توصیفی عوارض زمین را دربر میگرفت و بدین ترتیب قریب یکصد سال در ارائه خدمات به علوم و فنون مورد بهره برداری قرار گرفته بود و تجدید حیات خود را از سال ۱۹۶۰ میلادی آغاز نموده و طی پنج دوره سیر تحول ادامه می یابد.

مرحله اول: از سال ۱۹۶۰ م شروع و با استفاده از کامپیوتر و گرافیک کامپیوتری دگرگونی عظیمی در ارائه کارها کسب گردید و با جمع آوری داده ها و کدگذاری آنها تصاویر و نقشه هایی تولید نمودند که قابلیت تحلیلی آن به صورت ساده نوعاً محدود به طبقه بندی کاربری اراضی و چشم انداز ترکیب و جایگذاری لایه های اطلاعاتی داشته که با روش ترسیم دستی نیز امکان پذیر بودند به همین دلیل بی تفاوتی و عدم استقبال کاربران را در پی داشت.

مرحله دوم:از سال ۱۹۷۰ م آغاز شد که اساساً تاکیدی بر تحلیل های GIS پیشرفته و مدرن آن دوره از جمله:
– ادغام تکنیکهای آماری و نقشه ای
– معرفی روش های تحلیلی فضایی پیشرفته تر
– معرفی نمایشهای گرافیکی متنوع تر از نقشه ها که موجب مقبولیت گردید.

مرحله سوم: از سال ۱۹۷۰م شاهد فعل و انفعال مهمی با دیگر تخصص ها و رشته های علمی بوده و نیاز به تحلیل های قابل پیش بینی جهت مدل های بهتر مورد تاکید قرار گرفت و اهمیت تاثیر اطلاعات جغرافیایی را در پی داشت.

مرحله چهارم: از اواخر دهه هفتاد تا اواسط دهه ۸۰ میلادی ادامه یافت و با معرفی کامپیوترهای کوچک و مراتب ارزانتر برنامه های ساده با توانایی نمایش آسان اطلاعات جغرافیایی و تکثیر توانایی های تحلیلی و گرافیکی و استفاده سیستمهای شبکه ای متمرکز و غیر متمرکز پذیرش و مقبولیت عمومی پیدا کرد.

مرحله پنجم: بسیاری از فعالیتهای جاری مربوط به GIS طی این دوره انجام یافته است در این دوره GIS به صورت دانش پویا و متمرکز و با رشد سریع ظاهر شده و در ذخیره و پردازش و تحلیل و نمایش داده های فضایی و غیر فضایی(نقشه و داده های آماری) پیشرفت فوق العاده ای داشته است. همچنین سیستم اطلاعات جغرافیایی در ارتباط با دانش سنجش از دور و فتوگرامتری تحول چشمگیری پیدا نمود که می توان به ترکیب داده های ارتفاعی و مسطحاتی و تفسیر اشاره نمود.

تعاریف GIS

سیستم(سامانه) اطلاعات جغرافیایی Geographic Information System یک سیستم اطلاعاتی در رابطه با داده های مکاندار (جغرافیایی) می باشد. در نگاهی وسیع و عمومی این چنین سامانه ها ابزارهایی جهت پردازش داده های مکاندار و تبدیل آن ها به اطلاعات جهت استفاده در تصمیم گیریها هستند.

علاوه بر واژه آمریکایی یاد شده برای این سامانه از واژه Geografical Information System به صورت مترادف در کشورهای اروپائی نیز استفاده می گردد(دمرس۱۹۹۷). گستردگی مفهوم و زمینه های کاربرد این سیستم موجب شده است تا واژه Goe Information System نیز بر آن اطلاق و بطور روزافزونی در منابع علمی مورد استفاده قرار گیرد. از بین تعاریفی که برای GIS ارائه شده است تعریق ذیل از (بیل و فریچ ۱۹۹۴) وظایف و ارکان آنرا به خوبی تشریح نماید:

سیستم اطلاعات جغرافیایی یک سیستم کامپیوتری متشکل از سخت افزار،نرم افزار داده و کاربر است که قادر می باشد داده های مکاندار را بطور رقومی کسب،نگهداری، بازیابی، مدل سازی و تجزیه و تحلیل نموده و به طور متنی و گرافیکی ارائه نماید.
 در تعربف فوق بر ویژگی این چنین سیستم ها یعنی پرداختن به داده های مکاندار تاکید شده است. پمن آنکه در کنار ارکان برپائی یک GIS به وظایف آن نیز اشاره گردیده است. ارکان چهارگانه برپائی یک GIS عبارتند از : سخت افزار، نرم افزار،داده و کاربر

GIS چیست؟

سیستم اطلاعات جغرافیایی(Geographic Information Systems) یا GIS یک سیستم کامپیوتری برای مدیریت و تجزیه و تحلیل اطلاعات مکانی بوده که قابلیت جمع آوری، ذخیره، تجزیه وتحلیل و نمایش اطلاعات جغرافیایی (مکانی) را دارد.
داده ها در یک (GIS) بر اساس موقعیتشان نشان داده می شوند.
تکنولوژی GIS با جمع آوری و تلفیق اطلاعات پایگاه داده های معمولی، به وسیله تصویر سازی و استفاده از آنالیز های جغرافیایی، اطلاعاتی را برای تهیه نقشه ها فراهم می سازد.
این اطلاعات به منظور واضح تر جلوه دادن رویدادها ، پیش بینی نتایج و تهیه نقشه ها به کار گرفته می شوند.
دریک سیستم اطلاعات جغرافیایی واژه جغرافیایی یا(Geographic) عبارت است از موقعیت موضوع های داده ها، برحسب مختصات جغرافیایی (طول و عرض)
واژه (Information) یا اطلاعات نشان می دهد که داده ها در GIS برای ارائه دانسته های مفید، نه تنها به صورت نقشه ها و تصاویر رنگی بلکه بصورت گرافیک های آماری، جداول و پاسخ های نمایشی متنوعی به منظور جستجوهای عملی سازماندهی می شوند.

واژه(System) یا سیستم نیز نشان دهنده این است که GIS از چندین قسمت متصل و وابسته به یکدیگر برای کارکرد های گوناگون، ساخته شده است.

مؤلفه های GIS:

یک سیستم GIS شامل یک بسته کامپیوتری (شامل سخت افزار و نرم افزار) از برنامه های رایانه ای با یک واسطه کاربر می باشد که دست یابی به عملیات واهداف ویژه ای را فراهم می سازد. مؤلفه های چنین سیستمی به ترتیب عبارتند از: کاربران، سخت افزارها، نرم افزارها، اطلاعات و روش ها.

مولفه های یک سیستم اطلاعات جغرافیایی به ترتیب عبارتند از:

۱)کاربران (User)
مهارت در انتخاب و استفاده از ابزارها در یک سیستم اطلاعات جغرافیایی و شناخت کافی از اطلاعاتی که استفاده می  شوند، یکی از موارد اساسی برای موفقیت در استفاده از تکنولوژی GIS است، که این از وظایف یک کاربر می باشد.

۲)سخت افزارها (Software)
امروزه شبکه های GIS شامل تعدادی workstation، کامپیوترهای شخصی، چاپگرها و پلاترها می باشد که معرف مؤلفه سخت افزاریک سیستم اطلاعات جغرافیایی می باشند.

۳)نرم افزارها (Hardware)                                                                                                                                                                     به منظور استفاده بهتر از یک سیستم اطلاعات جغرافیایی، استفاده از نرم افزارهای به روز و توانمند توصیه می شود.

۴)اطلاعات (Data)
قلب هر GIS پایگاههای اطلاعاتی آن است. در این پایگاهها به پرسش هایی از قبیل چه شکلی است؟ کجاست؟ و چگونه به دیگر اشکال مرتبط می شود، داده می شود.

۵)روش ها (Methods)
شیوه های صحیح به کارگیری اطلاعات در جهت رسیدن به اهداف ویژه در یک سیستم اطلاعات جغرافیایی از مهمترین مؤلفه های آن است.

مدلهای داده های مکانی

سیستم اطلاعات جغرافیایی وکامپیوترها را نمی توان به طور مستقیم برای جهان واقعی به کار برد، زیرا کامپیوترها ی دیجیتالی براساس اعداد یا کاراکترهایی که در درون خود به صورت اعداد دو رقمی نگهداری می کنند، عمل می نمایند.
بنابراین پدیده های مورد نظردر جهان واقعی در یک سیستم کامپیوتری، باید به شکل نمادین عرضه شوند.
پس ابتدا باید مرحله جمع آوری داده ها انجام گیرد و سپس فرایند فشرده سازی گستره زمین شناسی، ساختار، خواص ژئو فیزیکی یا هر ویژگی دیگری از سطح زمین که اطلاعات آن گردآوری شده بود، به شکل قابل دستیابی در کامپیوتر با استفاده از مدلهای نمادین صورت گیرد.
هر نقشه زمین شناسی یک مدل نمادین است زیرا گستره ساده شده قسمتی از جهان واقعی است که از زاویه دید زمین شناس صحرایی مشاهده شده است.
مولفه های مدل گفته شده عوارض مکانی هستند که به تقریب همان موجودیتهای مستقل جهان واقعی هستند که بر روی نقشه توسط نمادهای گرافیکی عرضه می شوند.

تمام مدلهای داده های مکانی از عوارض مکانی جداگانه نظیر نقاط، خطوط، نواحی، حجم ها و سطوح تشکیل می شوند، این عوارض مکانی توسط خصوصیاتی که هم مکانی وهم غیر مکانی هستند، مشخص میگردند.
توصیف رقومی عوارض و خصوصیات آنها مجموعه های داده های مکانی راشامل می شود

ورودی و خروجی داده ها

برای اینکه یک سیستم اطلاعات جغرافیایی مفید واقع گردد، باید قادر به دریافت و تولید اطلاعات به صورت موثر باشد.
توابع ورودی و خروجی داده ها، مفاهیمی هستند که توسط آنها یک GIS با جهان خارج ارتباط برقرار می کند.
-ورودی داده ها عبارتند از روند کد گذاری داده ها به یک شکل خوانا توسط کامپیوتر و قرار دادن داده ها در پایگاه اطلاعاتی GIS.
داده هایی که در سیستم اطلاعات جغرافیایی می توانند وارد شوند دو نوع هستند.

قابلیت های GIS

اهداف یک سیستم اطلاعات جغرافیایی:

هدف نهایی یک سیستم اطلاعات جغرافیایی یا GIS، پشتیبانی جهت تصمیم گیری های پایه گذاری شده بر اساس داده های مکانی می باشد و عملکرد اساسی آن بدست آوردن اطلاعاتی است که از ترکیب لایه های متفاوت داده ها با روشهای مختلف و با دید گاه های گوناگون بدست می آیند.

هدف فوق از طریق فعالیتهایی که برروی داده های مکانی انجام میگرد، صورت می پذیرد،این فعالیت ها عبارتند از:

۱) جستجو(Search) : عبارت است از عملکرد جستجوی مجموعه هایی از داده های سازمان یافته از پایگاه داده های یک سیستم اطلاعات جغرافیایی.

۲) سازماندهی (Organization) : دراین سیستم ها ویژگی اصلی برای سازماندهی داده های موجود، موقعیت مکانی آنها می باشد.

۳) تجسم یابه تصویر درآوردن (Monitoring) : تکنولوژیGIS از توانمندیهای گرافیکی رایانه ها، برای تجسم استفاده می نماید. نمایش اطلاعات به طور معمول با استفاده از صفحه نمایش ویدیویی انجام می شود. اما سایر دستگاههای خروجی نظیر چاپگرهای رنگی نیز برای نمایش نسخه های چاپی استفاده می شوند.

۴) ترکیب و تلفیق (Integration) : بخش دیگری از این فعالیتها، تلفیق مجموعه داده های مکانی از منابع بسیارگوناگون جهت نمایش، درک و تفسیر پدیده های مکانی می باشد (این پدیده ها هنگامی که داده های مکانی به صورت مجزا بکار گرفته می شوند، قابل رویت نیستند)

۵) تجزیه وتحلیل ((Analyses : تجزیه وتحلیل، فرایند استنباط و دریافت مفهوم داده هاست و به معنی تجزیه وتحلیل داده های مکانی می باشد.

۶) پیش بینی (Prediction) : هدف از مطالعه وبررسی ها برروی داده های مکانی در یک سیستم اطلاعات جغرافیایی، به طور معمول پیش بینی است.

درحقیقت یک سیستم اطلاعات جغرافیایی یا GIS ، توانمندی های کاری را برای جمع آوری، ورود، پردازش، تغییرشکل، به تصویر در آوردن،ترکیب، جستجو، تجزیه و تحلیل، مدل سازی و خروجی کلیه داده های مکانی براساس اهداف مورد نظر فراهم می سازد.