توسعه یک سیستم تخصیص کاربری اراضی متن باز

چکیده

امروزه هزینه بالای خریداری نرم افزارهای تجاری، عدم امکان دسترسی به کد برنامه ها و وجود راه های پنهانی در این نرم افزارها بسیاری از متخصصان را به توسعه نرم افزارهای متن باز در حوزه فناوری اطلاعات مکانی تشویق نموده است. هدف اصلی از انجام این تحقیق توسعه یک سیستم تخصیص کاربری اراضی شهری در بستریک نرم افزار متن باز میباشد. در این تحقیق با بررسی مبانی نظری، انواع و نقاط قوت و ضعف نرم افزارهای متن باز مکانی به مقایسه چهار نرم افزار متن باز رومیزی GRASS ، UDig ، QGIS و MapWindow جهت توسعه یک سیستم حامی تصمیم گیری برای فرآیند تخصیص کاربری اراضی پرداخته شده است و در نهایت نرم افزار MapWindow انتخاب گردید و یک سیستم به نام OSLAS برای هدف فوق توسعه داده شد. OSLAS دارای چهار ماژول تناسب، تقاضا، ارزیابی مدل و توابع پایه GIS می باشد. این سیستم بر روی داده های مربوط به کاربری اراضی منطقه یک شهر تهران پیاده سازی شد و نقشه پیش بینی کاربری اراضی برای سال 1400 تولید گردید.

واژگان کلیدی: تخصیص کاربری اراضی، سیستم های اطلاعات مکانی متن باز، مدلسازی منطقه 1 شهر تهران و MapWindow

1- مقدمه

یکی از حوزه هایی که در رشد فناوری اطلاعات در دنیا تأثیر بسزایی داشته، مقوله های نرم افزارهای آزاد /متن باز است. پس از موفقیت پروژه هایی مانند لینوکس، آپاچی، پرل علاقه قابل توجهی توسط سیاستگذاران و محققان برای تولید پویای نرم افزار متن باز باز ایجاد شد. این علاقه باعث ایجاد اتخاذ سیستم های نرم افزاری متن باز در کشورهای در حال توسعه، به عنوان وسیله ای برای کاهش هزینه صدور مجوز و ارتقای توسعه فن آوری بومی با داشتن دسترسی به کد منبع اینگونه سیستم ها، میشود. صنعت سیستمهای اطلاعات جغرافیایی چند میلیون دلاری نیزبه طور عظیمی برپایه گردآوری محصولات نرم افزاری تجاری GIS ایجاد شده اند. در سالهای اخیرصنعت نرم افزارهای تجاری GIS با پیشرفت جامعه توسعه دهنده نرم افزارهای متن باز GIS تکمیل شده است. توسعه سیستمهای اطلاعات مکانی متن باز، برای کاربردهای مختلفی چون هیدرولوژی ، مدلسازی و پیشبینی سیل، زیرساخت داده های مکانی (SDI) و برنامه ریزی کاربری اراضی انجام شده است.

نیاز به مدلسازی مکانی رشد و توسعه شهر از یک طرف، استفاده از روشهای داده مبنا و دخالت دانش کارشناسی از طرف دیگر در فرایند برنامه ریزی کاربری اراضی شهری و داشتن بیش از هزار شهر در کشور نیاز به توسعه یک سیستم اطلاعات مکانی برای تخصیص کاربری اراضی را بیشتر نمایان می کند. تخصیص کاربری اراضی فرایندی شامل تعامل میان تناسب سرزمین و تقاضای کاربری، در شرایط حاکم بر منطقه مورد مطالعه، عنوان میشود. تعامل پویای بین تناسب و تقاضا در منطقه مورد مطالعه با توجه به شرایط اقتصادی، اجتماعی، سیاسی و مدیریتی حاکم بر آن، سبب گردیده است که برنامه ریزی کاربری اراضی و به صورت خاص تر فرآیند تخصیص کاربری اراضی، تحت عنوان فرآیندی دینامیک، پیچیده و غیرخطی نامبرده شود. برای اتوماتیک کردن این فرآیند، نیاز به توسعه یک سیستم اطلاعات مکانی تخصیص است؛ این سیستم میتواند در بسترهای نرم افزارهای مختلف اختصاصی )متن بسته( و آزاد/ متن باز ایجاد شود. در این زمینه در کشورهای مختلف سیستمهای گوناگون متن بازی چون OSMOSE ، LandCaRe Dss و سیستمهای اختصاصی چون RULES ، Icity ، GEOSOS توسعه یافته است. در ایران نیز به توسعهی سیستم های اولیه ای نظیر RLAS ،ULCMS در بستر نرم افزار اختصاصی ArcGIS پرداخته شده است. از این رو در این تحقیق با توجه به مزایای این نرم افزارها و با توجه به تحریم ایران توسط برخی کشورها و فاقد مجوز بودن بیشتر نرم افزارهای اختصاصی، توسعه یک سیستم اطلاعات مکانی در بستر نرم افزارهای متن باز، به منظور اتوماتیک کردن فرآیند دینامیک تخصیص، در نظر قرار گرفت.

2- نرم افزارهای آزاد/متن باز

نرم افزارهای متن باز یا FOSS برنامه هایی هستند که مجوزهای آنها به کاربران امکاناتی از قبیل اجرای آزاد برنامه برای هر هدفی، دسترسی به کد منبع و امکان مطالعه و اصلاح آن، توزیع آزاد اصل یا تغییریافته این برنامه بدون پرداخت هزینه ای کپی و توزیع و قائل نشدن هیچگونه تبعیضی برای فرد یا گروه خاص و یا در زمینه ای خاص و… را در خصوص برنامه می دهد. آزادی نرم افزار به مجانی بودن آن ارتباطی ندارد، بلکه نرم افزار آزاد میتواند تجاری و قابل فروش نیز باشد که این موضوع بر اساس نوع مجوز آن نرم افزار مشخص می شود . Steinige و همکاران در سال 2113 تفاوتهای اصلی بین این نرم افزارها با نرم افزارهای اختصاصی را به تفصیل مورد بررسی قرار داده اند.

این نرم افزارها نیز دارای گواهی نامه هایی هستند که نوع دسترسی و انتشار آنها را مشخص میکنند. از جمله گواهینامه های موجود در دنیای متن باز می توان به – گواهینامه های GPL ، LGPL ، MIT ، BSD و MPL اشاره کرد. Perens و همکاران تفاوت این چند مجوز را به تفصیل ارائه داده اند.

معمولاً اولین مزیت درک شده از نرم افزارهای متن باز این واقعیت است که نرم افزار متن باز ساخته شده در دسترس و اغلب به صورت رایگان و یا کم هزینه است . از جمله مزایای دیگر این نرم افزارها میتوان در دسترس بودن کدهای منبع، وجود حق انتقال اطلاعات و تغییرات اعمال شده بر روی کد منبع و استفاده دوباره از دیگر کدهای متن باز، عدم وجود حقوق ویژه نرم افزار، افزایش امنیت ملی، کاهش وابستگی به واردات و دزدی نرم افزار، حق مالکیت معنوی و الزامات سازمان تجارت جهانی و.. اشاره نمود. نرم افزارهای متن باز در کنار مزایای زیاد یکسری معایب نظیر وجود نداشتن هیچ ضمانتی برای استفاده و توسعه مجدد آن، قابلیت کم تبادل اطلاعات با سامانه های اختصاصی، مستندسازی و کاربر پسندی کمتر، نداشتن پشتیبانی قوی از یک کمپانی خاص و کمبود نیروی متخصص وآشنا در زمینه نرمافزاهای متن باز دارند.

3- نرم افزارهای متن باز مکانی

لازم به ذکر است که طبقه بندی های مختلفی برای نرم افزارهای متن باز در حوزه سیستم اطلاعات مکانی وجود دارد. با استفاده از یک طبقه بندی غیررسمی رایج، مشابه با طبقه بندی موجود در صنعت نرم افزار بر حسب زمینه ای که نرم افزار عمل میکند این نرم افزارها به چهار گروه تحت وب (MapServer، MapGuide OS، GeoServer و…) ، رومیزی (GRASS، QGIS، uDig) ، پایگاه های داده مکانی (SQLite ، MySQL، PostgreSQL) و کتابخانه های مکانی (GDAL/OGR، FDO ،TerraLib) دسته بندی میشوند. از دیدگاه دیگر میتوان این نرم افزارها را از نقطه نظر توسعه دهندگانشان تقسیم بندی کرد. به طور کلی بر اساس اندازه و نحوه توزیع جغرافیایی سه دسته تیم توسعه نرم افزار متن باز به صورت پروژه های فردی، شبکه های مشارکتی، مبتنی بر شرکت وجود دارد . از طرف دیگر، نرم افزارهای متن باز مکانی را نیز میتوان بر اساس زبان برنامه نویسی شان برای توسعه طبقه بندی کرد که شامل سه گروه نرم افزارهای توسعه یافته با زبان C ، Java و .NET میشوند.

در این تحقیق توسعه یک سیستم اطلاعات مکانی متن باز برای یک فرآیند مکانی مورد توجه قرار گرفت. با توجه به وجود بیش از هزار شهر در ایران و نیاز شدید این شهرها به تهیه و اجرای طرحهای جامع و تفصیلی جهت مدلسازی مکانی رشد و توسعه شهر، فرآیند تخصیص کاربری اراضی مد نظر قرار گرفت. از آنجا که انجام فرآیند تخصیص بر اساس الگوریتمهای نسبتا پیچیده است و از طرف دیگر چون تغییر کاربری اراضی معمولا به صورت لحظهای صورت نمیگیرد و معمولا پیش بینی آن چندساله است؛ لذا این تحقیق به منظور انتخاب نرم افزار مناسب، بر روی نرم افزارهای متن باز در حوزه سیستمهای اطلاعات مکانی رومیزی محدود شد. یک نرم افزار رومیزی سیستم اطلاعات مکانی، نرم افزاری است که قابل نصب و اجرا بر روی رایانه های شخصی باشد و به کاربران اجازه نمایش، پرس وجو، آنالیز داده ها و … را بدهد. این نرم افزارها بر روی یک سرور اجرا نمیشوند و قابلیت دسترسی از راه دور یا کنترل با یک رایانه دیگر را ندارند. در حال حاضر سیستم عاملهای Windows XP ، Windows Vista و Windows 7 به طور گسترده در ایران مورد استفاده قرار می گیرند؛ لذا لازم است که نرم افزار پایه سیستم اطلاعات مکانی تحت این سیستم عاملها قابل اجرا باشد. از اینرو مطالعه و بررسی نرم افزارهای متن باز در حوزه سیستمهای اطلاعات مکانی رومیزی به چهار نرم افزار مشهور GRASS ، QGIS ، UDig ، MapWindow که در تحقیقات مختلف استفاده شده بود، محدود گردید. در جدول 1 یک مقایسه کلی از نرم افزارهای مطرح شده براساس عملکرد اصلی این نرم افزارها،زبان توسعه آنها،سیستم عاملی که روی آن عمل میکنند و مجوزآنها، آورده شده است.

مقایسه کلی از نرم افزارهای مطرح شده

نرم افزار GRASS هرچند یک سیستم اطلاعات مکانی متن باز قدرتمند است اما در کنار این ویژگی، پیچیدگی های بیشتری نسبت به سه نرم افزار دیگر دارد. در مقایسه ویژگیهای نرم افزارهای فوق یکی از عوامل زبان توسعه می باشد که نر مافزارهای GRASS ، UDig ، QGIS ، و MapWindow به ترتیب دارای زبانهای توسعه ، C++ ، Java ، C++ مجموعه . NET و C++ می باشد. از آنجایی که آشنایی محقق با مجموعه .NET بیشتر است از اینرو این ویژگی MapWindow نیز یکی از دلایل انتخاب این نرم افزار میباشد. از طرف دیگر همان طور که در جدول 1 دیده میشود یکی از کاربردهای اصلی MapWindow توسعه سیستمهای حامی تصمیم گیری در بستر این نرم افزار است که در واقع راستای هدف اصلی این تحقیق است. با بررسی کارهای انجام شده بر روی نرم افزار MapWindow ، مشاهده شد که یک سیستم حامی برنامه ریزی خاص به نام OSMOSE در سال 2013 برای برنامه ریزی کاربری اراضی در بستر نسخه 4 این نرم افزار توسعه یافته است که این به هدف اصلی این تحقیق بسیار نزدیک است. با توجه به موارد ذکر شده در نهایت نرم افزار MapWindow6 به عنوان بستر توسعه برای رسیدن به هدف اصلی این تحقیق” توسعه یک سیستم تخصیص کاربری اراضی متن باز” انتخاب شد.