ابزارهایی برای جمع آوری و استفاده از داده های مکانی

اطلاعات جغرافیایی

اطلاعات جغرافیایی مجموعه ای از اطلاعات مکان ها و رویدادهایی است که در سطح زمین رخ می دهد. علم اطلاعات جغرافیایی (GIScience) مطالعه سازمان ها و ابزارهای مرتبط با فرآیند جمع آوری و انتشار اطلاعات جغرافیایی است. تحقیقات GIS شامل موضوعاتی است که به نقشه‌برداری، سنجش از دور، فتوگرامتری، نقشه‌برداری وب و سازماندهی داده‌های مکانی مربوط می‌شود. مدیریت داده های دیجیتال اطلاعات مکانی نیز با GIScience مرتبط است.

همانطور که در سراسر این کتاب دیدیم، طیف وسیعی از راه‌ها وجود دارد که علم GIS می‌تواند به حل مسائل دنیای واقعی کمک کند. در این بخش، مجموعه ای از ابزارهای مرتبط با جمع آوری و توزیع داده های مکانی و همچنین توصیه هایی برای مطالعه بیشتر ارائه شده است.

سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS)

سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS) سیستم هایی برای ورودی، ذخیره سازی، دستکاری، خلاصه سازی، ویرایش، پرس و جو و تجسم اطلاعات جغرافیایی هستند. (در لانگلی، گودچایلد، مگوایر و رایند، 2005 بیشتر بخوانید).

نقشه برداری

نقشه برداری  علم اندازه گیری دقیق ویژگی های طبیعی و ساخته دست بشر روی زمین است. سپس داده های جمع آوری شده توسط نقشه برداران برای ایجاد نقشه های بسیار دقیق استفاده می شود. نقشه برداران موقعیت دقیق نقاط، فواصل و زوایا را از طریق هندسه محاسبه می کنند.

سنجش از دور

سنجش از دور  استفاده از ماهواره هایی است که به دور زمین می چرخند تا اطلاعات سطح و جو را به دست آورند. ماهواره ها از نظر تفکیک فضایی و طیفی متفاوت هستند. این سیگنال‌ها سپس به ایستگاه‌های دریافتی روی زمین منتقل می‌شوند، جایی که می‌توان آنها را تبدیل و به عنوان تصاویر دیجیتالی برای تجزیه و تحلیل توزیع کرد. از طریق استفاده از سنجش از دور، اعمال محاسبات خاص بر روی تصاویر می‌تواند به تحلیلگر اطلاعات مکانی کمک کند تا ویژگی‌های یک منظره مانند تغییرات ذوب برف را شناسایی و طبقه‌بندی کند و محل اسفنج‌های دریایی ^[1] را بدون قرار دادن فیزیکی در آن منطقه شناسایی کند. سنجش از دور می تواند برای حس تغییرات در پوشش زمین، مکان یابی وجود کانی های سطحی و شناسایی مکان انواع مختلف پوشش گیاهی استفاده شود. هر دو دولتبریتیش کلمبیا ^[2] و دولت کانادا ^[3] به طور گسترده از سنجش از دور استفاده می کنند.

نقشه ها

نقشه ها نمایش های ریاضی زمین و سطح زمین هستند. آنها می توانند برای ذخیره سازی داده های مکانی، توابع اکتشافی فضایی و به عنوان یک ابزار تحلیلی استفاده شوند. نقشه ها وسیله ای برای ارتباط بصری روابط اطلاعات مکانی هستند و درک انسان از جهان را به تصویر می کشند. می توان از آنها به عنوان ابزار تصمیم گیری فضایی استفاده کرد. برای مطالعه بیشتر در مورد نقشه‌ها، دوره تصادف مهارت‌های نقشه‌خوانی را در http://www.wikihow.com/Read-a-Map امتحان کنید.

کارتوگرافی

کارتوگرافی طراحی، ساخت و ارزیابی نقشه ها است. وقتی نقشه ها به خوبی طراحی شوند، می توانند ابزارهای ارتباطی قدرتمندی باشند. انجام کار کارتوگرافی ممکن است به دانش طراحی گرافیک، علوم کامپیوتر، ریاضیات، آمار، روانشناسی و قطعاً جغرافیا نیاز داشته باشد. هدف نقشه کاهش پیچیدگی دنیای واقعی برای انتقال یک ایده خاص است. یک نقشه باید به سرعت و به راحتی توسط بیننده تفسیر شود. همه نقشه‌ها باید شامل یک افسانه برای اطلاع دادن به کاربر از آنچه نشان داده می‌شود، یک فلش شمال یا قطب‌نما برای جهت‌دادن کاربر و یک نوار مقیاس برای نشان دادن ابعاد نشان‌داده‌شده روی نقشه باشد. اصول نقشه کشی برای راهنمایی نقشه کشان وجود دارد. (در اسلوکام، مک مستر، کسلر و هوارد، 2009 بیشتر بخوانید.)

ژئو تجسم

ژئو تجسم نمایش اطلاعات مکانی است که به صورت تعاملی در تلاش برای تسهیل فرآیند شکل‌گیری فرضیه و ساخت دانش است (داج، مک‌دربی و ترنر، 2008؛ دایکز، مک‌آچرن، و کراک، 2005؛ کراک و مک‌آچرن، 2005؛ مک‌آچرن و کراک، 2001). اکتشاف داده یک فعالیت فردی است که در آن الگوهای فضایی ناشناخته در یک محیط تعاملی آشکار می‌شوند (Slocum, McMaster, Kessler, & Howard, 2009). تفاوت عمده بین کارتوگرافی ایستا و ژئوویژوالیشن تعامل است و با ژئوویژوالیشن ممکن است برخی از اطلاعات بدون آن تعامل مورد توجه قرار نگیرند. Geovisualization ها ارائه بیش از یک نمای (از طریق چند رسانه ای، یا نقشه دیگر، یا جداول یا گرافیک) را ممکن می سازد.

بسته‌های نرم‌افزاری بسیار متنوعی برای ایجاد نقشه‌ها و نقشه‌های جغرافیایی وجود دارد. چند بسته نرم افزاری در حال حاضر موجود و پرکاربرد عبارتند از:

• QGIS، یک نرم افزار رایگان و متن باز (FOSS)، به این معنی که رایگان است و کد برای دستکاری و بهبود در دسترس عموم قرار می گیرد. ابزارها و پلاگین های اضافی به طور مداوم در حال ایجاد هستند. QGIS را می توان بر روی Mac یا PC اجرا کرد. http://www.qgis.org/en/site/
• ArcGIS، نرم افزار اختصاصی و استاندارد صنعتی

به طور فزاینده ای، هر کسی که به اینترنت دسترسی دارد می تواند از قابلیت های GIS ساده از طریق پلت فرم های نقشه برداری آنلاین مانند زمین دیجیتال استفاده کند. کره های دیجیتال یا نقشه های وب، نمایش های دیجیتال تعاملی سطح زمین هستند. برنامه های کاربردی مرتبط با نقشه های وب شامل سیستم های اطلاعاتی مورد استفاده برای رزرو آنلاین مسافرت و هتل، یافتن رستوران ها و دریافت مسیرها به مکان مورد نظر است. رابط برنامه نویسی کاربردی (API) امکان استفاده از اطلاعات از منابع آنلاین مانند رسانه های اجتماعی و سایر مخازن داده را فراهم می کند که می توان آنها را جمع آوری و با نقشه ادغام کرد.

گلوب دیجیتال

کره های دیجیتال نمایش های سه بعدی از زمین در فرمت با وضوح بالا هستند. هدف یک کره کاهش تحریف و آشکار کردن روابط فضایی بین مکان‌ها است. گلوب های دیجیتال مزایای بسیاری را ارائه می دهند. کاربر می تواند به راحتی مقیاس را افزایش یا کاهش دهد زیرا آنها بسیار تعاملی هستند. حمل و نقل کره های دیجیتال آسان است زیرا در رایانه های موبایل و دسکتاپ قابل دسترسی هستند، فایل ها را می توان به راحتی به اشتراک گذاشت و هر کاربر می تواند موضوع مورد علاقه خود را برای پوشش روی کره زمین انتخاب کند. همچنین، آنها پویا هستند و می توان آنها را با اطلاعات به روز تجهیز کرد. تعامل با کره های دیجیتال سرگرم کننده است زیرا کاربر می تواند در هر نقطه از جهان به سرعت حرکت کند و بزرگنمایی کند.

کره های دیجیتال محبوب که همچنین دارای یک API مرتبط برای کمک به ایجاد “mashup” هستند عبارتند از:

• گوگل ارث
• Google Maps: منابع داده اختصاصی
• OpenStreetMap: همه داده‌ها به‌طور داوطلبانه توسط شهروندان در حال آپلود و دیجیتالی کردن داده‌های مکانی ارائه شده است.
• نقشه های یاهو
• MapQuest

تلفن های هوشمند در بین عموم مردم فراگیر هستند و می توان از آنها برای جمع آوری انواع داده های مکانی استفاده کرد. اکثر گوشی های هوشمند دارای حسگرهای داخلی هستند که قادر به مستندسازی داده های مکانی هستند. دو روشی که احتمالاً از طریق آنها با فناوری جغرافیایی و علم اطلاعات جغرافیایی با تلفن هوشمند تعامل داشته‌اید، از طریق اطلاعات جغرافیایی داوطلبانه و خدمات مبتنی بر مکان است.

اطلاعات جغرافیایی داوطلبانه (VGI)

اطلاعات جغرافیایی داوطلبانه (VGI)اطلاعاتی است که توسط کاربرانی که در سطح زمین می گردند جمع آوری می شود. VGI سهم محتوای مربوط به فعالیت های محلی در مکان های جغرافیایی مختلف در سراسر جهان است که ممکن است به طور سنتی توسط بقیه رسانه های جهان مورد توجه قرار نگیرد. مردم اکنون این توانایی را دارند که اطلاعات کمی یا کیفی را در مورد تجربه خود در یک مکان خاص در جهان با مخاطبان دارای اینترنت به اشتراک بگذارند. VGI معمولاً از طریق استفاده از تلفن های هوشمند جمع آوری و به اشتراک گذاشته می شود. نمونه هایی از VGI عبارتند از چک کردن یک مکان با استفاده از فیس بوک یا Foursquare، برچسب گذاری جغرافیایی یک عکس و به اشتراک گذاری بررسی رستوران در Yelp. هنگامی که از یک برنامه جدید استفاده می کنید باید از شما پرسیده شود “آیا این برنامه مجوز استفاده از اطلاعات موقعیت مکانی شما را دارد؟” اگر برای برنامه دوربین گوشی خود پاسخ «بله» داده اید، مختصات جغرافیایی بر روی ابرداده مرتبط با فایل تصویر اعمال می‌شود، بنابراین می‌توانید بعداً عکس خود را نقشه برداری کنید، یا یک برنامه مرتبط با تلفن شما، عکس‌های شما را برای شما نقشه‌برداری می‌کند. این را می توان VGI در نظر گرفت.

خدمات مبتنی بر مکان (LBS)

خدمات مبتنی بر مکان (LBS) خدماتی هستند که اطلاعاتی را در مورد مکان قرار گرفتن کاربر دستگاه آگاه از موقعیت مکانی ارائه می دهند (Gartner, Cartwright, & Peterson, 2007; Jiang & Yao, 2007). به عنوان مثال می توان به برنامه های محبوب مانند Google Maps اشاره کرد.

VGI و LBS و جمع آوری انواع دیگر داده های مکانی بدون سنسورهای جمع آوری داده های مکانی امکان پذیر نیست.

با افزایش قابلیت‌های محاسباتی و کاهش هزینه سخت‌افزار، جمع‌آوری داده‌های مکانی بیش از پیش در دسترس و امکان‌پذیرتر برای عموم می‌شود. چندین گزینه برای جمع آوری داده های مکانی محلی شما وجود دارد و می توان آن را با منابع نسبتاً کم هزینه انجام داد.

سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS)

سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS)  یک شبکه ماهواره ای است که با گیرنده های GPS که توسط کاربران تلفن همراه قابل دسترسی است ارتباط برقرار می کند. گیرنده جی‌پی‌اس باید با چهار یا چند ماهواره که به دور زمین می‌چرخند وصل شود تا مکان دقیق کاربر را در فاصله چند متری محاسبه کند. ماهواره‌های جی‌پی‌اس توسط ارتش ایالات متحده پرتاب شدند، اما برای استفاده غیرنظامی نیز استفاده می‌شوند. گیرنده های GPS به طور گسترده ای در اتومبیل ها و تلفن های هوشمند برای ارائه مسیرها به مکان های خاص استفاده می شوند. گیرنده های GPS مجزا را می توان تقریباً روی هر چیزی خریداری و نصب کرد. جغرافیدانان فیزیکی و جغرافیدانان انسانی به طور یکسان آنها را برای مستندسازی اطلاعات مکان ارزشمند می دانند.

فرمت‌های داده جمع‌آوری‌شده توسط GPS را می‌توان از بسیاری از فرمت‌های فایل مختلف صادر کرد تا در طیف گسترده‌ای از پلتفرم‌های نرم‌افزاری مورد استفاده قرار گیرند.

برای جمع‌آوری عکس‌های هوایی به‌روز خود، می‌توانید دوربین‌ها و حسگرهای GPS را روی هواپیماهای بدون سرنشین یا هواپیماهای بدون سرنشین (UAV) یا با  نقشه‌برداری بالن نصب کنید .

نمونه ای از نقشه برداری بالن

نقشه هوایی تعاملی زیر نمونه ای از نقشه برداری بالن را نشان می دهد. اگر در حال خواندن این متن به صورت چاپی هستید، می توانید نقشه را در http://archive.publiclaboratory.org/leaflet/?tms=http://mapknitter.org/tms/ne-false-creek/&lon=-123.1058161843&lat مشاهده کنید. =49.2763304549&zoom=17

اگر علاقه مند به آزمایش نقشه بالن یا بادبادک هستید، می توانید منابعی را که خودتان انجام دهید در http://publiclab.org/wiki/balloon-mapping پیدا کنید .

منابع داده های مکانی موجود

چندین دولت و سازمان‌های دیگر اغلب داده‌های مکانی را در قالب‌های مختلف در دسترس عموم قرار می‌دهند که استفاده از آنها برای عموم مردم از طریق ایجاد ترکیب‌ها نسبتاً آسان است. Mash-up ها صفحات وب هستند که داده ها را از دو منبع یا مجموعه مختلف می گیرند و در کنار هم قرار می دهند. فقط دو نمونه از ترکیب‌ها شامل گرفتن داده‌ها از داده‌های باز ونکوور و همپوشانی آن‌ها در نقشه‌های گوگل است.

• داده‌های باز ونکوور در قالب‌های فایل سازگار با وب، Google Maps و Google Earth، ArcGIS و QGIS و چندین فرمت فایل دیگر سازگار با سیستم‌های نرم‌افزاری قابل دسترس. http://vancouver.ca/your-government/open-data-catalogue.aspx
• داده های باز بریتیش کلمبیا http://www.data.gov.bc.ca/dbc/geographic/index.page?WT.svl=Breadcrumb
• داده های گسترده کانادا توسط دولت کانادا در قالب های فایل سازگار با QGIS و ArcGIS ارائه شده است. http://geogratis.cgdi.gc.ca/

به مراتب بیشتر به صورت آنلاین موجود است و به سرعت تغییر خواهند کرد. انتظار فزاینده ای وجود دارد که داده ها باید در دسترس عموم قرار گیرند.

ملاحظات اخلاقی

هنگام ایجاد نقشه ها و تعامل با داده های مکانی، ملاحظات اخلاقی مورد نیاز است. در نظر گرفتن اینکه چه چیزی در یک نقشه نشان داده می شود و چه چیزی نیست و چه کسی و چه کسی در یک مجموعه داده نشان داده نمی شود، مهم است. اطلاعات مکانی ذاتاً حساس هستند زیرا به مکان ها و افراد خاصی گره خورده اند. هنگام ساخت برنامه‌هایی که اطلاعات شخصی را جمع‌آوری یا به اشتراک می‌گذارند، مهم است که در نظر داشته باشید که آیا افرادی که نمایندگی می‌شوند می‌دانند که از اطلاعات آنها استفاده می‌شود و چگونه استفاده می‌شود. قوانین حریم خصوصی اطلاعات باید در نظر گرفته شود. (برای مطالعه بیشتر در مورد مفاهیم اخلاقی نقشه برداری، به کرامپتون، 2010 مراجعه کنید.)