سیستم‌های اطلاعات مکانی

سیستم‌های اطلاعات مکانی

3-1 مقدمه

این فصل به توضیح درباره سیستم‌های اطلاعات مکانی(GIS) می‌پردازد. فصل در ابتدا با بحث درباره GIS شروع می‌شود و سپس توضیح می‌دهد که این فناوری چه کارهایی را می تواند انجام دهد و چه کارهایی را نمی‌تواند انجام دهد. در این توضیحات حتی الامکان سعی می‌شود از توضیح درباره رفرنس های محصول نرم افزار SpecificGIS خودداری شود تا این اطمینان حاصل شود که شما با اصول بنیادی GIS مورد استفاده در فناوری‌های خاص آشنا می‌شوید. سپس این فصل درباره مهمترین و وقت گیرترین جنبه کار با GIS یعنی داده‌های GIS توضیح می‌دهد. شما در این مبحث درباره تفاوت‌های مربوط به نحوه دیجیتال کردن اطلاعات مرجع زمین و ارایه آنها در قالب فرمت‌های داده‌های GISمطالبی را خواهید آموخت. علاوه بر آن شما همچنین با فرا داده‌های GIS آشنا خواهید شد. این نوع داده‌ در واقع آیتم بسیار مهمی است که از طریق آن شما می‌توانید این اطمینان را حاصل کنید که داده‌های GIS انتخاب شده توسط شما با نیازهای عملیاتی GIS شما مرتبط است. قسمت دوم این فصل به توضیح درباره فناوری gis خاص اختصاص دارد. در اینجا شما درباره نرم افزار GIS تجاری و اوپن سورس و مبتنی بر شبکه مطالبی را خواهید آموخت. مطالب ارایه شده درباره فناوری GIS در این بخش از کتاب ممکن است در آینده با توجه تغییر وتحولات سریع در این فناوری با اصلاحات و تغییراتی همرا ه باشد. اما مفاهیم بنیادی آموخته شده در ابتدای این فصل باعث می‌شود تا مجموعه مهارت ها و دانش شما حتی با تغییر محصولات نرم افزار GIS همچنان مفید و قابل استفاده باشد. در ابتدا کلیاتی از GIS ارایه می‌شود.

3-2 سیستم‌های اطلاعات مکانی (GIS)چیست؟

برای شناخت بهتر GIS در ابتدا بهتر است به این کلمه اختصار نگاهی دقیق‌تر بیندازیم. با حذف حرف G از GIS شما به کلمه IS یعنی سیستم اطلاعات می‌رسید. سیستم‌های اطلاعات اینگونه تعریف شده است” ترکیب‌هایی از شبکه‌های سخت افزاری، نرم افزاری و ارتباطی که افراد برای جمع آوری، ایجاد و توزیع داده‌های مفید معمولا در محیط‌های سازمانی مرد استفاده قرار می‌دهند(والاسین و اشنیدر 2010). علاه برآن، GIS را مانند سایر سیستم‌ها که دارای اجزای مختلفی هستند می‌توان به عنوان مجتمعی از چندین جز در نظر گرفت که با هم یک سستم کلی را شکل می‌دهند. اگرچه در این اجزا ممکن است تغییرات جزیی وجود داشته باشد اما بطور کلی GIS متشکل از چندین جز است که با تعریف سیستم‌های اطلاعات دقیقا منطبق هستند.

1-نرم افزار: از نرم افزار برای راه اندازی عملیات GIS استفاده می‌شود. برای مثال، بسته‌های نرم افزار GIS تجاری مانند ArcMap متعلق به Esri یا محیط‌های تهیه نقشه مبتنی بر شبکه و اوپن سورس مانند Open Layers

2-سخت افزار: سخت افزار پلتفرمی است که در آن نرم افزار راه اندازی و /یا داده ذخیره می‌شود. در دنیای بهم متصل امروز، سخت افزار می‌تواند از کامپیوترهای شخصی گرفته تا تلفن‌های همراه هوشمند و زیرساخت‌های محاسبات ابری را شامل شود.

3-افراد: افراد شامل کسانی است که از GIS استفاده‌های مختلف می‌کنند (مانند استفاده از GIS برای تصمیم گیری). سازمان‌هایی مانند گروه کاری اطلاعات مکانی وابسته به سازمان ملل از برنامه‌های یادگیری GIS حمایت میکند.

4-دانش: دانش در واقع انتزاعی ترین بخش GIS است و مانند سایر اجزای آن از اهمیت بالایی برخوردار است. در اینجا دانش به انواع مختلف آموزش‌ها، دور‌ه های عملی، مهارتها و تجربه قابل کاربرد برای GIS اشاره می‌کند. برای مثال، شما با مطالعه این کتاب دانش جدیدی درباره GIS، کارتوگرافی، تحلیل فضایی و دیدگاه های فضایی در باره نحوه کاربرد آنها در فعالیت‌های مدیریت بلایا بدست می‌آورید.

5-داده‌ها: همیشه داده‌ها نسبت به سایر اجزای GIS دارای اهمیت بیشتری هستند. نشان دادن عوارض زمین به عنوان مفهوم محوری GIS اساسا بر مبنای داده‌ها استوار است و به همین علت در این فصل بحث مهم داده‌های GIS با جزییات بیشتری توضیح داده می‌شود.

6-شبکه: شبکه را می‌توان به عنوان عنصری در نظر گرفت که همه بخش‌های دیگر را بهم متصل میکند. برای مثال، اینتنرنت افراد را به وب سایته‌ای داده‌های GIS و یا نرم افزار GIS را با خدمات داده‌های مبتنی بر شبکه متصل می‌کند و یا شبکه‌های اجتماعی کاربران GIS را از طریق جامعه کاربران GIS به همدیگر متصل می‌کند.

شکل 3-1: اجزاء GIS – خطوط نشاندهنده ارتباط تمامی اجزاء با یکدیگر است.

 

تاریخچه مختصری از GIS

اگرچه هزاران سال است که از نقشه استفاده می‌شود اما منشا و خاستگاه GIS را به فعالیت‌های مدیریت بلایا یا بحران نسبت می‌دهند. در زمان شیوع وبا در 1854، پزشکی بنام جان اسنو برای یافتن خوشه‌های فضایی نقشه موارد شیوع وبا را ترسیم کرد که در نتیجه موفق شد یک چاه آلوده را به عنوان ریشه و سرچشمه این بیماری شناسایی کند(شکل 3-2). توسعه GIS مدرن به دهه 80 بر می‌گردد و دکتر راجر تاملینسون(1933-214) اولین کسی بود واژه سیستم‌های اطلاعات مکانی(GIS) را معرفی کرد و با تاسیس سیستم‌های اطلاعات مکانی کانادا اولین گام را برای حرکت کردن فراتر از تهیه نقشه کامپیوتری و استفاده از لایه‌های نقشه برداشت. در اواخر دهه 60 و اوایل دهه 70، آزمایشگاه گرافیک و تحلیل کامپیوتر هاروارد پروژه توسعه اولین تحلیل فضایی مبتنی بر کامپیوتر، کارتوگرافی کامپیوتری، تحقیقات و کاربردهای تحقیقاتی گرافیک بعدهای سیستم ODYSSEY را شروع کرد. هدف این سیستم پردازش مجموعه داده‌های بزرگتر مکانی بود. جک دنگرموند ریس و موسس Esri شغل خود را در آزمایشگاه گرافیک و تحلیل کامپوتر در دانشگاه هاروارد شروع کرد. موسسه Esri تا اوایل ده 80 Esri تاسیس شد محصول نرم افزاری ArcINFO که به وسیله پلت فرمهای UNIX پشتیبانی می‌شود برای کاربردهای تخصصی مانند مدیریت زیست محیطی و جمعیت شناسی از طریق DIME توسعه یافت که بعدها به ایجاد فرمت‌های رفرنس و کدگذاری مکانی یکپارچه توپوگرافیک (TIGER) منجر شد. تا دهه 90 روندی را شروع کرد که امروزه نیز ادامه دارد. پیشرفت‌های جدید در عرصه محاسبه نقش بسزایی در شکل گیری این روند داشته است. برای مثال، در دهه 90، اولین رابط کاربر گرافیکی(GUI) و الحاق آن به فناوری GIS با توجه به افزایش کامپیوترهای شخصی و Windows صورت گرفت. در سال 2000 شاهد افزایش استفاده از GIS مبتنی بر شبکه و اینترنت بودیم و در زمان تحریر این کتاب شاهد عصر محاسبه ابری، محاشبه موبایل، رسانه‌های اجتماعی و مجموعه داده‌های بزرگ هستیم.

شکل 3-2: گزیده‌ای از نقشه مشهور 1854 جان اسنو شیوع وبا. خوشه وبا. موارد یافت شده در نزدیکی پمپ خیابان Broad (که در مرکز این تصویر دیده می‌شود) منجر به نتیجه گیری شد که این پمپ منبع وبا بوده.

3-2-1 سازماندهی مکانی جهان، لایه‌های نقشه

قدرت و قابلیت اصلی GIS به توانایی آن در سازماندهی کردن داده‌ها در قالب یک نمای مکانی واحد برمی گردد. این جمله ساده ممکن است با توجه به اینکه تا به اینجا شما با نقشه‌ها و اجزای اصلی اطلاعات مکانی مانند سیستم‌های مختصات آشنا شده اید بدیهی به نظر رسد. اما نقش کلیدی GIS در سازماندهی مکانی داده‌ها به مفهوم لایه‌های نقشه بر می‌گردد. شکل 3-3 نمایش گرافیکی از مفهوم لایه‌های نقشه از منظر مدیریت بلایا را نشان می‌دهد. در این شکل، چندین مجموعه داده واقعی GIS از حادثه طوفان سندی در منهتن نیویورک (2012) نمایش داده شده است که بخوبی نشان می‌دهد چگونه لایه‌های نقشه را می‌توان برای پشتیبانی از مدیریت بلایا با هم ترکیب کرد. علاوه بر آن، مقوله داده‌های نقشه(مرجع در مقایسه با موضوعی) به وضوح مشخص شده است تا به شما نشان دهیم چگونه انواع مختلف لایه‌ها را می‌توان با هم ترکیب کرد. برای مثال، تصاویر مرجعی بصری برای منطقه مکانی مورد نظر برای ما فراهم می‌کنند. لایه داده‌های سرشماری ویژگی‌های موضوعی جمعیت، بسته‌های مالیات و صاحبان ساختمان‌ها را نشان میدهد. لایه‌های جاده ما را به زیرساخت‌های حیاتی ارجاع می‌دهد، لایه رسانه‌های اجتماعی مکان افرادی که درباره طوفان توییت کرده‌اند را مشخص می‌کند و لایه بیمارستان‌ها مرجع مسایل پزشکی را مشخص می‌کند.

مفهوم لایه‌های نقشه موضوع جدیدی نیست زیرا چندین سال قبل از ورود کامپیوتر، از رونهادهای (Overlays) نقشه استات استفاده می‌شد. آنچه که باعث شه است لایه‌های نقشه مبتنی بر GIS مدرن قدرتمند جلوه کند توانایی آن در روی هم قرار دادن تعداد زیادی از لایه‌های نقشه و ارجاع آنها به یک مکان جغرافیایی مشترک است. در نتیجه امکان نمایش و تحلیل موجودیت‌های قرار گرفته بر روی لایه‌ها با هم از طریق قدرت تعاملی ارایه شده توسط GIS فراهم می‌شود(مانند ایجاد تغییرات سریع در لایه نقشه، نمادگذاری کردن لیه نقشه و یا هر کارکرد GIS دیگری که در ادامه توضیح داده خواهدشد).

شکل 3-3

3-2-2 آنچه که نرم افزار GIS می‌تواند و یا نمی‌تواند انجام دهد

نرم افزار GIS شامل ابزار قدرتمندی است که می‌تواند کارکردهای زیادی داشته باشند. بخش زیر بعضی از مهمترین کارکردهای GIS در زمینه مدیریت بلایا را توضیح میدهد.

3-2-2-1داده‌ها و مدیریت فضایی دارایی‌ها

چنانچه قبلاً هم گفته شد، داد مهمترین بخش سیستم کلی GIS است. بنابراین، مدیریت داده‌ها با استفاده از GIS کارکرد اصلی GIS محسوب می‌شود. مدیریت داده‌های GIS دارای انواع مختلفی است. برای مثال، GIS اغلب برای ایجاد داده‌های فضایی استفاده می‌شود. ایجاد این داده‌ها می‌تواند فعالیت‌های زیادی از جمله دیجیتال کردن عوارض موجود در تصاویر (شکل 3. 4) را شامل شود.

در شکل 3. 4، نسخه رقومی عوارض منطقه گرفتار سیلاب بعد از سونامی فوکاشیما در ژاپن در 2011 را نشان می‌دهد. فرایند رقومی بر روی تصاویر ماهواره‌ای منطقه آسیب دیده اجرا شده است. چنانچه در وسط این تصویر مشاهده می‌کنید انواع مختلف ابزار ساخت مانند چندضلعی، مستطیل، دایره و غیره برای ایجاد عوارض در دو رده –مناطق گرفتار سیل و ساختارهای برجامانده- وجود دارد(شکل 3-4). بر روی این تصویر، چندضلعی منطقه گرفتار سیل از تصاویر بدست آمده رقومی شده‌اند که بصورت چندضلعی دارای خطوط مورب و ساختارهای برجامانده بصورت چندضلعی دارای رنگ کاملا مشکی مشخص شده است. رقومی کردن عوارض بر روی تصاویر ماهواره‌ای که آثار بلایا را نشان می‌دهد یکی از تکنیک‌های معمول است که برای ایجاد گزارشات ارزیابی آسیب‌ها مانند میزان اسب به ساختمان ها استفاده می‌شود. بعد از ایجاد داده‌های GIS باید آنها را در یک مخزن داده ذخیره کرد بطوریکه بتوان بعد آنها را بازیابی، به روز و توزیع کرد. مخازن داده‌های GIS به اندازه خود داده‌های GIS متنوع هستند.

شکل 3-4

شکل 3-5 یکی از فرمت‌های ابتدایی ذخیره داده‌های GIS و در عین حال دارای کاربرد گسترده (فایل CSV یا مقادیرجداشده بوسیله ویرگول) را نشان می دهد. این فایل‌های درواقع نوعی فایل متنی مبتنی بر ASCII هستند که در آن داده‌های موجود در فایل با استفاده از ویرگول برای تعریف ستون‌های ساختاربندی می‌شوند و هر خط رد فایل معرف یک رکود داده است. اطلاعات مکانی خاصی که اغلب برای ذخیره عوارض نقطه‌ای استفاده می‌شودبه صورت درجه اعشار نشان داده می‌شود این اعداد مختصات x,g در فایل را می‌توان بوسیله نرم افزار GIS برای نمایش بر روی نقشه جدا کرد و آنها را خواند. فایل‌های CSV در واقع یک فرمت ذخیره داده معمولی است که بوسیله ارایه دهندگان داده‌های GIS مانند اداره شرشماری آمریکا و اداره زمین شناسی آمریکا مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه برآن، کاراکترهای دیگری مانند پایپ (|) یا tab را می‌توان برای ساختاربندی داده‌های مبتنی بر متن استفاده کرد. شکل 3-6 shapefile (شیپ فایل) را نشان می دهد.

شکل 3-5

شکل 3-6

شکل 3-7

شیپ فایل که نوعی فرمت داده تجاری است و توسط Esri در سال 1997 ایجاد شده است در واقع مجموعه‌ای از سه یا تعداد بیشتر فایل است که برای ذخیره داده‌های GIS مورد استفاده قرار می‌گیرد و سال هاست که به علت سهم بالای Esri در بازار GIS و انتشار فرمت شیپ فایل(موسسه تحقیقات سیستم‌های زیست محیطی 1998) به عنوان استاندارد داده‌های فضایی در نظر گرفته می‌شود. اگرچه Esri بیشتر بر فرمت فایل داده‌های مکانی بجای فرمت داده‌های شیپ فایل تاکید می‌کنداما هنوز شیپ فایل بطور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد و بسیاری از مجموعه داده‌های GIS منتشر شده توسط نهادهای دولتی آمریکا مانند فایل‌های TIGER اداره سرشماری آمریکا ازاین فرمت استفاده می‌کنند. فایل‌های شیپ هچنین اطلاعات مکانی ار با فرمت ماتریس(ردیف و ستون) ذخیره می‌کننداما برخلاف فایل‌های CSV داده‌های خام شیپ فایل را فقط می‌توان با استفاده از نرم افزار خاصی نمایش داد. فایل‌های CSV را فقط می‌توان با استفاده از برنامه نمایش فایل متنی مانند Notepad++ مشاهده کرد.

شکل 3. 7 فرمت ذخیره داده Key Hole Language(KML) را نشان می‌دهد. KML که در اصل توسط گوکل جهت استفاده در گوگل ارث طراحی شده است در سالهای اخیر به علت سهولت ایجاد آن با استفاده از گوگل ارث و همچنین تبدیل شدن آن به استاندارد داده‌های کنسرسیوم مکانی-فضایی ازاد (OGC) بطور خاص مورد توجه قرار گرفته است. KML یک فرمت XML است و بنابراین فرمت فایل مبتنی بر ASCII است که می‌توان آنرا در ویرایشگر متن نمایش داد و در نتیجه برای اپلیکیشن‌های GIS که قابلیت خواند XML دارند مفید است. چنانچه شکل 3. 7 نشان میدهد، KML شامل اطلاعات مکانی خام مانند مختصات است. همچنین شامل ارایه اطلاعات مکانی مانند رنگ‌ها است که برای نمایش عوارض نقشه و نمایش متن در هنگام کلیک کردن بر روی عوارض استفاده می‌شود. علاوه برآن، در KLM انواع مختلف آیتم‌ها مانند سری‌های زمانی و راه حل‌های پایگاه داده سه بعدی وجود دارد.

OGC و استانداردهای داده‌های باز

کنسرسیوم مکانی-فضایی باز یک نهاد بین المللی استاندارد است که مسولیت حفظ استانداردهای مختلف مکانی-فضایی در حوزه‌های مختلف کاربرد و صنعت را برعهده دارد. برای مثال استاندارد خدمات نقشه مبتنی بر شبکه این امکان را برای اپلیکیشن‌های مختلف GIS فراهم میکند تا تصاویر ثبت شده مکانی رابا استفاده از پروتوکل ساده HTTP به اشتراک گذارند. استاندارد GML(زبان Markup مکانی) برای تعریف عوارض مکانی گرامر مبتنی بر XML را تعریف می‌کند که اغلب در ارایه سرویش‌های داده‌های مکانی استفاده می‌شود. استانداردهای OGC مخصوصا برای کاربردهای مدیریت بلایا بسیار مهم است زیرا استانداردها می‌توانند امکان کشف، به اشتراک گذاری اطلاعات مکانی و تعامل بین پلتفرم‌های متفاوت GIS، فرمت‌های داده و سازمان‌ها را فراهم کنند. برای اطلاعات بیشتر در زمینه فعالیت‌های مدیریت بلایای OGC به وب سایت OGC مراجعه کنید http: //www. opengeospatial. org/domain/eranddm) (شکل3. 8).

شکل 3-8

شکل 3-9

 

شکل 3-9 فایل‌های تصویری را نشان می‌دهد.

تصاویری مانند عکس‌های ماهواره‌ای یا هوایی معمولا به عنوان داده‌های مرجع در GIS مورد استفاده قرار میگیرد(برای اطلاعات درباره داده‌ها و نقشه‌های مرجع به فصل 2 مراجعه کنید). اما در زمان واکنش به بلایا، دسترسی سریع به تصاویر منطقه آسیب دیده از بلایا برای شناخت موقعیتی و درک و برآورد کمی آثار بحران نقش کلیدی دارد (van Aardt et al. , 2011). تصاویر را می‌توان شکلی از اطلاعات مکانی نوع راستر در نظر گرفت که بعدا در این فصل توضیح داده می‌شود. عکس‌ها را می‌توان در فرمت‌های مختلف فایل مانند tiff, geotiff, jpg, sid و غیره ذخیره کرد. تصاویر را می‌توان در نرم افزار استاندارد تصویر مانند Adobe Photoshop نمایش داد. نمایش تصاویر دارای مرجع مکانی نیازمند نرم افزار GIS یا سایر نرم افزارهای طراحی شده برای کار با بانک‌های بزرگ فایل‌های تصویری است. تصاویر از طریق سرویس‌های مبتنی بر شبکه پیوسته در حال انتشار و بازنشر هستند.

شکل 3. 10 ذخیره داده‌های GIS در پایگاه داده رابطه‌ای را نشان می‌دهد. پایگاه داده رابطه‌ای یکی از رده‌های کلی ذخیره داده‌های GIS است. در این نوع پایگاه، اطلاعات دارای مرجع مکانی در ساختار‌هایی که برای ذخیره انواع اطلاعات غیرمکانی در نظر گرفته شده است ذخیره می‌شود. ذخیره داده‌های GIS در پایگاه داده‌های رابطه‌ای در عملیات مقیاس بزرگ درایا استفاده هستند(برای مثال زمانیکه حجم بزرگی از داده‌های GIS باید ضمن پیاده کردن مدل سازی پیچیده بر روی آنها با افراد زیادی به اشتراک گذاشته شود. اکثر فناوری‌های حرفه‌ای GIS از ذخیره داده‌های GIS در پایگاههای رابطه‌ای مانند سرور SQL مایکروسافت پشتیبانی می‌کند. اما چنانچه شکل 3-10 نشان می‌دهد محیطه‌ای پایگاه داده GIS اوپن سورس نیز وجود دارد.

شکل 3-10

3-2-2-2 تجزیه و تحلیل

تحلیل به کاربرد GIS در بررسی سوالات یا مسایل مکانی یا فضاییی اشاره می‌کند. نکته کلیدی در این زمینه وجود روش‌ها یا ابزاری در نرم افزار GIS است که برای کمک به شناخت بهتر فرایندها یا الگوهای فضایی طراحی شده است. مدیریت بلایا با توجه به ماهیت فضایی بلایا بخوبی می‌تواند از تحلیل‌های GIS بهره برداری کند.

برای مثال، طوفان سندی در سال 2012 را در نظر بگیرید. ممکن است مدیر بحران بخواهد درباره نحوه کاهش ریسک آسیب به افراد آسیب پذیر در برابر سیلاب شناخت کسب کند. او این فرضیه را بررسی می‌کند که در زمان وقوع طوفانی بزرگ مانند سندی، نسبت به آنچه تصور می‌شود تعداد بیشتری از افراد مسن و کهنسال آسیب می‌بینند و تعداد بیشتری به دنبال پناهگاه خواهند بود(سائول2012). او برای اینکه این فرضیه خود را تست کند، ابتدا داده‌های سرشماری را وارد GIS می‌کند که براساس آن تعداد افراد مسنی که در منطقه آسیب دیده زندگی می‌کنند. او سپس از ابزار بافر برای محاسبه فاصله تا خط ساحلی استفاده می‌کند تا درباره تعداد افراد مسنی که ممکن است تحت تاثیر طوفان قرار گیرند اطلاعات فضایی کسب کند. (شکل 3-11).

شکل 3-11

3-2-2-3 برنامه نویسی GIS

برنامه نویسی GIS به کاربرد زبان‌های برنامه نویسی کامپیوتر جهت ایجاد اپلیکیشن‌های نرم افزاری یا ابزار برای انجام امور خاصی اشاره می‌کند که انجام آنها بدون دسترسی به این نرم افزارها غیر ممکن است. در روزهای اولیه‌ای که GIS طراحی شده بود، همه عملیات در نرم افزار GIS با استفاده از زبان‌های برنامه نویسی ماند FORTRAN و AML جهت ارسال فرمان به نرم افزار انجام می‌شد. با ورود Windows و کامپیوترهای شخصی در دهه 90، نرم افزار GIS با تکامل بیشتر امکان انجام عملیات و تعامل مبتنی بر GUIs و موس(موشواره) را فراهم کرد. بنابراین، برنامه نویسی GIS در فرایند تکاملی شدن به یک مهارت تخصصی تری تبدیل شد که مستلزم دانش فناوری اطلاعات و محاشبه بین رشته‌ای وهمچنین مهارت‌هایی مانند برنامه نویسی کامپیوتر متناسب با اصول GIS است. برنامه نویسی GIS هنوز هم یک مهارت بسیار باارزش محسوب می‌شود و داشتن چنین دانشی شانس بیشتری برای استخدام به فرد متقاضی کار در حوزه مرتبط می‌دهد. برنامه نویس GIS ممکن است به نوشتن کدهای کامپیوتری مختلفی مبادرت کند (از اتوماسیون و پردازش دسته داده‌ها گرفته تا توسعه سرویس ترکیبی تهیه نقشه مدرن که از الگوریتم‌های پیچیده برای یکپارچه سازی منابع داده های ناهمگن جهت حل مسایل منحصر بفرد استفاده می‌کند) (Batty et al. , 2010; Liu and Palen, 2010). در زمان نگارش این کتاب، زبان‌های مهم برنامه نویسی کامپیوتر که برای شناخت برنامه نویسی GIS مفید هستند عبارتند از: جاوااسکریپت برای توسعه اپلیکیشن‌های GIS مبتنی بر شبکه، پایتون برای نوشتن تکالیف درون پکیج‌های تجاری GIS مانند مانند ArcGIS متعلق به Esri و زبان‌هایی مانند جاوا، C# یا Netبرای توسعه اپلیکیشن‌های GIS دسکتاپ یا اپلیکیشن های موبایل بومی.

رابط‌های برنامه نویسی تهیه نقشه (APIs)

برنامه نویسی GIS اغلب بر مبنای استفاده از رابط‌های برنامه نویسی تهیه نقشه (APIs) است. این رابط‌ها امکان نوشتن کد کامپیوتری که با رابط برنامه نویسی از ابجکت ها(اشیا)، روش‌ها و توابع استفاده می‌کند را فراهم می‌کند. در ادامه بلوک کد جاواسکریپت از برنامه OpenLayers API که حاوی ایده‌های ذکر شده است ارایه می‌شود(شکل 3-12)

بسیاری از رابط‌های برنامه نویسی تهیه نقشه (APIs) را میتوان برای پشتیبانی از برنامه نویسی GIS براساس فناوری بنیادی برنامه نویسی استفاده کرد.

Google Maps API for web, phone, and tablet environments: https: //developers.

google. com/maps/

Esri APIs for JavaScript, Flex, and Silverlight development platforms: http: //

www. esri. com/software/arcgis/apis

Microsoft Bing Maps API: http: //www. microsoft. com/maps/choose-your-bingmaps-

api. aspx

مانند سایر فناوری‌ها، در اینجا نیز باید سعی شود تا از آپدیت‌های جدید این فناوری ها و URL آنها عقب نیفتیم.

شکل 3-12

3-2-2-4مدل سازی

مانند مدل‌های قطار یا خودور که یک واقعیت در جهان را در مقیاس کوچکتر نشان می‌دهد، مدل سازی در حوزه GIS بر کاربرد GIS در شبیه سازی شرایط دنیای واقعی با هدف پاسخگویی به سوالات اگر-آنگاه دلالت دارد. برای مثال، مدل مبتنی بر GIS را می‌توان برای شبیه سازی شرایط وقوع طوفان سناریو‌های پیامد استفاده کرد. علاوه برآن، یکی از قابلیت‌های تحلیلی قدرتمند در مدل‌های مبتنی بر GIS، توانایی این مدل‌ها در تغییر و اصلاح مولفه‌ها در مدل جهت ارزیابی شرایط مختلف و آزمودن روابط بین مولفه‌های مدل است(Maguire, Batty, and Goodchild, 2005). در مثال وقوع طوفان، مولفه‌ها ممکن است برای ارزیابی سناریوهای مختلف از جمله شدت طوفان و زمان وقوع طوفان و شناخت اثرات آن بر جمعیت اصلاح شود. یک مدل سیلاب با ارتفاع سه متری در شهر در ساعت 11 روز چهارشنبه با مدل مشابه در روز شنبه ساعت 10 بسیار متفاوت است که علت آن تاثیرات تجمعات افراد در طول هفته و پایان هفته در سطح شهر است. چنانچه در فصل‌های آینده مشاهده خواهید کرد، مدل‌های مبتنی بر GIS را می‌توان برای هر جنبه‌ای از چرخه مدیریت بلایا طراحی کرد.

ابزار مدل سازی مبتنی بر GIS

سازمان‌های دولتی آمریکا، چندین ابزار مدل سازی مبتنی بر GIS توسعه داده‌اند. سه محیط مدل سازی فضایی برای مدیریت بلایا عبارتند از:

HAZUS: این مدل بر تخمین ضررهای ناشی از مخاطرات مخصوصا زلزله، سیلاب و طوفان تمرکز می‌کند. این برنامه از طریق مدل سازی مبتنی بر GIS می‌تواند اثرات اجتماعی، فیزیکی و اقتصادی بلایا را تخمین می‌زند. نمایش بصری یک از اجزای کلیدی HAZUS است زیرا در اینجا از قدرت نقشه‌ها برای نشان دادن رابطه بین مخاطره طبیعی و مواردی مانند جمعیت یا منابع دیگر استفاده می‌شود.

مکان یابی سطحی جو مخاطره آمیز(ALOHA)

هدف از طراحی این مدل، مدل سازی توزیع فضایی گازهای خطرناک است. ALOHA می‌تواند مولفه‌های مرتبط با رها شدن مواد سمی گازی مانند فشار ظروف حاوی گاز، اندازه مدخل ظروف گاز، دمای ذخیره گاز، سرعت باد و مولفه‌های دیگری جهت تعیین دقیق نوع توده گازی ناشی ازرها شدن گاز استفاده کند. همپوشانی توده گازی ایجاد شده توسط ALOHA در GIS می‌تواند به سوالات اگر-آنگاه درباره توده‌های گازی پاسخ دهد. بعضی از این سوالات عبارتند از: اگر این توده گازی در کل منطقه مسکونی گسترش یابد چه اتفاقی می‌افتد؟ (شکل 3-13).

شکل 3-13

مدل سازی متحد استاندارد، تهیه نقشه و جعبه ابزار یکپارچه سازی(SUMMIT)

SUMMIT یک محیط مدل سازی تحت حمایت وزارت امنیت داخلی آمریکا است که به تحلیل گران، برنامه ریزان بحران، واکنش دهندگان وتصمیم گیرندگان اجازه می‌دهد تا پیوسته به مجموعه‌های یکپارچه‌ای از ابزار مدل سازی منابع داده‌ها برای برنامه‌ریزی، تمرین یا واکنش عملیاتی دسترسی پیدا کنند (شکل 3-14).

شکل 3-14

3-2-2-5 کارتوگرافی، بصری سازی و تولید نقشه

چنانچه در فصل 2 مشاهده کردید، تولید نقشه و ارایه ابزار کارتوگرافی، کارکردهای مهم GIS محسوب می‌شود. اساسا، تولید نقشه را می‌توان به عنوان فرایند نهایی مرتبط با سایر کارکردهایی که قبلا در این فصل توضیح داده شد محسوب کرد. برای مثال، از نقشه می‌توان برای نشان دادن نتایج نهایی تحلیل GIS استفاده کرد که برای تصمیم گیری یا برای نشان دادن مولفه های، سناریوها و پیامدهای حاصل از مدل سازی مبتنی بر GIS جهت شناخت آسانتر نتایج مدل سازی بهره گرفت. ابزار GIS دسکتاپ تجاری مانند ArchMap متعلق به Esri دارای مجموعه ابزار کاملی است که برای پشتیبانی از فرایند‌های مرتبط با کارتوگرافی استفاده می‌شودهمچنین ابزار متعدد دیگری برای خروجی‌های محصول نقشه به صورت پرینت و نقشه‌های مرجع مبتنی بر شبکه وجود دارد. همچنین فزایش استفاده از ابزار تهیه نقشه انلاین مانند گوگل مپ باعث ایجاد تغییراتی در شرایط کارتوگرافی و تولید نقشه شده است زیرا این نوع فناوری‌ها با توجه به اینکه سازنده نقشه فقط به استفاده از نقشه پایه‌ای گوگل به عنوان نقشه مرجع محدود می‌شود باعث محدود شدن فرایند کارتوگرافیک می‌شود. در نتیجه استفاده از آن در بعضی موارد مناسب نیست. (Field and O’Brien, 2010). اما، با در نظر گرفتن سرعت و سهولت استفاده از این ابزار در تولید نقشه می‌توان از کاربرد ابزار تهیه نقشه مانند گوگل مپ و گوگل ارث در تولید کارتوگرافیک و نقشه برای فعالیت‌های مدیریت بلایا دفع کرد. برای مثال، نقشه‌های شناخت سریع از موقعیت را می‌توان با ترسیم عوارض نقطه‌ای برروی نقشه‌های تصویری ماهواره‌ای ایجاد کرد(شکل 3-15).

شکل 3-15

3-2-2-6 کدگذاری مکانی

در کدگذاری مکانی داده‌های ورودی مبتنی بر متن مانند نام مکان یا آدرس خیابان بعد از تبدیل بصورت مختصات نمایش داده می‌شود. برای مثال، “خیابان1600 پنسلوانیا در واشنگتن دی سی” به صورت 8. 897881، -77. 036530 به شکل مختصات درجه ممیز نشان داده می‌شود. یکی از مثال‌های معمول کدگذاری مکانی وارد کردن نام یک مکان، کسب وکار یا آدرس در گوگل مپ است که به سرعت با کدگذاری کردن مکانی آن محل آنرا بر روی نقطه نشان میدهد. کدگذاری مکانی در فعالیت‌های مدیریت بلایا دارای کاربردهای زیادی است که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: کدگذاری مکان هادر تصویر، کدگذاری بسته‌های مالیات نسبت به مناطق سیلاب و جستجوی آدرس افراد گم شده(اسشاردین، 2013).

3-2-2-7 محدودیت‌های GIS

اگرچه این کتاب بطور کلی قصد دارد به شما در زمینه یادگیری کاربرد GIS در مدیریت بلایا کمک کند اما در نظر گرفتن محدودیت‌های GIS در مدیریت بلایا نیز مهم است. بطور کلی فناوری به عنوان راه حلی معجزه آسا برای مشکلات موجود در نظر گرفته می‌شود اما مدیریت کردن انتظارات درباره قابلیت‌های GIS بسیار مهم است. در زیر بعضی از محدودیت‌های GIS توضیح داده می‌شود که در زمان استفاده از این فناوری باید مورد توجه قرار گیرد:

GIS را نباید به عنوان یک فناوری معجزه آسا و یا یک نوش دارو برای حل همه سوالات و مشکلات در نظر گرفت.

چنانچه قبلاً هم ذکر شد و کاملاً بدیهی است اجزاء مختلف تشکیل دهنده GIS باعث ایجاد محدودیت در این فناوری می‌شود. برای مثال، کیفیت پاسخ‌های دریافتی به نرم افزار، کیفیت داده‌های استفاده شده در نرم افزار، مهارت‌های افراد استفاده کننده از نرم افزار، انجام تحلیل‌ها و مدل سازی و تولید نقشه‌های نهایی بستگی دارد. GIS میتواند نقشی پشتیبان کننده در پاسخ به سوالات ایفا کند اما بازهم در اینجا تعقل و استدلال انشانی و تفکر انتقادی است که در واقع باید تصمیم نهایی را بگیرد. تکیه بیش از حد بر فناوری و داشتن انتظارات بی جا از آن و درکنار آن عدم آموزش صحیح در زمینه GIS و عدم قدرت قضاوت و استدلال همگی می‌تواند به نتایج مخربی منجر شود.

بدست آوردن، ایجاد، ویرایش و حفظ داده‌ها پرهزینه ترین جنبه GIS است.

افرادی که در زمینه GIS دارای تجربه هستند حتما با مشقت وسختی این تجربه مفید را بدست آورده‌اند. در صورتیکه شما به تازگی وارد عرصه GIS شده اید برای اینکه در زمینه کاربرد فناوری GIS در فعالیت‌های مدیریت بلایا موفق عمل کنید باید نسبت به اهمیت داده‌ها به خوبی آگاه باشید. عملیات، تحلیل، مدل سازی GIS و کارتوگرافی همگی مبتنی بر داده هستند. بدست آوردن داده‌های GIS هم از نظر مالی باتوجه به صرف ساعت‌ها زمان در جمع آوری و ویرایش داده هزینه بر است و هم در زمینه صرف هزینه برای خرید داده‌های GIS از فروشنده‌ای مانند Navteq گران است. من در تجربه تدریس خودم شاهد بوده ام که بسیاری از پروژه‌های دانشجویان بعلت عدم وجودداده‌های کافی در تحققیات یا منجر به شکست شده‌اند و یا باید در آنها تغییرات اساسی ایجاد شود. بنابراین، اگر شما به تازگی وارد عرصه GIS شده اید، باید به دقت ئر نظر داشته باشید که چگونه داده‌ها جهت پشتیبانی از بررسی‌های خود را می‌توانید فراهم کنید و چقدر حاضر هستید برای بدست آوردن داده‌ها هزینه کنید. در رابطه با مدیریت بلایا، در زمان برنامه‌ریزی باید موضوع داده‌ها به دقت مورد توجه قرار گیرد زیرا در زمان واکنش به بلایا زمان کافی برای بدست آوردن داده وجود ندارد. در پایان این فصل، فهرستی از منابع داده‌های GIS رایگان مرتبط با مدیریت بلایا ارایه می‌شود.

بخش زیر درباره مدل‌های داده‌های GIS و ناوری نرافزار GIS خاص توضیح می‌دهد.

3-3 شناخت مدل‌های داده‌های GIS

در هنگام کار کردن با داده‌های GIS شناخت مدل‌های داده‌های GIS مهم است. مدل داده‌های GIS را می‌توان شیوه‌ای برا نمایش رقومی عوارض یا پدیده‌های مقیاس مکانی درنظر گرفت. بخاطر داشته باشید که نمایش رقومی در نهایت آیتم را بصورت اعداد باینری 1 و 0 نشان می‌دهد. البته تبدیل واقعیت‌های مکانی به اعداد 0 و 1 مشکلاتی را ایجاد می‌کند و بسیاری از ظرافت‌ها، تفاوت‌های ریز و مشخصات در این نمایش رقومی نشان داده نمی‌شود که البته این مشکل اززمان شروع تهیه نقشه مطرح بوده است. برای مثال، دررابطه با مدیریت بلایا، چگونه می‌توان ماهین متغیر خط ساحلی در حال فرسایس یا تغییرات در آسیب پذیری را با استفاده ازاشکال چندضلعی نشان دهیم؟ بنابراین، به انحاء مختلف، مدل‌های داده‌های GIS برای حل این مسایل طراحی شده‌اند که البته دارای درجه‌های مختلف موفقیت بوده‌اند. دو مدل داده GIS که دارای بیشترین استفاده هستند عبارتند از: مدل برداری و مدل رستر.

3-3-1 مدل‌های برداری

مدل‌های داده هایGIS برداری، عوارض مکانی را بصورت شکل‌های مجزا و مبتنی بر بردار نشان می‌دهد. هر بردار بر اساس مکان مختصات مکانی یا دکارتی x ,g مرجع سازی می‌شود. با استفاده از رویکرد مبتنی بر بردار مجزا، این مدل برای نمایش عوارض مکانی دارای مرزها یا حاشیه‌های مجزا بسیار مناسب است و یا می‌توان این عوارض را به جفت‌های مختصات x,g تبدیل کرد. در عمل این یعنی اینکه مدل داده‌های GIS برداری برای نمایش عوارض مکانی بصورت نقطه، خطوط و چند ضلعی استفاده می‌شود زیرا این اشکال ساده هندسی برای نمایش عوارض یا پدیده‌های دارای مرزها یا حاشیه‌های مجزا مناسب هستند. شکل 3-16 بصورت گرافیکی مثالی از نقاط، خطوط و چند ضلعی‌های مبتنی بر بردار در مدیریت بلایا را نشان می‌دهد.

شکل 3-16

از منظر فنی یکی از جنبه‌های مهم مجموعه داده‌های GIS مبتنی بر بردار این است که برای همه عوارض مکانی ذخیره شده در مجموعه داده برداری، می‌توان همزمان داد ه‌های ویژگی غیرفضایی را همراه با داده‌های توصیف کننده مشخصات نقطه، خط یا چند ظلعی را نیز ذخیره کرد. شکل 3-17 این قابلیت را نشان می‌دهد. داشتن ویژگی‌های غیرفضایی مرتبط با عوارض مکانی در مدل داده‌های GIS برداری یکی از مشخصات تحلیلی مهم GIS است. برای مثال، نقشه‌های موضوعی را می‌توان براساس ویژگی‌های کیفی یا بنیادی ایجاد کرد (در فصل 2 توضیح داده شد)یا ویژگی‌های غیرفضایی را می‌توان با استفاده از SQL جهت طرح سوالاتی درباره داده‌های GIS استفاده کرد(شکل 3-18).

شکل 3-17

شکل 3-18

در اکثر مجموعه‌های نرم افزاری GIS، داده‌های واقعی خاص که تعریف کننده نقطه، خط یا چند ضلعی است از دید کاربر نهایی مخفی می‌شود و خود نرم افزار GIS کار ویرایش این داده‌ها را انجام می‌دهد. اما افزایش استفاده از فرمت‌های داده‌های GIS ساختاربندی شده توسط XML و مبتنی بر متن مانند KML یا GeoJSON نشان می‌دهد که چگونه مختصات بردارها قابلیت خواندن توسط انسان را دارد. فرمت مبتنی بر متن که دارای مختصات برداری شکل قابل خوانا بوسیله انسان است بسیار مهم است زیرا در موارد بسیاری داده‌های قابل خوانا بوسیله نرم افزار GIS را می‌توان بدون ابزار تخصصی GIS ایجاد و ویرایش کرد(شکل 3-19).

شکل 3-19

3-3-2 رستر

مدل داده‌های GIS راستر، پدیده‌ها و عوارض مکانی را بصورت شبکه‌ای از سلول‌ها نشان می‌دهد. رستر برخلاف بردار برای مدل سازی موجودیت‌های مکانی دارای ماهیت پیوسته استفاده می‌شو و فاقد مرز یا حاشیه‌های مجزا است. مثال‌های معمول پدیده‌های دارای ماهیت پیوسته که می‌توان در مدل داده‌های رستر نشان داد عبارتند از دما و ارتفاع. همچنین داده‌های رستر فرمتی است که برای تصاویر استفاده می‌شود و این تصاویر شامل تصاویر هوایی یا تصاویر مبتنی بر فضا است که در نرم افزار جی‌ای اس لحاظ می‌شود.

شکل 3-20مثال‌هایی از داده‌های GIS رستر درمدیریت بلایا را نشان می‌دهد.

شکل 3-20

یکی از مفاهیم مهم در زمینه داده‌های راستر، رزولوشون(قدرت تفکیک) فضایی است که به عنوان سازگاری جزییات مجموعه داده راستر تعریف می‌شود و بر مبنای اندازه هر کدام از سلول‌های موحود در شبکه است. برای مثال، هرچه سلول شبکه کوچکتر باشد، قدرت تفکیک مجموعه داده‌ها بهتر خواهد بود. این قدرت تفکیک دست مانند رزلشون پیکسلی تصایر دوربین دیجیتالی است. شناخت رزلشون فضایی در داده‌های راستر مهم است. در واقع قدرت تفکیک فضایی در تعیین تناسب و سازگاری مجموعه داده‌های راستر برای هدفی خاص بسیار مهم است. برای مثال، رزولوشون فضایی بسیار درشت ممکن است پوشش کافی از منطقه ارایه ندهد. شکل 3-1 مثال‌هایی از مجموعه داده‌های رستر خاص برای توصیف این نقاط فراهم می‌کند. اکنون که با مبانی مدل داده‌های GIS آشنا شده اید، لازم است با مفهوم دیگری به نام فراداده‌های GIS آشنا شوید.

3-4 فراداده‌های GIS

فرا داده‌ها به آن دسته از داده‌هایی گفته می‌شود که جزئیات یک دادهٔ دیگر را تشریح می‌کند. به عبارت دیگر فراداده‌ها، داده هایی هستند دربارهٔ داده‌های دیگر که محتوا، ویژگی‌ها، سابقه یا هر چیز دیگری درباره مجموعه داده درگیر را توصیف می‌کند. برای مثال، زمانی که به خرید خواربار می‌روید، قوطی‌های کنسرو فاقد برچسب را خریداری نمی کنید زیرا می دانید این ظرف محتوی چه چیزی است. فراداده در واقع برچسبی بر روی قوطی است. همین ایده درباره مجموعه داده‌های GIS رقومی نیز (چه راستر و چه برداری) صدق می‌کند. برای مثال، فراداده برای مجموعه داده GIS برداری شکل هندسی استفاده شده(نقطه، خط یا چند ضلعی)، خصیصه‌های یافت شده در رکورد و خالق اصلی مجموعه داده را توضیف می‌کند. فراداده برای مجموعه داده راستر مواردی مانند رزولوشون فضایی هر کدام از سلول‌ها و گستره مکانی شبکه و همچنین فرمت داده‌های خاص مورد استفاده برای ذخیره اطلاعات عددی در هر سلول مانند عدد صحیح نقطه شناور را توصیف می‌کند. ذخیره فیزیکی و ساختار فراداده‌های GIS مانند داده‌های GIS متنوع است. برای مثال، در ایالا متحده آمریکا، کمیته داده‌های مکانی فدرال (FGDC; http: //www. fgdc. gov/) دارای استانداردهای خاصی برای فراداده است که همه

شکل 3-21

مجموعه داده‌های GIS باید از آنها پیروی کنند. فراداده منطبق با استانداردهای این کمیته باید شامل توصیفاتی به شکل زیر باشد:

1-اطلاعات شناسایی: مشخص می‌کند چه کسی اطلاعات را ایجاد کرده است

2-اطلاعات مرجع فضایی: دستگاه مختصات و مدل ژئودتیک استفاده شده را شناسایی می‌کند.

3-اطلاعات سازماندهی داده‌های فضایی: درصورتیکه داده‌ها براساس نوعی ساختار سازماندهی رسمی مانند استانداردهای پردازش اطلاعات فدرال(FIPS) در آمریکا سازماندهی شده است.

4-اطلاعات مرجع فضایی: دستگاه مختصات و مدل ژئودتیک استفاده شده را شناسایی می‌کند.

5-اطلاعات موجودیت و خصیصه: این اطلاعات شامل توصیفات مربوط به خصیصه‌های استفاده شده در مجموعه داده و ارزش این خصیصه‌ها است(زمانیکه به جای ارزش واقعی از کد استفاده می‌شود.

6-اطلاعات توزیع: این اطلاعات نشان مس دهد داده‌ها چگونه می‌توان توزیع کرد و برای بدست آوردن یک نسخه از داده‌ها باید با چه کسی تماس بگیریم.

7-اطلاعات مرجع فراداده: این اطلاعات استاندارد مورد استفاده فراداده‌ها را شناسایی می‌کند. شکل 3-22 فایل فراداده در فرمت HTML را که شامل این رده‌های توصیف است نشان می‌دهد.

فراداده‌ها نقشی بسیار مهم در کاربرد GIS در زمینه مدیریت بلایا ایفا می‌کند. زیرا فراداده‌ها نقشی حیاتی در فعالیت‌های هماهنگی و همکاری ایفا می‌کنند(چنانچه در فصل 1 توضیح داده شد). برای مثال، افزایش بلایای بزرگتر در مقیاس منطقه‌ای یا حتی ملی ایجاب می‌کند تا مدیران بلایا ضمن آشنایی با نوع داده‌هایی که باید با آن کار کنند از میزان تناسب یک مجموعه داده خاص با فعالیت‌های مورد نظر آگاه باشند. در موقعیت‌های حساس از نظر زمان، زمان کافی برا ارزیابی تناسب و کارایی مجموعه داده وجود ندارد. مستند سازی ضعیف و بروز مجموعه داده‌های GIS از طریق فراداده نقشی حیاتی در اتخاذ اطلاعات آگاهانه درباره داده‌های GIS ایفا می‌کند.

شکل 3-22

3-5 فناوری GIS تخصصی

اکنون که با مفاهیم GIS آشنا شده اید، بخش زیر فناوری GIS خاص را توضیح می دهد. در آینده با مطالعه این بخش از کتاب باید این اطمینان را حاصل کنید که آیتم‌های ارایه شده وآدرس سایت‌های معرفی شده هنور هم وجود دارد و در آنها تغییری رخ نداده است. اگرچه فناوری‌ها تغییر میکنند اما تلاش شده است تا جنبه‌هایی از فناوری GIS را توضیح دهیم که حداقل ظرف 5 سال آینده تغییر نخواهد کرد. بطور خاص، معیارهای استفاده شده برای فناوری خاص GIS در این بخش عبارتند از وجود فاوری حداقل 10 سال قبل از انتشار این کتاب، ارایه خدمات پشتیبانی و حفظ ونگهداری برای فناوری از طریق شرکت فروشنده آن یا جامعه سازنده نرم افزار اوپن سورس، فناوری دارای کاربرد اثبات شده در فعالیت‌های مدیریت بلایا است.

لطفا توجه داشته باشید که انواع مختلفی از فناوری‌های GIS بریا مدیریت بلایا مورد استفاده قرار می‌گیرد که درباره آنها می‌توان کتابهای بسیاری نوشت. فناوری‌های لیست شده در اینجا راهنمایی کلی برای انواع مختلف GIS ارایه می‌دهد. توصیه می‌شود شما نیز برای ایجاد فناوری متناسب با GIS مد نظر خود برای استفاده در فعالیت‌های مدیریت بلایا تحقیقاتی را آغاز کنید.

3-5-1 پلتفرم های فناوری GIS و مدیریت بلایا

در دنیای ارتباطات امروزی، GIS برای همه نوع پلتفرم محاسباتی از سیستم‌های دسکتاپ گرفته تا تلفن‌ها و تبلت‌ها و محیط‌های مجازی مبتنی بر فناوری ابر قابل ارایه است. اما نکته مهم این است که تشخیص دهیم کدام پلتفرم فناوری برای کدام جنبه مدیریت بلایا مناسب است. برای مثال، طراحی یک مدل پیچیده خطر سیلاب بر روی آیفون بعلت منابع محدود محاسباتی و فضای محدود صفحه نمایش کار سختی است. برعکس، نمایش مکان‌های نقطه‌ای که نشان دهنده محل ایستگاههای امداد است به خوشه ابر ابر کامپیوتر نیاز ندارد. بنابراین، GIS برای کاربردهای مختلف و بر اساس نیازهای مشتریان خدمات داده‌ها. محصولات GIS مانند نقشه در حال تکامل یافتن است. برای مثال، کامپیوترهای دسکتاپ برای مدیریت داده‌ها و تحلیل دادهها در مدیریت بلایا به علت قدرت محاسباتی بالا بسیار مناسب است. در 10 سال گذشته، با کاهش تقاضا برای نرم افزار دسکتاپ تخصصی و افزایش تقاضا برای ابزار سبک‌تر که بر نمایش داده‌های مبتنی بر نقشه و GIS جهت ارایه خدمات مبتنی بر مکان تاکید می‌کند، متخصصان GIS این فناوری را بر روی پلتفرمهایی که به نام “thinner” (حافظه مرکزی و قدرت پردازش کمتر و قدرت محاسبه کلی) شناخته می‌شود ارایه میدهند(مشتریانی مانند پلتفرم‌های مبتنی بر شبکه و موبایل). مزایای استفاده از پلتفرمهای موبایل در مدیریت بلایا بیش از پیش مسجل شده است زیرا امکان دسترسی واکنش دهندگان مدیریت بلایا به داده‌های GIS موجود در سیستم‌های بزرگتر و همچنین جمع آوری داده‌ها را با استفاده از رویه‌های جمع آوری نقطه‌ای که از دریافت کننده GPS مشترک بین اکثر پلتفرم‌های موبایل استفاده می‌کند فراهم می‌کند.

یکی از مزیت‌های پلتفرمهای مبتنی بر شبکه این است که امکان دسترسی به آنها در هر جایی که اینتنرنت وجوددارد فراهم است. این پلتفرم ها از نظر نوع سیستم عامل، مرورگر شبکه یا امکانات دیگر در صورتیکه با استاندارهای W3C در زمینه کدگذای صفحات HTML منطبق باشد هیچ محدودیتی ندارند. یکی از پیشرفت‌های جالب معرفی HTML5 است که امکان تعامل بیشتر در مرورگرهای شبکه را فراهم می‌کند. در گذشته، مرورگرهای شبکه معمولا مستلزم استفاده از plugin مانند Java یا Flash Player بود که اغلب مانعی برای استفاده از اپلیکیشن شبکه بود. برای مثال، با HTML5 می‌توان اپلیکیشن را به گونه‌ای طراحی کرد که یا در مرورگر شبکه یا بر روی موبایل از یک پایگاه کد واحدی راه اندازی کرد. در بخش‌های زیر، فناوری‌های GIS خاص از منظر پلتفرم فناوری و مدیریت بلایا وهمچنین کاربران نهایی توضیح داده می‌شود.

3-5-2 ArcGIS

ArcGIS یک واژه کلی برای ظیف گسترده‌ای از فناروی‌های GIS ایجاد شده توسط Esri بزرگترین شرکت نرمافزار GIS تجاری در جهان است. فناوری GIS متعلق به Esri در سازمانهای مختلف فعال در زمینه مدیریت بلایا در سراسر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد. پروژه‌های مدیریت بلایا و امنیت داخلی زیادی با موفقیت از این فناوری Esri استفاده کرده‌اند. شرکت Esri طیف کاملی از فناوری‌های GIS مرتبط با همه پلتفرم‌های فناوری مدرن و فعالیت‌های مدیریت بلایا و کاربران نهایی ارایه می‌دهد. برای کاربردهای دسکتاپ، اپلیکیشن ArcGIS/ArcMap (http: //www. esri. com/software/ arcgis) ارایه شده است که دارای عوارض متعدد و قدرتمندی است. مثال‌های انتخاب شده از عوارض در رابطه با مدیریت بلایا که از ArcMap گرفته شده است در شکل‌های زیر نشان داده شده است(شکل 3-23 و3-25)

شکل 3-23

شکل 3-24

شکل 3-25

مجموعه عوارض غنی و پیچیدگی کلی این نرم افزار باعث می‌شود تا استفاده از نرم افزار ArcMap تا حدی چالش برانگیز باشد. معمولا افرادی که در استفاده از آن مهارت زیای دارند آموزش‌های تخصصی را گذرانده‌اند. Esri برای پلتفرم های موبایل مانند اندروید و سیستم عامل‌های مبتنی بر آیفون انواع مختلف، APIs را رایه می‌دهد که توسعه دهندگان نرم افزار می‌توانند برای ساخت اپلیکیشن‌های GIS سفارشی استفاده کنند. علاوه برآن، Esri چندین اپلیکیشن رایگان را ارایه می‌دهد که عموم می‌توانند با آن داده را دانلود و مشاهده کنند و بعضی تحلیل‌ها مانند هم پوشانی نقشه و ایجاد تغییر در نمایش نقشه را انجام دهند. این شرکت همچنین برای پلتفرم‌های شبکه چندین API ارایه می‌دهد که توسعه دهندگان نرم افزار می‌توانند از آنها برای ایجاد اپلیکیشن‌های GIS مبتنی بر شبکه استفاده کنند. در زمان تحریر این کتاب، API برای محیط‌های جاوااسکریپت، فلکس و سیلورلایت ارایه می‌شود اما در صورت تمایل به استفاده از فناوری مبتنی بر شبکه توسط Esri حتما چک کنید کدامیک از آنها دارای خدمات پشتیبانی است.

در سالهای اخیر، Esri بر فناوری انلاین ArcGIS تاکید زیادی کرده است. استفاده از این نوع خدمات که نیازمند اشتراک و پرداخت هزینه است دسترسی به کارکردهای زیادی از طریق ArcMap دسکتاپ ام در محیط شبکه را فراهم می‌کند. علاوه برآن، خدمات انلاین ArcGIS طیف گسترده‌ای از نقشه‌ای مرجع آماده، اپلیکیشن و ابزار تحلیلی را ارایه می‌دهد که به کاربران اجازه می‌دهد تا ضمن شروع سریع استفاده از کارکرد GIS، با تعامل موثر داده‌ها را با همدیگر در جامعه انلاین ArcGIS به اشتراک گذارند. ArcGIS انلاین همچنین یک محیط مبتنی بر فناوری ابر است به این معنی که ظرفیت‌های آن در صورت اتصال به اینترنت در پلتفرم‌های مختلف سخت افزار قابل استفاده و مقیاس پذیر است

در رابطه با کاربرد در حوزه مدیریت بلایا، ArcGIS انلاین بیش از پیش برای به اشتراک گذاشتن و نمایش اطلاعات موقعیتی مرتبط با بلایا مورد استفاده قرار میگیرد. برای مثال، اپلیکیشن  GeoPlatform که توسط سازمان مدیریت بحران فدرال مورد استفاده قرار میگیرد از خدمات ArcGIS انلاین برای نمایش طیف گسترده‌ای از داده‌های GIS در پروژه‌هایی مانند اثرات گرداب، مخاطرات سیلاب، ارزیابی ریسک و غیره استفاده می‌کند.

تاکید Esri بر فناوری ArcGIS انلاین بخشی از روند رو به رشد استفاده از اپلیکیشن‌های مبتنی برشبکه و فناوری ابر است که امکان دسترسی کاربران نهایی به انواع مختلف کارکردهای تحلیلی GIS، نقشه‌ها و مجموعه داده‌ها جهت استفاده در فعالیتهای مدیریت بلایا فراهم می‌کند(از تهیه نقشه‌های ساده برای نمایش مکان‌های نقطه‌ای تا طراحی مدل‌های پیش بینی تحلیلی پیچیده). شاید مشهورترین و شناخته شده ترین شرکت خارج ازدنیای سنتی GIS که در زمینه توسعه فناوری مبتنی بر شبکه برای مدیریت بلایا نقش داشته است گوگل است.

3-5-3 گوکل مپ و سایر فناوری‌های مکانی-فضایی گوگل

گوگل به عنوان یک شرکت جستجوی اینترنتی مبتنی بر شبکه در زمینه توسعه اپلیکیشن‌های مبتنی بر شبکه سابقه خوبی دارد. این اپلیکیشن‌ها با مجموعه داده‌هایی که شبکه را تشکیل می‌دهند کار می‌کنند. گوگل مپ شاید یکی از شناخته شده ترین فناوری‌های تهیه نقشه در جهان باشد. برای مثال، در شروع ترم تحصیلی در زمینه آموزش مقدمات فناوری مکانی –فضایی به دانشجویانم خیلی از آنها اسم Esri را نشنیده‌اند اما بسیاری از آنها به صورت روزانه از گوگل مپ استفاده می‌کنند. البته، فناوری مکانی-فضایی گوگل بسیار از فراتر از گوگل مپ عمل میکند و گول ترث مجازی، API، خدمات مکان-محور و حتی کل سیستم عامل اندروید را لحاظ می‌کند. گوگل همچنین امکان دسترسی به ابزار تهیه نقشه برای افراد غیر متخصص از طریق Google Maps Engine را فراهم کرده است که به کاربران نهایی اجازه می‌دهد تا بر روی نقشه پایه‌ای گوگل بدون استفاده از زبان‌های برنامه نویسی کامپیوتر مانند جاوا اسکریپت محتوا ایجاد کنند. گوگل همچنین همیشه در فعالیت‌ها و اقدامات کمک رسانی و واکنش به بلایا در سراسر جهان نقش فعالی دارد.

بطور خاص، بخش انسان دوستانه گوگل دارای برنامه‌ای با نام واکنش به بحران گوگل است. این برنامه شامل تیمی متعهد است که از اینترنت برای جمع آوری داده‌ها و ایجاد ابزار در زمان بلایای اصلی استفاده می‌کنند. این تیم برای انتشار داده‌های مربوط به بحران، میزبانی نقشه واکنش به بحران را بر عهده دارد. در این نقشه داده‌های موضوعی مرتبط با بحران در رابط Google Map نمایش داده می‌شود(شکل3-26).

شکل 3-26

علاوه برآن، گوگل داده‌های مورد نیاز برای بحران در قالب KML فراهم می‌کند که در نتیجه آن امکان به اشتراک گذاری آسان داده‌های مکانی در بین چدین پلتفرم GIS مانند گوگل ارث و همچنین ArcMap فراهم می‌شود. همچنان استفاده از فناوری‌های گوگل در حوزه مدیریت بلایا در حال افزایش است که علل آن عبارت است از دسترسی همگانی به فناوری گوگل، سهولت استفاده، آشنایی مردم با کاربرد فناوری گوگل و رایگان بودن استفاده از ابزاری مانند گوگل مپ و گوگل ارث. اما فناوری‌های GIS رایگان و اوپن سورس دیگری نیز وجود دارد که بسیاری از آنها راه حل فناوری بهتری برای مدیریت بلایا براساس منابع مالی محدود، اتصال نامطمئن اینترنت یا تمایل کلی برای عدم وابستگی به شرکتی که دارای‌های فناوری اصلی کنترل انحصاری دارد ارایه میدهد. در دنیای GIS رایگان و اوپن سورس، گزینه‌های زیادی وجود دارد که شناخته شده ترین آنها عبارتند از:

3-5-4 QGIS

QGIS شاید شناخته ترین و پرکاربردترین پکیج GIS اوپن سورس است که دارای قابلیت‌های زیادی است (قابلیت‌هایی شبیه به آنچه در ابزارهای GIS از جمله ArcMap یافت می‌شود) (شکل 3. 27).

برای مثال، QGIS ضمن ارایه طیف گسترده‌ای از ابزار تحلیل فضایی و قابلیت‌های مدل سازی می‌تواند با داده‌های برداری و رستر و تولید نقشه کار کند. علاوه برآن، این اپلیکیشن یک محیط نوشتاری مبتنی بر پایتون را فراهم می‌کند که امکان توسعه ابزار GIS تخصصی و نوشتاری سفارشی در محیط QGIS فراهم می‌کند. QGIS همچنین قابلیت کار کردن با سایر ابزار GIS اوپن سورس مانند سیستم‌های پشتیبانی تحلیل منابع مکانی(GRASS) (http: //grass. osgeo. org/) و GDAL (http: //www. gdal. org/)را دارد.

شکل 3-27

3-5-5 سایر فناوری‌های GIS تجاری، رایگان و اوپن سورس

فناوری‌های GIS بحث شده تا اینجا در این فصل به پرکاربردترین و شناخته شده ترین فناوری‌های GIS پرداخته است. اما فناوری‌های دیگری نیز وجود دارد که در زیر بعضی از آنها که در مدیریت بلایا مورد استفاده قرار می‌دهد توضیح داده می‌شود.

OpenStreetMap

چنانچه در فصل 2 توضیح داده شد، OpenStreetMap(OSM) پلتفرمی را باری کاربران فراهم می‌کند که از طریق آن می‌توانند یک نقشه قابل ویرایش از جهان را ایجاد کنند. داده‌های ارایه شده توسط OSM همچنان نقشی حیاتی در فعالیت‌های مدیریت بلایا برای مناطق فاقد داده‌های مرجع ایفا می‌کند. در فصل 4 نیز به OSM و تیم OpenStreeMap درمبحث نقش سازمان‌های مختلف در مدیریت بلایا برخواهیم گشت.

سایر فناوری‌های GIS

فناوری های GIS زیر را می‌توان در فعالیت‌های مدیریت بلایا یا برای پشتیبانی از این فعالیت‌ها استفاده کرد:

• OpenLayers (http: //openlayers. org/)یک ابزار نقشه مبتنی بر شبکه و اوپن شورس که شبیه به API گوگل ارث است.
• Mapbox: : (https: //www. mapbox. com/)یک سرویس نقشه تجاری رایگان است که ار داده‌های OpenStreetMap استفاده می‌کند و بر کارتوگرافی و طراحی نقشه‌های ایجاد شده در سیستم MapBox تاکید می‌کند.
• MapServer: یک سرویس انتشار اوپن سورس و رایگان است امکان قرار گرفتن داده‌های نقشه بر روی شبکه را فراهم می‌کند.
• GeoServer (http: //mapserver. org/): شبیه به MapServer است زیرا یک سرویس رایگان و اوپن سورس برای انتشار داده‌های مبتنی بر نقشه بر روی شبکه است.
• PostGIS: (http: //postgis. net/)یک پایگاه داده فضایی اوپن سورس است که با PostgresSQL برای ارایه ابجکت‌های مکانی و طرح سوالهای فضایی کار می‌کند.
• NASA World Wind (http: //worldwind. arc. nasa. gov/java/) یک ابزار مجازی جهانی اوپن سورس است که برای نمایش مجموعه داده‌های ایجاد شده توسط ناسا مانند سری‌های Landsat مناسب است
• MapInfo: (http: //www. mapinfo. com/) یک فناوری GIS تجاری متعلق به Pitney Bowes است و شبیه به فناوری Esriاست زیرا ابزار GIS مبتنی بر سرور، شبکه ودسکتاپ ارایه می‌دهد.

3-5-1 مجموعه داده‌های رایگان و اوپن سورس مرتبط با مدیریت بلایا

در زیر فهرستی از منابع مرجع و موضوعی مجموعه داده‌های GIS مرتبط با مدیریت بلایا ارایه می‌شود. شما می‌توانید ضمن دانلود این فهرست آنها را در فناوری‌های ذکر شده در بالا مورد استفاده قرار دهید.

• National Map: (http: //nationalmap. gov/)امکان دسترسی به لایه‌های مختلف داده‌های موضوعی ومرجع برای آمریکا فراهم می‌کند.
• USGS Global Visualization Viewer: (http: //glovis. usgs. gov/)دسترسی رایگان به محصولات متعدد ناسا و سازمان جغرافیایی آمریکا مانند LANDSAT، MODIS، ASTER و TERRA را فراهم می‌کند.
• : Global Administration Area (http: //www. gadm. org/) دسترسی رایگان به مرزهای سازمانی در سطح جهان فراهم میکند.
• GeoNames: (http: //www. geonames. org/) داده‌های فرهنگ جغرافیایی جهانی رایگان فراهم می‌کند که منبه خوبی برای اپلیکیشن‌های کدگذاری مکانی است.
• FEMA GIS Data Feeds: (http: //gis. fema. gov/DataFeeds. html) فهرستی از اعلامیه‌ها و دفاتر پشتیبانی وابسته به FEMA در کل آمریکا ارایه می‌دهد.
• US Census Bureau American FactFinder: میتوان برای یافتن انواع مختلف داده‌های شاخص سرشماری در آمریکا استفاده کرد.

3-6 خلاصه فصل

در این فصل شما با جنبه‌های مفهومی و فنی GIS آشنا شدید. فصل با بحث در مورد هر کدام از مؤلفه‌های سیستمی که شامل GIS است آغاز شد. در مرحله بعد، با کارکردهای مختلف GIS آشنا شدید (از قبیل مدیریت داده‌ها و دارایی‌های مکانی كه هسته اصلی هر سیستم اطلاعات جغرافیایی است، تجزیه و تحلیل با هدف کمک در زمینه پاسخ دادن به سؤالات و آگاهی یافتن از مشکلات فضایی.، برنامه نویسی برای توسعه برنامه‌های کاربردی و ابزارهای سفارشی جهت گسترش قابلیت‌های GIS، مدل سازی برای ایجاد بازنمایی‌های مقیاس بندی شده از واقعیت و پاسخ به سؤالات چه- اگر، تهیه نقشه ؛ تجسم و تولید نقشه، که GIS مدرن را به اقدامات قدیمی مربوط به تهیه نقشه و بازنمایی ویژگی‌های جغرافیایی متصل می‌کند. و geocoding، که بر تبدیل داده‌های متنی مانند آدرس یا نام مکان به مختصات دلالت دارد. همچنین مطالبی در مورد آنچه که GIS نمی‌تواند انجام دهد ارایه شد(- نکاتی که با کسب دانش بیشتر در مورد GIS و لزوم مدیریت انتظارات فن آوری، باید به خاطر داشته باشید)

در این فصل، بحث فنی درباره مدل های داده GIS ارائه شد این مدلها روشهای نمایش موجودیتهای جغرافیایی و مکانی در قالبهای رقومی است. به طور خاص، شما در مورد دو مدل رایج داده مطالبی یاد گرفتید- داده‌های برداری، که معرف موجودیت‌های مجزا به صورت نقاط، خطوط، چند ضلعی‌ها و داده‌های راستر که موجودیت‌های پیوسته را به بصورت شبکه‌ای از پیکسل‌ها با وضوح مکانی متفاوت نشان می‌دهد. متاداده(فراداده) یا داده‌هایی که محتوا، ساختار، گذشته یا هر چیز مرتبط دیگر با مجموعه داده‌ها را توصیف می‌کند برای انواع داده‌های GIS از اهمیت زیادی برخوردار است. این نوع متاداده برای کارایی و مرتبط بودن یک مجموعه داده در یک کار یا برنامه معین از اهمیت حیاتی برخوردار است.

سپس در این فصل فن آوری‌های خاص مربوط به برنامه‌های مدیریت بحران مورد بحث قرار گرفته است. همانطور که در این فصل چندین بار بیان شد، این بخش از کتاب ایجاب می‌کند تا در مورد به روز بودن مطالب آن اطمینان حاصل کنید زیرا فناوری همیشه در حال تغییر است. با این حال، فن آوری‌های خاص ذکر شده مانند Esri، Google و QGIS با توجه به ثبات، محبوبیت و گستردگی جامعه کاربران آنها انتخاب شده‌اند. لیستی از مجموعه داده‌های منبع آزاد و منبع باز مربوط به مدیریت بحران نیز ارائه شده است تا ایده‌هایی را در اختیار شما قرار دهد و از این طریق بتوانید به داده‌های مرجع و موضوعی مورد استفاده در حوزه مدیریت بحران دسترسی پیدا کنید.

سرانجام، این فصل ایده‌هایی را در موارد زیر ارایه میدهد: زمانیکه می‌خواهیم فناوری را در مدیریت بحران استفاده کنیم چه مواردی را باید در نظر بگیریم و در صورت تازه كار بودن در حوزه سیستم اطلاعات جغرافیایی و یادگیری GIS به طور مستقل(خارج ار دانشگاه)، چگونه باید شروع کنیم. این فصل با مجموعه‌ای از دستورالعملهای انعطاف پذیر برای ایجاد مجموعه فناوری GIS با استفاده از فناوری منبع باز GIS به پایان رسید.

در فصل بعد، رابطه بین مدیریت بحران و سیستم اطلاعات جغرافیایی با جزئیات بیشترمورد بحث قرار می‌گیرد و در ابتدا با مرور کلی چرخه مدیریت بحران (پاسخ، بهبود، کاهش، برنامه‌ریزی)، نقش GIS در سیاست‌های مدیریت حوادث در مقیاس‌های مختلف در ایالات متحده (، شهر، شهرستان، ایالت و فدرال) و نقش جامعه بین المللی مانند سازمان ملل متحد و سایر نهادها در کاهش، واکنش و بهبود ریسک بین المللی شروع می‌شود.

تفکر کنید!

1- چه موارد دیگری را می‌توانید از نظر حوزه مدیریت بحران به مؤلفه‌های GIS اضافه کنید؟

2- با توجه به افزایش استفاده از دنیای مجازی سه بعدی مانند Google Earth، فکر می‌کنید مفهوم لایه‌های نقشه هنوز برای مدیریت بحران موضوعی مرتبط است؟

3- چه نوع دیگری از قالب‌های ذخیره سازی داده GIS را می‌توان علاوه بر موارد ذکر شده در این فصل، برای برنامه‌های مدیریت بحران استفاده کرد؟

4- از آنچه تاکنون در مورد GIS و مدیریت فاجعه آموخته اید، چه سناریوهای دیگری برای تجزیه و تحلیل مدیریت بحران GIS قابل تصور است؟

5- چه محدودیت‌های دیگری برای GIS وجود دارد و این محدودیت‌ها چگونه ممکن است با مدیریت بحران مرتبط باشد؟ 6- برخی از ویژگی‌های مدیریت بحران که می‌توان بصورت بردار معرفی کرد کدام است؟ به عنوان راستر چطور؟ آیا مواردی از مدیریت بحران وجود دارد که بتوان در آن یا از بردار یا راستر استفاده کرد؟

7- چرا فراداده مهم است؟

8- در صورت استفاده از هرنوع فن آوری، از کدام فناوری‌های خاص GIS برای مدیریت بحران استفاده می‌کنید و چرا؟

9- سعی کنید برخی از مجموعه داده‌های موجود در پایان این فصل را دانلود کنید. چه تجربه‌ای داشتید؟ به عنوان مثال، آیا یافتن و دانلود مجموعه داده‌ها آسان بود، یا مشکلی داشتید؟