توسعه یک سیستم اطلاعات جغرافیایی توزیع آب مبتنی بر وب برای منطقه شمالی نایروبی

هدف این تحقیق توسعه یک سیستم وب است که امکان انتشار، استخراج و تجزیه و تحلیل موثر اطلاعات شرکت های آب را از طریق اینترنت فراهم می کند. منطقه شمالی، یکی از مناطق اداری شرکت آب و فاضلاب شهر نایروبی به عنوان مطالعه موردی استفاده شد. این تحقیق یک سیستم منبع باز WebGIS مبتنی بر Quantum GIS برای ایجاد داده های مکانی، MapServer به عنوان سرور وب GIS و PostgreSQL/PostGIS به عنوان یک پایگاه داده رابطه ای سفارشی و یکپارچه کرده است. GeoMOOSE برای توسعه یک رابط کاربری جغرافیایی تعاملی و دوستانه استفاده شد. سیستم توسعه‌یافته کاربران را قادر می‌سازد تا داده‌های مکانی را مشاهده کرده و با آنها تعامل داشته باشند. این تحقیق بر بهبود کارایی و اثربخشی فرآیند تصمیم گیری و به اشتراک گذاری داده ها متمرکز بود.

کلید واژه ها

سیستم اطلاعات جغرافیایی ، نرم افزار منبع باز ، پایگاه داده های مکانی ، WebGIS

اشتراک گذاری و استناد:

1. مقدمه

سیستم اطلاعات جغرافیایی یک ابزار موثر و قدرتمند در صنعت توزیع آب ثابت شده است. GIS امکان ایجاد و مدیریت داده های مرجع مکانی را فراهم می کند که برای هر زمینه یا موقعیتی که از اطلاعات مکانی استفاده می کند مفید است [ 1 ]. در گذشته اخیر GIS به جریان اصلی تبدیل شده است، زیرا هر زمینه قابل تصور می تواند به طور بالقوه با استفاده از فناوری GIS برای مدیریت اطلاعات مبتنی بر مکان مانند آموزش و مدیریت منابع آب غنی شود [ 2 ]] . رشد چشمگیر اینترنت و افزایش علایق عمومی در دسترسی به اطلاعات مکانی آنلاین منجر به توسعه برنامه های نقشه برداری وب شده است. با توجه به مزایایی مانند استقلال پلت فرم، کاهش در وب در توسعه برنامه های فضایی بسیار مهم است [ 3 ].

GIS از تجزیه و تحلیل فضایی و مکان یابی تأسیسات پراکنده جغرافیایی در سیستم توزیع آب پشتیبانی می کند. مکان مکانی معمولاً یکی از جنبه های مشترک اصلی همه داده ها در یک شرکت آب است. یک GIS می‌تواند موقعیت دقیق زیرساخت‌های تاسیسات آب مانند شیرها، هیدرانت‌ها، مترها و پمپ‌ها را پیدا کند و آنها را به صورت یک نقشه کپی نرم‌افزار نمایش دهد. اطلاعات مکان برای مدیریت مؤثر مهم است زیرا می توان تصمیمات خوبی را نسبت به منطقه اطراف و دارایی های تحت تأثیر اتخاذ کرد.

اهداف این تحقیق عبارت بودند از:

· مطالعه سیستم توزیع آب موجود و شناسایی نیازهای کاربران.

・ ایجاد یک پایگاه داده مکانی متمرکز.

· توسعه یک سیستم وب که امکان انتشار، استخراج و تجزیه و تحلیل موثر اطلاعات مکانی را از طریق اینترنت فراهم می کند.

سیستم WebGIS توسعه یافته را می توان از طریق تعدادی از دستگاه ها مانند رایانه، تلفن همراه و تبلت در دسترس قرار داد. برخلاف GIS دسکتاپ سنتی که تنها توسط یک کاربر در یک زمان استفاده می شود، WebGIS توسعه یافته می تواند توسط ده ها یا صدها کاربر به طور همزمان مورد استفاده قرار گیرد. استفاده از سیستم توسعه‌یافته بر خلاف GIS رومیزی که برای کاربران حرفه‌ای با ماه‌ها آموزش و تجربه در GIS در نظر گرفته شده، آسان است. WebGIS برای مخاطبان وسیعی از جمله کاربرانی که متخصص GIS نیستند در نظر گرفته شده است. سیستم توسعه‌یافته کم‌هزینه است که بر اساس تعداد کاربران به‌طور میانگین محاسبه می‌شود، زیرا اکثریت قریب به اتفاق محتوای اینترنت برای کاربران نهایی رایگان است، برای استفاده از WebGIS نیازی به خرید نرم‌افزار یا پرداخت هزینه نیست.

2. منطقه مطالعه

منطقه مورد مطالعه شکل 1 منطقه شمالی یکی از شش منطقه اداری شرکت آب و فاضلاب شهر نایروبی است که از پنج منطقه تجاری تشکیل شده است [ 4 ]. این مناطق عبارتند از؛ Kahawa Wendani، Kahawa غرب، Kasarani، Mathare و Pangani. این منطقه بین 36˚47′ تا 37˚ شرقی و تقریباً بین 1˚9′ و 1˚16′ جنوبی امتداد دارد و مساحتی به وسعت 138.31 کیلومتر مربع را در بر می ^گیرد .

منطقه انتخاب شده به انواع مشتریان و الگوهای مصرف مختلف از مشتریان فردی، مؤسسات آموزشی، هتل ها، کارخانه ها و غیره خدمات ارائه می دهد. این منطقه همچنین میزبان اکثر مخازن آب برای شهر است، بنابراین از جریان طبیعی آب بدون نیاز به افزایش فشار بهره می برد.

3. روش ها و مواد

3.1. مجموعه داده ها

جدول 1 لایه های برداری مختلف مورد استفاده در توسعه برنامه را فهرست می کند در حالی که جدول 2 ابزارهای متن باز مختلف مورد استفاده در توسعه سیستم را نشان می دهد.

3.2. ارزیابی نیازهای کاربر

به منظور دستیابی به نیازهای پیش بینی شده پورتال WebGIS کاربران، مصاحبه های شخصی با استفاده از سوالات ساختاریافته انجام شد. در مجموع 50 پرسشنامه بین چندین کارمند از مدیر منطقه، مهندسان، ناظران توزیع، افسران GIS، ناظران تست کنتور، ناظران اندازه گیری، سرپرستان مراقبت از مشتری، کنترل کننده اعتبار تا کنتور خوان توزیع شد. از 50 پرسشنامه توزیع شده، 42 پاسخ دریافت شد و برای تعیین ویژگی هایی که می خواهند در سیستم استفاده کنند استفاده شد.

3.3. جمع آوری داده ها

داده های مکانی مورد استفاده برای مطالعه (هم فایل های داده های دیجیتال موجود و هم نسخه چاپی

جدول 2 . نرم افزارهای متن باز مورد استفاده برای مطالعه.

نقشه ها) از شرکت آب و فاضلاب نایروبی جمع آوری شد. داده ها شامل؛ شبکه‌های آب، کنتورهای مشتری، کنتورهای حجیم، مرزهای منطقه/منطقه/برنامه سفر، لوازم و کاشی‌های شاخص همراه با اطلاعات ویژگی‌های همراه آن‌ها. ویژگی‌های توپوگرافی جاده‌ها، خطوط، رودخانه‌ها، خط راه‌آهن و ساختمان‌ها از نقشه‌های توپوگرافی از Survey of Kenya گرفته شد. مرزهای بسته نیز از طرح های کاداستر که از Survey of Kenya نیز به دست آمده بود، گرفته شد.

3.4. پردازش داده های مکانی

نرم افزار Quantum 1.8.0 GIS [ 5 ] نصب شد و سپس برای ایجاد/وارد کردن لایه های برداری برای خطوط، جاده ها، رودخانه ها، ساختمان ها و مرزهای بسته استفاده شد. نقشه‌های کپی سخت از طریق نقشه‌های اسکن شده روی صفحه دیجیتالی شده و سپس در قالب فایل شکل ESRI ذخیره شدند. GIS کوانتومی همچنین برای تبدیل داده‌های جدولی در Excel برای مترهای حجیم، مترهای مشتری و لوازم جانبی به فرمت شکل فایل Esri استفاده شد و داده‌های ویژگی مربوطه اضافه شد.

3.5. ایجاد پایگاه داده مکانی

PostgreSQL 9.2.3 [ 6 ] با دایرکتوری پیش‌فرض که فایل‌های برنامه و پورت 5432 بود نصب شد و یک رمز عبور فوق‌العاده پایگاه داده نیز برای استفاده هنگام باز کردن پایگاه داده PostgreSQL تنظیم شده است. یک پایگاه داده جدید (منابع آب) در PostgreSQL با استفاده از یک رابط کاربری دوستانه PgAdmin ایجاد شد. PostGIS 2.0 [ 7 ] نیز نصب شد و یک اتصال پایگاه داده به Postgres نصب شده با تعیین نام کاربری، رمز عبور و پورت به عنوان تنظیم شده هنگام نصب PostgreSQL انجام شد.

وارد کردن Shapefiles

تمام شکل فایل‌های ایجاد شده برای مطالعه به جداول رابطه‌ای مربوطه در پایگاه داده PostgreSQL تبدیل شدند. این برای اطمینان از عملکرد تجزیه و تحلیل فضایی بر روی داده های اشیاء جغرافیایی انجام شد. تبدیل شکل فایل ها به جداول پایگاه داده PostgreSQL با وارد کردن فایل های شکل با استفاده از پلاگین مدیریت شیپ فایل در PostGIS انجام شد.

جدول حاصل شامل تمام ویژگی های shapefile از جمله مختصات و هندسه است که هر ویژگی را تعریف می کند. این فرآیند برای هر لایه برداری ایجاد شده برای محدوده مطالعه تکرار شد. پس از پیکربندی و طراحی پایگاه داده در PostgreSQL در صورت نیاز، به Quantum GIS متصل شد.

3.6. طراحی و توسعه وب

MS4W-MapServer 4 Windows-version 3.0.6 یک پلت فرم منبع باز برای انتشار داده های مکانی و برنامه های نقشه برداری تعاملی در وب به عنوان سرور داده های مکانی استفاده شد، زیرا عملکرد عالی و سرعت آن در پردازش مجموعه داده های با حجم زیاد [ 8 ] . MS4W شامل نصب های پیش فرض Apache، PHP، MapServ، MapScript و برخی از برنامه های کاربردی نمونه بود. ساختار آن به گونه ای بود که امکان ارتقاء اجزای جداگانه را بدون تأثیر بر نصب فراهم می کرد.

همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است ، MapServer از سه جزء مختلف تشکیل شده است: فایل نقشه، فایل قالب و برنامه CGI. از فایل نقشه برای تنظیم استفاده شد

پارامترهای نقشه برداری، اشیاء نقشه برداری، بارگذاری داده ها، طبقه بندی، نمایش و پرس و جو و تعریف عناصر گرافیکی. از چندین شی تشکیل شده بود که در آنها هر لایه لایه داخل فایل نقشه با کلمه کلیدی LAYER شروع می شود، مسیر و نوع اتصال را برای بارگذاری داده های مشخص شده تعریف می کند، سبک و سایر پارامترها را مشخص می کند و با END به پایان می رسد. نقشه فایل اجازه می دهد تا اتصالات مستقیم برای فایل های شکل. کد زیر نشان دهنده یک فایل نقشه است که برای لایه جاده ها با اتصال به PostGIS ایجاد شده است.

لایه

NAME “جاده ها”

CONNECTIONTYPE postgis

اتصال “dbname=water_resources host=localhost port=5432

user=postgres password=lucymam”

DATA ‘geom FROM جاده ها’

STATUS روشن است

تایپ خط

MAXSCALE 4000000

LABELITEM ‘rdname’

LABELMAXSCALE 3000000

کلاس

سبک

عرض 1

COLOR 255 0 0

پایان

برچسب

FONT vera_sans

نوع واقعی را تایپ کنید

سایز 6

COLOR 255 0 0

زاویه 0

POSITION سی سی

FORCE درست است

MINFEATURESIZE خودکار

ANTIALIAS درست است

جزئی درست است

پایان

فایل قالب یک صفحه معمولی HTML بود که با پارامترها و متغیرهای خاص MapServer ارائه می شد. فایل های قالب برای ارائه نقشه ها، اشیاء نقشه برداری، پرس و جو و سایر اطلاعاتی که طراح وب GIS می خواهد به کاربر ارائه دهد پیاده سازی شده است.

برنامه CGI موتور پردازش داده واقعی بود که هنگام راه اندازی توسط وب سرور تنظیمات فایل نقشه را می خواند و داده های مکانی پردازش شده را به صورت نقشه ها، اشیاء نقشه برداری، مقادیر متغیر و نتایج پرس و جو نشان داده شده در فایل های الگو برمی گرداند. هر خروجی CGI یک تصویر یا مقدار موقت است که در هر جلسه کاری CGI به روز می شود.

3.7. توسعه رابط کاربری جغرافیایی

رابط کاربری جغرافیایی به گونه ای طراحی شده است که تعامل کاربر را از نظر دستیابی به اهداف کاربر ساده و کارآمد کند. این به کاربران اجازه می دهد تا معیارهای پرس و جو را برای مشاهده داده های مورد نیاز انتخاب و وارد کنند.

GeoMOOSE [ 9 ] به‌عنوان یک افزونه در MapServer نصب شد تا رابط کاربری را راحت‌تر کند. این در یک بسته MapServer برای ویندوز (MS4W) بسته بندی شد تا نصب MapServer ساده و ممکن شود. شکل زیر نمای در حال اجرا رابط کاربری پیاده سازی شده با GeoMOOSE 2.7.1 را نشان می دهد. با استفاده از رابط کاربری، کاربر با ابزارهای ناوبری مانند بزرگنمایی، بزرگنمایی و بزرگنمایی تا حد کامل برای مشاهده نقشه در مقیاس های مختلف و شناسایی ویژگی های مختلف نقشه تعامل دارد. شکل 3 نمای در حال اجرا رابط کاربری جغرافیایی را که با GeoMOOSE پیاده سازی شده است نشان می دهد.

3.8. تست و پیاده سازی سیستم

آزمایش برای هر جزء از چارچوب WebGIS که هم در سطح پایگاه داده و هم در سطح برنامه وب پیاده‌سازی شده بود، انجام شد.

برای تست PostGIS و PostgreSQL با بارگذاری جداول رابطه ای ایجاد شده در صورتی که هندسه ایجاد نشده باشد، چنین جدولی در MapServer رسم نمی شود. به این ترتیب شکل فایل دوباره تبدیل می شود تا زمانی که هندسه ایجاد شود.

برای آزمایش ارتباط بین پایگاه داده ایجاد شده و QGIS یک اتصال در QGIS ایجاد شد و سپس داده های یک لایه انتخابی مستقیماً از پایگاه داده در QGIS بارگذاری شد. ویرایش در این شکل فایل انجام شد، سپس با ذخیره تغییرات مستقیماً در جدول رابطه‌ای که به MapServer متصل است، انجام شد، بنابراین تغییر هنگام نمایش لایه داده در MapServer منعکس شد.

3.9. میزبانی وب

هنگامی که WebGIS به طور رضایت‌بخشی توسعه یافت، روی یک سرور وب میزبانی شد تا آن را در اینترنت پست کند. برای مشاهده وب سایت، کاربر باید آدرس وب www.waterresources.co.ke/app/ را در مرورگر وب خود تایپ کند.

4. نتایج و بحث

جدول 3 ویژگی های مهمی را نشان می دهد که کاربران سیستم می خواستند پیاده سازی شوند. رتبه بندی در مقیاس 1 تا 4 انجام شد که 1 کمترین اهمیت و 4 بیشترین اهمیت را داشت. بنابراین سیستم برای رفع این نیازها طراحی شده است. از تجزیه و تحلیل، کاربران سیستم انتظار داشتند که سیستم بتواند از پرس و جو/مشاهده و به روز رسانی داده های مکانی پشتیبانی کند.

یک سیستم مدیریت پایگاه داده جغرافیایی موثر که امکان ذخیره سازی، مدیریت و بازیابی موثر داده های مکانی را برای شبکه های آب و سایر زیرساخت های همراه با موفقیت فراهم می کند. این می تواند برای مدیریت دارایی ها و زیرساخت های شرکت آب استفاده شود. اتصال پایگاه داده با QGIS به‌روزرسانی خودکار داده‌های مکانی در پایگاه داده را تضمین می‌کند و در نتیجه در زمان صرفه‌جویی می‌کند و یکپارچگی داده‌ها را حفظ می‌کند.

پورتال WebGIS توسعه یافته قادر به ارسال اطلاعات دقیق به موقع است و از ابزارهای مفید GIS مختلف برای تجسم داده های مکانی، تجزیه و تحلیل، پرس و جو و در نهایت تولید نقشه ها به صورت چاپ نقشه/PDF تشکیل شده است.

نتایج به‌دست‌آمده از تعامل با وب توسعه‌یافته به صورت نموداری در شکل 4 نشان داده شده است و شکل 5 نتایج ویژگی را نشان می‌دهد.

شناسایی بر روی شبکه های آب و لایه های پاکت به ترتیب، شکل 6 اندازه گیری خط و گزینه های واحدهای اندازه گیری موجود در دکمه اندازه گیری خط را نشان می دهد، شکل 7 اندازه گیری مساحت و واحدهای اندازه گیری موجود را نشان می دهد، شکل 8 و شکل 9 نتایج جستجوی یک را نشان می دهد. حساب کنتور مشتری و یک بسته کاداستری.

شکل 10 فرم ورود به سیستم پایگاه داده منابع آب را نشان می دهد. پس از وارد کردن آدرس وب در مرورگر، اعتبار کاربر “نام کاربری” و “رمز عبور” است.

5. نتیجه گیری ها

از مطالعه سیستم توزیع آب موجود مشخص شد که داده‌های مکانی لوله‌های آب، کنتورهای مشتری، کنتورهای حجیم، لوازم جانبی، ویژگی‌های توپوگرافی و مرزهای کاداستر در قالب دیجیتال موجود است. داده ها فقط توسط کارکنان GIS که همگی در دفتر مرکزی شرکت مستقر هستند قابل دسترسی است. بنابراین، کسانی که مایل به استفاده از این داده‌ها هستند باید به کارکنان GIS مراجعه کنند، تماس بگیرند یا نامه‌هایی ارسال کنند که در عوض با ارسال نقشه‌های کپی سخت/نرم‌افزار پاسخ دهند. این زمان بر است.

یک پایگاه داده متمرکز ایجاد شد که امکان ذخیره سازی، مدیریت و بازیابی موثر داده های مکانی را فراهم می کند. سیستم WebGIS توسعه یافته از ابزارهای مفید GIS مختلف برای تجسم داده های مکانی، تجزیه و تحلیل، پرس و جو و چاپ نقشه ها تشکیل شده است. به دلیل سادگی، شهود و راحتی، می تواند توسط افرادی استفاده شود که چیزی در مورد GIS نمی دانند. همچنین از دسترسی چند کاربره همزمان پشتیبانی می کند. این مطالعه همچنین نشان می‌دهد که نرم‌افزارهای منبع باز رایگان دارای ویژگی‌های غنی هستند و می‌توانند به پیاده‌سازی ابزارهای نقشه‌برداری و تحلیل فضایی در هر دو بخش کمک کنند.

بخش‌های دولتی و خصوصی، به‌ویژه آن‌هایی که توانایی پرداخت هزینه نرم‌افزارهای اختصاصی را ندارند.

WebGIS توسعه یافته به کارایی و مقیاس پذیری بسیار بالاتری برای پشتیبانی از دسترسی همزمان تعداد زیادی از کاربران نیاز دارد. وب برای دانلود محتوا از سرور به کامپیوتر مشتری زمان می برد، بنابراین سرعت دانلود و نمایش محتوا با سیستم توسعه یافته به پهنای باند و محتوا بستگی دارد. همچنین مرورگرهای مختلف محتوا را متفاوت نشان می‌دهند، بنابراین ممکن است بازتاب واقعی محتوای اصلی را نشان ندهند. اندازه های مختلف صفحه نمایش نیز وضوح محتوای نمایش داده شده را تعیین می کند، به عنوان مثال یک صفحه نمایش 14 اینچی در مقایسه با تلفن همراه یا دستیار دیجیتال شخصی، محتوا را واضح تر نشان می دهد. به طور کلی امنیت اطلاعات تضمین نمی شود زیرا اینترنت بسیار ناامن است.

منابع