GIS برای برنامه‌های کاربردی محیط زیست از دیدگاه تاریخی2

نقشه برداری در سال 1993 هنگامی آغاز شد که اولین نقشه تعاملی در شبکه جهانی وب ظاهر گشت. نقشه برداری چند رسانه ای شامل ادغام تعاملی صدا، انیمیشن، متن، تصاویر و کلیپ‌های ویدئویی با نقشه است. اطلاعات چند رسانه ای را به ویژگیهای جغرافیایی در مکان‌های مختلف نمایش داده شده  روی نقشه پیوند می‌دهد. یک نقشه چند رسانه ای یک محیط چند رسانه ای دیجیتالی فراهم می‌کند که به کاربران اجازه می‌دهد تا پدیده‌های محیطی نگاشت شده را به صورت تعاملی جستجو کرده و فرآیندهای محیطی را به صورت پویا نشان دهند. نقشه برداری اینترنتی به راحتی چند رسانه را در نقشه‌های وب و با آنها ادغام می‌کند و اطلاعات محیطی به روز یا واقعی را در اختیار همه افراد جهان از طریق اینترنت قرار می‌دهد.

در اواخر دهه 1990 سیستم ماهواره ای  ناوبری جهانی و تصاویر سنجش از دور کاملاً با GIS ادغام شده بودند. پرتاب ماهواره آیکونوس در سال 1999 نسل جدیدی از سنجش از دور ماهواره ای را با وضوح بسیار بالا آغاز کرد که داده‌های سنجش از دور را با وضوح مکانی 1 متر یا کمتر ارائه داد. همچنین در اواخر دهه 1990 فناوری هوابرد لیدار (تشخیص نور و محدوده) مجموعه ای از مدلهای دیجیتالی سطح و زمین دیجیتال با وضوح بالا و بسیار دقیق را متحول کرد. در دسترس بودن تصاویر سنجش از دور با وضوح بسیار بالا و داده‌های لیدار (تشریح شده درفصل 3 و 6) سطح جدیدی از قابلیت تحلیلی GIS را باز کرد که امکان تجزیه و تحلیل و مدلسازی دقیق محیط را در دهه 2000 فراهم آورد.

از سال 2006 تعدادی از سیستم عامل‌های نقشه برداری آنلاین از جمله Open tStree Map Google Earth  ،Google Maps ،Microsoft Virtual Earth و Wikimapia پدیدار شده اند. آنها به کاربران اجازه می‌دهند اطلاعات مکانی خود را به نقشه‌های ارائه شده در وب اضافه کنند، به عنوان مثال ناحیه ای روی نقشه نمایش داده شده را در وب انتخاب کرده و توضیحاتی برای آن ارائه دهند یا پیوندهایی به عکس ها، متن وقایع و کلیپ‌های ویدئویی مربوط به آن منطقه اضافه کنند. چنین اطلاعات ایجاد شده توسط کاربر اطلاعات جغرافیایی داوطلبانه نامیده می‌شود (گودچایلد، 2007). روش گردآوری داده‌ها از طریق این بسترهای مبتنی بر اینترنت، نقشه برداری جمعی نامیده می‌شود  (کروکس و همکاران، 2009).  یک رویکرد ابتکاری برای جمع آوری داده‌های محیط زیستی در تعامل با جامعه گسترده (جزئیات بیشتر در آن ارائه شده است) ارائه می‌دهد (فصل 3). کادر 1-2 نمونه ای از سیستم نقشه برداری تجمعی را برای جمع آوری داده‌ها در مورد گونه‌های گیاهی و جانوری شاخص در استرالیا ارائه می‌دهد.

شکل 1-10 روابط وب سازمان آب و هوایی

با گسترش روزافزون دستگاه‌های مجهز به سیستم ماهواره ای  ناوبری جهانی و تکنیک‌های پیشرفته اکتسابی داده ها، از جمله سنجش از دور با وضوح بسیار بالا و اطلاعات جغرافیایی داوطلبانه مبتنی بر اینترنت، داده‌های مکانی گسترده جمع آوری شده و همچنان در حال جمع آوری هستند که منجر به ایجاد پایگاه داده‌های مکانی بزرگ شده است. در سالهای اخیر تقریباً همه سیستمهای سیستم  مدیریت پایگاه داده شناخته شده برای انواع داده‌های مکانی پشتیبانی شده و قابلیت ذخیره و مدیریت داده‌های مکانی را با جستجو و ویراش داده‌های مکانی ارائه می‌دهند. مایکروسافت با انتشار سرور  [1]SQL(زبان جستجوی ساختار یافته) شامل انواع داده‌های مکانی، توابع و فهرست‌ها در سال 2008 جدیدترین شرکت کننده در چالش پایگاه داده مکانی است. در عین حال افزایش علاقه به توسعه ابزارهای خودکار یا نیمه خودکار با استفاده از روش‌هایی در تقاطع هوش مصنوعی، یادگیری ماشین، آمار مکانی و سیستم‌های پایگاه داده مکانی برای افزایش قابلیت‌های اکتشافی و تحلیلی  GIS وجود دارد. هدف این ابزارها ارائه GIS با قابلیت ارائه فرضیه‌های محتمل، شناسایی الگوهای مکانی یا کشف دانش از پایگاه‌های داده مکانی بزرگ است (میلر و هان 2009).

آنها در یک سیستم GIS به عنوان توابع استاندارد داخلی، مجموعه ابزارهای اختیاری یا افزونه‌ها گنجانده شده اند. بسیاری از سیستم‌های نرم افزاری GIS کیت‌های توسعه نرم افزار (SDK)، زبانهای برنامه نویسی و رابط‌های برنامه نویسی را برای توسعه ابزارهای تحلیلی خود ارائه می‌دهند.

علاوه بر این تکنیک‌های تجسم مکانی به پیشرفت خود ادامه می‌دهند. واقعیت مجازی و کره‌های مجازی به عنوان بخشی از توسعه سه بعدی نقشه GIS ظاهر شده‌اند که به نمایش مجازی یک منظره واقعی با جزئیات بسیار کمک می‌کند تا اطلاعات زمینه ای را برای درک بهتر پدیده‌های محیطی و فرایندهای محیطی ارائه دهد. بر خلاف نقشه سه بعدی ایستا، واقعیت مجازی می‌تواند یک مدل منظره سه بعدی ایجاد کند که در آن کاربران می‌توانند غوطه ور شده و در بین عناصر و اشیاء متحرک منظره حرکت کنند. با پرواز در مدل مجازی یک منظره واقعی کاربران نه تنها می‌توانند ویژگیهای منظره و پدیده‌های محیطی پوشاننده آن را از نظر بصری جستجو کنند بلکه روابط و الگوهای خود را نیز کشف می‌کنند. گوگل ارث[2]  اولین جهان مجازی بود که در سال 2006 راه اندازی شد. بلافاصله به عنوان یک رسانه جدید برای تجسم ویژگیهای محیطی و زمین در نظر گرفته شد. جهانهای مجازی از جمله Google Earth ، Microsoft Virtual Earth ، NASA World Wind و ArcGIS Explorer به صورت رایگان در دسترس هستند. آنها اجازه می‌دهند چندین زاویه دید پانل و زوم شوند و یک استراتژی کارآمد برای جستجوی داده‌ها با ارائه یک نمای کلی در ابتدا ایجاد شده و سپس بزرگنمایی برای ارائه جزئیات در صورت نیاز برای جلوگیری از شلوغی بصری اتخاذ کنند. آنها یک محیط مجازی برای ادغام نقشه‌های موضوعی دیجیتال با داده‌های زمینه ای با وضوح مکانی بسیار بالا و تصاویر سنجش از دور فراهم می‌کنند بنابراین نمایش بصری و ارائه موثر اطلاعات محیطی به مخاطبان گسترده را امکان پذیر می‌کند. هم از واقعیت مجازی و هم از جهانهای مجازی برای جستجوی متقابل فرآیندهای محیطی، نظارت بر خطرات طبیعی، تولید واقعیت‌های مجازی، نمایش سناریوهای مختلف مدیریت محیط زیست و تأثیرات آن و نیز بازسازی مناظر قبل از فعالیت انسان استفاده شده است.

شکل 1-11 کلاینت-ساختار سرور GIS توزیع شده

با بلوغ وب و فناوری‌های محاسباتی توزیع شده و همچنین استفاده گسترده از شبکه‌های بی سیم در خانه ها، موسسات آموزشی و فضاهای عمومی شهری، GIS امروزی نه تنها بر روی رایانه‌های رومیزی بلکه بر روی دستگاههای تلفن همراه یا از طریق وب از راه دور نیز قابل اجرا است. مکان‌های GIS توزیع شده سیستمی است که در آن اجزای GIS بین رایانه‌ها در چندین مکان جغرافیایی از طریق شبکه کامپیوتری (مانند اینترنت) به هم متصل می‌شوند. شکل 1-11 کلاینت – ساختار سرور معمولی GIS توزیع شده را نشان می‌دهد. با این ساختار ابزارها و اجزای مدیریت داده‌های سیستم GIS در یک سرور GIS مستقر در مکان قرار دارند در حالی که جزء رابط GIS بر روی چندین رایانه رومیزی به نام کلاینت نصب شده در مکانهای دیگر نصب شده است که از طریق آنها کاربران به ابزارهای GIS، ابزارها، پایگاه‌های داده مکانی و عملکردهای مدیریت پایگاه داده در سرور دسترسی پیدا می‌کنند.

کلاینتها و سرورها از طریق شبکه کامپیوتری ارتباط برقرار می‌کنند. مثلا GIS توزیع شده می‌تواند نقشه‌های وب، خدمات داده و قابلیت پردازش داده‌های مکانی را از طریق یک سرور یا سرورهای GIS اختصاصی ارائه دهد. امروزه تقریباً همه از شکلی از GIS توزیع شده از ایجاد مسیرهای رانندگی با استفاده از گوگل مپها[3] تا مشاهده عکس‌های هوایی از طریق سرور GIS از راه دور با استفاده از مرورگر وب به عنوان مشتری استفاده می‌کنند. GIS توزیع شده به سازمانهای مختلف یا بخشهای مختلف درون یک سازمان اجازه می‌دهد تا نرم افزار و منابع داده GIS را به اشتراک بگذارند و توابع GIS توزیع شده جغرافیایی و پایگاه داده‌های مکانی را قادر می‌سازد تا به یکدیگر متصل شوند تا برنامه‌های کامل محیطی را تولید کنند.

مفهوم GIS توزیع شده به تدریج از ابتدای سال 2010 به GIS ابری تبدیل شده است (بات و همکاران، 2011). Cloud GIS از پردازش ابری برای پردازش توزیع شده مجموعه داده‌های مکانی بزرگ استفاده می‌کند. رایانش ابری نوعی سیستم توزیع شده است که شامل مجموعه ای از رایانه‌های مجازی به هم متصل شده بوده و به عنوان یک یا چند منبع محاسباتی یکپارچه برای برنامه‌های کاربردی فشرده و محاسباتی ارائه می‌شوند (هایس 2008). این نرم افزار اساساً نرم افزار داده‌ها و برنامه‌های کاربردی را از رایانه‌های محلی به مجموعه ای پراکنده از رایانه‌ها و مراکز داده از راه دور منتقل می‌کند و آنها را به عنوان سرویس از طریق اینترنت ارائه می‌دهد. سه نوع عمده محاسبات ابری وجود دارد : نرم افزار به عنوان سرویس (SaaS)، پلت فرم به عنوان سرویس (PaaS) و زیرساخت به عنوان یک سرویس(IaaS). SaaS همچنین به عنوان نرم افزار درخواستی نیز شناخته می‌شود، نرم افزار و داده‌های مرتبط را به طور مرکزی در ابر ذخیره می‌کند. دسترسی کاربران به نرم افزار مورد نیاز از طریق مرورگر وب فراهم می‌شود. ارائه دهندگان ابر زیرساخت‌ها و سیستم عامل‌هایی را که نرم افزار بر روی آنها اجرا می‌شود مدیریت می‌کنند. بنابراین SaaS نیاز به نصب و اجرای نرم افزار بر روی رایانه‌های خود کاربر را برطرف می‌کند. PaaS یک پلتفرم محاسباتی را به عنوان سرویسی ارائه می‌دهد که توسعه دهندگان می‌توانند با استفاده از ابزارهای ارائه شده توسط ارائه دهندگان ابر، برنامه‌های کاربردی را بسازند و به کار گیرند. توسعه و استقرار برنامه‌ها را بدون نیاز به خرید و مدیریت ابزارهای سخت‌افزاری و نرم‌افزاری زیربنایی توسط کاربران تسهیل می‌کند. IaaS رایانه ذخیره سازی، بسته نرم افزاری، شبکه یا سایر زیرساخت‌های فناوری اطلاعات را برای استقرار و نگهداری سیستم عاملها و نرم افزارهای کاربردی در اختیار کاربران قرار می‌دهد. خدمات ابری بر اساس توافقنامه‌های سطح خدمات ارائه می‌شود که معمولاً بر اساس میزان استفاده از آنها قیمت گذاری می‌شود (شکل 1-12).   [4]EBAO نمونه ای از ابر GIS ارائه SaaS است[5] . این نرم افزار امکان تجزیه و تحلیل در صورت تقاضای مناطق تجاری، رقابت، عرضه و تقاضا با استفاده از GIS و اطلاعات جمعیتی، هزینه‌های مصرف کننده و کسب و کار برای ایالات متحده و کانادا که توسط ESRI (موسسه تحقیقات سیستم‌های محیطی) که تبلیغ می‌شود را فراهم می‌کند. کاربران نیازی به مدیریت داده‌ها و نرم افزار GIS ندارند و گزارش‌ها و نقشه‌های حاصل از تجزیه و تحلیل درخواستی از طریق وب به کاربران تحویل داده می‌شود.

شبکه EyeOnEarth [6] نمونه دیگری از GIS ابری است که توسط آژانس محیط زیست اروپا (EEA) میزبانی شده است. این GIS ابری همچنین SaaS را ارائه می‌دهد که از ابزار GIS برای تهیه نقشه و دسترسی به مجموعه داده‌های محیطی (مانند کاربری و پوشش زمین، کیفیت هوا و آب، نیتروژن منابع مختلف، دمای سطح دریا و خطر موج گرما در شهرهای اروپا) استفاده می‌کند. این شبکه به افراد اجازه می‌دهد تا داده‌های محیطی را با دیگران و در میان گروه‌ها به اشتراک بگذارند. گروه‌های ذینفع مربوطه می‌توانند از شبکه به عنوان یک پلت فرم محیطی برای همکاری با یکدیگر برای درک مشکلات، طراحی راه حل‌ها و انجام اقدامات استفاده کنند. از این قبیل GIS ابری می‌توان برای حمایت از مشارکت شهروندان و حل مشكلات محیطی مشاركتی استفاده نمود. آنها اجازه می‌دهند داده ها، اطلاعات و دانش محیطی در هر مکان و زمانی قابل دسترسی، اشتراک گذاری، تجزیه و تحلیل و قابل کاربرد باشند.

شکل 1-12 GIS ابری

برگرفته از کتاب کاربرد GISدر محیط زیست

ترجمه:سعید جوی زاده،شهناز تیموری،فاطمه حسین پور فرزانه