GIS برای برنامه‌های کاربردی محیط زیست از دیدگاه تاریخی
GIS رایانه ای با توسعه میکرو رایانه ها، سیستم عامل‌های اشتراک گذاری زمان و محاسبات توزیع شده عملی شد. تاریخچه پیاده سازی سیستم‌های GIS کامپیوتری از اواسط دهه 1960 آغاز می‌شود : زمانی که اولین سیستم GIS واقعی، سیستم اطلاعات جغرافیایی کانادا یا CGIS توسعه یافت. هدف CGIS کمک به دولت فدرال کانادا برای تعیین مکان و تعیین کمیت منابع طبیعی و قابلیت زمین روستایی کانادا (تاملینسون 1967) بود. از آن زمان، فناوری GIS تکامل یافته و کاربردهای جدید GIS توسعه و مطالعه شده است. تکامل فناوری GIS به عنوان مجموعه ای از نوآوری‌ها و پیشرفت‌ها در تجسم فضایی، مدیریت داده‌های فضایی، تجزیه و تحلیل مکانی و تکنیک‌های جمع آوری داده‌های مکانی و همچنین سیستم عامل‌های محاسبه GIS مشخص می‌شود. شکل 1-9 نشان می‌دهد GIS ریشه در نقشه برداری کامپیوتری دارد. نقشه‌ها قرن‌ها به عنوان وسیله ذخیره سازی اطلاعات برای پاسخگویی به نیازهای جامعه عمل کرده اند. آنها از نمادها برای نشان دادن توزیع‌های جغرافیایی پدیده‌های محیطی بر اساس یک سیستم ارجاع جغرافیایی خاص استفاده می‌کنند (فصل 2) و با توجه به مجموعه ای از اصول طراحی نقشه (مورد بحث درفصل 8) قبل از انقلاب رایانه ای در نقشه کشی، نقشه‌ها عمدتا با روشهای دستی و عکس شیمیایی تولید می‌شدند که به آنها تولید نقشه عکس مکانیکی می‌گویند (رابینسون و همکاران 1995). این یک فرآیند گران و طولانی بود که شامل جمع آوری داده ها، گردآوری، پیش نویس و چاپ بود و از نظر فنی بسیار سخت بود. تا زمانی که یک نقشه منتشر شود ممکن است برخی از محتویات آن قدیمی شده باشند. تجزیه و تحلیل و نظارت بر محیط زیست، مانند نظارت بر زلزله، آلودگی هوا و آتش سوزی جنگل‌ها اغلب مستلزم به روزرسانی مکرر نقشه‌ها است. برخی از کارهای نظارتی ممکن است نیاز به نقشه‌هایی داشته باشند که هر روز یا حتی هر ساعت به روز شوند. بدیهی است تولید نقشه عکس مکانیکی نمی‌تواند چنین نیازی را برآورده کند. علاوه بر این، اگرچه نقشه‌های چاپی منبع اصلی اطلاعات را برای کمک به ما در درک الگوهای مکانی و روابط پدیده‌های محیطی فراهم می‌کردند، اما استفاده از آنها برای تجزیه و تحلیل کمی دشوار بود. علاوه بر این مشکلات محیط زیستی پیچیده است. برای یافتن راه حل باید عوامل زیادی را در نظر گرفت. به عنوان مثال انتخاب محل برای محل دفن زباله بر اساس تجزیه و تحلیل یکپارچه خاک، کاربری زمین هیدرولوژی، جمعیت، حمل و نقل و سایر عوامل محیطی و اقتصادی-اجتماعی می‌باشد. یک رویکرد رایج در گذشته برای چنین تحلیل‌های یکپارچه‌ای، همپوشانی نقشه بود که شامل ردیابی دستی نقشه‌های چاپ شده برای عوامل مختلف و سپس اضافه کردن ردیابی‌ها برای شناسایی مناطقی است که شرایط آنها با هم تداخل دارند. تجزیه و تحلیل همپوشانی دستی زمانبر است و زمانی که نیاز به ترکیب تعداد زیادی نقشه باشد غیرعملی می‌شود.
شکل 1-9 – تکامل فناوری GIS
در دهه‌های 1960 و 1970 سیستم‌های GIS عملاً سیستم‌های نقشه برداری کامپیوتری بودند که هدف آنها خودکارسازی فرایند تولید نقشه و تسهیل تجزیه و تحلیل کمی و ادغام داده‌های نقشه بود. داده‌های مکانی با کدگذاری دستی یا دیجیتالی شدن دستی نقشه‌های چاپ شده، عکس‌های هوایی یا تصاویر با استفاده از یک تبلت دیجیتالی، معادل الکترونیکی جدول پیش نویس وارد شد. از چاپگرهای خط استاندارد به عنوان دستگاه‌های نقشه برداری استفاده می‌شد که با استفاده از کاراکترها نقشه‌های بسیار خام و بی کیفیت تولید می‌کردند. بعدها از نقشه کشان برای ترسیم نقشه‌هایی با کیفیت بهتر استفاده شد. چندین ساختار داده نقشه کشی برای کدگذاری داده‌های نقشه ایجاد شد (پئاکواست، 1984). مثلا ساختار داده DIME (کدگذاری مستقل دوگانه نقشه) در اواخر دهه 1960 توسط اداره سرشماری ایالات متحده برای رمزگذاری خیابانها و روابط توپولوژیکی آنها برای ارجاع و تجمیع سوابق سرشماری طراحی شد. سیستم ODYSSEY GIS که در 1970 توسط آزمایشگاه گرافیک رایانه ای و تحلیل مکانی دانشگاه هاروارد توسعه یافت، پیشگام ساختار داده‌های قوس و گره برای کدگذاری دیجیتالی ویژگیهای خط و ناحیه در نقشه‌ها بود (پیوکر و چریسمن، 1975). این ساختار داده‌های نقشه نگاری، پایه‌هایی را برای توسعه مدلهای داده مکانی و ساختار داده‌ها برای فراهم آوردن مدیریت داده‌های مکانی در GIS مدرن که در آن مورد بحث قرار می‌گیرد. در فصل 2 سیستم‌های GIS در این دوره به سادگی “نقشه در نقشه” بودند،. آنها اطلاعات ورودی مکانی انعطاف ناپذیر ، مدیریت داده‌های مکانی ضعیف ، نمایش محدود نقشه برداری و قابلیت ویرایش و تجزیه و تحلیل ساده نقشه‌ها را داشتند. علاوه بر این آنها عموماً بر روی رایانه‌های بزرگ اصلی که معمولاً به حالت تجمعی کار می‌کردند اجرا می‌شدند.
سیستم‌های اولیه GIS عمدتا برای موجودی زمین و منابع طبیعی مانند MLMIS (سیستم اطلاعات مدیریت زمین مینه سوتا)، CGIS ( سرویس تحقیقاتی گارد ساحلی ایالات متحده ) و LUNR (سیستم موجودی کاربری زمین و منابع طبیعی) (کوپاک و ریند، 1991) بکار گرفته می‌شد.
اولین میکرو رایانه مورد کاربرد برای مصارف خانگی IBM PC در سال 1981 معرفی شد. این امر هزینه سخت افزار محاسباتی را برای عملکرد GIS کاهش داد و عصر ایستگاه‌های کاری و GIS رومیزی را آغاز کرد. در دهه 1980 بود که GIS واقعاً شروع به کار کرد. با افزایش قدرت محاسباتی کامپیوترها، عملکردهای اساسی مدیریت و تجزیه و تحلیل داده‌های مکانی توسعه یافت که قابلیت‌های نقشه برداری رایانه ای را با مدیریت پایگاه داده و برخی قابلیت‌های تحلیلی ترکیب کرد. GIS به عنوان یک فناوری پردازش داده‌های فضایی، مدیریت، تجزیه و تحلیل و نقشه برداری آغاز به بلوغ کرد. نسل اول GUI ها، از جمله X-Windows ، Microsoft Windows و Macintosh اپل، استفاده از نرم افزار GIS را بسیار آسان کرده است. پیشرفت قابل توجهی در دهه 1980 راه اندازی ARC/INFO بود که اولین بسته نرم افزاری تجاری GIS که برای میکروکامپیوترها طراحی شده بودند. ARC/INFO از دو جزء نرم افزاری تشکیل شده بود : ARC مجموعه ای از داده‌های فضایی، ابزارهای پردازش و خروجی و INFO یک سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه ای (DBMS) برای مدیریت داده‌های غیر مکانی است. این نقطه شروع زمانی بود که از فناوری DBMS غیر مکانی معمولی در GIS برای ایجاد و مدیریت پایگاه داده استفاده شد. همراه با این، توابع سوالات مکانی توسعه داده شد که به کاربران اجازه داد اطلاعات را از پایگاه داده GIS بر اساس مکانهای جغرافیایی بازیابی کنند یا به جستجوی موجودیت‌های جغرافیایی در پایگاه داده برای تهیه نقشه بپردازند. شرکت‌های جنگلداری و آژانس‌های منابع طبیعی از اولین کسانی بودند که GIS را به عنوان ابزاری برای ایجاد پایگاه‌های داده مکانی برای نظارت و تنظیم کاربرد جنگل و سایر منابع طبیعی به کار گرفتند. دهه 1980 نیاز سریع برای داده‌های مکانی را تجربه کرد که منجر به ظهور صنعت داده‌های مکانی و بازاری برای داده‌های مکانی دیجیتال شد. فن‌آوری‌های جدید برای جمع‌آوری داده‌های مکانی از جمله اسکنر خودکار و فناوری سنجش از راه دور به کار گرفته شد. سنجش از دور دیجیتال با وضوح متوسط به ویژه برنامه ماهواره ای منابع Landsat Earth، به منبع جدیدی از داده‌های مکانی دیجیتال برای GIS تبدیل شد. علاوه بر افزایش قابلیت دسترسی داده‌ها و بهبود مدیریت داده‌های فضایی، توابع ویرایش و تجزیه و تحلیل داده‌های مکانی در اکثر سیستم‌های GIS مانند دیجیتالی شدن تشخیص و تصحیح خطا، تعمیم نقشه (مثلا ساده سازی ویژگیهای جغرافیایی)، ویرایش لایه نقشه (مثلا تغییر مقیاس)، سنجش هندسی، تولید بافر، آنالیز روکش و تجزیه و تحلیل زمین دیجیتال وجود داشت (بری 1987، دانگرموند 1983). به طور خاص مفهوم و تکنیک‌های اجباری نقشه توسعه داده شد که امکان ویراش نقشه‌ها به عنوان متغیر را با عملیات ریاضی فراهم کرد. پیاده سازی جبر نقشه، مدلسازی محیطی را در محیط GIS تسهیل می‌کند. با این حال، سیستم‌های GIS در دهه 1980 فاقد قابلیت‌های تحلیلی و مدلسازی مکانی بودند (گودچایلد 1990).
در دهه 1990 شاهد رشد چشمگیری در زمینه فناوری GIS و کاربرد آن بودیم. GIS رومیزی رواج پیدا کرد، ابزارهای تجزیه و تحلیل مکانی جدیدی اضافه شد، اینترنت پدیدار شد و سیستم‌های GIS و نقشه برداری توزیع شده و وب بوجود آمد و برنامه‌های GIS از نقشه برداری کامپیوتری و موجودی منابع طبیعی تا تجزیه و تحلیل محیطی، مدلسازی و تصمیم گیری گسترش یافت. قابلیت‌های GIS برای تجزیه و تحلیل محیط عمدتا بر اساس اصول ارتباط مکانی اتصال (مثلا برای سنجش ارتباط کریدورهای زیستگاه حیات وحش و یا پیوستگی مکانی آنها)، پیوستگی (مثلا برای شناسایی انواع کاربری زمین، پوشش اراضی مجاور یک زیستگاه، مجاورت (مثلا ایجاد مناطق حائل برای تعیین مناطق قابل دسترس خوب به منابع آب) و روشهای همپوشانی (مثلا برای شناسایی مکانهای احتمالی دفع زباله‌های هسته ای از طریق آنالیز پوشش با تعدادی از عوامل محیطی و اقتصادی- اجتماعی) می‌باشد. اما سیستم‌های GIS هنوز فاقد انواع ویژگیهای تحلیل مکانی و مدلسازی مورد نیاز برای مدلسازی پیچیده محیطی و تصمیم‌گیری هستند. مخصوصا GIS به خوبی برای مدیریت زمان یا تعامل متغیرهای در حال تغییر طراحی نشده است که مدلهای محیطی به طور موثر از عهده آنها بر می‌آیند. این موضوع باعث ادغام GIS و مدلسازی محیطی شد. برخی از بسته‌های نرم افزاری GIS دامنه عملیات تجزیه و تحلیل مکانی را برای پشتیبانی از مدلسازی محیطی مانند IDRISI افزایش دادند. پیوندهای بین برخی بسته‌های آماری (S-Plus) و GIS (مانند ArcView) برای افزایش قدرت GIS برای مدلسازی آماری ایجاد شده است. یک بسته تجزیه و تحلیل داده‌های مکانی مستقل، ماشین تجزیه و تحلیل جغرافیایی (GAM)، برای پشتیبانی از تجزیه و تحلیل آماری فضایی، از جمله تجزیه و تحلیل الگوی مکانی و طبقه بندی توسعه یافته است (اوپن شاو، 1998). به طور قابل توجهی پتانسیل GIS دانشمندان محیط زیست را برای تجزیه و تحلیل مکانی و مدلسازی در سراسر جهان جذب کرده بود. ادغام GIS و مدلسازی محیطی در این دوره به طور مداوم پیگیری شد. ست کردن GIS با انواع مدلهای محیطی مانند سطح زمین، زیر زمین ( ویلسون 1996)، هیدرولوژیکی (سوئی و ماجیو، 1999)، اتمسفری (پیل کی و همکاران، 1996) و مدلهای اکولوژیکی (هانساکر و همکاران، 1993)، برای پرداختن به مدلهای معاصر مسائل محیط زیستی از تحقیقات تغییرات جهانی تا مدیریت منابع زمین و آب و ارزیابی خطرات زیست محیطی آغاز گردید. توسعه سیستم‌های پشتیبانی تصمیم گیری مکانی برای حمایت از فرایند تصمیم گیری محیط زیستی در ارتباط با GIS و مدلهای محیطی خاص حوزه و تکنیک‌های تجزیه و تحلیل تصمیم (مانند تصمیم گیری چند معیاره و بهینه سازی چند هدفه) نیز در دهه 1990 شتاب گرفت (دنشام 1991، ژو 1997، ژو و دیل 2000). از این رو در همین حال، سیستم مکان یابی جهانی آمریکا (GPS) با شبکه ای از 24 ماهواره ناواستار در سال 1993 تکمیل شد و به منظور جمع آوری داده‌ها برای GIS مورد استفاده قرار گرفت. GPS اولین سیستم ماهواره ای ناوبری جهانی (GNSS) در دنیا بود. روسیه دومین سیستم ناوبری جهانی (GLONASS) را در سال 1995 تکمیل کرد. یک سیستم آزمایشی چینی 1-بئی دوآ در سال 2003 تأسیس شد تا خدمات را در چین و مناطق همسایه ارائه دهد. یک سیستم ناوبری جهانی کامل با مقیاس چینی 2- بئی دوآ در سال 2011 عملیاتی شد و ارائه خدمات برای منطقه آسیا و اقیانوسیه را در سال 2012 آغاز کرد و پس از اتمام آن در سال 2020 شروع به خدمت رسانی به مشتریان جهانی نمود. یک سیستم اروپایی (GALILEO) ظهور پیدا می‌کند که تا سال 2016 به بهره برداری خواهد رسید و تا پایان سال 2020 به اتمام خواهد رسید. سیستم ناوبری جهانی موقعیتهای سه بعدی (عرض جغرافیایی، طول جغرافیایی و ارتفاع جغرافیایی در سطح زمین و نیز زمان و سرعت) را ارائه می‌دهد. این یک ابزار مقرون به صرفه، دقیق و در سطح جهانی برای جمع آوری داده‌های مکانی است که داده‌ها در آن در حال حاضر به صورت نقشه آنالوگ در دسترس نبوده یا در آنجا هنوز تحقیقات اولیه برای جمع آوری داده‌ها مورد نیاز است. داده‌های سیستم ماهواره ای ناوبری جهانی را نه تنها برای نقشه برداری بلکه برای مرجع نگاری و صحت صحت داده‌های محیطی استفاده می‌نمایند. اطلاعات بیشتر در مورد سیستم ماهواره ای ناوبری جهانی به ویژه GPS ارائه شده است (فصل 3).
با افزایش چشمگیر داده‌های مکانی از منابع مختلف، مدیریت موثر پایگاه‌های داده مکانی بزرگ و پیچیده در GIS حیاتی شد. به همین دلیل GIS با استفاده از پسوندهای مکانی به یکپارچگی کامل با سیستم مدیریت پایگاه داده مرتبط شد که اجازه داد داده‌های مکانی در یک سیستم مدیریت پایگاه داده مرتبط ترکیب شوند. نمونه‌هایی از چنین سیستم‌های مدیریت پایگاه داده عبارتند از توسعه دهنده مکانی DB2 IBM و Oracle 7 با گزینه داده‌های مکانی (که اکنون Oracle Spatial و Graph نامیده می‌شود). نقشه برداری چند رسانه ای قبل از اینترنت انجام شد.
بدون دیدگاه