syberGIS چیست؟

1. زمینه
2. CyberGIS
3. پیشبرد هم افزایی CI و CyberGIS

1. پس زمینه

اصطلاح زیرساخت سایبری (CI) توسط کمیته Blue-Ribbon بنیاد ملی علوم (NSF) ابداع شد تا نشان دهد چگونه حالت‌های سنتی همه زمینه‌های تحقیقاتی با قابلیت‌های یکپارچه‌سازی رایانه‌های با کارایی بالا، همکاری پیشرفته، بهبود یافته و متحول می‌شوند. ابزارها و امکانات، ابزارهای ذخیره سازی و تجسم داده ها، و شبکه های حسگر در عصر دیجیتال (اتکینز و همکاران 2003؛ وانگ و آرمسترانگ 2009).

مانند زیرساخت‌های فیزیکی جاده‌ها، پل‌ها، شبکه‌های برق، خطوط تلفن و سیستم‌های آبی که از جامعه مدرن پشتیبانی می‌کنند، CI مخفف رایانه‌های توزیع‌شده، فناوری‌های اطلاعات و ارتباطات همراه با پرسنل و اجزای یکپارچه‌ای است که یک اکوسیستم دیجیتال بلندمدت را برای توانمندسازی تحقیقات فراهم می‌کند. و شیوه های آموزشی (وانگ 2013). E-Science اصطلاح مشابهی است که در اروپا با تأکید اصلی بر چگونگی تغییر علم و شیوه های مهندسی توسط CI ابداع شده است. اگرچه از دیدگاه‌های کمی متفاوت می‌آیند، اما هم CI و هم علم الکترونیک الگوی قدرتمندی را نشان می‌دهند که در آن رایانه‌های با کارایی بالا و توزیع‌شده، سیستم‌های دانش فشرده داده، و فناوری‌های اطلاعات و ارتباطات برای ارائه خدمات برای توانمندسازی تحقیقات، آموزش و بورس تحصیلی ادغام شده‌اند. ،

شکل 1. زیرساخت سایبری پیشرفته و cyberGIS برای فعال کردن محیط های دانش جدید برای تحقیق و آموزش. منبع: نویسنده

بسیاری از حوزه های تحقیقاتی CI را برای تغییر وضعیت هنر خود توسعه داده و از آن استفاده کرده اند و به نتایج قابل توجهی دست یافته اند (Anselin and Rey 2012؛ Li 2018؛ Wang and Goodchild 2018). با این حال، چالش‌های مهمی برای نوآوری و بهره‌برداری از CI در تحقیقات و شیوه‌های آموزشی وجود دارد، زیرا 1) فناوری‌های CI پیچیده هستند و به سرعت در حال پیشرفت هستند. و 2) نیروی کار CI در تحقیق و آموزش نیاز به تلاش های قابل توجهی برای توسعه دارد (Shook et al. 2019; Yang et al. 2010).

از نقطه نظر فناوری، CI از سیستم‌های محاسباتی با کارایی بالا، داده‌ها، منابع اطلاعاتی، شبکه، حسگرهای دیجیتالی فعال، ابزارها، سازمان‌های مجازی و رصدخانه‌ها، همراه با مجموعه‌ای از خدمات و ابزارهای نرم‌افزاری قابل همکاری تشکیل شده است (وانگ و زو 2008). این قابلیت‌ها مجموعاً فرصت‌های بزرگی را برای تغییر روش‌های توسعه و استفاده از علم اطلاعات جغرافیایی و سیستم‌های (GIS) برای دستیابی به GIS با کارایی بالا، توزیع‌شده و مشترک و پشتیبانی از حل و کشف مسائل جغرافیایی در مقیاس بزرگ و چندمقیاسی ارائه می‌کنند (وانگ). و همکاران 2013).

2. CyberGIS

CyberGIS به عنوان GIS مبتنی بر محاسبات پیشرفته و زیرساخت سایبری تعریف شده است (Wang 2017). در طول دهه گذشته به عنوان یک زمینه میان رشته ای پر جنب و جوش ظاهر شده است (وانگ 2010؛ وانگ و گودچایلد 2018؛ رایت و وانگ 2011). CyberGIS زیرساخت‌های سایبری پیشرفته و علوم الکترونیک، GIS، تحلیل و مدل‌سازی فضایی، و تعدادی از حوزه‌های مکانی را برای بهبود بهره‌وری تحقیقات و امکان پیشرفت‌های علمی، هم‌افزایی می‌کند (وانگ و همکاران 2013). این روش اساساً جدید GIS مبتنی بر ادغام جامع محاسبات با کارایی بالا و توزیع شده، کشف دانش مبتنی بر داده، تجسم و تجزیه و تحلیل بصری، و قابلیت‌های حل مسئله و تصمیم‌گیری مشارکتی است (وانگ 2010).

CyberGIS یک پایه محکم برای پیشرفت در حوزه های مختلف علم، فناوری و کاربرد فراهم کرده است و به طور کلی به نوآوری CI کمک کرده است (Wang and Goodchild 2018). برای مثال، NSF یک پروژه چند مؤسسه ای 4.8 میلیون دلاری را تأمین مالی کرد: یکپارچه سازی نرم افزار CyberGIS برای نوآوری پایدار جغرافیایی شامل تعدادی از مؤسسات دانشگاهی، شرکای صنعتی (به عنوان مثال Esri)، شرکای آژانس دولتی ایالات متحده (به عنوان مثال سازمان زمین شناسی ایالات متحده) و بودجه فدرال ایالات متحده است. آزمایشگاه تحقیق و توسعه (به عنوان مثال، آزمایشگاه ملی اوک ریج)، و شرکای بین المللی متعدد (وانگ و همکاران 2013) . با یک دامنه بین المللی، این پروژه یک چارچوب نرم افزار cyberGIS پایدار ایجاد کرده است (به عنوان مثال،  CyberGIS Science Gateway  وCyberGIS Toolkit ) ضمن دستیابی به پیشرفت‌های تحقیقاتی عمده در مقابله با چالش‌های محیطی و جغرافیایی چند مقیاسی.

3. پیشبرد هم افزایی CI و CyberGIS

چالش ها و فرصت های فوق العاده ای برای پیشبرد هم افزایی CI و cyberGIS وجود دارد. تحول اخیر محاسباتی و فشرده داده‌ها در شیوه‌های تحقیقاتی و آموزشی گسترده، چالش‌های مهمی را پیرامون cyberGIS و علم داده‌های مکانی ایجاد کرده است (Wang 2016). گسترش منابع داده‌های مکانی (مانند سنجش از راه دور، شبکه‌های حسگر و رسانه‌های اجتماعی) چالش‌های جدیدی مانند کیفیت داده‌های ضعیف یا ناشناخته، ابرداده‌های از دست رفته و فقدان طرح‌های نمونه‌گیری به‌خوبی تعریف شده را به همراه داشته است (Miller and Goodchild 2016). تکثیر این جریان‌های داده نشان‌دهنده یک مشکل بزرگ داده است که احتمالاً در آینده قابل پیش‌بینی کند نمی‌شود، بنابراین نوآوری در داده‌های مکانی پیشرفته و قابلیت‌های نرم‌افزاری مجهز به CI برای رسیدگی به آن مورد نیاز است. این فرصت نوآوری قابل توجه و منحصربه‌فرد است زیرا علم داده‌های مکانی اغلب به طور همزمان شامل قابلیت‌های محاسباتی، داده‌ها، و بصری فشرده با تعامل کاربر پاسخگو مورد انتظار است و بنابراین، نمی‌تواند به طور موثر توسط CI معمولی پشتیبانی شود. پیشرفت های عمده علمی و فناوری باید از طریق رویکردهای کل نگر برای ادغام جغرافیایی با CI پیشرفته و cyberGIS دنبال شود.

شایان ذکر است که یک سوال چالش برانگیز است. نحوه ادغام سیستماتیک داده‌های جغرافیایی، تحلیل و مدل‌هایی با مفروضات و کیفیت‌های مختلف، وضوح‌های مکانی و زمانی مختلف، و مدل‌های داده‌های متنوع و نمایش‌های معنایی برای درک پیچیدگی سیستم‌های دیجیتال، محیطی و انسانی جفت‌شده که به تعدادی از بزرگ‌ترین سیستم‌ها مرتبط هستند. چالش های علمی؟این سوال مهم باید برای انطباق با تعدادی از حوزه های علمی در حالی که مقیاس داده های بزرگ و محاسبات به نفع بسیاری از محققان است، مورد توجه قرار گیرد. چنین رویکردهای کل‌نگر احتمالاً مجموعه‌ای از ابزارهای نوآورانه، مبتنی بر جامعه، و توسعه‌پذیر و باز را برای یکپارچه‌سازی مکانی غنی از داده‌ها و دانش و علم جدید مرتبط با ترکیب داده‌های چندمنبعی و چندمنبعی جغرافیایی با رویکردهای پیشرفته CI و cyberGIS تولید می‌کنند. . رویکردهای خاص علم داده های مکانی شامل، اما نه محدود به ترکیب: (1) استنتاج های کمی و کیفی، (2) نمایش های سازگار از مکان و فضا با عدم قطعیت به طور صریح، (3) تعاملات مکانی و مکانی، (4) الگوهای جغرافیایی و مرتبط فرآیندها و بازخورد آنها، و (5) محاسباتی فشرده داده، مکانی،