لــمحـــة على نــظم المعلـومات الجغـرافية GIS

لــمحـــة على نــظم المعلـومات الجغـرافية GIS

ماهو نظام المعلومات الجغرافية
عبارة عن علم لجمع,وإدخال, ومعالجة, وتحليل, وعرض, وإخراج المعلومات الجغرافية والوصفية لأهداف محددة . وهذا التعريف يتضمن مقدرة النظم على إدخال المعلومات الجغرافية (خرائط, صور جوية, مرئيات فضائية) والوصفية (أسماء, جداول), معالجتها (تنقيحها من الاخطأ), تخزينها, استرجاعها, استفسارها, تحليلها (تحليل مكاني واحصائى), وعرضها على شاشة الحاسوب أوعلى ورق في شكل خرائط, تقارير, ورسومات بيانية.
وتساعد نظم المعلومات الجغرافية فى الإجابة على كثير من التسأولات مثل التى تخص التحديد (ما هذا) ,القياسات ( المسافات, والزاويا-الاتجاهات, والمساحات), والموقع (أين تقع مدينة صنعاء), والشرط (ماهى مدن الجمهورية التى عدد سكانها أكثر من 300000 نسمة), والتغير (ماهو التغير الذي حصل لمدينة صنعاء منذ عام 1980), والتوزيع النمطي (ماهى العلاقة بين توزيع السكان ومناطق تواجد المياه), وأنسب الطرق (ماهو انسب طريق بين مدينة حدة وصنعاء القديمة), والسيناريوهات (ماذا يحصل إذا زاد عدد سكان مدينة صنعاء 2000000 نسمة).

لمـحة تاريخية
بنظرة تاريخية خاطفة نجد أن نظم المعلومات الجغرافية بداءت في كندا عام 1964 على يد روجر توملنسون ويلقب أحيانا بأب نظم المعلومات الجغرافية وخلال فترة السبعينيات زاد عدد الشركات المتخصصة في برمجيات نظم المعلومات الجغرافية وشهدت فترة الثمانينات زيادة في الميزانية المرصودة للهائيات الحكومية والشركات الخاصة لنظم المعلومات الجغرافية, وكذلك زيادة في عدد المتخصصين وانخفاض في أسعار أجهزة الحاسوب والبرمجيات. و شهدت حقبة التسعينيات تحسن في البرمجيات وإمكانية برنامج واحد القيام بأعمال كانت في الماضي تحتاج لأكثر من برنامج. وبتطور أجهزة الحاسوب خلال الألفية الثالثة بداْ استخدام الوسائط المتعددة وشبكة الانترنت وسوف تشهد الفترة القادمة ثورة في استخدام الخرائط المتحركة وذلك بفضل التحسن الملحوظ في أجهزة الحاسوب المحمولة يدويا ((Palm PC, الانترنت, والاتصال اللاسلكي(WAP).
نظام المعلومات الجغرافي
نظام المعلومات الجغرافي و المشتهر اختصارا ( GIS ) هو وسيلة أو أداة تعتمد على الحاسب (الكمبيوتر) لتوصيل و تحليل الأشياء التي توجد على الأرض و كذلك الأحداث التي تحصل عليها و تجمع تقنية المعلومات الجغرافية (GIS) بين عمليات قواعد المعلومات الشائعة مثل "البحث" و "التحليل الإحصائي" و بين الفوائد الفريدة التي تقدمها الخرائط من التصور و التحليل الجغرافي . و تميز هذه القدرات بين نظام المعلومات الجغرافي (GIS) و أنظمة المعلومات الأخرى و تجعله ذات قيمة عالية لشريحة واسعة من الجمهور و الشركات الخاصة لشرح الأحداث و تخمين ما سيحدث و فهم إستراتيجيات التخطيط الصحيح.
إذا كنت تبحث في إنشاء مشروع تجاري جديد أو تبحث عن أحسن تربة لزراعة البرتقال أو تبحث عن أقصر الطرق لسيارة الإسعاف أو تبحث في المشكلات المحلية فإن جميعها لها عنصر جغرافي . و بذلك فإن نظام المعلومات الجغرافي (GIS) سوف يعطيك القوة لتكوين الخرائط و تكامل المعلومات و تصور السيناريوهات المختلفة و حل المشكلات المعقدة و تقديم الأفكار القوية و تطوير حلول ناجحة لم تكن ممكنة من قبل يعتبر نظام المعلومات الجغرافي (GIS) وسيلة تستخدم من قبل الأفراد و المنظمات و المدارس و الحكومات و الباحثين عن الفرص التجارية الخلاقة لحل مشكلاتهم جميعاً.
تعتبر صناعة الخرائط و التحليل الجغرافي ليس جديدة ، و لكن نظام المعلومات الجغرافي (GIS) يقوم بعمل تلك المهمات أفضل و أسرع من الطرق اليدوية القديمة . قبل ظهور نظام المعلومات الجغرافي (GIS) مجموعة قليلة من الناس لديها المهارات اللازمة لإستخدام المعلومات الجغرافية للمساعدة في أخذ القرار و حل المشكلات و تقدر صناعة أنظمة المعلومات الجغرافية (GIS) اليوم بالبلايين من الدولارات و توظف مئات الآلاف من الناس عالمياً كما أنها تدرس في المدارس و الكليات و الجامعات في مختلف أنحاء العالم يتزآيد إهتمام و معرفة المحترفين في كل التخصصات بالمزايا التي يمكن الحصول عليها عند التفكير و العمل جغرافيا.

عناصر نظم المعلومات الجغرافي
يجمع نظام المعلومات الجغرافي (GIS) بين خمسة عناصر أساسية ألا و هي جهاز الحاسب الآلي و البرامج التي تعمل عليها و البيانات التي تستخدم في الإدخال والإخراج و الناس الذين يستخدمونها و الطرق الفنية المتبعة في عمليات التحليل واتخاذ القرار يخزن نظام المعلومات الجغرافي (GIS) المعلومات عن العالم كمجموعة من الطبقات الرئيسية و التي يمكن الاتصال بها جميعاً باستخدام الجغرافيا . لقد أثبت هذا المبداء السهل و لكنه فائق القوة و المتنوع أنه لا يقدر بثمن لحل المشكلات الحقيقية مثل متابعة شاحنات التوصيل المتعددة للشركة و تحتوي المعلومات الجغرافية إما على مرجع جغرافي واضح مثل خط الطول و العرض أو إحداثي الشبكة المحلية ، و إما تحتوي على مرجع ضمني مثل العنوان و الرمز البريدي . تستخدم عملية آلية تعرف بالترميز هي عملية آلية تستخدم لتكوين مراجع جغرافية واضحة (متعددة المواقع) من مراجع ضمنية (أوصاف مثل العناوين) . تسمح لك هذه المراجع الجغرافية في تحديد مزايا مثل موقع تجاري أو أحداث كالزلازل على سطح الأرض للتحليل.
يتعامل نظام المعلومات الجغرافي (GIS) مع نوعين مختلفين جوهرياً من النماذج الجغرافية ألا و هي الكمية المتجهة و الصورة الممسوحة ضوئياً. باستخدام نموذج الكميات المتجه فإن المعلومات حول النقاط و الخطوط و المضلعات تشفر و من ثم تخزن كمجموعة من الإحداثيات السينية و الصادية ، و عليه فإن موقع نقطة ما يمكن و صفه بإحداثي سيني و صادي واحد . المواقع الخطية مثل الطرق و الأنهار يمكن تخزينها كمجموعة من إحداثيات النقاط . المواقع المضلعة (عديدة الأضلاع) مثل مواقع البيع يمكن تخزينها كإحداثيات حلقة مغلقة . و لذلك فإن نموذج الكمية المتجه شديد الفائدة في وصف المعالم المتقطعة و قليل الفائدة في وصف المعالم المستمرة التغير مثل نوع تربة أو تكلفة العلاج في المستشفيات . أما نموذج الصورة الممسوحة ضوئياً فيمكنها وصف المعالم المستمرة التغير . و تتكون الصورة الممسوحة ضوئياً من مجموعة من الخلايا الشبكية المتعامد كتصوير ورقة في آلة التصوير أو إرسال ورقة عبر الفاكس و كلا النموذجين لها مزايا و عيوب في تخزين المعلومات الجغرافية . و أنظمة المعلومات الحديثة لها القدرة على التعامل مع كلا النموذجين .
بيانات نظام المعلومات الجغرافي
ما هو نوع البيانات الخرائطية الذي أحتاجه ؟ إذا لم تكن ذو معرفة بالبيانات الخرائطية ، فكر أولاً كيف تريد أن تستخدم البيانات الخرائطية . يمكن مقابلة حاجة العديد من المشاريع بالأنواع الشائعة من البيانات الخرائطية التالية :
خرائط القاعدة : و تشمل الشوارع و الطرق السريعة و الحدود و الأماكن البريدية و السياسة و الأنهار و البحيرات و الحدائق و العلامات البارزة و أسماء الأماكن .
خرائط الأعمال و البيانات: و تشمل البيانات المتعلقة بالتعداد السكاني و الديموغرافية و تشمل منتجات المستهلكين و الخدمات المالية و العناية الصحية و العقارات و الاتصالات التلفونية و الاستعدادات للطوارئ و الجرائم و الإعلان و إنشاء الأعمال و النقل .
خرائط البيئة و البيانات : و تشمل البيانات المتعلقة بالبيئة و الطقس و المخاطر البيئية و صور الأقمار الصناعية و الطبوغرافية و المصادر الطبيعية
خرائط المراجع العامة : و تشمل خرائط العالم و الدول و البيانات الممكن أن تكون مؤسسة لقواعد معلوماتك .
أجهزة الحاسب الالى
شهدت السنوات الماضية تطورا ملحوظا فى مقدرات وحدات الحاسب الالى خاصة فى السرعة (2000 ميفاهرتز و أكثر), السعة التخزينية (120 قيقابايت وأكثر), و الذاكرة اللحظية ( 512 ميغابايت وأكثر). هذا التطور ادى إلى سرعة أنجاز كثير من عمليات التحليل المكاني فى وقت قصير. وكذلك بالنسبة لأجهزة الإدخال والإخراج أصبحت أكثر دقة وأكثر ألوانا وأصبح استخدام الوسائط المتعددة جزاء منها. واستخدام الوسائط المتعددة من تكامل صوت و صورة و فديو له أهميةخاصة فى فهم كثير من الظواهر الجغرافية. بالإضافة إلى التطور فى أجهزة الحاسب الالى نجد إن أسعارها قد انخفضت بكثير عما كان عليه فى الماضي .

مبادئ نظام المعلومات الجغرافية
مازالت الخرائط وسيلة هامة لإيصال الأفكار وتخطيط المشاريع وتنفيذها، فهي الأداة الأساسية لرسم الواقع كما نعيشه، أو كما نحب أن نعيشه. ولكن هذه الخرائط تتطلب زمناً طويلاً وجهداً شاقاً لرسمها، كما أنها ساكنة ولاتعكس التغييرات التي تطرأ من حولنا. ولذلك نلقي الضوء في هذه الدراسة على نظام المعلومات الجغرافية، وهو تقنية حاسوبية حديثة نسبياً، وأداة هامة للمهندسين ومتخذي القرار ومخططي المدن و أخصائيي البيئة والموارد الطبيعية. وونبين أنواع البيانات التي يعمل معها، والوظائف التي يقدمها، لإنشاء بيئة خرائط مبتكرة، زاخرة بالحياة.
يُعرّف نظام المعلومات الجغرافية (Geographic Information System: GIS) بأنه نظام حاسوبي لجمع وإدارة ومعالجة وتحليل البيانات ذات الطبيعة المكانية. ويُقصد بكلمة مكانية (spatial) أن تصف هذه البيانات معالم (features) جغرافية على سطح الأرض، سواء أ كانت هذه المعالم طبيعية كالغابات والأنهار أم اصطناعية كالمباني والطرق والجسور والسدود. يستخدم مصطلح معالم للإشارة أيضاً إلى الظواهر الطبيعية والبيئية مثل المد والجزر والتلوث وغيرها.
لكن هذا التعريف لا يعني أن نقيد استخدام نظام المعلومات الجغرافية بالمساحات الكبيرة، لأنه يمكن أن يستخدم في دراسة حيّ تكون المعالم الجغرافية فيه مؤلفة من عدد صغير من المنازل وشبكة الهاتف والكهرباء والمياه، أو في شركة واحدة تكون شبكة الحواسيب أحد المعالم فيها.


الشكل (1): يجمع نظام المعلومات الجغرافية تقنيات سابقة، ورث عنها بعض وظائفها وخصائصها
لعلك سمعت – اخى المستخدم – عن التطبيقات المشهورة لنظام المعلومات الجغرافية، مثل استخدامه في المواصلات لمعرفة أفضل الطرق بين موقعين في المدينة، أو استخدامه في مؤسسات الكهرباء لتوضيح مواقع مراكز التحويل وكيفية وصول الكهرباء إلى المناطق السكنية واكتشاف مصادر الأعطال بسرعة، أو استخدام الحكومات المحلية له في إدارة وتحديث حدود ملكية العقارات. لكن هذا النظام يمكن استخدامه تقريباً في أي شيء، فالتخطيط الجيد للخدمات الاجتماعية مثل الرعاية الصحية والتعليم الابتدائي يمكن إنجازه عبر نظام المعلومات الجغرافية، لما يتمتع به هذا النظام من قدرة على تحليل توزّع السكان ودراسة كيفية وصولهم إلى تلك المراكز الخدمية، وبالإضافة إلى ذلك يزداد استخدام نظام المعلومات الجغرافية باطّراد في مساعدة الأعمال التجارية على تحديد أسواقها المرتقبة والاهتمام بزبائنها.
يمكننا إذاً أن نُعرّف نظام المعلومات الجغرافية بأنه مجموعة من المبادئ والتقنيات المستخدمة لإنجاز أحد الهدفين التاليين أو كليهما:
·العثور على المواقع المناسبة لإنجاز هدف ما، اعتماداً على شروط ومعايير محددة، مثل العثور على أفضل موقع لإنشاء مطار، أو أفضل موقع لافتتاح مركز تجاري. ويمكن القيام بذلك باستخدام عدد من العمليات المنطقية.
·الاستعلام عن خصائص معالم الخريطة، مثل معرفة الكثافة السكانية لمنطقة إدارية، أو سرعة المركبة المسموح بها على طريق، أو اسم صاحب العقار. وتنجز هذه العمليات في الأغلب بالنقر على المعلم الجغرافي (المنطقة الإدراية أو الطريق أو العقار) فيقوم نظام المعلومات الجغرافية باستخراج سماته من قاعدة البيانات المرافقة ويعرضها.
تخزّن بيانات نظام المعلومات الجغرافية في أكثر من طبقة (layer) واحدة، وذلك للتغلب على المشاكل التقنية الناجمة عن معالجة كميات كبيرة من المعلومات دفعة واحدة. وتستخدم بعض البرامج مصطلح theme أي موضوع بدلاً من طبقة، ولكنها في طريقها إلى العودة إلى استخدام مصطلح طبقة. إن التغلب على مشكلة في طبقة الطرق، مثلاً، أفضل من معالجتها في كامل النظام، وتعتبر هذه السمة أساسية في نظام المعلومات الجغرافية. قياساً على ذلك يتألف مشروع نموذجي لنظام المعلومات الجغرافية لقرية من عدة طبقات، تشمل أولها طبقة حدود ملكية الأراضي الزراعية، وتُمثل هذه الطبقة بمجموعة من المضلعات المغلقة، لأن المضلعات هي الشكل الهندسي الأنسب لتمثيلها، بينما تخصّص الطبقة الثانية لبيوت القرية، والثالثة للمراكز الحكومية كالمدارس والمستشفيات وتُمثل هاتان الطبقتان بمجموعة من المضلعات أيضاً. وتتضمن الطبقة الرابعة الآبار، وتُمثل بمجموعة من النقاط. في حين تضم الطبقة
الأخيرة الطرق المارة في تلك القرية وتُمثل بمجموعة من الخطوط.


الشكل (2): تتألف خريطة ضاحية سكنية في مشروع GIS من طبقة حدود العقارات (مضلعات فارغة بنية)، والمباني السكنية (مضلعات مصمتة زرق)، والمراكز الخدمية (مضلعات مصمتة حمر)، ، والطرق (خطوط زرق)، والهواتف العمومية (نقاط سود). يعرض GIS هذه الطبقات معاً ولكنه يتيح التحكم بكل طبقة على حدة.
يمتلك نظام المعلومات الجغرافية إمكانيات خاصة لربط عدة طبقات من البيانات المكانية وتحليلها وإنشاء الخرائط التي تمثل نتائج ذلك التحليل، مثل ربط طبقة الأراضي الزراعية بطبقة الطريق المقترح إنشاؤها لاكتشاف أي الأراضي الزراعية تتأثر بمرور الطريق الجديدة فيها، والمساحة المطلوب شراؤها من المالك. أو ربط طبقة الأراضي الزراعية بطبقة الآبار لمعرفة عدد الآبار في كل أرض، واستخدام نتائج هذا الربط في دراسة تهدف إلى ضبط إجراءات ترخيص حفر آبار جديدة في القرية.
البيانات المكانية والوصفية
يتطلب فهم نظام المعلومات الجغرافية واستخدامه معرفة البيانات المكانية والبيانات الو صفية التي تؤلف قوام هذا النظام. تتضمن البيانات المكانية (SpatialData) معلومات عن موقع وشكل المعالم الجغرافية وتخزن عادة في إحداثيات، كما يمكن أن تتضمن معلومات أخرى عن علاقات تلك المعالم بعضها ببعض، مثل علاقتي الجوار والاتصال. بينما تتضمن البيانات الو صفية وهي السمات أو الأوصاف (attributes) الخصائص المرتبطة بتلك المعالم، وتخزن في جداول منفصلة عادة. وهكذا تتألف البيانات المكانية للآبار في مثال القرية السابق من إحداثيات س و ع تمثلان موقع البئر، وتتألف البيانات الو صفية أو السمات من اسم المالك، ورقم الترخيص، وعمق البئر. ويتميز نظام المعلومات الجغرافية بقدرته على ضم البيانات المكانية والسمات معاً.


الشكل (3): تتألف البيانات المكانية لطبقة الأشجار المعمرة في محمية طبيعية من جدول يتضمن رقماً فريداً وإحداثي س وإحداثي ع. أما السمات أو البيانات الوصفية فتتألف من جدول آخر يتضمن الرقم الفريد ذاته ونوع الشجرة وعمرها وارتفاعها

تمثَّل البياناتُ المكانية في نظام المعلومات الجغرافية عادة في هيئتين، أولاهما البيانات المتّجهة (vector data) وهي أشكال معرّفة هندسياً، وتتألف من النقاط والخطوط والمضلعات، وثانيتهما البيانات المتسامتة أو النقطية (raster data)، وهي الصور الجوية وصور الأقمار الاصطناعية، ويطلق عليها أيضاً بيانات الشبكة (griddata) لأنها مؤلفة من شبكة من الخلايا. ويمتلك كل نموذج من هذين النموذجين نقاط قوة ونقاط ضعف، ولذلك يجب اختيار أحد هذين النموذجين حسب طبيعة المشروع والبيانات المتوفرة، مع العلم بأن الصور كثيراً ما تستخدم كخلفية للبيانات المتجهة، ولا تكون في هذه الحالة جزءاً مهماً من بيانات مشروع نظام المعلومات الجغرافية.

الشكل (4): يمكن تمثيل المنطقة (في الأسفل) ببيانات متجهة (vector) في أربع طبقات (في الوسط)، أو ببيانات متسامتة (raster) من 400 خلية في أربعة ألوان (في الأعلى).
تكمن الفائدة الرئيسية في هيئة البيانات المتجهة في قدرتها على تمثيل المعالم الجغرافية تمثيلاً دقيقاً، وهذا يجعلها مفيدةً في مهام التحليل المكاني التي تتطلب تحديد المواقع بدقة، كما في التطبيقات الهندسية والمساحية. كما أن هذا النوع من البيانات يسمح بتعريف العلاقات المكانية بين المعالم، مثل علاقة الجوار بين عقارين وعلاقة اتصال شارع بآخر، أي إمكانية الانتقال من هذا الشارع إلى ذاك. ويعرف ذلك باسم الطوبولوجيا (topology)، وهي مهمة جداً في تحليل الشبكة مثل إيجاد أفضل الطرق بين موقعين في شبكة طرق معقدة.




الشكل (5):
تعرّف طوبولوجيّة الطريق في البيانات المتجهة نقطة بدايته ونهايته، ما يسمح لنظام المعلومات الجغرافية بفهم معنى "على يمين ويسار الطريق".
أما البيانات المتسامتة أو الصور فلا يمكنها تمثيل العلاقات الطوبولوجية بين المعالم الجغرافية، لأنها تتألف من شبكة من خلايا الصور أو البكسلات المنفصلة. ولكنها في المقابل مناسبة لتمثيل التدرّج أو التغيير المستمر في ظاهرة، مثل خريطة نوع التربة في الأراضي الزراعية، بينما تكون حدود التربة منفصلة عند تمثيلها في هيئة بيانات متجهة، لأن حدود المضلعات تكون واضحة وحادة. وتعتمد دقة هذا النوع من البيانات على حجم الخلية، وهو مساحة المنطقة من سطح الأرض الذي تمثله تلك الخلية، وكلما مثلت الخلية مساحة أصغر، كلما كان وضوح البيانات المتسامتة عالياً. ويمكن استخدام الصور الجوية وصور الأقمار الاصطناعية مباشرة في برمجيات نظام المعلومات الجغرافية القادرة على التعامل مع البيانات المتسامية. ولكن كلما زاد وضوح الصور كلما ازداد حجم الملف، وهذه إحدى المشاكل والقيود التي تحد من استخدام البيانات المتسامية.
تعتمد مسألة اختيار هذا النوع أو ذاك من البيانات، إذاً، على طبيعة وهدف مشروع نظام المعلومات الجغرافية. ويتوقف نوع البيانات أساساً على طبيعة البيانات وحجمها وسهولة تحليلها والدقة المطلوبة. وعموماً تعتبر البيانات المتجهة اقتصادية، وتوفّر مستوى عال من الدقة، ولكن استخدامها في الحسابات الرياضية صعب نسبياً. ومن ناحية أخرى تميل بيانات الشبكة إلى استهلاك مساحات تخزين كبيرة، وتتميز بوضوح منخفض، لكنها أسهل أثناء تنفيذ الحسابات الرياضية.
لا يستطيع نظام المعلومات الجغرافية تحليل المعلومات في خريطة، إذا لم تكن هذه البيانات في هيئة رقمية يستطيع الحاسوب قراءتها، وهي البيانات المتجهة أو البيانات المتسامية. لذلك تستخدم عدة طرق لتحويل الخرائط الو رقية إلى خرائط رقمية. يُستخدم الترقيم (digitizing) لإنشاء نموذج حاسوبي للخريطة الو رقية مؤلف من بيانات متجهة، وتنجز عملية الترقيم هذه بتتبّع معالم الخريطة بواسطة الفأرة أو القلم فوق سطح خاص لجمع إحداثياتها. كما يُستخدم المسح (scanning) أيضاً للحصول على بيانات متسامية من الخريطة الو رقية. يمكن استخدامها مباشرة، عندما يكون نظام المعلومات الجغرافية قادراً على تحليل البيانات المتسامية، أو استخدامها كخلفية للمشروع إذا كان يعتمد على بيانات متجهة. يمكن أيضاً تحويل البيانات المتسامية إلى بيانات متجهة باستخدام برامج خاصة للتحويل بين هيئتي البيانات هذه، وتسمى هذه البرامج باسم اختصاراً لعبارة Raster to Vector.


الشكل (6): تحويل خريطة ورقية لمنطقة في مدينة حلب القديمة في سوريا ترقى إلى العام 1938، إلى خريطة رقمية في CAD ،GIS العام 1998، باستخدام برامج R2V.
برمجيات نظام المعلومات الجغرافية
تصنف برمجيات GIS في عدة أصناف وذلك تبعاً لطبيعة البيانات التي تستطيع التعامل معها، ومستوى الوظائف التي تقدمها، والبيئة التي تعمل فيها،.

الفئة
ESRI
Autodesk
MapInfo
Intergraph
مزود GIS
ArcIMS وArcSDE
GIS Design Server
SpatialWare وMapXtreme
-
احترافي
ArcInfo
Autodesk Map
-
GeoMedia Professional
مكتبي
ArcView
Autodesk World
MapInfo Professional
GeoMedia
متصفح بيانات
ArcExplorer
MapGuide Viewer
Pro Viewer
-
حلول متنقلة
ArcPad
OnSite
miAware
-
أدوات تطوير
MapObjects
-
MapX
-

تعريفات
GIS
نظام معلومات جغرافية مجموعة منظمة من الحواسيب والعتاد والبرمجيات والبيانات الجغرافية والموظفين، مصممة لالتقاط وتخزين وتحديث ومعالجة وتحليل وعرض البيانات ذات الأساس الجغرافي.
GPS
نظام تحديد المواقع العالمي
نظام مؤلف من أقمار اصطناعية وأجهزة استقبال، يستخدم لتحديد المواقع على الأرض.
CAD
التصميم بالحاسوب
نظام مؤتمت لتصميم ورسم وعرض المعلومات ذات الأساس المتجهي (vector).
Base Map
خريطة الأساس
خريطة تتضمن المعالم الجغرافية (الطرق، مثلاً) المستخدمة لتمثيل المواقع.

أضاف نظام تحديد المواقع العالمي GPS إمكانية جديدة لتجميع البيانات المتجهة وهو نظام يعتمد على الأقمار الاصطناعية للحصول على إحداثيات النقطة الذي يقف المستخدم عندها بدقة قد تصل إلى أجزاء المتر، مع إمكانية تجميع البيانات الوصفية أو السمات مباشرة، وتخزينها في جداول سابقة التعريف، تنقل هذه الخرائط والجداول فيما بعد إلى الحاسوب، ويمكن تصديرها إلى معظم الهيئات الشائعة في نظام المعلومات الجغرافية.

معالجة البيانات المكانية

توفر برمجيات نظام المعلومات الجغرافية عدة وظائف تقليدية لمعالجة وتحليل البيانات المكانية، وهي استرجاع المعلومات، والقياس المكاني، والتراكب، والتوليد المكاني، وإنشاء الحريم (أو الحاجز) والممرات، وتحليل الشبكة، وإسقاط الخريطة، وتحليل نموذج التضاريس الرقمي. وسنلقي في هذه الدراسة نظرة سريعة على كل وظيفة من هذه الوظائف التي توضح أيضاً الأسباب التي جعلت من نظام المعلومات الجغرافية يزداد أهمية، يوم بعد يوم، في مساعدة صانعي القرار على اتخاذ قراراتهم بسرعة وحكمة:
·استرجاع المعلومات (information retrieval): يستطيع المستخدم الحصول على المعلومات الخاصة بمعلم من معالم الخريطة من نظام إدارة قواعد البيانات الذي يحتفظ بتلك المعلومات، وذلك بالنقر على ذلك المعلم. وما يزيد من أهمية نظام المعلومات الجغرافية قدرته على إنشاء تقارير مخصّصة بالمعلومات التي يسترجعها المستخدم.
·إنتاج الخرائط الموضوعية (thematic mapping): يستطيع نظام المعلومات الجغرافية إنتاج خرائط موضوعية للمعالم الجغرافية، ويعني ذلك إظهار السمات أو البيانات الو صفية في أسلوب رسومي، ويؤدي تغيير مظهر المعالم إلى جعل المعلومات أكثر وضوحاً، بتغيير لون المعلم أو نمط الخط المرسوم به أو ترميزه برمز خاص، أو حتى كتابة إحدى قيم البيانات الو صفية لكل معلم من المعالم على الخريطة. يمكن مثلاً استخدام دوائر أكبر لترميز المدن ذات عدد السكان الأكبر، أو استخدام خطوط عريضة لترميز الطرق ذات الكثافة المرورية العالية، أو استخدام اللون الأزرق لترميز أنابيب المياه التي مر على تركيبها أكثر من 20 عاماً.


الشكل (7): يستطيع نظام المعلومات الجغرافية استخدام سمة عدد السكان مثلاً من بين السمات لترميز الدول بالألوان المختلفة تبعاً لعدد السكان فيها، وتسمى هذه الخرائط بالخرائط الموضوعية.
·القياس المكاني (spatial measurement): يسهّل نظام المعلومات الجغرافية أداء القياسات المكانية، وقد تكون هذه القياسات بسيطة مثل قياس مسافة بين نقطتين وقياس مساحة مضلع أو طول خط، ويمكن أن تكون معقدة مثل قياس مساحة المنطقة المشتركة بين عدة مضلعات موجودة في عدة خرائط.
·التراكب (overlay): وهو إجراء هام في تحليل نظام المعلومات الجغرافية، ويتطلب تركيب طبقتين أو أكثر لإنتاج طبقة جديدة على الخريطة.
مثال على التراكب: ينمو نوع من القمح المعدّل وراثياً أفضل ما ينمو في البيئة الجافة في فصول النمو الطويلة والتربة القلوية. فإذا توفرت بيانات كافية عن طول فصل النمو ونظام الرطوبة وقلوية التربة في منطقة زراعية مترامية الأطراف فما هو أفضل مكان لزراعة ذلكم النوع من القمح.
الجواب: يمكن معرفة أفضل مكان لزراعة ذلك النوع من القمح بتركيب عدة طبقات (خرائط) لتلك المنطقة تُظهر أولاها المخزون المائي وتبين الأخرى طول فصل النمو، بينما تتضمن الثالثة معلومات عن درجة حموضة التربة (pH). ويستطيع نظام المعلومات الجغرافية اختبار تلك الطبقات معاً لإنشاء طبقة جديدة تمثل أجزاء محددة من المنطقة الزراعية تفي بكافة شروط التربة المناسبة لنمو ذلك النوع من القمح.
·التوليد المكاني (spatial interpolation): يمكن استخدام نظام المعلومات الجغرافي لدراسة خصائص التضاريس أو الشروط البيئية من عدد محدود من القياسات الحقلية. على سبيل المثال يمكن إنشاء خريطة الهطول المطري انطلاقاً من عدد محدود من القياسات المطرية المأخوذة في مواقع مختلفة على الخريطة، كما يمكن إنشاء خريطة التضاريس انطلاقاً من عدد محدود من قياسات الارتفاع في الخريطة. ومن البدهي أن تتوقف دقة البيانات المولّدة على عدد القياسات المأخوذة.


الشكل (8): يستطيع GIS إضافة طبقة منحنيات التسوية بتوليدها آلياً من سمات في طبقة نقاط أخرى باستخدام وظيفة التوليد المكاني.
إنشاء الحرم والممرات (buffer and corridors): يستعمل الحاجز – أو الحرم و الحريم كما يطلق عليه في المصادر العربية، والكلمة الصحيحة الحريم – عندما تعتمد عملية التحليل ومعرفة المنطقة التي سيشملها حدث ما على قياس مسافة محددة انطلاقاً من نقطة أو خط أو مضلع. وهكذا يستطيع نظام المعلومات الجغرافية إنشاء دائرة تمثل منطقة التخريب الناجم عن انفجار مصنع كيميائي بمعرفة نصف قطر التخريب ورسم دائرة بحيث يكون ذلكم المصنع في مركزها.


الشكل (9): لا تسمح القوانين بافتتاح صيدلية في الموقع A لأن الصيدلية C لا تبعد عنها بالمسافة المطلوبة، ولكن الموقع B مناسب لذلك. يقوم GIS باكتشاف ذلك القرار بمفرده عبر عدة خطوات، ومن دون تدخل المستخدم.
·تحليل الشبكة (network analysis): يستطيع نظام المعلومات الجغرافية معالجة مشاكل الشبكة المعقدة، مثل تحليل شبكة الطرق، لمعرفة زمن الرحلة بين النقطة أ والنقطة ب على الخريطة عند سلوك طريق ما، أو تحديد الطرق التي يمكن أن تقود إلى النقطة ب انطلاقاً من النقطة أ. ويمكن استخدام تحليل الشبكة في أمور أكثر تعقيداً، مثل تقديم النصيحة إلى شركة النقليات بشأن الطريق الذي يجب أن تسلكه شاحنات الشركة عندما تنقل البضائع إلى عدة أمكنة، وتوقيت انطلاقها واستراحتها الخ. ومن الأمور التي يمكن استخدام تحليل الشبكة فيها إصلاح أعطال شبكة الهاتف والكهرباء والمياه.
·إسقاط الخريطة (map projection): يعتبر إسقاط الخريطة مكوناً أساسياً في فن صناعة الخرائط. والإسقاط نموذج هندسي يقوم بتحويل مواقع المعالم على سطح الأرض الكروية ثلاثية الأبعاد إلى ما يقابلها من مواقع على سطح الخريطة ثنائية الأبعاد. وبما أنه من المستحيل إسقاط الشكل الكروي بدقة على مستو، فقد تصدت بعض أنواع الإسقاط للمحافظة على الشكل، بينما اشتهرت أنواع أخرى من الإسقاط بالمحافظة على المساحة أو المسافة أو الاتجاه. وتستخدم أنواع مختلفة من الإسقاط لأنواع الخرائط المختلفة لأن كل نوع من أنواع الإسقاط مناسب لاستخدام محدد.
·تحليل نموذج التضاريس الرقمي (digital terrainanalysis): يستطيع نظام المعلومات الجغرافية بناء نماذج ثلاثية الأبعاد للموقع الجغرافي عندما يمكن تمثيل طبوغرافية هذا الموقع بنموذج بيانات (إحداثيات) س وَ ع وَ ص، يعرف باسم نموذج التضاريس أو الارتفاع الرقمي (Digital Terrain or Elevation Model)، ويشار إليه اختصاراً بالأحرف DTM أو DEM.


الشكل (10): يستطيع GIS بناء
نموذج التضاريس الرقمي من مجموعة من إحداثيات س و ع وص.
ويمكن استخدام البيانات المشنقة من نموذج التضاريس الرقمي في تحليل الظواهر البيئية أو المشاريع الهندسية التي تتأثر دراستها بالارتفاعات أو الميول، كما في دراسات الغابات والطمي النهري. وتسمح إمكانيات الإظهار البصري في الحواسيب بعرض نموذج التضاريس الرقمي في شكل ثلاثي الأبعاد، من أية زاوية مطلوبة. مثال: يستطيع المهندسون المدنيون استخدام نموذج الارتفاع الرقمي لمعرفة أنسب الأساليب في حجب منشأ جديد عن التضاريس المحيطة (مثل منجم مفتوح)، وتقدير كمية الحجب الإضافي اللازمة لإخفاء المنشأة أو تقليل مستويات الضجيج الناجمة عنه.

تطبيقات أنظمة المعلومات الجغرافية
إن مصطلح GIS هو اختصار لعبارة "أنظمة المعلومات الجغرافية"، وفيما يلي نورد لكم في إيجاز بعض أهم ما توصف به أنظمة المعلومات الجغرافية :




الخريطة الرقمية :
الخريطة الرقمية هي تشكيل المعالم الخرائطية في صيغة تتيح حفظ قيم العناصر التي تكونها رقمياً على الحاسب الآلي ومعالجتها وعرضها وطباعتها، والخريطة الرقمية هي أيضاً قاعدة البيانات أو الملف الذي يحتوي على عناصر تتحول إلى خريطة عند معالجته وعرضه وطباعته بإستخدام أنظمة المعلومات الجغرافية.
الترقيم :
الترقيم هو عملية تحويل خريطة ورقية مطبوعة إلى الهيئة الرقمية ليمكن قراءتها على الحاسب الآلي، وذلك بإدخال الإحداثيات الجغرافية للمعالم الجغرافية بإستخدام طاولة الترقيم أو تطبيقات خاصة على الحاسب الآلي، ويتم حفظ هذه الإحداثيات وعناصرها في قاعدة بيانات
الخرائط التى ترسم بطريقة المتجهات
الخرائط التي ترسم بطريقة المتجهات هي عبارة عن رسومات دقيقة تشتمل على ثلاثة عناصر هي
(1) نقاط : يتم إستخدامها لتمثيل موقع أو معلم من المعالم التي يتم تثميلها على هيئة نقاط مثل آبار البترول، مواقع المدن، الخدمات والمعالم الهامة.
(2) خطوط : تبدأ وتنتهي بشكل مستقيم أو منحنى ويتم إستخدامها لتمثيل الطرق، الحدود السياسية، الأنهار، …إلخ.
(3) مضلعات : مضلعات مغلقة تمثل العناصر المكانية مثل الإقليم، المناطق الزراعية، البلكات السكنية والمناطق المعمورة، البحار، الحدائق، …إلخ.
الخريطة التى ترسم بطريقة النقاط :
هي عبارة عن صورة أو رسم أصلي يمثل خريطة، والمكون الرئيسي للخريطة المرسومة بطريقة RASTER هي مربعات متناهية الصغر تسمى PIXELS وعادة ما يكون طول ضلعها عشر المليمتر مما يجعلها غير مرئية بالعين المجردة، ويتم الحصول على هذا النوع من الخرائط عن طريق عملية المسح الضوئي للخرائط المطبوعة أو مصورات الأقمار الصناعية والمصورات الجوية، ويعود المصطلح "نظام معالجة البيانات الصورية" للتطبيقات المتخصصة في معالجة وإدارة هذا النوع من البيانات.
حلول انظمة المعلومات الجغرافية :
نتيجة للتطور والتقدم الكبير والمتسارع الذي يشهده مجال الحاسب الآلي والتصميمات الجرافيكية ونظراً للحاجة المتنامية لخفض التكلفة والجهد والوقت للتمكن من المنافسة في أسواق سريعة التقلب وشديدة المنافسة، وجدنا أنه من الضروري توفير حلول أنظمة معلومات جغرافية على مستوى عال من الدقة والشمولية لعملائنا من الجهات الحكومية والخاصة مما يؤدي لسرعة الحصول على المعلومات اللازمة وتحليلها لإجراء الدراسات والأبحاث ووضع الخطط، وذلك لمساعدة المسئولين وصانعي القرار والمخططين والإستشاريين في مهامهم التعامل مع الظروف الطارئة.
ماهى الاستخدامات الممكنة لأنظمة المعلومات الجغرافية
باعتبارها تقنية تستخدم على أجهزة الحاسب الآلي المكتبي والأجهزة الخادمة، أصبحت أنظمة المعلومات الجغرافية تتميز بفاعلية أكثر كما أصبحت منتشرة ومتاحة للجميع، وهناك عوامل عدة تشكل الاحتياج إلى أنظمة المعلومات الجغرافية، فهناك الحاجة المتنامية لأنظمة المعلومات الجغرافية لمواجهة ضغط النمو السكاني المتزايد ودراسة وتحليل إحتياجات السكان وتوظيف إمكانيات وقدرات الموارد البشرية، وكذلك تنظيم تطور ونمو النطاق العمراني للمدن القائمة والمدن الجديدة ومعالجة البنية الأساسية فيها وفقاً لأحدث الأساليب العلمية، وكذلك استكشاف مصادر الثروات الطبيعية وحصرها لتحقيق الاستفادة المثلي منها، كم أن تحديات العولمة والأوضاع الاقتصادية تحتم استغلال هذه الأنظمة والاستفادة منها لمسايرة الإيقاع البالغ السرعة للحركة الاقتصادية العالمية، وهلم جراً، وفي هذا السياق فإن استخدامات أنظمة المعلومات الجغرافية المتاحة لا حصر لها، حيث تعتبر أنظمة المعلومات الجغرافية واحدة من أهم التقنيات لتوظيف ونقل المعلومات .

1 – نظام حاسب آلي للتحكم، الحفظ، الاسترداد، التحليل والعرض للبيانات المكانية.
2 – سلسلة متكاملة من المكونات لإنشاء البيانات المكانية ومعالجتها وحفظها وإدارتها.
3 – توليفة منسقة من مكونات جهاز الحاسب الآلي والتطبيقات والبيانات الجغرافية والكوادر الفنية التي تتولى القيام بتكوين، حفظ، تحديث، معالجة، تحليل وعرض كافة تصنيفات المعلومات الجغرافية، حيث أصبح متاحاً باستخدام أنظمة المعلومات الجغرافية إمكانية بعمليات معالجة المعلومات الجغرافية وتتسم هذه العمليات بالتعقيد والصعوبة وتستهلك الكثير من الوقت.
4 – نظام لمعالجة وتحليل البيانات مبني على حزم من البيانات ذات بعدين موزعة مكانياً، وحزم البيانات هذه قد تشتمل على العناصر التي تشكل الخريطة نفسها عندما تتضمن بيانات ذات علاقة نوعية تخص منطقة ما ويتم تسجيلها على هيئة نقاط، خطوط، مضلعات، وغالباً ما تكون حزم البيانات هذه ذات علاقة كمية تمثل خلية في شبكة مستطيلة وتكون عادة على هيئة صورة وتعرف أيضاً بإسم نظام المعلومات المرمز جغرافياً.