فرمت فایل اصلی: doc
تعداد صفحات: 60
عکس از نمای کلی فایل (برای بزرگ نمایی روی عکس کلیک کنید):
فهرست مطالب : شماره صفحه
فصل اول: GIS چیست؟ 1
فصل دوم: مولفه های یک GIS 6
1-2 ورودی داده ها 6
2-2 مدیریت داده ها 9
3-2- آنالیز داده ها 10
4-2- خروجی داده ها 11
فصل سوم: مدیریت داده ها 12
1-3 پایگاه داده ها 13
2-3 سیستم مدیریت پایگاه داده DBMS 14
3-3 ذخیره سازی داده های توصیفی 15
1-3-3 مدل داده کلاسیک 16
2-3-3 استفاده از مدل ارتباطی در GIS 19
4-3 ذخیره سازی داده های مکانی 21
1-4-3 مدل های داده فضایی 22
2-4-3 ذخیره سازی مدل داده های فضایی 25
5-3 مفهوم و کاربرد لایه در GIS 26
6-3 روشهای عملی پیاده سازی GIS 28
فصل چهارم: توابع تحلیلی در GIS 30
1-4 توابع نگهداری و تجزیه و تجلیل داده های فضایی 31
2-4 توابع نگهداری و تجزیه و تحلیل داده های توصیفی 32
3-4 توابع تجزیه و تحلیل توأم با داده های فضایی و توصیفی 34
4-4 توابع آماده سازی داده ها برای اخذ خروجی 37
فصل پنجم: گزارش کار با GIS 38
GIS چیست؟
سیستم اطلاعات جغرافیایی Geographic Information system یک سیستم کامپیوتری می باشد که جهت ذخیره و ارائه اطلاعات توصیفی و مکانی بصورت توأمان استفاده می شود.
تعاریف مختلفی از GIS توسط اشخاص مختلف ارائه شده است که از نظر اینجانب کاملترین تعریف به شرح زیر می باشد:
سیستم اطلاعات جغرافیایی مجموعه ای از نرم افزار ، سخت افزار، داده ها، متخصصین و مدلهای مورد استفاده جهت اخذ، ذخیره سازی، بازیابی، بهنگام سازی، پردازش، تجزیه و تحلیل، انتقال و نمایش داده های مکان مرجع شده می باشد که بعنوان یک سیستم حامی تصمیم گیری، برای حل مشکلات مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
همانطور که در بالا ذکر شد موقعیت جغرافیایی «مکانی» برای اطلاعات توصیفی در این سیستم از اهمیت بالایی برخوردار است به عبارت دیگر سیستمهای GIS برای نگهداری ، تجزیه و تحلیل ، به روزرسانی و ارائه اطلاعاتی به کار می رود که با موقعیت جغرافیایی به نحوی در ارتباط است.
یکی از مهمترین جنبه های یک GIS این است که قابلیت این سیستم ها بوسیله مشتریان آنها ارزیابی می شود.
همانطور که شرح داده خواهد شد در یک GIS اطلاعات به دو شکل اساسی ارائه می شوند نقشه ها و جداول . البته بایستی از یاد نبریم که اطلاعات در یک GIS به همین دو صورت هم ذخیره می شوند . اما نقش اصلی یک سیستم اطلاعات جغرافیایی در آنالیز و پردازش این اطلاعات می باشد . برای روشن تر شدن مطلب به ارائه یک مثال می پردازیم:
تصور کنید که برای اراضی کشاورزی یک منطقه تصاویر ماهواره های سنجش از دور اخذشده و پس از پردازش تبدیل به نقشه کاربری اراضی و اطلاعات توصیفی از قبیل سطح زیر کشت هر محصول، فراوانی انواع محصولات کشاورزی، نوع خاک، میزان منابع آبی، شیب زمین و ... شده است.
حال پس از لیست کردن اطلاعات توصیفی به تفکیک هر قطعه زمین و تبدیل این اطلاعات به جداول مجزا می توان یک GIS ساده ساخت که تنها شامل اطلاعات مربوط به نام مالک، شماره قطعه زمین و مساحت آن، نوع سند، مالکیت، حدود و مرزهای زمین، سطح زیر کشت، انواع محصولات، نوع خاک، شیب زمین و ... می باشد. حال از چنین سیستم اطلاعات جغرافیایی می توان پردازشها و آنالیزهایی درخواست نمود. مثلاً در زمینه کنترل فرسایش خاک، با اطلاعاتی که در GIS در دست داریم می توانیم پیش بینی کنیم که کدام قسمتهای زمین دچار فرسایش خاک خواهند شد.
استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی برای حذف نارسایی های ناشی از نقشه های خطی آغاز شد. در عمل استفاده از نقشه های خطی اطلاعات چندانی از مناطق مختلف ارائه نمی دهد. در نظر بگیرید که یک نقشه توپوگرافی از یک منطقه شهری فقط می تواند خیابان ها و بلوک های ساختمانی و نهایتاً فضاهای سبز را نشان دهد. ولی اطلاعاتی از قبیل مالکیت اراضی، سیستم های لوله کشی آب و فاضلاب، پراکندگی جمعیت در این منطقه، نرخ بیکاری، امید به زندگی و ... کلیه اطلاعات توصیفی و آماری در این نقشه وجود ندارند و حتی قابل گنجاندن در این نقشه ها نمی باشند. از طرفی دیگر بررسی های مکانی در حاشیه شیت ها که محل اتصال با شیت های مجاور می باشند بسیار مشکل و گاه بی نتیجه است . زیرا ممکن است نتوانیم دو برگ نقشه مجاور را با هم match کنیم.
یک حسن سیستم اطلاعات جغرافیایی در این است که اگرچه این سیستم ممکن است دارای جداول متعددی از اطلاعات توصیفی به تفکیک قطعه زمین باشد ، می توان این اطلاعات را بصورتهای ترکیبی با یکدیگر بکار برده و گاهی برخی مقایسه ها و آنالیزها را انجام داد . اما در نقشه خروجی کار تنها از المان هایی که می خواهیم خروجی بگیریم برای روشن شدن مطلب مثالی می زنیم:
در نظر بگیرید که از یک منطقه شهری، نقشه کاملی از قطعه زمینها و خیابان ها، تیرهای چراغ برق، سیستم لوله کشی و انتقال نیروی برق، کانال کشی آبهای سطحی و ... تهیه شده است. همچنین توسط گروههای آمارگیری، اطلاعات مربوط به مالکیت و شماره قطعات زمین، تعداد ساکنان هر قطعه زمین، مساحت آنها، قیمت اراضی در سال جاری، میزان مجاز برق مصرفی توسط هر واحد ساختمانی برحسب نوع کاربری و بسیاری اطلاعات دیگر جمع آوری شده و در جداول خاصی نگهداری و ذخیره می شوند. حال یک پایگاه داده ساخته ایم که شامل اطلاعات زیادی است. از این پایگاه داده که برای تهیه اطلاعات آن وقت نسبتاً کمی صرف کرده ایم طیف وسیعی از خروجی ها همراه با آنالیزهای گوناگون می توان دریافت نمود. مثلاً در یک خروجی می توان قطعاتی از منطقه را مشخص نمود که فشار آب شهری کم است و یا مشترکانی که برق را بیش از حد مجاز مصرف می کنند مشخص نمود. همچنین می توان در نقشه ای جداگانه سیستم مالیاتی را بهبود بخشید زیرا دیگر میزان دارایی های هر شخص حقیقی و حقوقی کاملاً مشخص است. می توان در نقشه ای جداگانه آن دسته از مسیل های شهر را که نیاز به لایروبی دارند مشخص نمود. در نقشه ای دیگر می توان نقاط کور ترافیکی را مشخص نمود و برای رفع معضل ترافیک تصمیم گیری نمود و ...
لذا همانطور که ذکر شد سیستم اطلاعات جغرافیایی یک سامانه اطلاعاتی است که هرگونه اطلاعاتی را می توان بصورت جداول توصیفی و یا نقشه وارد آن نمود. سپس انواع آنالیزها را می توان برروی این اطلاعات انجام داده و هر نوع خروجی را از آنها ساخت.
فصل دوم :مولفه های یک GIS
مقدمه
بسیاری از مدیران و مقامات اداری، امروزه معتقدند که یک GIS بایستی با یک طرح اجرایی مفصل و جامعی همراه باشد این طرح بایستی مشخص کند که چه اطلاعاتی در چه سطحی از صحت جمع آوری خواهند شد، برای این اطلاعات مدل هایی را تشریح کند، و لیستی از وظایف هریک از افراد سیستم را (شرح وظایف شغلی) تهیه نماید البته بسیاری از مدیران موسسات و نهادها این چنین سیستمی را هدفی دست نیافتنی می دانند. اگرچه پیشرفت مراحل یک GIS در صورتی که به مراحل مشخص تقسیم بندی شود امر دشواری نخواهد بود .
بطور کلی می توان تولید و استفاده از یک GIS را به چهار بخش اساسی زیر تقسیم کرد:
1-2 ورودی داده ها
در این بخش داده ها را از شکل موجودشان که معمولاً نقشه های خطی و جداولی از اطلاعات توصیفی و یا فایلهای الکترونیکی از نقشه ها و اطلاعات توصیفی و یا عکسهای هوایی و ... می باشد دریافت نموده و با تبدیل فرمت داده ها، آنها را به شکل استاندارد آن GIS در می آورند بطور کلی مرحله وارد نمودن اطلاعات بسیار وقت گیر و پرهزینه می باشد و ممکن است ماهها و یا سالها بطور انجامد شاید در یک تقسیم بندی بتوان گفت که ورودی داده ها فرایندی شامل دو بخش مجزاست:
الف- جمع آوری اطلاعات
ب- تبدیل فرمت و شکل داده ها
که البته برای هر بخش دو حالت را باید در نظر گرفت: اینکه اطلاعات توصیفی هستند یا مکانی
اطلاعات توصیفی ممکن است توسط گروههای آمارگیری با مراجعه به مکان های روی نقشه و یا دفاتر ثبتی مراکز آمارگیری کشوری، و یا مراجعه به ادارات و سازمانهای دولتی مانند وزارت کشاورزی، وزارت نیرو، وزارت راه و ترابی، سازمان زمین شناسی، سازمان هواشناسی و ... و استفاده از اطلاعات موجود در این سازمان ها تهیه و جمع آوری شوند.
اطلاعات مکانی «گرافیکی» نیز ممکن است توسط اکیپ های نقشه برداری با مراجعه مستقیم به زمین جمع آوری شوند و پس از کارتوگرافی به نقشه رقومی تبدیل گردند و یا ممکن است با روشهای فتوگرامتری و سنجش از دور نقشه تهیه شود و یا ممکن است بتوان از نقشه های قدیمی و یا نگاتیو فیلمهای چاپ نقشه استفاده نمود.
در مورد جمع آوری اطلاعات ممکن است این سؤال پیش بیاید که چرا تمامی داده های مربوط به دنیای واقعی را بکار نبریم ؟ جواب این است که اولاً هرگز نمی توان تمامی داده ها را جمع آوری نمود . ثانیاً به تمامی داده ها نیازی نداریم . از طرفی جمع آوری داده ها نیاز به صرف زمان و هزینه دارد . در واقع با صرفه ترین نوع جمع آوری داده ، این است که فقط داده های مورد نیاز پایگاه داده را جمع آوری کنیم . همچنین داشتن داده های اضافی باعث مشکل تر شدن استفاده از داده هایی می شود که واقعاً مورد نیاز هستند .
از سوئی دیگر کیفیت داده های جمع آوری شده باید بهینه باشد . کیفیت بهینه برای داده ها عبارت است از داشتن حداقل سطح کیفیتی که در یک کار لازم است . مهمترین عواملی که در کیفیت داده ها مؤثرند عبارتند از :
1- دقت accuracy , precision)) : نمایانگر این است که داده ها تا چه اندازه صحیح هستند .
2- زمان (time) : نشان می دهد که داده ها در چه دوره زمانی جمع آوری شده اند .
3- به روز بودن (currency) : که نشاندهنده این است که داده ها تا چه اندازه به روز هستند .
4- کامل بودن ((completeness : میزان کامل بودن داده های جمع آوری شده را نشان می دهد .
پس از جمع آوری اطلاعات به مرحله تبدیل آنها می رسیم . هدف از تبدیل
داده ها این است که فرمت داده ها را به شکلی در آوریم که پایگاه داده امکان ذخیره کردن ، نگاهداری و آنالیز کردن آنها را داشته باشد .
اطلاعات توصیفی باید توسط برنامه هایی مانند Excell و یا خود Arc Info یا ARC GIS و بصورت تایپ دستی وارد کامپیوتر شوند و اطلاعات مکانی بایستی رقومی یا Digitize شوند.
2-2 مدیریت داده ها
مدیریت داده ها یکی از مولفه های GIS می باشد که شامل توابع ذخیره سازی و بازیابی اطلاعات موجود در پایگاه داده های سیستم می باشد. در بحث مدیریت دو جنبه مطرح است . یکی مدیریت داده های واردشده به سیستم که فرمت ها و ساختارهای گوناگونی را برای کم حجم شدن اطلاعات بایستی بکار بریم. همچنین ممکن است اطلاعات توصیفی و یا گرافیکی در مواردی جنرالیزه شوند.
جنبه دیگر به شناخت و نیازسنجی و امکان سنجی یک GIS باز می گردد. به عبارت دیگر در حوزه اطلاعات گرافیکی ممکن است در بعضی موارد شهرها بصورت نقطه نمایش داده شوند و گاهی کل یک شهر موضوع بحث GIS باشد.
در حوزه اطلاعات توصیفی هم تعدد جداول و انواع ارتباطات آنها با یکدیگر مطرح می شود. به عبارت دیگر ممکن است در یک جدول کلیه اطلاعات مربوط به رودخانه های یک کشور را داشته باشیم و در جدولی مجزا اطلاعات مربوط به استان های آن کشور را داشته باشیم.
حال اگر از GIS بخواهیم که نام تمام استان هایی را که یک رود خاص در آنها جریان دارد نمایش دهد بایستی ارتباطی میان جداول رودها و استان ها برقرار کنیم. در پایگاه داده ای که بروش Relational اطلاعات را در آن ذخیره کرده ایم. ارتباط میان جداول اطلاعاتی توصیفی می تواند بصورت یک به یک، یک به چند و یا چند به چند باشد. البته قطعاً این ارتباط میان اطلاعات توصیفی و داده های مکانی نیز برقرار است مثلاً اگر بخواهیم بدانیم که قطعه زمین شماره 2037 متعلق به چه شخصی می باشد ارتباط یک به یکی میان جداول توصیفی برقرار کرده ایم. اگر این قطعه زمین دارای 5 نفر مالک باشد ارتباط یک به چند برقرار می شود اگر کلیه اموال یک شخص و یا کلیه بخشهای یک استان را بخواهیم ارتباط چند به یک برقرار کرده ایم.
اگر بخواهیم تمام مدارسی را که در منطقه 2 شهرداری تهران واقع هستند و بیشتر از 20 کلاس درسی دارند را مشخص کنیم ارتباطی را میان اطلاعات توصیفی و مکانی برقرار کرده ایم.
3-2- آنالیز داده ها
در این مؤلفه GIS در حقیقت علت استفاده از یک سیستم GIS را بوضوح درک می کنیم در آنالیز داده های گرافیکی توابعی مانند overlay «روی هم گذاری» لایه های مختلف نقشه های گرافیکی، Buffering و ... وجود دارند و در مورد اطلاعات توصیفی هم جستجو با توابع مختلف، ایجاد توابع جدید برای جستجو، ایجاد سطرها و ستون های اطلاعاتی و ... مطرح می شوند.
بعنوان مثال می توان در GIS کل کشورهای جهان، یک فیلد اضافه نمود و در آن پایتخت همه کشورها را مشخص نمود به این منظور یک ستون در جدول شهرها اضافه می شود که نام آن capital می باشد. سپس مقابل نام هر شهری که پایتخت است مقدار Y و مقابل هر شهری که پایتخت نباشد مقدار N قرار داده می شود.
4-2- خروجی داده ها
داده های خروجی در GIS های مختلف، از نظر کیفیت، دقت، نوع و ...می توانند متفاوت باشند . این داده ها به اشکال مختلفی از قبیل نقشه، جدول، نمودار، گزارش نوشتاری و ... تولید می شوند و ممکن است بصورت کاغذی یا رقومی ارائه گردند. بایستی توجه داشت که خروجی یک GIS بستگی مستقیم به کاربر، توابع آنالیز، بستر پردازش اطلاعات، بروزبودن و صحت اطلاعات ذخیره شده در پایگاه داده GIS دارد. مشخصه اصلی گزارشهای گرافیکی (map , chart) رنگ ها و سمبل های استفاده شده در آنها است در حالیکه گزارشهای توصیفی بصورت جدول یا نوشتار تولید می شود.
فصل سوم: مدیریت داده‌ها
مقدمه
شاید تاکنون نام پایگاه داده ها را شنیده باشید پایگاه داده یا Data base ها برای نخستین بار در دهه 1960 میلادی بکار گرفته شدند و بخاطر قابلیت های بالای کامپیوتر در ورود، ذخیره و نمایش اطلاعات خروجی این پایگاه های داده بسیار مورد توجه قرار گرفتند. ذخیره سازی حجم عظیمی از اطلاعات در دیسک های حافظه کوچک، سرعت بالا در ذخیره سازی و بازیابی اطلاعات، ارزان تر بودن سیستمها و روشهای کامپیوتری و نهایتاً تکامل تدریجی تکنولوژی مدرن منجر به این شد که طی سالهای گذشته شاهد توسعه یافتن و همه گیرشدن استفاده از پایگاه های داده باشیم. بدیهی است که پیشرفتهای چشم گیری در زمینه سخت افزاری و نرم افزاری این پایگاه های داده ای بوجود آمده است.
شکل گیری سیستم مدیریت پایگاه داده Database management system از جملة این پیشرفتها در زمینه نرم افزاری است. امروزه انواع سیستمهای مدیریتی پایگاه های داده یا DBMS در دنیا استفاده می شوند که در این فصل به معرفی اجمالی آنها می پردازیم . همچنین در ادامه بحث به تشریح مدلهای ورود و ذخیره داده در پایگاه ها می پردازیم .
1-3 پایگاه داده ها
پایگاه داده ها، اجتماعی است از اطلاعات در مورد اشیاء و ارتباط آنها با یکدیگر. بعنوان مثال یک پایگاه داده ها ممکن است شامل اسامی و آدرسها باشد. خود اسامی می توانند توسط ارتباطات دیگری تقسیم بندی شوند. مانند دوستان، آشنایان، همسایه ها ، مشتریان و ...
هدف از جمع آوری و کار با اطلاعات یک پایگاه داده این است اولاً بتوان اطلاعاتی را از سیستم بازیابی کرد مانند بازیابی آدرسی که متعلق به یک شخص است ثانیاً بایستی امکان پردازشهای اضافی که در آن ارتباطات چندگانه مطرح می شود وجود داشته باشد.
فصل اول: GIS چیست؟ 1
فصل دوم: مولفه های یک GIS 6
1-2 ورودی داده ها 6
2-2 مدیریت داده ها 9
3-2- آنالیز داده ها 10
4-2- خروجی داده ها 11
فصل سوم: مدیریت داده ها 12
1-3 پایگاه داده ها 13
2-3 سیستم مدیریت پایگاه داده DBMS 14
3-3 ذخیره سازی داده های توصیفی 15
1-3-3 مدل داده کلاسیک 16
2-3-3 استفاده از مدل ارتباطی در GIS 19
4-3 ذخیره سازی داده های مکانی 21
1-4-3 مدل های داده فضایی 22
2-4-3 ذخیره سازی مدل داده های فضایی 25
5-3 مفهوم و کاربرد لایه در GIS 26
6-3 روشهای عملی پیاده سازی GIS 28
فصل چهارم: توابع تحلیلی در GIS 30
1-4 توابع نگهداری و تجزیه و تجلیل داده های فضایی 31
2-4 توابع نگهداری و تجزیه و تحلیل داده های توصیفی 32
3-4 توابع تجزیه و تحلیل توأم با داده های فضایی و توصیفی 34
4-4 توابع آماده سازی داده ها برای اخذ خروجی 37
فصل پنجم: گزارش کار با GIS 38
GIS چیست؟
سیستم اطلاعات جغرافیایی Geographic Information system یک سیستم کامپیوتری می باشد که جهت ذخیره و ارائه اطلاعات توصیفی و مکانی بصورت توأمان استفاده می شود.
تعاریف مختلفی از GIS توسط اشخاص مختلف ارائه شده است که از نظر اینجانب کاملترین تعریف به شرح زیر می باشد:
سیستم اطلاعات جغرافیایی مجموعه ای از نرم افزار ، سخت افزار، داده ها، متخصصین و مدلهای مورد استفاده جهت اخذ، ذخیره سازی، بازیابی، بهنگام سازی، پردازش، تجزیه و تحلیل، انتقال و نمایش داده های مکان مرجع شده می باشد که بعنوان یک سیستم حامی تصمیم گیری، برای حل مشکلات مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
همانطور که در بالا ذکر شد موقعیت جغرافیایی «مکانی» برای اطلاعات توصیفی در این سیستم از اهمیت بالایی برخوردار است به عبارت دیگر سیستمهای GIS برای نگهداری ، تجزیه و تحلیل ، به روزرسانی و ارائه اطلاعاتی به کار می رود که با موقعیت جغرافیایی به نحوی در ارتباط است.
یکی از مهمترین جنبه های یک GIS این است که قابلیت این سیستم ها بوسیله مشتریان آنها ارزیابی می شود.
همانطور که شرح داده خواهد شد در یک GIS اطلاعات به دو شکل اساسی ارائه می شوند نقشه ها و جداول . البته بایستی از یاد نبریم که اطلاعات در یک GIS به همین دو صورت هم ذخیره می شوند . اما نقش اصلی یک سیستم اطلاعات جغرافیایی در آنالیز و پردازش این اطلاعات می باشد . برای روشن تر شدن مطلب به ارائه یک مثال می پردازیم:
تصور کنید که برای اراضی کشاورزی یک منطقه تصاویر ماهواره های سنجش از دور اخذشده و پس از پردازش تبدیل به نقشه کاربری اراضی و اطلاعات توصیفی از قبیل سطح زیر کشت هر محصول، فراوانی انواع محصولات کشاورزی، نوع خاک، میزان منابع آبی، شیب زمین و ... شده است.
حال پس از لیست کردن اطلاعات توصیفی به تفکیک هر قطعه زمین و تبدیل این اطلاعات به جداول مجزا می توان یک GIS ساده ساخت که تنها شامل اطلاعات مربوط به نام مالک، شماره قطعه زمین و مساحت آن، نوع سند، مالکیت، حدود و مرزهای زمین، سطح زیر کشت، انواع محصولات، نوع خاک، شیب زمین و ... می باشد. حال از چنین سیستم اطلاعات جغرافیایی می توان پردازشها و آنالیزهایی درخواست نمود. مثلاً در زمینه کنترل فرسایش خاک، با اطلاعاتی که در GIS در دست داریم می توانیم پیش بینی کنیم که کدام قسمتهای زمین دچار فرسایش خاک خواهند شد.
استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی برای حذف نارسایی های ناشی از نقشه های خطی آغاز شد. در عمل استفاده از نقشه های خطی اطلاعات چندانی از مناطق مختلف ارائه نمی دهد. در نظر بگیرید که یک نقشه توپوگرافی از یک منطقه شهری فقط می تواند خیابان ها و بلوک های ساختمانی و نهایتاً فضاهای سبز را نشان دهد. ولی اطلاعاتی از قبیل مالکیت اراضی، سیستم های لوله کشی آب و فاضلاب، پراکندگی جمعیت در این منطقه، نرخ بیکاری، امید به زندگی و ... کلیه اطلاعات توصیفی و آماری در این نقشه وجود ندارند و حتی قابل گنجاندن در این نقشه ها نمی باشند. از طرفی دیگر بررسی های مکانی در حاشیه شیت ها که محل اتصال با شیت های مجاور می باشند بسیار مشکل و گاه بی نتیجه است . زیرا ممکن است نتوانیم دو برگ نقشه مجاور را با هم match کنیم.
یک حسن سیستم اطلاعات جغرافیایی در این است که اگرچه این سیستم ممکن است دارای جداول متعددی از اطلاعات توصیفی به تفکیک قطعه زمین باشد ، می توان این اطلاعات را بصورتهای ترکیبی با یکدیگر بکار برده و گاهی برخی مقایسه ها و آنالیزها را انجام داد . اما در نقشه خروجی کار تنها از المان هایی که می خواهیم خروجی بگیریم برای روشن شدن مطلب مثالی می زنیم:
در نظر بگیرید که از یک منطقه شهری، نقشه کاملی از قطعه زمینها و خیابان ها، تیرهای چراغ برق، سیستم لوله کشی و انتقال نیروی برق، کانال کشی آبهای سطحی و ... تهیه شده است. همچنین توسط گروههای آمارگیری، اطلاعات مربوط به مالکیت و شماره قطعات زمین، تعداد ساکنان هر قطعه زمین، مساحت آنها، قیمت اراضی در سال جاری، میزان مجاز برق مصرفی توسط هر واحد ساختمانی برحسب نوع کاربری و بسیاری اطلاعات دیگر جمع آوری شده و در جداول خاصی نگهداری و ذخیره می شوند. حال یک پایگاه داده ساخته ایم که شامل اطلاعات زیادی است. از این پایگاه داده که برای تهیه اطلاعات آن وقت نسبتاً کمی صرف کرده ایم طیف وسیعی از خروجی ها همراه با آنالیزهای گوناگون می توان دریافت نمود. مثلاً در یک خروجی می توان قطعاتی از منطقه را مشخص نمود که فشار آب شهری کم است و یا مشترکانی که برق را بیش از حد مجاز مصرف می کنند مشخص نمود. همچنین می توان در نقشه ای جداگانه سیستم مالیاتی را بهبود بخشید زیرا دیگر میزان دارایی های هر شخص حقیقی و حقوقی کاملاً مشخص است. می توان در نقشه ای جداگانه آن دسته از مسیل های شهر را که نیاز به لایروبی دارند مشخص نمود. در نقشه ای دیگر می توان نقاط کور ترافیکی را مشخص نمود و برای رفع معضل ترافیک تصمیم گیری نمود و ...
لذا همانطور که ذکر شد سیستم اطلاعات جغرافیایی یک سامانه اطلاعاتی است که هرگونه اطلاعاتی را می توان بصورت جداول توصیفی و یا نقشه وارد آن نمود. سپس انواع آنالیزها را می توان برروی این اطلاعات انجام داده و هر نوع خروجی را از آنها ساخت.
فصل دوم :مولفه های یک GIS
مقدمه
بسیاری از مدیران و مقامات اداری، امروزه معتقدند که یک GIS بایستی با یک طرح اجرایی مفصل و جامعی همراه باشد این طرح بایستی مشخص کند که چه اطلاعاتی در چه سطحی از صحت جمع آوری خواهند شد، برای این اطلاعات مدل هایی را تشریح کند، و لیستی از وظایف هریک از افراد سیستم را (شرح وظایف شغلی) تهیه نماید البته بسیاری از مدیران موسسات و نهادها این چنین سیستمی را هدفی دست نیافتنی می دانند. اگرچه پیشرفت مراحل یک GIS در صورتی که به مراحل مشخص تقسیم بندی شود امر دشواری نخواهد بود .
بطور کلی می توان تولید و استفاده از یک GIS را به چهار بخش اساسی زیر تقسیم کرد:
1-2 ورودی داده ها
در این بخش داده ها را از شکل موجودشان که معمولاً نقشه های خطی و جداولی از اطلاعات توصیفی و یا فایلهای الکترونیکی از نقشه ها و اطلاعات توصیفی و یا عکسهای هوایی و ... می باشد دریافت نموده و با تبدیل فرمت داده ها، آنها را به شکل استاندارد آن GIS در می آورند بطور کلی مرحله وارد نمودن اطلاعات بسیار وقت گیر و پرهزینه می باشد و ممکن است ماهها و یا سالها بطور انجامد شاید در یک تقسیم بندی بتوان گفت که ورودی داده ها فرایندی شامل دو بخش مجزاست:
الف- جمع آوری اطلاعات
ب- تبدیل فرمت و شکل داده ها
که البته برای هر بخش دو حالت را باید در نظر گرفت: اینکه اطلاعات توصیفی هستند یا مکانی
اطلاعات توصیفی ممکن است توسط گروههای آمارگیری با مراجعه به مکان های روی نقشه و یا دفاتر ثبتی مراکز آمارگیری کشوری، و یا مراجعه به ادارات و سازمانهای دولتی مانند وزارت کشاورزی، وزارت نیرو، وزارت راه و ترابی، سازمان زمین شناسی، سازمان هواشناسی و ... و استفاده از اطلاعات موجود در این سازمان ها تهیه و جمع آوری شوند.
اطلاعات مکانی «گرافیکی» نیز ممکن است توسط اکیپ های نقشه برداری با مراجعه مستقیم به زمین جمع آوری شوند و پس از کارتوگرافی به نقشه رقومی تبدیل گردند و یا ممکن است با روشهای فتوگرامتری و سنجش از دور نقشه تهیه شود و یا ممکن است بتوان از نقشه های قدیمی و یا نگاتیو فیلمهای چاپ نقشه استفاده نمود.
در مورد جمع آوری اطلاعات ممکن است این سؤال پیش بیاید که چرا تمامی داده های مربوط به دنیای واقعی را بکار نبریم ؟ جواب این است که اولاً هرگز نمی توان تمامی داده ها را جمع آوری نمود . ثانیاً به تمامی داده ها نیازی نداریم . از طرفی جمع آوری داده ها نیاز به صرف زمان و هزینه دارد . در واقع با صرفه ترین نوع جمع آوری داده ، این است که فقط داده های مورد نیاز پایگاه داده را جمع آوری کنیم . همچنین داشتن داده های اضافی باعث مشکل تر شدن استفاده از داده هایی می شود که واقعاً مورد نیاز هستند .
از سوئی دیگر کیفیت داده های جمع آوری شده باید بهینه باشد . کیفیت بهینه برای داده ها عبارت است از داشتن حداقل سطح کیفیتی که در یک کار لازم است . مهمترین عواملی که در کیفیت داده ها مؤثرند عبارتند از :
1- دقت accuracy , precision)) : نمایانگر این است که داده ها تا چه اندازه صحیح هستند .
2- زمان (time) : نشان می دهد که داده ها در چه دوره زمانی جمع آوری شده اند .
3- به روز بودن (currency) : که نشاندهنده این است که داده ها تا چه اندازه به روز هستند .
4- کامل بودن ((completeness : میزان کامل بودن داده های جمع آوری شده را نشان می دهد .
پس از جمع آوری اطلاعات به مرحله تبدیل آنها می رسیم . هدف از تبدیل
داده ها این است که فرمت داده ها را به شکلی در آوریم که پایگاه داده امکان ذخیره کردن ، نگاهداری و آنالیز کردن آنها را داشته باشد .
اطلاعات توصیفی باید توسط برنامه هایی مانند Excell و یا خود Arc Info یا ARC GIS و بصورت تایپ دستی وارد کامپیوتر شوند و اطلاعات مکانی بایستی رقومی یا Digitize شوند.
2-2 مدیریت داده ها
مدیریت داده ها یکی از مولفه های GIS می باشد که شامل توابع ذخیره سازی و بازیابی اطلاعات موجود در پایگاه داده های سیستم می باشد. در بحث مدیریت دو جنبه مطرح است . یکی مدیریت داده های واردشده به سیستم که فرمت ها و ساختارهای گوناگونی را برای کم حجم شدن اطلاعات بایستی بکار بریم. همچنین ممکن است اطلاعات توصیفی و یا گرافیکی در مواردی جنرالیزه شوند.
جنبه دیگر به شناخت و نیازسنجی و امکان سنجی یک GIS باز می گردد. به عبارت دیگر در حوزه اطلاعات گرافیکی ممکن است در بعضی موارد شهرها بصورت نقطه نمایش داده شوند و گاهی کل یک شهر موضوع بحث GIS باشد.
در حوزه اطلاعات توصیفی هم تعدد جداول و انواع ارتباطات آنها با یکدیگر مطرح می شود. به عبارت دیگر ممکن است در یک جدول کلیه اطلاعات مربوط به رودخانه های یک کشور را داشته باشیم و در جدولی مجزا اطلاعات مربوط به استان های آن کشور را داشته باشیم.
حال اگر از GIS بخواهیم که نام تمام استان هایی را که یک رود خاص در آنها جریان دارد نمایش دهد بایستی ارتباطی میان جداول رودها و استان ها برقرار کنیم. در پایگاه داده ای که بروش Relational اطلاعات را در آن ذخیره کرده ایم. ارتباط میان جداول اطلاعاتی توصیفی می تواند بصورت یک به یک، یک به چند و یا چند به چند باشد. البته قطعاً این ارتباط میان اطلاعات توصیفی و داده های مکانی نیز برقرار است مثلاً اگر بخواهیم بدانیم که قطعه زمین شماره 2037 متعلق به چه شخصی می باشد ارتباط یک به یکی میان جداول توصیفی برقرار کرده ایم. اگر این قطعه زمین دارای 5 نفر مالک باشد ارتباط یک به چند برقرار می شود اگر کلیه اموال یک شخص و یا کلیه بخشهای یک استان را بخواهیم ارتباط چند به یک برقرار کرده ایم.
اگر بخواهیم تمام مدارسی را که در منطقه 2 شهرداری تهران واقع هستند و بیشتر از 20 کلاس درسی دارند را مشخص کنیم ارتباطی را میان اطلاعات توصیفی و مکانی برقرار کرده ایم.
3-2- آنالیز داده ها
در این مؤلفه GIS در حقیقت علت استفاده از یک سیستم GIS را بوضوح درک می کنیم در آنالیز داده های گرافیکی توابعی مانند overlay «روی هم گذاری» لایه های مختلف نقشه های گرافیکی، Buffering و ... وجود دارند و در مورد اطلاعات توصیفی هم جستجو با توابع مختلف، ایجاد توابع جدید برای جستجو، ایجاد سطرها و ستون های اطلاعاتی و ... مطرح می شوند.
بعنوان مثال می توان در GIS کل کشورهای جهان، یک فیلد اضافه نمود و در آن پایتخت همه کشورها را مشخص نمود به این منظور یک ستون در جدول شهرها اضافه می شود که نام آن capital می باشد. سپس مقابل نام هر شهری که پایتخت است مقدار Y و مقابل هر شهری که پایتخت نباشد مقدار N قرار داده می شود.
4-2- خروجی داده ها
داده های خروجی در GIS های مختلف، از نظر کیفیت، دقت، نوع و ...می توانند متفاوت باشند . این داده ها به اشکال مختلفی از قبیل نقشه، جدول، نمودار، گزارش نوشتاری و ... تولید می شوند و ممکن است بصورت کاغذی یا رقومی ارائه گردند. بایستی توجه داشت که خروجی یک GIS بستگی مستقیم به کاربر، توابع آنالیز، بستر پردازش اطلاعات، بروزبودن و صحت اطلاعات ذخیره شده در پایگاه داده GIS دارد. مشخصه اصلی گزارشهای گرافیکی (map , chart) رنگ ها و سمبل های استفاده شده در آنها است در حالیکه گزارشهای توصیفی بصورت جدول یا نوشتار تولید می شود.
فصل سوم: مدیریت داده‌ها
مقدمه
شاید تاکنون نام پایگاه داده ها را شنیده باشید پایگاه داده یا Data base ها برای نخستین بار در دهه 1960 میلادی بکار گرفته شدند و بخاطر قابلیت های بالای کامپیوتر در ورود، ذخیره و نمایش اطلاعات خروجی این پایگاه های داده بسیار مورد توجه قرار گرفتند. ذخیره سازی حجم عظیمی از اطلاعات در دیسک های حافظه کوچک، سرعت بالا در ذخیره سازی و بازیابی اطلاعات، ارزان تر بودن سیستمها و روشهای کامپیوتری و نهایتاً تکامل تدریجی تکنولوژی مدرن منجر به این شد که طی سالهای گذشته شاهد توسعه یافتن و همه گیرشدن استفاده از پایگاه های داده باشیم. بدیهی است که پیشرفتهای چشم گیری در زمینه سخت افزاری و نرم افزاری این پایگاه های داده ای بوجود آمده است.
شکل گیری سیستم مدیریت پایگاه داده Database management system از جملة این پیشرفتها در زمینه نرم افزاری است. امروزه انواع سیستمهای مدیریتی پایگاه های داده یا DBMS در دنیا استفاده می شوند که در این فصل به معرفی اجمالی آنها می پردازیم . همچنین در ادامه بحث به تشریح مدلهای ورود و ذخیره داده در پایگاه ها می پردازیم .
1-3 پایگاه داده ها
پایگاه داده ها، اجتماعی است از اطلاعات در مورد اشیاء و ارتباط آنها با یکدیگر. بعنوان مثال یک پایگاه داده ها ممکن است شامل اسامی و آدرسها باشد. خود اسامی می توانند توسط ارتباطات دیگری تقسیم بندی شوند. مانند دوستان، آشنایان، همسایه ها ، مشتریان و ...
هدف از جمع آوری و کار با اطلاعات یک پایگاه داده این است اولاً بتوان اطلاعاتی را از سیستم بازیابی کرد مانند بازیابی آدرسی که متعلق به یک شخص است ثانیاً بایستی امکان پردازشهای اضافی که در آن ارتباطات چندگانه مطرح می شود وجود داشته باشد.
کاربرد سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) جی آی اس