تعریف GIS (سیستم اطلاعات مکانی)
اول بریم یک تعریف علمی کامل از GIS (Geographic information system) یا همان جی آی اس (سیستم اطلاعات مکانی)؛ سیستمی است که با بهره‌گیری از آن، کلیه اطلاعات جمع‌آوری شده به صورت لایه لایه تهیه شده و پس از تفیک و کنترل داده‌ها کلیه اطلاعات توصیفی و مکانی مورد نیاز وارد سیستم میشود.
بدین وسیله علاوه بر دسترسی صحیح و سریع به داده‌های موردنیاز در یک حجم وسیع، امکان ارائه و به تصویرکشیدن اطلاعات مکانی و موضوعی در قالب نقشه، جدول و نمودار، ویرایش و بهنگام نمودن داده‌ها ونیز امکان استفاده از داده‌های موجود در جهت اهداف مختلف و براساس نیازهای گوناگون کاربران فراهم می‌گردد. همچنین زمینه‌ای برای شناساندن و معرفی قابلیت‌ها و پتانسیل‌های متعدد و در عین حال، تشخیص خلأ‌های مطالعاتی مناطق مختلف جغرافیایی ایجاد خواهد شد.
تاریخچه GIS
سال 1854
تاریخچه GIS از سال 1854 آغاز میشود. در آن زمان، مردم معتقد بودند که این بیماری از طریق هوا در حال انتشار است. اما دکتر جان اسنو (John Snow) یک پزشک انگلیسی بود که این مسئله او را قانع نمی کرد.
بنابراین، او تصمیم گرفت نقشه مناطق شیوع، جاده ها و مرزهای ملک و پمپ های آب را ترسیم کند. و هنگامی که این کار را کرد، به کشف حیرت انگیزی دست یافت. الگویی پدید آمد. این الگو ثابت کرد که این بیماری در حقیقت از طریق هوا منتقل نشده است بلکه از طریق آب و حتی به طور خاص تر توسط یک پمپ آب آلوده در حال انتقال است. نقشه وبا جان اسنو یک رویداد مهم بود که ارتباط موضوعی خاص را با اطلاعات مکانی (نقشه) بیان میداشت.
این نه تنها آغاز تجزیه و تحلیل مکانی بود ، بلکه زمینه جدیدی را برای مطالعه مشخص کرد: اپیدمیولوژی (Epidemiology) یا همان همه گیر شناسی، مطالعه شیوع بیماری. کارهای دکتر جان اسنو در انگلستان نشان داد که GIS ابزاری برای حل مشکلات است. آنچه دکتر کشف کرده بود نشان میداد چطور میتوان با استفاده از اطلاعات مکانی راه حالی برای یک موضوع خاص پیدا کرد.
سال 1854 - 1960
طی حدود صد سال، توسعه محدودی در سیستم های اطلاعات جغرافیایی GIS وجود داشت. نقشه برداری مبتنی بر کاغذ بود و هیچ نقشه برداری رایانه ای وجود نداشت. خیلی هم عجیب نیست چون هنوز کامپیوترها اختراع نشده بودند.در دهه 1950 ، نقشه ها در مسیریابی وسایل نقلیه، برنامه ریزی توسعه و مکان یابی نقاط مورد علاقه شروع به استفاده میکردند.
سال 1960 - 1975
در بازه زمانی 1960 تا 1975 سه پیشرفت عمده در فناوری منجر به تولد GIS مدرن شد. این موارد عبارتند از:
- توانایی خروجی گرافیک نقشه با استفاده از چاپگرهای خطی
- پیشرفت در ذخیره سازی داده ها
- قدرت پردازش رایانه های اصلی
اکنون ما توانایی ضبط مختصات را به عنوان ورودی داده و انجام محاسبات روی این مختصات را داشتیم. راجر تاملینسون ، که به عنوان “پدر GIS” شناخته می شود، در زمان همکاری خود با دولت کانادا در دهه 1960 ، مسئول ایجاد سیستم اطلاعات جغرافیایی کانادا (CGIS) بود. CGIS از آن جهت منحصر به فرد بود که رویکرد لایه بندی را برای مدیریت نقشه به کار می گرفت.دفتر سرشماری ایالات متحده همچنین پذیرفتن اصول اصلی GIS بود. اداره شروع به دیجیتالی کردن مرزهای سرشماری، جاده ها و مناطق شهری کرد. Ordnance Survey GB شروع به تهیه نقشه توپوگرافی خود کرد. آنها از رایانه ها برای ساده سازی روند بروزرسانی نسخه های بعدی نقشه استفاده کردند و در سال 1971 ، نقشه برداری دیجیتال به سیستم تولید نقشه در مقیاس بزرگ معرفی شد. کار پیشگامانه راجر تاملینسون برای آغاز ، برنامه ریزی و توسعه سیستم اطلاعات جغرافیایی کانادا منجر به ایجاد اولین سیستم اطلاعات جغرافیایی رایانه ای در جهان در سال 1963 شد. دولت کانادا تاملینسون را مأمور ایجاد یک موجودی قابل کنترل از منابع طبیعی خود کرده بود. وی تصور كرد كه از رایانه برای ادغام داده های منابع طبیعی از همه استانها استفاده می شود. تاملینسون طرحی را برای محاسبات خودکار برای ذخیره و پردازش مقدار زیادی داده ایجاد کرد که به کانادا امکان می دهد برنامه ملی مدیریت کاربری خود را آغاز کند. او همچنین نام خود را به GIS گذاشت.
هوارد فیشر در سال 1964 در دانشگاه نورث وسترن، یکی از اولین برنامه های نرم افزار نقشه برداری رایانه معروف به SYMAP را ایجاد کرد. در سال 1965، او آزمایشگاه هاروارد برای گرافیک رایانه ای را تأسیس کرد. در حالی که برخی از اولین نرم افزارهای ساخت نقشه رایانه ای در آزمایشگاه ایجاد و تصفیه شدند، همچنین به یک مرکز تحقیقاتی برای تجزیه و تحلیل فضایی و تجسم تبدیل شدند. بسیاری از مفاهیم اولیه GIS و کاربردهای آن در آزمایشگاه توسط مجموعه ای با استعداد از جغرافی دانان، برنامه ریزان، دانشمندان علوم رایانه و دیگران از بسیاری از زمینه ها شکل گرفته است.
سال 1975 - 1990
حوزه سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS یا همان سیستم اطلاعات مکانی) در دهه 1960 با ظهور رایانه ها و مفاهیم اولیه جغرافیای کمی و محاسباتی آغاز به کار کرد. کارهای اولیه GIS شامل تحقیقات مهم جامعه آکادمیک بود. بعداً، مرکز ملّی اطلاعات و تجزیه و تحلیل جغرافیایی، به رهبری مایکل گودچیلد ، تحقیق در مورد موضوعات اصلی علوم اطلاعات جغرافیایی مانند تجزیه و تحلیل فضایی و تجسم را رسمی کرد. این تلاش ها به انقلابی کمی در دنیای علوم جغرافیایی دامن زد و زمینه را برای GIS فراهم کرد.
در سال 1969، جک دانگرموند – یکی از اعضای آزمایشگاه هاروارد – و همسرش موسسه تحقیقات سیستم های زیست محیطی، شرکت (Esri) را تأسیس کردند. این شرکت مشاوره برای کمک به برنامه ریزان کاربری اراضی و مدیران منابع زمین برای تصمیم گیری آگاهانه از نقشه برداری رایانه ای و تحلیل مکانی استفاده کرد. کارهای اولیه این شرکت ارزش GIS را برای حل مشکلات نشان داد. Esri در ادامه بسیاری از روشهای نقشه برداری GIS و تجزیه و تحلیل مکانی را که اکنون استفاده می شود، توسعه داد. این نتایج علاقه بیشتری به ابزارهای نرم افزاری و جریان کاری شرکت که اکنون برای GIS استاندارد هستند، ایجاد می کند.
در این دوره شاهد ایجاد تولید نرم افزار GIS توسط شرکت ESRI بودیم. جک دانگرماند، بنیانگذار Esri Inc، علوم محیطی، معماری منظر و طراحی شهری را مطالعه کرده است. به گفته خودش: “من ایده استفاده از نقشه برداری رایانه ای در حرفه خود را داشتم”. بنابراین، در سال 1967 به هاروارد رفت و در آنجا در آزمایشگاه گرافیک رایانه کار کرد. در اواسط دهه 1970، آزمایشگاه اولین GIS برداری را با نام ODYSSEY GIS توسعه داد.
در اواخر دهه 1970، پیشرفت در حافظه رایانه و بهبود قابلیت های گرافیکی رایانه منجر به ایجاد نرم افزار GIS تجاری شد. Esri یکی از فروشندگان Esri بود که هم اکنون بزرگترین شرکت نرم افزاری GIS در جهان است، که به عنوان یک متخصص برجسته در GIS شناخته می شود، که نقشی اساسی در تاریخ GIS داشته است.
با قدرتمندتر شدن رایانش، Esri ابزار نرم افزاری خود را بهبود بخشید. کار بر روی پروژه هایی که مشکلات دنیای واقعی را حل می کند، شرکت را به سمت نوآوری و توسعه ابزارها و رویکردهای قوی GIS که می تواند به طور گسترده استفاده شود، سوق داد. کارهای Esri به عنوان روشی جدید برای انجام تجزیه و تحلیل فضایی و برنامه ریزی، از جامعه دانشگاهی به رسمیت شناخته شد. Esri که نیاز به تجزیه و تحلیل تعداد بیشتری از پروژه ها به طور موثرتر دارد، ARC / INFO – اولین محصول تجاری GIS را توسعه داد. این فناوری در سال 1981 منتشر شد و تکامل Esri را به یک شرکت نرم افزاری آغاز کرد.
سال 1990 - 2010
پذیرش GIS در جریان اصلی بین سالهای 1990-2010 آغاز شد. این امر با تعدادی پیشرفت فناوری اطلاعات تسهیل شد: رایانه ها ارزان تر، سریعتر و قدرتمندتر میشدند. تعداد فزاینده ای از گزینه های نرم افزار GIS وجود داشت و داده های نقشه برداری دیجیتالی به راحتی در دسترس بود. این پیشرفت ها، همراه با پرتاب ماهواره های جدید رصد زمین و ادغام فناوری سنجش از دور با GIS، برنامه های کاربردی بیشتری را در حال توسعه یافت. GIS به کلاسها، کسب و کارها و دولتها در سراسر جهان راه یافت.
سال 2010 - 2018
به دلیل افزایش پذیرش GIS در بیست سال گذشته، GIS منبع باز (Open Source) یعنی رایگان متولد شد. داده های GIS همه جا بیشتر شده است، به عنوان مثال: تصاویر ماهواره ای Landsat اکنون برای همه قابل دسترسی است. GIS اکنون آنلاین، در فضای ابری و در تلفن همراه شما است.
امروزه
GIS به مردم امکان می دهد لایه های نقشه دیجیتالی خود را برای کمک به حل مشکلات دنیای واقعی ایجاد کنند. GIS همچنین به ابزاری برای به اشتراک گذاری داده ها و همکاری تبدیل شده است، و باعث ایجاد دیدی میشود که اکنون به سرعت به واقعیت تبدیل می شود – یک پایگاه داده GIS مداوم، همپوشان و قابل همکاری با جهان، تقریباً درباره همه موضوعات میباشد. امروز، صدها هزار سازمان هر روز کارهای خود را به اشتراک می گذارند و میلیاردها نقشه برای ایجاد داستان ها و آشکار کردن الگوها، روندها و روابط در مورد همه چیز ایجاد می کنند. امروزه، هر کسی متوجه می شویم یا نه، از سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS) و تحلیل مکانی استفاده می شود. آیا به آن امکان جستجوی مبتنی بر مکان در Google توجه کرده اید؟ آیا از برنامه ای در تلفن خود استفاده می کنید تا شما را از مکان A به مکان B برساند؟ آیا تحویل بسته یا تاکسی را که رزرو کرده اید پیگیری می کنید؟ همه این مثال ها از اطلاعات مکانی برای گرفتن بهترین پاسخ یا به روزترین اطلاعات استفاده می کنند.
مثالهای دیگر عبارتند از:
- مکان های احتمالی فروشگاه – براساس مکان مشتری ، توان مصرفی مشتری ، تجزیه و تحلیل زمان – مسیر ، مکان رقیب.
- تجزیه و تحلیل جرم پیش بینی – با استفاده از GIS و تجزیه و تحلیل فضایی منجر به 19 درصد کاهش در وقفه ها شد.
- ردیابی ناوگان در زمان واقعی – کاهش هزینه های تحویل ۱۰ درصدی.
- شلوغ ترین بندر اروپا – ۳۷۰ کشتی در روز – به زیرساخت های هلند کمک می کند تا رتبه ۱ را در جهان کسب کنند.
- کیفیت هوا – آگاهی بهتر از سیاست زیست محیطی و بهداشتی برای اروپاییان.
ریشه در علم جغرافیا، GIS مدرن انواع مختلفی از داده را ادغام میکند. این مکان موقعیت مکانی را تجزیه و تحلیل میکند و لایه های اطلاعات را با استفاده از نقشه ها و صحنه های سه بعدی بصورت تجسم سازمان میدهد. با این قابلیت منحصر به فرد، GIS بینش عمیق تری در مورد داده ها، مانند الگوها، روابط و موقعیت ها به شما می دهد(به کاربران در تصمیم گیری دقیق تر)
صدها هزار سازمان در هر زمینه تقریباً از GIS برای تهیه نقشه هایی استفاده میکنند که ارتباط برقرار میکنند، تجزیه و تحلیل میکنند، اطلاعات را به اشتراک میگذارند و مشکلات پیچیده ای را در سراسر جهان حل میکنند. این در حال تغییر روش کار در جهان است.
پیش بینی شده است که بازار سیستم اطلاعات جغرافیایی تا سال 2024 به 9 میلیارد دلار آمریکا برسد(گزارش توسط Global Market Insights 2024).
مقابله با چالش کلان داده ها
چند سال پیش ، این اعتیاد به مواد مخدر درباره “داده های بزرگ” و این چالش بود که چگونه می توانیم با انبوه داده ها کنار بیاییم. می توان ادعا کرد که GIS سالهاست با “داده های بزرگ” سروکار دارد. تصاویر ماهواره ای ، ارتوفوتوگرافی ، نقشه برداری در مقیاس بزرگ و ابرهای نقطه LIDAR همگی گیگابایت داده ایجاد می کنند. این روزها ، ترکیب سیستم اطلاعات جغرافیایی با سیستم عامل های ابری فضایی و پیشرفت در قدرت محاسبات ، تجارت را قادر می سازد انبارهای عظیم اطلاعات را تجزیه و تحلیل کند. نتایج این تجزیه و تحلیل اغلب الگوی داده های جدید را افشا می کند و از راه درک ابتکاری برای درک موفقیت از طریق درک هوش موقعیت مکانی الهام می گیرد.
اما ابر فضایی به جای اینکه تعداد زیادی از آمار ، جدول ها ، نمودارها و صفحات گسترده را از بین ببرد ، مردم را قادر می سازد تا تجزیه و تحلیل پیچیده ای را روی نقشه های هوشمند قابل فهم انجام دهند. این نقشه های دیجیتالی به رهبران ، استراتژیست ها و بسیاری از سطوح کارگران این امکان را می دهد که روندهای حیاتی را در بین مشاغل تجاری تجسم کرده و در پروژه های مهم مأموریت قاطعانه اقدام کنند.
باتوجه با تصویر فوق: GIS به دولت محلی این امکان را می دهد تا بر اساس داده های زمان واقعی ، بودجه و تخصیص تصمیمات کارگری را اتخاذ کند. در اینجا نمونه هایی از پناهگاه های بی خانمان و ساکنان منطقه واشنگتن دی سی آورده شده است. برای سازمانها هنگامی که به جریانهای عظیم داده از اینترنت اشیا (IoT) متصل می شوند از اهمیت بیشتری برخوردار می شوند و امکان نظارت بر روند به صورت واقعی را فراهم می کنند. هوش مکانی که از این جریان اطلاعات حاصل می شود ، هنگامی که با هوش مصنوعی و تجزیه و تحلیل های پیش بینی شده ترکیب می شود ، می تواند روش هایی را برای افزایش بهره وری یا تنظیم استراتژی ها برای پیگیری موفقیت کسب و کارها ترسیم کند.
پیگیری حرکات زندگی
GIS مدرن به مردم امکان می دهد تجسم نقشه ای ایجاد کنند که نشان دهنده هزاران رابطه بین صدها لایه داده در مورد جمعیت ، فروش ، رشد جمعیت ، صفات مشتریان ، مشتریان احتمالی ، رقبا ، زنجیره های تأمین ، مسیرهای تحویل و متغیرهای بیشمار دیگر است. نتایج را می توان به صورت سه بعدی مدلسازی کرد تا از کار برنامه ریزان شهری و مدیران تسهیلات پشتیبانی کند ، آنها همچنین می توانند از جریان داده ها از اینترنت اشیا برای به روزرسانی های بی درنگ مدل ها و نقشه های خود بهره مند شوند.
با سیستم عامل های باز برای تحریک برنامه های نوآورانه ، خلاصه کردن غنای ابزار و قدرت رو به رشد ابر جغرافیایی دشوار است. اما ، تأثیر آن را می توان در هزاران تجارت پیشرو مشاهده کرد که از آن برای تجزیه و تحلیل میلیون ها لایه داده و تولید میلیاردها نقشه روزانه استفاده می کنند.
ابر جغرافیایی از نظر قدرت ، انعطاف پذیری و قابلیت دسترسی رشد می کند
به طور فزاینده ای ، رهبران شرکت ها متوجه می شوند که نقشه های هوشمند راهی موثر برای نظارت بر فروش ، بررسی دارایی های موجود در این زمینه ، به روز نگه داشتن روندهای اجتماعی و اقتصادی ملی و جهانی – تقویت اهداف مشترک در همه بخش ها است.
انعطاف پذیری ابزار، برنامه ها و داده های موجود در ابر جغرافیایی قدرت خود را قرار می دهد در دسترس همه در یک سازمان. اعم از اینکه کارمندان به سرورهای شرکت ، رایانه های رومیزی ، لپ تاپ ها ، تبلت ها یا تلفن های هوشمند اعتماد کنند ، چه در دفتر کار شرکت کار کنند و چه تلفن همراه و از راه دور باشند ، همه آنها می توانند به هم متصل شوند. چنین دسترسی گسترده ای از سیلوهای اطلاعات محافظت می کند و امکان تقسیم گسترده دانش در سازمان را فراهم می کند.
استفاده از ابزارهای فوری
با بهره گیری از مدل های تحلیلی ، الگوریتم های پیش بینی کننده ، برنامه ها و داده های کلان ، بینش دقیق می تواند از طریق تجزیه و تحلیل رایانه ای لایه های داده ها در مورد تاریخ خرید گذشته مشتریان همراه با آمار جمعیتی آنها بر اساس محله و علایق آنها از نظر سن ، جنس ، تحصیلات یا شغل ظاهر شود. همچنین می تواند در روندهای بزرگتر مانند اقتصاد محلی ، آب و هوای فصلی ، زمان روز و روندهای سیاسی و اجتماعی ملی یا بین المللی نقش داشته باشد.
در انتهای دیگر مقیاس ، نقشه های هوشمندی که داده ها را از حسگرهای اینترنت اشیا دریافت می کنند ، به تحلیل گران این شرکت اجازه می دهد روندها را در زمان واقعی ترسیم کنند. هوش مکانی تجسم شده می تواند روند خرید ، تغییر جمعیت یا الگوی ترافیکی را که بر میزان تحویل ، زنجیره های تأمین ، مدیریت دارایی و تحقیق و توسعه تأثیر می گذارد ، نشان دهد و روندهای صدها لایه اطلاعات جمعیتی ، اقتصادی و سیاسی را در نظر بگیرد.
دامنه نفوذ ابر فضایی
اگرچه برای بخش انتفاعی حیاتی است ، اما قدرت فضای جغرافیایی تنها استان تجارت و صنعت خصوصی نیست.
داده ها و سیستم های فضایی رایگان یا کم هزینه که به طور گسترده در دسترس هستند همچنین به بیشتر نقشه های ملی ، ایالتی و محلی کمک می کنند تا مسائل مهم از بهداشت تا جرم گرفته تا خطوط آب و برق و حتی ریشه کن کردن مین های زمینی را ترسیم کنند. و این اساس کار سازمان های غیر دولتی در سراسر جهان است – گروه هایی که به حل مسائل زیست محیطی کمک می کنند ، نگرانی های عدالت اجتماعی را برطرف می کنند و استراتژی های پاسخگویی به بحران را برای طوفان ها ، زلزله ها یا همه گیرها متمرکز می کنند.
باتوجه به تصویر فوق: مناطق گردشگری می توانند جریان بازدیدکنندگان را در جاذبه های اصلی ارزیابی کنند و منابع را می توان در مناطق با نیاز بیشتر استفاده کرد.
به عنوان مثال ، برنامه ها می توانند از تصاویر ماهواره ای مداوم و داده های فعلی هوا و دما برای ساختن یک اطلس زنده استفاده کنند – تصویری در زمان واقعی از جهان که توده های زمینی دائمی ، تغییر کلاهک های قطبی ، اپیدمی ها ، افزایش یا کاهش دستمزدها و روند کشاورزی محلی را نشان می دهد یا فرهنگ اجتماعی منطقه ای.
باتوجه به تصویر فوق: مدیریت موارد اضطراری و اعمال خداوند. در اینجا ، داده های منطقه ای نشان دهنده نیاز و برآورده شدن جمعیت و مسکن محروم پس از طوفان هاروی است.
اطلاعات مبتنی بر مکان همچنین می تواند بسیاری از تصمیمات سیاسی را شکل دهد و به افراد در طیف سیاسی کمک کند تا مسائل و گزینه ها را درک کنند. ابر فضایی امکان تجزیه و تحلیل مقیاس پذیر را از یک ساختمان واحد به یک محله به یک شهر ، ایالت ، کشور ، قاره یا کل کره زمین ارائه می دهد.
GIS در حال تکامل و افزودن عمق است
فضای گسترده و قابل دستیابی به قدرت تحلیلی ، ابر فضایی می تواند از طریق پروژه ای مانند Atri Living Atlas ذهن و روح میلیون ها نفر را در سراسر جهان درگیر کند .
همچنین می توان برنامه هایی را توسعه داد که مردم سراسر دنیا را درگیر کمپین های مأموریت محور و مشارکت های اجتماعی کند. داوطلبان می توانند با همکاری یکدیگر روند نگران کننده را ردیابی کنند و مشاغل می توانند از داده های مبتنی بر مکان و برنامه های پیش بینی کننده برای درک خواسته ها و نیازهای چندین ساله مصرف کنندگان استفاده کنند.
ابر جغرافیایی مقیاس جدیدی از فضای فضایی را معرفی می کند و مشاغل و سازمانهایی با هر اندازه و مقصودی از آن استفاده می کنند تا زمینه های جدیدی را ایجاد کرده و شرکت های خود را به صورت دیجیتالی تغییر شکل دهند.
آینده GIS
GIS با حرکت به سمت وب و رایانش ابری و ادغام با اطلاعات بی درنگ از طریق اینترنت اشیا ، به یک بستر مربوط به تقریباً همه تلاشهای بشر تبدیل شده است – سیستم عصبی کره زمین. از آنجایی که جهان ما با مشکلات گسترش جمعیت ، از دست دادن طبیعت و آلودگی روبرو است ، GIS نقش مهمی در درک و پرداختن به این مسائل و ارائه ابزاری برای ارتباط راه حل ها با استفاده از زبان مشترک نقشه برداری خواهد داشت.
