نظم المعلومات الجغرافية و تطبيقها

تعريف نظم المعلومات الجغرافية Geographical Information System
لم يتفق المهتمون بنظم المعلومات الجغرافية على تعريف واحد لها وذلك لتعدد المجالات التطبيقية لهذه النظم وتعدد أهدافها ، لذلك فقد عُرفت بعدة تعاريف نورد بعضاً منها.
عرف (Chorly) نظم المعلومات الجغرافية بأنها نظم للضبط، الحفظ ، المراقبة ، جمع ، معالجة ، تحليل وعرض البيانات التي لها مرجعية مكانية ، وقد عرف كلاً من ( Stear and Estes) بأنها نظم معلومات صممت للعمل مع بيانات مزودة بنظام إحداثي مكاني أو جغرافي ، بمعنى آخر نظام قاعدة بيانات مع مؤهلات خاصة لتمثيل البيانات مكانياً ، وكذلك مجموعة من العمليات لتحليل البيانات ، وعرفت أيضا بأنها نظم من الأجهزة الصلبة والبرمجيات وعمليات صممت للمساعدة في تنظيم ، معالجة ، تحليل ، نمذجة ، وعرض البيانات المكانية لأجل حل تعقيدات التخطيط ومشاكل المؤسسات ، وبأنها تكنولوجيا يمكن أن تستغل للأبحاث العلمية، إدارة الموارد و تطوير التخطيط
وجاء في تعريف آخر بأنها أداة تعتمد على الحاسب الآلي لتوصل وتحلل ألأشياء التي توجد على الأرض وكذلك الإحداث التي تحصل عليها ، وقد عرفها عزيز بأنها نمط لتكنولوجيا الحاسب الآلي بشقيه الأساسيين البرامج(software) ومكونات الحاسب(hardware) والتي تسمح بحصر وتخزين ومعالجة بيانات متعددة المصادر كمية كانت أو نوعية، دون قيود مع إمكانية الحصول على نتائج نهائية على هيئة رسوم بيانية، مجسمات ، صور ، جداول أو تقارير علمية وقد عرف (Burrough 1986)نظم المعلومات الجغرافية بأنها مجموعة من رزم البرامجيات التي تمتاز بقدرتها على إدخال وتخزين واستعادة ومعالجة بيانات مكانية لجزء من سطح الأرض أما
(Dueker 1979) فقد عرفها بأنها حالة من نظم المعلومات تحتوي على قواعد بيانات تعتمد على دراسة التوزيع المكاني للظواهر والأنشطة والأهداف التي يمكن تحديدها في المحيط المكاني مثل النقاط والخطوط والمساحات ، إذ تقوم نظم المعلومات الجغرافية بمعالجة البيانات المرتبطة بتلك النقاط أو الخطوط أو المساحات لجعل البيانات جاهزة لاسترجاعها من أجل تحليلها أو الاستعلام عن بيانات من خلالها .
ومن خلال التعاريف المذكورة أعلاها يمكن إن نلخص بأن نظم المعلومات الجغرافية هي نظم حاسوبية لجمع ، وخزن وتحليل كم هائل من المعلومات لكافة الظواهر على سطح الأرض الطبيعية منها والبشرية تُمكن من خلالها المسؤولين من مخططين وصانعي القرارات من اتخاذ القرارات المناسبة لمعالجة المشاكل والأزمات ، والحالات الطارئة والتهيؤ لها قبل حدوثها .
أ- البيانات التي تتعامل معها النظم الجغرافية
تتعامل نظم المعلومات الجغرافية مع نوعين من البيانات وهي:-
1- البيانات المكانية (spatial data ):-
والتي تتضمن معلومات عن موقع وشكل المعلم الجغرافية وتخزن عادة في احداثيات ، كما يمكن أن تتضمن معلومات أخرى عن علاقات تلك المعالم بعضها مع بعض ، مثل علاقتي الجوار والاتصال ، وتمثل البيانات المكانية في نظم المعلومات عادة في هيئتين :-
أ- البيانات المتجهة (vector data):-
وهي أشكال معرفة هندسياً ، تتألف من النقاط والخطوط والمضلعات، وتكمن الفائدة الرئيسية منها في قدرتها على تمثيل المعالم الجغرافية تمثيلاً دقيقاً ، وهذا يجعلها مفيدة في مهام التحليل التي تتطلب تحديد المواقع بدقة، وكما في التطبيقات الهندسية والمساحية ،كما أنّ هذا النوع من البيانات يسمح بتعريف العلاقات المكانية بين المعالم مثل علاقة الجوار بين عقارين ، وعلاقة اتصال شارع بأخر ، أي إمكانية الانتقال من هذا الشارع إلى ذاك ، ويعرف ذلك باسم الطوبولوجيا(topology)
ب- البيانات المتسامتة أو النقطية (Raster Data):-
وهي الصور الجوية وتلك الواردة عن الأقمار الاصطناعية ، ويطلق عليها أيضا بيانات الشبكة
(grid data) لأنها مؤلفة من شبكة من الخلايا ، وتعتمد دقة هذا النوع من البيانات على حجم الخلية ، وهي مساحة المنطقة من سطح الأرض الذي تمثله تلك الخلية وكلما مثلت الخلية مساحة اصغر كلما كان وضوح البيانات المتسامتة عالياً، ومن مميزاتها إمكانيتها في تمثيل التدرج أو التغيير المستمر في الظاهرة ، مثل خريطة التربة في الأرض الزراعية ، ولكن لا يمكنها تمثيل العلاقات الطوبولوجية بين المعالم الجغرافية . لأنها تتألف من شبكة من خلايا الصور أو ا(البكسلات) المنفصلة . ويمكن استخدامها مباشرة في برامجيات نظم المعلومات الجغرافية القادرة على التعامل مع البيانات المتسامتة ولكن كلما زاد وضوح الصور كلما كبر حجم الملف ، وهذه احد المشاكل والقيود التي تحد من استخدام البيانات المتجهة او المتسامتة . تعتمد مسألة اختيار هذه البيانات على طبيعة وهدف المشروع المستخدم لنظم المعلومات الجغرافية . ويتوقف نوع البيانات أساسا على طبيعة البيانات وحجمها وسهولة تحليلها والدقة المطلوبة. وعموماً تُعد البيانات المتجهة اقتصادية وتوفر 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 ، ولكنها أسهل إثناء تنفيذ الحسابات الرياضية ، وكثيراً ما تستخدم البيانات المتسامتة كخلفية للبيانات المتجهة ، وتكون في هذه الحالة جزءاً مهماً من بيانات المشروع المستخدم لنظم المعلومات الجغرافية .
2- البيانات التفصيلية Descriptive Data :- ويقصد بها تلك المعلومات الكتابية التي تسند إلى المعلومات المكانية وتكون في صورة قوائم وجداول وتقارير ورسومات بيانية وصور . ج-الامكانيات المتوفرة في نظم المعلومات الجغرافية
توفر برامجيات نظم المعلومات الجغرافية عدة وظائف لمعالجة وتحليل البيانات المكانية وهي:-
1- استرجاع المعلومات (Information Retrieval):-
يستطيع المستخدم الحصول على المعلومات الخاصة بمعلم من معالم الخريطة من نظم ادارة قواعد البيانات الذي يحتفظ بتلك المعلومات ، وذلك بالنقر على ذلك المعلم. وما يزيد من اهمية نظم المعلومات الجغرافية قدرتها على إنشاء تقارير مخصصة بالمعلومات التي يسترجعها المستخدم .
2- نمذجة العلاقات -:(Topological Modeling)
لنظم المعلومات الجغرافية إمكانية تحليل العلاقات بين الظواهر على الخارطة ومن هذه العلاقات المكانية شروط التجاور (ماذا اثر مباشرة بماذا ) والشمولية أو الاحتواء(ماذا أحاط بماذا) والقرب أو التجاور (إلى أية درجة يقترب شيء ما الى شيء آخر) . وتعد العلاقة الطوبولوجية مهمة جداً في تحليل الشبكة مثل إيجاد أفضل الطرق بين موقعين في شبكة طرق معقدة .
3 - تحليل الظواهر الخطية -:(Networke)
إذ إن نظم المعلومات الجغرافية لديها إمكانية معالجة بعض مشاكل الشبكة المعقدة مثل تحليل شبكة الطرق لمعرفة زمن الرحلة بين نقطتين أو اختيار أفضل الطرق التي تقود إلى موقع معين . وتستعمل أيضاً في معالجة مشاكل تلوث الأنهار نتيجة رمي النفايات أو المواد الكيماوية إذ لديها أمكانية تحليل مقدار الملوثات التي تدخل المجرى المائي .
4- التراكيب (Overlay):-
وهو جزء هام في نظم المعلومات الجغرافية ويتطلب تركيب طبقتين أو أكثر لإنتاج طبقة جديدة ، فلمعرفة أفضل مكان لزراعة محصول معين تركب عدة طبقات للمنطقة تظهر أولها المخزون المائي ، والثانية فصل النمو بينما تتضمن الثالثة معلومات عن درجة حموضة التربة (Ph) تستطيع نظم المعلومات الجغرافية اختبار تلك الطبقات معاً لإنشاء طبقة جديدة تمثل أجزاء محددة من المناطق الزراعية التي تفي بكافة شروط التربة المناسبة لنمو ذلك النوع من المحصول .
5- إنشاء الحريم والممرات (النطاقات ) -:(Buffer and corridors)
يستعمل الحاجز - أو الحريم والحرم كما يطلق عليه في بعض 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 ، هذه العملية من أهم فوائد تطبيقات نظم المعلومات الجغرافية في المجالات التخطيطية والاقتصادية ، فمثلاً يمكن أن يحدد النطاق المحيط بمدرسة ما للتعرف على المناطق السكنية المختلفة التي تخدمها المدرسة ، وكذلك الحال بالنسبة لموقع المستشفى أو أي مركز خدمات أخرى ، والتي تمثل على الخارطة في نقطة ، وتفيد كل هذه الحالات في إعادة التخطيط للمناطق العمرانية من إضافة نقاط خدمات أخرى.
6-التوليد المكاني -:(Spatial Interpolation)
يمكن استخدام نظم المعلومات الجغرافية 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 المأخوذة في مواقع مختلفة على الخريطة ، وكما يمكن أنشاء خريطة التضاريس انطلاقاً من عدد من قياسات الارتفاعات في الخريطة . ومن البديهي أن تتوقف دقة البيانات المولدة على عدد القياسات المأخوذة
- تحليل نموذج التضاريس الرقمي -:(Digitazal Terrain Analysis)
تستطيع نظم المعلومات الجغرافية بناء نماذج ثلاثية الإبعاد للموقع الجغرافي عندما يمكن تمثيل طبوغرافية هذا الموقع بنموذج بيانات احداثيات(س،ص،ع) يعرف باسم نموذج التضاريس أو الارتفاع الرقمي
(Digital Terrain or Elevation Model) ويشار إليه اختصاراً بالأحرف DTM أوDEM ويمكن استعمال البيانات المشتقة من نموذج التضاريس الرقمي في تحليل الظواهر البيئية أو المشاريع الهندسية التي تتأثر دراستها بالارتفاعات او الانحدار، كما في دراسات الغابات والطمى النهري
8- أنتاج الخرائط
لقد ساعد التطور التقني في مجال نظم المعلومات الى الاستفادة منها في تمثيل الظواهر الطبيعية والبشرية والتعامل معها على الخارطة بأسلوب يسمح بالإضافة أو الحذف أو الاظهار أو ألإخفاء لبعض مكونات الخريطة أو محتوياتها ورؤية العلاقات المكانية لتلك الظواهر بناء على معطيات مختارة تمكن المستخدم من عرض الظاهرة الجغرافية الممثلة في نظم المعلومات الجغرافية بأسلوب متحرك(Dynamic Map) على الخارطة الورقية التي تحقق تلك الخاصية.
فضلاً عن إمكانية النظم من انتاج الخرائط الموضوعية (Thematic Mapping) ويعني ذلك إظهار السمات أو البيانات الوصفية في اسلوب رسومي، ويؤدي تغيير المعالم الى جعل المعلومات اكثر وضوحاً ، بتدرج لوني للمعلم أو نمط الخط المرسوم به أو ترميزه برمز خاص أو حتى كتابة احدى قيم البيانات الوصفية لكل معلم من معالم الخريطة . يمكن مثلاً رسم دوائر اكبر لترميز المدن ذات عدد السكان الأكبر أو استخدام خطوط عريضة لترميز الطرق ذات الكثافة المرورية العالية هذا فضلاً عن أن الخارطة في نظم الـ(GIS) حرة المقياس أي بالإمكان تغيير مقياس الخارطة حسب متطلبات العمل.
9- لغة الاستفسار (Query Language):-
يدخل هذا النوع من الوظائف في ضمن احد مميزات نظم المعلومات الجغرافية إذ يمكن إجراء الاستفسارات الآتية:- أ- اختيار عنصر معلوماتي معين :- تحتوي نظم المعلومات الجغرافية على قواعد معلومات ضخمة ، لذلك فأنه من الضروري توفير إمكانية البحث والاستفسار فيها عن عنصر معلوماتي. ب- إمكانية إجراء عمليات خاصة لتوضيح العلاقات(Relational Operation) بين المعلومات وذلك باستعمال العلاقات الرياضية <=،=>،<>. ج- إمكانية إجراء عمليات رياضية (Mathematic Operation) على البيانات العددية وذلك باستعمال احدى العلاقات (=،- ،+،*،%) للحصول على نتائج مميزة .
10-اتخاذ قرارات افضل
القول المأثور (أفضل المعلومات تقود الى افضل القرارات) ينطبق على الـ(GIS) . فبعد أن تّم استعراض بعض إمكانيات الـ(GIS) فلم يعد نظام اوتماتيكي لاتخاذ القرارات ، ولكن اداة للتساؤل والتحليل ورسم خرائط بيانات لدعم عملية صنع القرار. على سبيل المثال يمكن لنظم الـ(GIS) أن تستخدم للمساعدة في الوصول الى قرار حول موقع جديد لإسكان متطور بتأثيرات بيئية أقل ، إذ تكون المعلومات معروضة باختصار وبوضوح على شكل خارطة وتصاحبها تقارير والتي تسمح لصانعي القرار أن يركزوا على اصدار قرار حقيقي بدلاً من المحاولات لفهم البيانات لأن منتجات ال(GIS) يمكن أن تنتج بسرعة سيناريوهات عديدة تُمكن من التقييم بكفاءة وعلمية للظاهرة قيد الدرس.