دراسة شاملة لنظم المعلومات الجزء الاول ::::::::::::◄

مبادئ نظام المعلومات الجغرافية

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 الهاتفوالكهرباء والمياه، أو في شركة واحدة تكون شبكة الحواسيب أحد المعالم فيها.
لعلك سمعت – عزيزي القارئ - عن التطبيقات المشهورة لنظام المعلوماتالجغرافية، مثل استخدامه في المواصلات لمعرفة أفضل الطرق بين موقعين فيالمدينة، أو استخدامه في مؤسسات الكهرباء لتوضيح مواقع مراكز التحويلوكيفية 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 للخدماتالاجتماعية مثل الرعاية الصحية والتعليم الابتدائي يمكن إنجازه عبر نظامالمعلومات الجغرافية، لما يتمتع به هذا النظام من قدرة على تحليل توزّعالسكان ودراسة كيفية وصولهم إلى تلك المراكز الخدمية، وبالإضافة إلى ذلكيزداد استخدام نظام المعلومات الجغرافية باطّراد في مساعدة الأعمالالتجارية على تحديد أسواقها المرتقبة والاهتمام بزبائنها.



يمكنناإذاً 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 ومعاييرمحددة، مثل العثور على أفضل موقع لإنشاء مطار، أو أفضل موقع لافتتاح مركزتجاري. 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 المشاكلالتقنية الناجمة عن معالجة كميات كبيرة من المعلومات دفعة واحدة. وتستخدم بعض البرامج مصطلح theme أي موضوع بدلاً من طبقة، ولكنها في طريقها إلىالعودة 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 الأراضيالزراعية، وتُمثل هذه الطبقة بمجموعة من المضلعات المغلقة، لأن المضلعاتهي الشكل الهندسي الأنسب لتمثيلها، بينما تخصّص الطبقة الثانية لبيوتالقرية، والثالثة للمراكز الحكومية كالمدارس والمستشفيات وتُمثل هاتانالطبقتان بمجموعة من المضلعات أيضاً. وتتضمن الطبقة الرابعة الآبار،وتُمثل بمجموعة من النقاط. في حين تضم الطبقة الأخيرة الطرق المارة في تلكالقرية وتُمثل بمجموعة من الخطوط.يمتلك نظامالمعلومات الجغرافية إمكانيات خاصة لربط عدة طبقات من البيانات المكانيةوتحليلها وإنشاء الخرائط التي تمثل نتائج ذلك التحليل، مثل ربط طبقةالأراضي الزراعية بطبقة الطريق المقترح إنشاؤها لاكتشاف أي الأراضيالزراعية تتأثر بمرور الطريق الجديدة فيها، والمساحة المطلوب شراؤها منالمالك. أو ربط طبقة الأراضي الزراعية بطبقة الآبار لمعرفة عدد الآبار فيكل 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 الوصفية التي تؤلف قوام هذا النظام. تتضمن البيانات المكانية (Spatial Data) 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 الوصفية 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 الوصفية أو السمات من اسم المالك، ورقم الترخيص، وعمق البئر. ويتميز نظام المعلومات الجغرافية بقدرته على ضم البيانات المكانية والسمات معاً.
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 (grid data) 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.


تكمن الفائدة الرئيسية في هيئة البيانات المتجهة في قدرتها على تمثيلالمعالم 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 بينموقعين في شبكة طرق معقدة.

أماالبيانات 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 المتسامتة. ولكن كلما زاد وضوح الصور كلما ازداد حجم الملف، وهذه إحدى المشاكل والقيود التي تحد من استخدام البيانات المتسامتة. 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 المتسامتة. لذلك تستخدم عدة طرق لتحويل الخرائط الورقية إلى خرائط رقمية. يُستخدم الترقيم (digitizing) لإنشاء نموذج حاسوبي للخريطة الورقية 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 متسامتة من الخريطة الورقية. يمكن استخدامها مباشرة، عندما يكون نظام المعلومات الجغرافية قادراً على تحليل البيانات المتسامتة، أو استخدامها كخلفية للمشروع إذا كان يعتمد على بيانات متجهة. يمكن أيضاً تحويل البيانات المتسامتة إلى بيانات متجهة باستخدام برامج خاصة للتحويل بين هيئتي البيانات هذه، وتسمى هذه البرامج باسم R2V اختصاراً لعبارة Raster to Vector.