آشنایی با ژئوانفورماتیک (Geoinformatics)
مهدی نوایی لواسانی – 2023-10-19ژئوانفورماتیک (Geoinformatics) چیست ؟
امروزه ژئوانفورماتیک (Geoinformatics) به فناوری مهمی برای تصمیمگیرندگان در طیف گستردهای از رشتهها ، صنایع و سازمانها تبدیل شده است ، زیرا به آنها امکان میدهد تا اطلاعات فضایی را جمع آوری ، پردازش ، تحلیل ، تصویرسازی کرده و در نهایت خروجی تولید کنند .
پیش از آنکه به عمق فناوری ژئوانفورماتیک (Geoinformatics) بپردازیم ، ابتدا بیائید تا معنای اصطلاح ژئوانفورماتیک را درک کنیم .
اصطلاح Geoinformatics (ژئوانفورماتیک) از دو بخش تشکیل شده است ، Geo (زمین) و Informatics (پردازش اطلاعات) . بنابراین ، ژئوانفورماتیک را میتوان تحت عنوان اتحاد بین علوم زمین و اطلاعات درک کرد .
میتوان گفت ژئوانفورماتیک به طور کلی با استفاده از فناوری اطلاعات برای جمعآوری ، تجزیه و تحلیل ، ذخیرهسازی ، بازیابی ، نمایش و انتشار اطلاعات در مورد زمین سر و کار دارد.
به عبارت دقیقتر ژئوانفورماتیک به عنوان علم و فناوریِ مرتبط با ساختار و ویژگیهای اطلاعات مکانی ، جمع آوری ، طبقهبندی ، ذخیرهسازی ، پردازش ، نمایش و انتشار آنها از جمله زیرساختهای لازم برای استفاده بهینه از این اطلاعات توصیف شده است .
اعتقاد بر این است که اصطلاح ژئوانفورماتیک تنها چند دهه پیش در نتیجه ادغام سه رشته ، یعنی فتوگرامتری ، سنجش از دور و سیستم های اطلاعات جغرافیایی به وجود آمده است .
تفاوت ژئوانفورماتیک (Geoinformatics) و ژئوماتیک (Geomatics)
اصطلاح دیگری به نام ژئوماتیک (Geomatics) وجود دارد که اولین بار در اوایل دهه 1980 در دانشگاه لاوال کانادا برای توصیف رشته های ذکر شده بالا به کار گرفته شد ، زیرا پتانسیل افزایش قدرت محاسبات که علوم نقشهبرداری را متحول میکرد ، مدنظر قرار داده بود.
طبق تعریف دانشکده مهندسی ژئوماتیکِ دانشگاه کلگری ، مهندسی Geomatics یک رشته مدرن است که جمعآوری ، مدلسازی ، تجزیه و تحلیل و مدیریت دادههای مکان مرجع شده یعنی دادههای شناسایی شده بر اساس مکان آنها را یکپارچه میکند .
واژه Geomatics توسط دوبوئیسون ، یک فتوگرامتریست فرانسوی ساخته شده است . اصطلاح ژئوماتیک بیشتر در آمریکای شمالی استفاده میشود ، در حالی که ژئوانفورماتیک به نظر میرسد در اروپا که دانشکده ژئوانفورماتیک در موسسه معروف ITC وجود دارد ، محبوبتر باشد.
بعضی محققین ، اصطلاح Geomatics را با Geoinformatics مترادف میدانند. با این حال ، گروهی دیگر معتقدند اگرچه ژئوماتیک و ژئوانفوماتیک هر دو شامل نظریه و کاربردهای عملی ژئودزی (شاخهای از ریاضیات کاربردی و علوم زمین است که به اندازهگیری و نمایش شکل و ابعاد زمین ، تعیین موقعیت دقیق بر روی آن و بررسی میدان ثقل زمین و تغییرات زمانی آن میپردازد.) هستند و به شدت به آن وابستهاند ، در معانی منتقل شده توسط دو اصطلاح ژئوماتیک و ژئوانفورماتیک تفاوت وجود دارد .
در مجموع میتوان بیان کرد که ژئوماتیک اصطلاح کلیتری است که شامل نقشه برداری ، فتوگرامتری ، سنجش از دور و GIS است . اما ژئوانفورماتیک اصطلاح جدیدتری است که بیشتر متمرکز بر GIS و علوم مکانی مبتنی بر کامپیوتر است .
یا به عبارت دیگر می توان گفت Geomatics عمومی تر است در حالی که Geoinformatics بیشتر متمرکز بر جنبه های مرتبط با فناوری اطلاعات و کامپیوتر علوم مکانی است . اما این دو اصطلاح را در بسیاری از موارد میتوان به جای یکدیگر نیز به کار برد .
اجزای ژئوانفورماتیک (Geoinformatics)
اجزای مختلف ژئوانفورماتیک عبارتند از :
- علوم کامپیوتر
- ژئودزی
- کارتوگرافی
- فتوگرامتری
- سنجش از دور
- سیستم موقعیتیاب جهانی (GPS)
- سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)
در ادامه با هر یک از این اجزا به طور مختصر آشنا میشویم .
1 – علومکامپیوتر
انفورماتیک ، به عنوان یک رشته ، از هر دو فنآوریِ کامپیوتر ، یعنی سخت افزار و نرم افزار تشکیل شده است . نقش مهم اطلاعات ناشی از ضرورت مدیریت بیشتر و بیشتر دادههای پیچیده در هر زمینه ای است . کاربرد و استفاده از علوم کامپیوتر در ژئوانفورماتیک دست به دست هم میدهند و با جنبههای مختلفی از کاربرد علوم کامپیوتر در ژئوانفورماتیک روبرو خواهید شد .
2 – ژئودزی
ژئودزی که با عنوان ژئودتیک هم شناخته میشود رشتهای است که با اندازهگیری و نمایش زمین سر و کار دارد و به عنوان علم مربوط به مطالعه شکل و مساحت زمین تعریف می شود. ژئودزی شکل و ابعاد زمین را از طریق دو شاخه خود تعریف می کند :
- Gravimetry که با تعیین گرانش زمین و ناهنجاری های آن سر و کار دارد .
- Positioning astronomy که موقعیت نقاط روی کره زمین را از طریق مشاهده ستارگان و ماهوارهها تعیین می کند .
3 – کارتوگرافی
کارتوگرافی به طور کلی بهعنوان علم و هنر طراحی ، ساخت و تولید نقشهها در نظر گرفته میشود که شامل تقریباً هر عملیاتی از کار میدانی اولیه تا چاپ و بازاریابی نهایی نقشههاست .
انجمن بینالمللی کارتوگرافی ، کارتوگرافی را بهعنوان رشتهای که با فهم ، تولید ، انتشار و مطالعه نقشهها سر و کار دارد تعریف میکند.
نمایش کارتوگرافی کلید تعیین سرنوشت هر نقشهای است که از طریق تحلیلهای مختلف ژئوانفورماتیک تولید میشود .
4 – فتوگرامتری
فتوگرامتری فناوری ایجاد شده برای تعیین خواص هندسی اشیاء از تصاویر آنهاست و با اندازهگیریِ موقعیت و شکل اشیاء به کمک تصاویر سر و کار دارد . انجمن آمریکاییِ فتوگرامتری و سنجش از دور (ASPRS) فتوگرامتری را به عنوانِ هنر ، علم و فناوری به دست آوردن اطلاعات قابل اعتماد درباره اشیاء فیزیکی و محیط ، از طریق فرآیندهای ثبت ، اندازهگیری و تفسیر تصاویر عکاسی و الگوهای انرژی الکترومغناطیسیِ ثبت شده تابشی و سایر پدیدهها تعریف کرده است.
فتوگرامتری در زمینههای مختلف از جمله نقشهبرداری توپوگرافی ، معماری ، مهندسی ، تولید ، کنترل کیفیت ، تحقیقات پلیس و زمینشناسی مفید است. باستانشناسان از فتوگرامتری برای تولید نقشههایی از محوطههای بزرگ یا پیچیده استفاده میکنند . هواشناسان از آن برای تعیین سرعت واقعی باد در گردبادها در مکانهایی که دادههای عینی آب و هوایی در دسترس نیست ، استفاده میکنند.
5 – سنجش از دور
سنجش از دور عبارت است از جمع آوری اطلاعات در مورد یک شیء از فاصله .
دانشمندان از تکنیک سنجش از دور برای نظارت یا اندازه گیری پدیدههای موجود در زمین استفاده میکنند . سنجش از دور معمولاً به کمک یک دستگاه مکانیکی به نام سنسورِ سنجش از دور انجام میشود . این دستگاه توانایی بسیار بهبود یافتهای برای دریافت و ثبت اطلاعات در مورد یک شی بدون تماس فیزیکی با آن دارد . اغلب اوقات ، این سنسورها در فاصلهای از شیء مورد نظر با استفاده از بالگردها ، هواپیماها و ماهوارهها قرار میگیرند . اکثر دستگاههای سنجش از دور اطلاعاتی در مورد یک شیء را با اندازهگیری انتقال انرژی الکترومغناطیسی شیء از سطوح بازتابنده و تابشی ثبت میکنند .
سنسورهای سنجش از دور مقادیر مختلفی از تابش را که از ویژگیهای مختلف سطح زمین بازتاب یا گسیل میشود ، ثبت کرده و آن را به شکل یک تصویر بازتولید میکنند . سنجش از دور با بهرهگیری از ضبط تعاملات ویژگیهای سطح زمین با تابش الکترومغناطیسی ، دیدکلی از سطح زمین را فراهم میآورد .
تصاویر سنجش از دور کاربردهای زیادی در ایجاد نقشههای استفاده از زمین و پوشش زمین ، کشاورزی ، نقشهبرداری خاک ، جنگلداری ، برنامهریزی شهری ، باستانشناسی ، مشاهدات نظامی و بررسیهای ژئومورفولوژیکی ، اکتشاف معدنی و دیگر کاربردها دارد.
6 – سیستم موقعیت یابجهانی (GPS)
سیستم موقعیتیاب جهانی (GPS) مجموعهای از حدود 24 ماهواره است که هر 12 ساعت یک بار مدار زمین را با ارتفاعی حدود 20,200 کیلومتر طی میکنند . این ماهوارهها سیگنالهایی پخش میکنند که برای استخراج اطلاعات دقیق زمانبندی ، مکان و سرعت استفاده میشوند . اطلاعات استخراج شده سپس میتوانند با سایر سیستمها مانند دستگاههای ارتباطی ، رایانهها و نرمافزارها ترکیب شوند تا وظایف متنوعی را انجام دهند.
فناوری GPS متشکل از بخشهای فضایی ، کنترل و کاربردی ، به مردم امکان میدهد به طور دقیق بدانند در کجای سطح زمین قرار دارند. پیش از GPS ، موقعیتها با انجام روشهای پیچیدۀ اندازهگیری نسبی و مطلق جهتها و فاصلهها تعیین میشدند.
کاربردهای عملی GPS در پنج دسته کلی زیر قرار میگیرند:
- مکانیابی (Location) : تعیین موقعیت پایه
- ناوبری (Navigation) : حرکت از یک موقعیت به موقعیت دیگر
- ردیابی (Tracking) : نظارت بر حرکت افراد ، حیوانات و کالاها
- نقشه برداری (Mapping) : تهیه نقشههای جهان
- خدمات مبتنی بر مکان (LBS) : ارائه اطلاعات وابسته به مکان بر اساس موقعیت فعلی کاربر
یکی از کاربردهای در حال گسترش GPS ، خدمات مبتنی بر مکان یا Location Based Services(LBS) است . LBS خدمات اطلاعات جغرافیایی هستند که میتوانند اطلاعات وابسته به مکان را بر اساس موقعیت فعلی کاربر ارائه دهند . LBS عمدتاً در خدمات اضطراری استفاده میشود. با این حال ، این خدمات همچنین برای ارائه اطلاعات در مورد منابع عمومی نزدیک (مانند جایگاههای سوخت ، ایستگاههای اتوبوس ، دستگاههای خودپرداز و غیره) ، خدمات نقشه و ناوبری (مانند در وسایل نقلیه) و حتی برای یافتن دوستان از طریق موبایل استفاده میشود .
7 – سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)
سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) سختافزار ، نرمافزار و دادهها را برای ضبط ، مدیریت ، تجزیه و تحلیل و نمایش انواع اطلاعات مرجع مکانی یکپارچه میکند .
GIS به ما امکان میدهد دادهها را به روشهای متفاوتی ببینیم ، درک کنیم ، سؤال کنیم ، تفسیر کنیم و به صورت نقشهها ، گزارشها و نمودارها تجسم کنیم که روابط ، الگوها و روندها را آشکار میسازد . یک GIS به شما کمک میکند با نگاه کردن به دادههای خود به روشی که سریعاً درک و به راحتی به اشتراک گذاشته میشود ، سؤالات را پاسخ دهید و مشکلات را حل کنید.
مولفه های GIS شامل :
- سیستمهای رایانهای
- نرم افزارها
- دادههای مکانی
- مدیریت داده
- روشهای تحلیل
- کاربران GIS
دادهها مؤلفه اصلی GIS را تشکیل می دهند . با پیشرفتهای اخیر در فناوریهای سنجش از دور و GPS ، حجم زیادی از داده های با وضوح بالا و هزینه مناسب در دسترس قرار گرفته اند. داده های سنجش از دور و GPS به عنوان ورودی در GIS مورد استفاده قرار می گیرند . سخت افزار رایانهای و مؤلفه های نرم افزاری برای ورود دادهها ، ذخیره سازی دادهها ، پردازش دادهها ، تحلیل و همچنین تولید خروجیها مورد نیاز است . GIS بدون افراد و سازمان هایی که در آن کار می کنند و به درستی به سمت GIS جهت گیری نشده اند ، هیچ ارزشی ندارد . در نهایت ، اطلاعات تولید شده در GIS از طریق شبکه ارتباطی منتقل می شود .
GIS به طور سنتی به عنوان ابزاری برای تولید خروجیهایی که به فرایند تصمیمگیری در برنامه ریزی شهری ، مدیریت منابع طبیعی ، ارزیابی و مدیریت مخاطرات طبیعی ، مدیریت محیط زیست و بسیاری موارد دیگر کمک می کند ، مورد استفاده قرار گرفته است . استفاده از اینترنت نیز برای انتشار اطلاعات به عموم مردم منجر به ظهور نوع جدیدی از GIS تخصصی به نام Web GIS شده است .
با گذر زمان ، GIS از یک ابزار تحلیل داده به یک سیستم پشتیبانی تصمیم گیری مکانی (SDSS) و GIS مجازی (VGIS) یا سیستم خبره (ES) تکامل یافته است .
SDSS می تواند به عنوان ابزاری برای هماهنگی بین متخصصان مختلف و تعاملی کردن فرایندهای تصمیم گیری در نظر گرفته شود و شامل ابزارهای پردازشی است که قادر به پاسخگویی به سوال چه اتفاقی خواهد افتاد اگر… هستند .
مزایای ژئوانفورماتیک
قدرت ژئوانفورماتیک در قابلیت آن در کسب دادههای مکانی ، ادغام دادههای مکانی با دادههای غیر مکانی (یعنی اطلاعات توصیفی در مورد دادههای مکانی) ، تحلیل آنها ، ایجاد و بصری سازی سناریوهای مختلف و تولید خروجیهایی است که می تواند برای درک فرایندها و مدیریت و تصمیمگیری مورد استفاده قرار گیرد.
با درنظر گرفتن اجزا ، برخی از مزایای ژئوانفورماتیک عبارتند از :
- تهیه دادههای مکانی به صورت کارا از نظر زمان و هزینه .
- تهیه دید کُلی و اطلاعات چندتاریخی از یک منطقه در بخشهای مختلف طیف الکترومغناطیس .
- کمک به جمعآوری دادههای یک منطقه بدون اختلال یا تخریب آن ناحیه .
- تواناییِ پاسخگوئی به سناریوهای کجا ، کِی ، چه و چرا که با سیستمهای نرمافزاری دیگری امکانپذیر نیست .
- کمک در پیشبینی رویدادها / نتایج بر اساس تحلیلهای چندمعیاره .
- کمک به بصری سازی سناریوها در یک شرایطِ داده شده و پیامدهای آن ، چنین سناریوهایی به مدیران بحران برای برنامهریزی آینده بسیار کمک میکند .
- کمک به ایجاد یک راه حل جامع برای یک مسئله در دست اقدام ، به ویژه کمک به تصمیم گیرندگان و سیاستگذاران برای رسیدن به یک تصمیم / راه حل مناسب .
- کمک به برنامهریزی راهبردها ، به ویژه در مواردی که رویدادهای فاجعهبار نیاز به تصمیمگیری سریع دارند .
تکامل ژئوانفورماتیک به عنوان یک رشته چند رشتهای
ژئوانفورماتیک عمدتاً درگذشته به عنوان ابزاری که در حوزههای کاربردیِ مختلفِ مرتبط با رشتههای گوناگون اعمال میشد در نظر گرفته میشد . افزایش آگاهی در مورد ژئوانفورماتیک سبب شده تا حد زیادی از یک ابزار به یک علم تغییر کند . اطلاعات مکانی اکنون به عنوان یک نیاز اطلاعاتی ضروری برای تصمیم گیرندگان و برنامهریزان شناخته شده و با پیشرفتهای فناوری و توسعههای مرتبط ، Geoinformatics در حال ظهور به عنوان یک رشته علمی جدید است و این ظهور توسط جامعه علمی به رسمیت شناخته میشود .
ژئوانفوماتیک به طور ذاتی چندرشتهای است ( این رشته متدولوژیهایی از علوم کامپیوتر ، ژئودزی ، جغرافیا ، نقشهبرداری ، سنجش از دور ، GIS ، GPS ، پردازش تصویر دیجیتال ، هوش مصنوعی و غیره را برای درک ویژگیها و فرایندهای زمین و حل مشکلات آن یکپارچه میکند .
با استفاده از ژئوانفورماتیک میتوانیم در مورد ویژگیهای سطح زمین مانند سکونتگاه های انسانی ، شبکهراه ، محدوههای آبی ، جنگل ، حیات وحش و جمعیتشناسی و غیره مطالعه کنیم .
با درک ماهیت چندرشتهای آن ، هر شخص میتواند به ژئوانفورماتیک علاقهمند شده و بر اساس تجارب قبلی خود سریعاً با آن سازگار شود .
کاربردهای ژئوانفورماتیک
میتوان گفت که در چهار دهۀ گذشته ژئوانفورماتیک به عنوان ابزاری عمده برای جمعآوری اطلاعات در مورد هر جنبهای از زمین رشد کرده است . کاربردهایی چون :
خدمات اضطراری ، بهداشت عمومی ، حمل و نقل و زیرساختها ، اکتشاف مواد معدنی ، برنامهریزی شهری و مدیریت استفاده از زمین ، سیستمهای ناوبری درون خودرو ، مدلسازی و تجزیه و تحلیل محیطی ، نظامی ، کشاورزی ، هواشناسی ، تغییرات آب و هوایی ، اقیانوسشناسی ، مکانیابی کسب و کار ، مخابرات ، تحلیل جرم ، و غیره
ژئوانفورماتیک در حفاظت و تصمیمگیری برای مدیریت منابع ، نظارت بر مخاطرات طبیعی و تهیه طرح عملیاتی برای آمادگی و مدیریت بحران کمک کرده است .
همچنین به هزاران سازمان در سراسر جهان همچون شرکتهای انتقال و توزیع برای تعیین مسیر ، تهیه نقشه داراییها برای کاهش اتلاف ، بررسی قطع برق و دزدی ، تعیین مسیر برای خطوط انتقال جدید کمک کرده است .
اکنون بسیاری از شهرداریها پایگاه دادههای گستردهای را در محیط GIS برای حکمرانی بهتر در شرایط اضطراری ، توزیع کمکها ، مالکیت زمین ، امکانات شهری ، فضای سبز شهری و غیره نگهداری میکنند.
کاربردهای ژئوانفورماتیک نامحدود است و این بر عهده کاربر است که بهترین نتیجه را از آن به دست آورد.
محصولات ژئوانفورماتیک
نتایج تحلیلهای مکانی در اَشکال مختلفی ارائه میشوند که به عنوان محصولات ژئوانفورماتیک شناخته میشوند . این محصولات را میتوان به دو دسته زیر تقسیم کرد :
- محصولات کارتوگرافی
- محصولات غیرکارتوگرافی
خروجیهای کارتوگرافی شامل نقشههایی است که مطابق با قراردادهای کارتوگرافی تهیه شدهاند.
خروجیهای غیرکارتوگرافی شامل مدلهای نقشه ، مانند مدل رقومی ارتفاع (DEM) و سیستمهای اطلاعاتی است که عمدتاً برای اهداف تجسم و بصری سازی استفاده می شوند . DEM امکان نمایش انعطاف پذیرِ دادههای توپوگرافی را فراهم میکند که ویژگیهای اضافی چشمانداز را نشان می دهد . سیستم اطلاعاتی نیز مجموعهای از روشهای نوشتاری ، الکترونیکی یا گرافیکی برای انتقال اطلاعات است .
مطالعه بیشتر : تفاوت مدل های ارتفاعی DEM ، DSM ، DTM
پایه و اساس یک سیستم اطلاعاتی به اشتراکگذاری و پردازش اطلاعات و ایدهها است . کامپیوتر و فناوریهای مخابراتی به مؤلفههای ضروری سیستمهای اطلاعاتی تبدیل شدهاند.
محصولات ژئوانفورماتیک همچنین شامل سیستمهای پشتیبانی تصمیمگیری (DSS) هستند که سطوح مدیریت ، عملیات و برنامهریزی یک سازمان را خدمترسانی میکنند و به تصمیمگیری کمک میکنند .
خلاصه
در این مقاله با مفهوم ژئوانفورماتیک ، اجزا و کاربردهای مختلف آن آشنا شدید . میتوان خلاصه مباحث فوق را در چند خط زیر بیان کرد :
- ژئوانفورماتیک اتحاد علوم زمین و انفورماتیک است.
- اجزای ژئوانفورماتیک شامل علوم کامپیوتر ، ژئودزی ، کارتوگرافی ، فتوگرامتری ، سنجش از دور ، سیستم موقعیتیاب جهانی (GPS) و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) است .
- کسب دادههای ژئوانفورماتیک ، پردازش ، تولید محصول ، بازنمایی دادهها و اشاعه آنها به کاربرد و استفاده از علوم کامپیوتر بستگی دارد .
- ژئودزی با دو شاخه Gravimetry و Positioning astronomy ، شکل و ابعاد زمین را تعریف میکند .
- کارتوگرافی با طراحی ، تولید ، نشر و مطالعه نقشهها سر و کار دارد .
- فتوگرامتری به اندازهگیری موقعیت و اشکال اجسام به کمک عکس میپردازد .
- سنجش از دور جمعآوری داده در مورد یک شیء از فاصله است .
- سیستم موقعیتیاب جهانی (GPS) سیگنالهایی را پخش میکند که به مردم امکان میدهد به طور دقیق بدانند در سطح زمین در کجا قرار دارند.
- سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) سختافزار ، نرمافزار و دادهها را برای جمعآوری ، مدیریت ، تحلیل و نمایش انواع اطلاعات مکانمرجع شده یکپارچه میکند .
- درک زمین به عنوان یک سیستم پیچیده و فرایندها و مکانیسمهای مختلف مرتبط با آن با کمک ژئوانفورماتیک امکانپذیر شده است.
- Geoinformatics به ویژه در نقشهبرداری ، پایش و مدیریت منابع طبیعی و بلایا مفید است .
دیدگاهتان را بنویسید