نظم المعلومات الجغرافية
- تاريخ نظم المعلومات الجغرافية
- مكونات نظم المعلومات الجغرافية
- الأجهزة
- البرمجيات
- الأشخاص
- البيانات
- المنهجيات
- نظم المعلومات الجغرافية وبرامج الرسم بالحاسب الآلي | GIS vs CAD
- تطبيقات نظم المعلومات الجغرافية
- أهمية نظم المعلومات الجغرافية
- مميزات نظم المعلومات الجغرافية
- فوائد نظم المعلومات الجغرافية
مقدمة
نظم المعلومات الجغرافية (Geographic Information System | GIS) هي العلم الذي يجمع ما بين المعلومة وموقعها الجغرافي ويهتم بطرق جمع هذه البيانات، تخزينها، معالجتها، تحليلها، عرضها بشتى الأساليب واخراجها بالشكل الذي يساعد في عملية اتخاذ القرار.
بالرغم من أن كلمة نظم تعطي انطباعاً بكونها مجرد برمجيات ولكن غالباً ما يقصد بها العلم وليست البرمجيات فهذه البرامج التي يتم استعمالها انما هي فقط إحدى مكونات نظم المعلومات الجغرافية، وقد بدأ الكثيرون باستخدام مصطلح “علم المعلومات الجغرافية” Geographic Information Science وذلك للتأكيد على أن هذا المجال هو عبارة عن علم وبه العديد من التخصصات الدقيقة.
نظم المعلومات الجغرافية تمثل حلقة الوصل بين عدد من العلوم كالمساحة التصويرية، المساحة الجيوديسية، الكارتوغرافيا والاستشعار عن بعد ويمكنها احتواء البيانات القادمة من هذه المجالات وغيرها بمختلف أنواعها في بيئة واحدة مما يسمح بتحليل وتفسير الظواهر الجغرافية بشكل أدق.
تاريخ نظم المعلومات الجغرافية
بدأت نظم المعلومات الجغرافية مع قصة الدكتور جون سنو John Snow في لندن في خمسينيات القرن التاسع عشر، حيث تفشت في تلك الآونة جائحة الكوليرا وعجز الناس عن تفسير كيفية انتشار هذا الوباء.
وفي عام 1854 تفشت الكوليرا بصورة واسعة وأودت بحياة عشرات الآلاف وكانت سوهو Soho هي إحدى المقاطعات الموبوءة. دكتور جون كان يقطن بالقرب من مقاطعة سوهو وقام بدراسة الحالات المصابة بالمرض في تلك المنطقة اعتماداً على فرضيته بأن الكوليرا تنتقل عبر المياه الملوثة. لإثبات هذه النظرية قام برسم خريطة للمنطقة وأسقط عليها مواقع مضخات المياه اليدوية ومن ثم أتبعها بمواقع حالات الإصابة بالكوليرا، كما بحث أيضاً عن الأماكن التي لها آبار ومصادر مياه مستقلة وما اذا كانت لديهم حالات إصابة من أجل تأكيد فرضيته.
أوضحت الخريطة بأن الحالات تتركز حول مضخة مياه معينة Broad Street Pump وتقل في المناطق الأخرى كما أن اللذين لديهم آبار خاصة لا توجد بينهم حالات إصابة، وبهذا نجح في اقناع السلطات بتعطيل تلك المضخة مؤقتاً للاختبار وفعلاً قلت الحالات بشكل ملحوظ وعادت ملامح الحياة الى المنطقة.
تعتبر هذه القصة المنبع لنظم المعلومات الجغرافية وروحها حيث كان فيها جمع للبيانات الجغرافية وتحليل وتفسير لها ومن ثم اتخاذ قرارات عليها ساعدت البشرية وهذا ما تدندن حوله نظم المعلومات الجغرافية. كل ذلك تم من دون أي برمجيات مما يؤكد أن برامج نظم المعلومات الجغرافية هي مجرد أداة ومكون من مكونات هذا العلم. فاذا تم استيعاب هذا العلم لن يكون البرنامج هاجساً ويمكن للمرء العمل ببرنامج له واجهة أو بمجرد كتابة أكواد وتنفيذ أوامر أو حتى بوسائل لا تعتمد على الحواسيب.
في أواسط القرن العشرين ظهرت طفرة جديدة في علم الخرائط وهي استخدام طبقات منفصلة لمختلف أنواع الظواهر الجغرافية مثل رسم الغابات في طبقة والمزارع في طبقة وهكذا. كانت الطبقات في البدء ترسم على أوراق شفافة ومع تطور الحواسيب صارت الطبقات رقمية وهذه الطبقات تعتبر إحدى ركائز نظم المعلومات الجغرافية. في مطلع الستينيات تم تطوير أول نظام معلومات جغرافي في أونتاريو بكندا والذي كان يحتوي على سبع طبقات جغرافية تخص الزراعة والتربة والثروة الحيوانية واستخدامات الأراضي كما كان يدعم عدة مقاييس رسم وسمي “CGIS”.
وبعدها توالت التطويرات في هذا المجال الى يومنا هذا حيث باتت تستخدم في نظم المعلومات الجغرافية أحدث التقنيات مثل الذكاء الاصطناعي ونظارات الواقع الافتراضي.
مكونات نظم المعلومات الجغرافية
تتكون نظم المعلومات الجغرافية من خمس عناصر أساسية وهي الأجهزة، البرامج، البيانات، الأشخاص والمناهج.
1. الأجهزة
تشمل جميع الأدوات الالكترونية التي يتم استخدامها لخدمة نظم المعلومات الجغرافية ابتداءً من لوحة المفاتيح وحتى مستشعرات الحريق وأما أهم الأجهزة فهي الحواسيب. تعتبر الأجهزة عاملاً أساسياً في تطور هذا المجال نسبة للإمكانيات التي تتاح مع كل طفرة جديدة في علم الالكترونيات. فعلى سبيل المثال أجهزة الحاسب الآلي التي تم تطويرها للعمل كخوادم Server كانت السبب في ابتكار خوادم نظم معلومات جغرافية تسهل للكثيرين الوصول والتعامل مع الخرائط على شبكة الانترنت عبر حواسيب شخصية بمواصفات متواضعة أو حتى هواتف محمولة. كذلك نظارات الواقع الافتراضي Virtual Reality كانت السبب في ابتكار وسائل تتيح التجول بحرية في خرائط ثلاثية الأبعاد للمدن مما يسمح برسم عدد لا متناهي من السيناريوهات وكذلك يتيح عدد لا متناهي من الإمكانيات.
2. البرمجيات
كما أسلفنا سابقاً فان البرامج هي إحدى المكونات الأساسية لنظم المعلومات الجغرافية وليست هي كل العلم كما يظن البعض، عملية تطوير هذه البرمجيات بدأت منذ أواخر القرن العشرين وما زالت مستمرة الى يومنا هذا. وبسبب التطور المستمر لهذه البرامج كانت دائماً عملية اتخاذ القرار تغدو أكثر سهولة والآن باتت بعض القرارات تتخذها النظم الذكية لوحدها دون تدخل بشري.
تشمل برمجيات نظم المعلومات الجغرافية كافة تطبيقات الهواتف الذكية وكذلك البرامج التي تعمل على الحواسيب وهذه بدورها تنقسم بشكل عام الى قسمين هما البرامج المدفوعة والبرامج المجانية مفتوحة المصدر. توجد هنالك مجموعة واسعة من البرمجيات المدفوعة مثل برنامج Maptitude، SuperMap وأشهرها هي برامج ArcGIS التابعة لشركة إي أس آر آي ESRI. أما البرامج مفتوحة المصدر فهي لا تقل أهمية عن المدفوعة بل وتتفوق عليها في كثير من العمليات، ومن تلكم البرامج SAGA، GRASS، Whitebox GAT وأشهرها برنامج QGIS.
3. الأشخاص
العنصر البشري يعد من المكونات الأساسية لنظم المعلومات الجغرافية وهو عجلة التطوير المستمر لها. والأشخاص المعنيون هنا هم كل اللذين ينتفعون من نظم المعلومات الجغرافية سواء بشكل مباشر أو غير مباشر وبحسب علاقتهم معها يتم تقسيمهم. فمن هؤلاء الأشخاص المطورون وهم الذين يقومون بتطوير هذه النظم وكذلك المدراء الذين يقومون بإنشاء شركات لتطوير هذه النظم وحتى البائعون لهذه النظم كلهم لا يمكن الاستغناء عنهم. ومن أهم الأشخاص في هذا الصدد هو المستخدم الأخير End User الذي يستخدم نظم المعلومات الجغرافية في حل مشكلاته اليومية وهو الذي يسعى الجميع لإرضائه وتصميم البرمجيات بالشكل الذي يحقق مراده.
4. البيانات
تعد البيانات أحد أهم مكونات نظم المعلومات الجغرافية وتنعكس جودتها مباشرة على النتائج التي يتم استخراجها والقرارات التي يتم اتخاذها. وتعد مرحلة جمع هذه البيانات أكثر المراحل تكلفة في مشاريع نظم المعلومات الجغرافية. إن مصادر البيانات الجغرافية كثيرة جداً بسبب التطور الملحوظ في البرمجيات وقدرتها على قراءة صيغ ملفات مختلف البرامج مثل برامج الرسم بالحاسب الالي CAD وكذلك صيغ مختلف الأجهزة مثل صيغة GPX الخاصة بنظام تحديد المواقع العالمي. ولهذا فيمكن لنظم المعلومات الجغرافية احتواء كافة البيانات القادمة من نظم الاستشعار عن بعد والمساحة الجيوديسية والمساحة التصويرية والمستشعرات المختلفة وحتى الهواتف المحمولة ليتم معالجتها وتفسيرها لفهم الظواهر المختلفة.
أنواع البيانات في نظم المعلومات الجغرافية نوعين وهما البيانات الوصفية والمكانية. أما الشق الأول فيشمل المعلومات التي تساعد في وصف معلم أو ظاهرة محددة كالأسماء والتواريخ وغيرها، والشق الثاني – البيانات المكانية – فتمثل الشكل الجغرافي للمعلم أو الظاهرة ذو الاحداثيات المعرفة مثل خريطة العالم التي توضح حدود الدول بإحداثياتها. من أكثر ما يميز نظم المعلومات الجغرافية هو قدرتها على دمج هذين الشقين من البيانات مما يعطي بعداً آخر للمعلومة ويتيح إمكانيات لا متناهية لتحليل وفهم هذه البيانات.
5. المنهجيات
نجحت أبرز برامج نظم المعلومات الجغرافية في اكتساح السوق لأن المؤسسة أو الشركة القائمة عليها كانت لديها منهجية واضحة تعمل بها. هذه المنهجية التي تضعها الشركة هي التي تشكل البرنامج وتحدد أولوياته وطريقة عمله بما يرضي العملاء ويحقق أهداف المؤسسة. فعلى سبيل المثال قد تقرر الشركة أن برنامجها يجب أن يبدأ بدعم صيغ ملفات برامج الرسم بالحاسب الالي مثل الاوتوكاد AutoCad نسبة لرغبة الشركة في استقطاب مستخدمي تلكم البرامج. وقد تعطي كذلك الأولوية لتطوير جوانب الذكاء الاصطناعي في البرنامج لأن هذا هو توجه السوق الحالي وهكذا، فهذه المنهجيات لا تحدد فقط الأطر العامة كأن يكون هنالك برنامج للحاسب وتطبيق على المتصفح واخر للهواتف بل وتدخل حتى في تفاصيل عملية التطوير من أجل تحقيق أهداف الشركة.
أرح عينيك قليلاً من القراءة واستمتع بهذا المقطع 🙃
نظم المعلومات الجغرافية وبرامج الرسم بالحاسب الآلي | GIS vs CAD
برامج الرسم بالحاسب الآلي Computer Aided Design هي برامج تستخدم في الرسم الهندسي وقد كانت تستعمل أيضاً في رسم الخرائط الجغرافية. ولكن جميع هذه الخرائط يتم تحويلها الى بيئة نظم المعلومات الجغرافية نسبة لقصور برامج الرسم في العديد من النواحي. فعلى سبيل المثال هذه البرامج لا تقوم بدمج المعلومات الوصفية مع المعلومات المكانية وبالتالي لا يمكن عمل الاستعلامات الوصفية كالبحث عن قطعة أرض باسم مالكها. أيضاً هذه البرامج لا يمكنها مجارات نظم المعلومات الجغرافية عندما يتعلق الأمر بشكل الأرض ومشاكل سطح الجيويد وتحويل الاحداثيات وغيرها.
تطبيقات نظم المعلومات الجغرافية
لنظم المعلومات الجغرافية عدد لا متناهي من التطبيقات حيث يمكن للجميع الاستفادة منها حتى الأطباء وعلماء الفلك. ومن أبرز التطبيقات:
الاستعلام
يعد الاستعلام من أكثر العمليات استخداماً داخل نظم المعلومات الجغرافية وتنبني عليه الكثير من عمليات التحليل اللاحقة. والاستعلام ببساطة أن تسأل البرنامج عن معلومة محددة فيقوم بالبحث داخل قواعد البيانات الجغرافية ليجيب على استفساراتك، وهنالك نوعان من الاستعلام أحدهما وصفي والآخر مكاني يمكن تطبيق كل منهما على حدة أو الدمج بينهما كمثال البحث عن كل قطع الأراضي المملوكة للبلدية وغير مستأجرة ولا تبعد عن مركز المدينة أكثر عشرين كيلومتراً ومساحتها أكبر من ألفي متر مربع. فمثل هذه الاستفسارات المعقدة تعد أمراً يسيراً على نظم المعلومات الجغرافية.
التسويق الجغرافي
يعد التسويق الجغرافي من أكثر أنواع التسويق تقدماً حيث يتم استهداف العملاء بناءً على مواقعهم. ويتم جمع البيانات عن مواقع العملاء من حيث مكان السكن ومكان العمل عبر شتى الوسائل كتطبيقات الهواتف الذكية.
ومن ثم يتم تحليل هذه البيانات من أجل زيادة الربح أو تقديم خدمات أفضل، فعلى سبيل المثال يمكن للبنك أن يقوم بفتح فرع جديد في منطقة ما إذا تجاوز عدد عملائه القاطنين بها رقماً معيناً. كذلك تستخدم شركة الاتصالات التسويق الجغرافي في تحديد نوعية العملاء في كل منطقة ونشر الإعلانات بناء على هذه البيانات، كمثال يتم وضع إعلانات على اللافتات من الجهة التي يراها العميل وهو عائد من العمل، والاعلان يكون عن أكثر الخدمات التي يستهلكها أهل تلك المنطقة سواء كان الاتصال أو الانترنت أو غيرها.
كذلك تقوم بعض النظم باستعمال الذكاء المكاني لتتبع الموقع الحالي للعملاء وبمجرد أن يزور العميل مركزاً تجارياً معيناً ترسل اليه العروض الترويجية الخاصة بذلك المركز التجاري.
مكافحة المخدرات
تستخدم بعض الدول نظم المعلومات الجغرافية في مكافحة المخدرات التي يتم تهريبها الى داخل البلاد. وتعد استراليا من الدول المتقدمة في هذا المجال حيث تساعد هذه النظم الحكومات على الحد من عملية التهريب وضبط هذه الشحنات قبل وصولها الى الحدود. يمكن عبر ارسال بيانات الأقمار الاصطناعية الى نظم المعلومات الجغرافية مراقبة زراعة المخدرات في الدول المجاورة والاستعداد لعمليات التهريب متى ما انتهت عملية الحصاد. كذلك يمكن متابعة جميع السفن والحاويات البحرية وتتبعها من مصدرها الى مرساها كما يمكن دعم نظم المعلومات الجغرافية بالذكاء الاصطناعي للتعرف التلقائي على جميع المراكب والزوارق المشبوهة وارسال إنذار عند دخولها الحدود المائية للدولة وبعث إحداثياتها إلى خفر السواحل.
مكافحة حرائق الغابات
تستخدم نظم المعلومات الجغرافية في مكافحة ظاهرة احتراق الغابات والتي تسبب خسائر فادحة سواء في الغطاء الأخضر أو في المنشآت المختلفة. يمكن أن يتم ربط نظم المعلومات الجغرافية ببيانات الطقس والرياح اللحظية وبذلك يمكنها متابعة درجات الحرارة وعمل انذار مبكر إذا ما تجاوزت درجات محددة مع توضيح الاتجاه المتوقع للحريق إذا نشب اعتماداً على اتجاه الرياح. كما يمكن لنظم المعلومات الجغرافية تحليل بيانات المناخ ودرجات الحرارة لعشرات السنين المنصرمة بشكل يمكن من تحديد مواسم هذه الحرائق وأكثر المناطق التي تنشب فيها الحرائق. أيضاً يتم ادخال مواصفات الأشجار القريبة من المنازل من ناحية طولها وتفرعها وسرعة احتراقها ومن ثم حساب معامل الخطر لكل شجرة مما يسمح بتحديد أكثر المنازل التي ستكون في خطر عند اندلاع الحريق. كل هذه الوسائل وأكثر يتم استغلالها من أجل التأهب قبل اندلاع الحريق وتداركه بشكل جيد وسريع بعد اندلاعه.
صيانة البنى التحتية
تقوم نظم المعلومات الجغرافية بدمج أحدث الوسائل التكنولوجية مع بياناتها الجغرافية وأدواتها التحليلية لتوفير طرق جديدة لحل المشاكل اليومية. ومن ذلك استخدام تكنولوجيا الواقع المعزز Augmented Reality في عمليات صيانة البنى التحتية مثل شبكات المياه والكهرباء والغاز وغيرها. حيث أن خرائط هذه الشبكات موجودة مسبقاً داخل قواعد البيانات الجغرافية وكانت قديماً تستعمل في تطبيقات الهواتف الذكية في شكل خرائط ثنائية وثلاثية الأبعاد من أجل الوصول الى موقع العطل ومعرفة شكل الشبكة تحت الأرض بإحداثيات دقيقة. أما الآن فبات من الممكن استعمال تكنولوجيا الواقع المعزز لتوجيه الكاميرا الخاصة بالهاتف الى أي مكان لتظهر مباشرة كافة الشبكات المخفية تحت الأرض في ذلك الموقع. هذا الـأمر يسهل كثيراً على مهندسي الصيانة فهم أبعاد المشكلة واجراء الحلول المناسبة من دون أضرار جانبية.
جميع هذه التطبيقات انما هي قطرة في بحر تطبيقات نظم المعلومات الجغرافية التي يتم استعمالها بشكل يومي من أجل الوصول الى حياة رغدة وآمنة.
أهمية نظم المعلومات الجغرافية
تكمن أهمية نظم المعلومات الجغرافية في كونها الحل الأمثل لجميع المشاكل الجغرافية، فهي تساعد في فهم الظواهر المختلفة ولذلك تستعملها الحكومات من أجل دراسة الموارد الطبيعية واستغلالها بشكل أمثل، وكذلك تعد نظم المعلومات الجغرافية عاملاً أساسياً في عملية تخطيط المدن والتنمية المستدامة. كما أنها مهمة لعلماء البيئة وتساعدهم على فهم المخاطر البيئية وإيجاد الحلول المبكرة.
إن نظم المعلومات الجغرافية تهم الكثير من التخصصات كالجيولوجيا الفيزيائية والهندسة الكهربائية ومجالات الطيران وغيرها، حيث يمكن لكل هذه التخصصات أن تحل مشاكلها المكانية عبر نظم المعلومات الجغرافية فبرامج هذه النظم تحتوي على الكثير من أدوات التحليل التي تخدم هذه المجالات. وأدوات التحليل هذه انما هي نظريات علمية للعلماء في كل مجال تمت برمجتها في شكل خوارزميات تقوم بحل المشكلة بحسب النظرية المحددة ومن ثم اسقاط النتائج على الخريطة. ولذا فكثير من المشكلات توجد لها العديد من أدوات المعالجة والتحليل داخل نظم المعلومات الجغرافية وكل أداة فيها تسمى باسم النظرية التي تتبعها أو اسم العالم الذي ابتكر تلك النظرية.
مميزات نظم المعلومات الجغرافية
من أبرز ما يميز نظم المعلومات الجغرافية هي ربطها للمعلومات بموقعها الجغرافي وهذا ما يجعلها تتفوق على باقي النظم المعلوماتية البحتة ويعطي القدرة على رؤية المشكلة من زاوية مختلفة عبر استعراضها على الخرائط. وهذا الأسلوب هو الأنسب والأسرع في حل المشاكل والحوادث حيث يمكن أن يتم تمثيل الظاهرة على الخريطة مع كل الحوادث المتعلقة مما يسمح برؤية العلاقة بين هذه العوامل المختلفة.
إن من أكثر ما يميز نظم المعلومات الجغرافية هو قدرتها على الاجابة على السؤال “لم؟” حيث أن كثيراً من النظم تفسر المشكلة وحلولها ولكن لا تبحث عن أسبابها ولا تستطيع العودة في الزمن عبر البيانات القديمة لرسم سيناريوهات تفسر أسباب حدوث الكارثة وتساعد على تجنبها مستقبلاً كما تفعل نظم المعلومات الجغرافية.
فوائد نظم المعلومات الجغرافية
من أبرز فوائد نظم المعلومات الجغرافية هو تيسيرها لعملية اتخاذ القرار فهي تتيح إمكانية تطبيق أي عدد من المعايير للوصول الى النتيجة المرغوبة أو تمثيل أي عدد من السيناريوهات للوصول الى الحل الأمثل. كذلك من فوائد نظم المعلومات الجغرافية هي قدرتها على الإجابة على الاستفسارات بصورة سريعة سواء كانت وصفية أو مكانية مما يجعلها الحل الأمثل للدوائر الحكومية ونوافذ خدمة العملاء.
