آموزش جامع و عملی ArcGIS (مقدماتی و پیشرفته) (کتاب الکترونیک)

آموزش جامع و عملی ArcGIS (مقدماتی و پیشرفته)

ArcGIS یکی از قدرتمندترین و پرکاربردترین نرم‌افزارهای سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) در جهان است که توسط شرکت ESRI توسعه و عرضه شده است. این نرم‌افزار قابلیت‌های بسیاری در زمینه تحلیل و مدیریت اطلاعات مکانی را فراهم می‌کند و به کاربران امکان می‌دهد تا با استفاده از آن، به راحتی و با دقت بالا، اطلاعات مکانی مورد نیاز خود را جمع‌آوری، تحلیل و به نمایش بگذارند.

آموزش جامع و عملی ArcGIS برای دانشجویان، پژوهشگران و کاربران GIS، بسیار اهمیت دارد. برای استفاده بهینه از این نرم‌افزار، نیاز است تا کاربران با اصول و مبانی GIS آشنایی داشته باشند و توانایی استفاده از ابزارهای مختلف ArcGIS را در انجام تحلیل‌های جغرافیایی داشته باشند.

در دوره‌های آموزشی ArcGIS، کاربران با مفاهیم اساسی GIS آشنا شده و با استفاده از آن‌ها، توانایی انجام تحلیل‌های مختلف مانند تحلیل مسیر، تحلیل پراکندگی، تحلیل رویه‌یابی و غیره را کسب می‌کنند. همچنین، کاربران با نحوه‌ی جمع‌آوری داده‌های مکانی، تنظیمات پیشرفته و نحوه‌ی ایجاد نقشه‌های جغرافیایی با استفاده از ArcGIS آشنا می‌شوند. در این دوره‌ها، به کاربران نشان داده می‌شود که چگونه می‌توانند از ابزارهای مختلف ArcGIS برای ایجاد و تنظیم لایه‌های مختلفی از داده‌های جغرافیایی استفاده کنند.

در کل، آموزش جامع و عملی ArcGIS به کاربران این امکان را می‌دهد که با استفاده از این نرم‌افزار، در زمینه‌های مختلفی از جمله مدیریت منابع طبیعی، برنامه‌ریزی شهری، مدیریت بحران، زمین‌شناسی، محیط زیست و غیره‌، تحلیل‌های جغرافیایی دقیق و کارآمدی انجام دهند. با استفاده از ArcGIS، کاربران می‌توانند داده‌های مکانی را در قالب نقشه‌های جغرافیایی به نمایش بگذارند و درک بهتری از ارتباطات مکانی بین داده‌ها داشته باشند. همچنین، با استفاده از این نرم‌افزار، می‌توانند تحلیل‌های پیشرفته‌تری از داده‌های مکانی انجام داده و به تصمیم‌گیری‌های بهتری در زمینه مدیریت و برنامه‌ریزی دست یابند.

با توجه به اهمیت استفاده از ArcGIS در صنعت‌های مختلف و نیاز روزافزون به کاربران آموزش جامع و عملی ArcGIS، بسیاری از دانشگاه‌ها و مؤسسات آموزشی، دوره‌های آموزشی ArcGIS را برای دانشجویان و پژوهشگران خود ارائه می‌دهند. همچنین، شرکت ESRI نیز دوره‌های آموزشی آنلاین و حضوری برای کاربران و علاقه‌مندان به GIS ارائه می‌دهد.

در دوره‌های آموزشی ArcGIS، مفاهیم اساسی GIS به صورت عملی و با استفاده از ابزارهای ArcGIS به کاربران آموزش داده می‌شود. در این دوره‌ها، کاربران با نحوه‌ی جمع‌آوری داده‌های مکانی، تنظیمات پیشرفته و نحوه‌یایجاد نقشه‌های جغرافیایی با استفاده از ArcGIS آشنا می‌شوند. سپس، با استفاده از ابزارهای مختلف ArcGIS، به کاربران نشان داده می‌شود که چگونه می‌توانند انواع تحلیل‌های جغرافیایی را انجام دهند. این تحلیل‌ها می‌توانند شامل تحلیل پراکندگی، تحلیل مسیر، تحلیل رویه‌یابی، تحلیل تغییرات زمانی و غیره باشند.

در دوره‌های آموزشی ArcGIS، کاربران با استفاده از ابزارهای مختلف ArcGIS، می‌توانند نقشه‌های جغرافیایی حرفه‌ای و با کیفیت بالا را ایجاد کنند. همچنین، آن‌ها می‌توانند این نقشه‌ها را با داده‌های مکانی و دیگر اطلاعات مرتبط ترکیب کنند و به صورت تفاوت‌های مکانی نمایش دهند. با ایجاد و به نمایش گذاشتن این نقشه‌ها، کاربران می‌توانند به صورت دقیق تر و جامع‌تر از وضعیت فعلی محیط زیست، شهری و غیره آگاهی پیدا کنند و در تصمیم‌گیری‌هایشان از این اطلاعات استفاده کنند.

هدف از کتاب آموزش جامع و عملی ArcGIS (مقدماتی و پیشرفته)

هدف اصلی از نوشتن کتاب آموزش جامع و عملی GIS، آموزش مفاهیم و تکنیک‌های اساسی و پیشرفته‌ی GIS به صورت عملی و قابل فهم برای کاربران است. این کتاب به کاربران کمک می‌کند تا با استفاده از نرم‌افزارهای GIS، اطلاعات مکانی را جمع‌آوری، تحلیل و به نمایش بگذارند. همچنین، این کتاب به کاربران کمک می‌کند تا با مفاهیم و تکنیک‌های GIS آشنا شوند و بتوانند آن را در زمینه‌های مختلفی مانند محیط زیست، جغرافیا، معماری، مدیریت شهری، حمل و نقل و غیره بهکار ببرند.

این کتاب به صورت گام به گام، با استفاده از مثال‌های عملی و تمرین‌های کاربردی، به کاربران نشان می‌دهد که چگونه از ابزارها و قابلیت‌های مختلف GIS استفاده کنند و به چه صورت می‌توانند با استفاده از این نرم‌افزار، داده‌های مکانی را تحلیل کرده و به نمایش بگذارند. همچنین، به کمک این کتاب، کاربران می‌توانند با تکنیک‌های پیشرفته‌ی GIS آشنا شوند و بتوانند آن‌ها را در پروژه‌های خود به کار ببرند.

در کل، هدف از نوشتن این کتاب، آموزش کاربران در زمینه‌های مختلف GIS است و کمک به آن‌ها برای دستیابی به مهارت‌های لازم برای استفاده از این نرم‌افزار قدرتمند و گسترده است. با خواندن این کتاب، کاربران می‌توانند با مفاهیم و تکنیک‌های GIS آشنا شوند و بتوانند از این نرم‌افزار برای انجام کارهای خود به بهترین شکل ممکن استفاده کنند. همچنین، این کتاب به کاربران کمک می‌کند تا با استفاده از GIS، به راحتی و با دقت بالا، اطلاعات مکانی مورد نیاز خود را جمع‌آوری، تحلیل و به نمایش بگذارند که در نهایت منجر به افزایش کارایی و بهبره بخشیدن به پروژه‌ها و کارهای مختلف خود می‌شود.

1-1 تعریف سیستم اطلاعات جغرافیایی

سيستم مجموعه‌ای از اجزاء محدود است كه براي رسيدن به هدف خاصي همكاري می‌کنند. به بياني ديگر سيستم شامل عناصر اصلي و روابط بين آن‌ها و مجموعه‌ای از روابط ميان سيستم و محيط آن است.

سیستم اطلاعات جغرافیایی، سامانه اطلاعات مکانی[2]، یا GIS معمولاً کامپیوتری است که به تولید، پردازش، تحلیل و مدیریت اطلاعات جغرافیایی )اطلاعات مکانی(می‌پردازد. به عبارت دیگر GIS یک سیستم کامپیوتری برای مدیریت و تجزیه و تحلیل اطلاعات مکانی بوده که قابلیت جمع‌آوری، ذخیره، تجزیه و تحلیل و نمایش اطلاعات جغرافیایی (اطلاعات مکانی) را دارد. هدف نهایی یک سیستم اطلاعات جغرافیایی، پشتیبانی جهت تصمیم‌گیری‌های پایه‌گذاری‌شده بر اساس داده‌های مکانی می‌باشد و عملکرد اساسی آن به دست آوردن اطلاعاتی است که از ترکیب لایه‌های متفاوت داده‌ها با روش‌های مختلف و با دیدگاه‌های گوناگون به دست می‌آیند. در اين سیستم‌ها اطلاعات مكاني به هر نوع فضايي اشاره می‌کند. اگر داده‌های مكاني مربوط به سطح زمين و يا نزديك به آن باشد، داده جغرافيايي ناميده می‌شود كه سیستم‌های اطلاعات جغرافيايي با داده‌هایی كه به نحوي با موقعيت جغرافيايي مرتبط است، كار می‌کند. به عبارت ديگر GIS به جمع‌آوری، توليد، نگهداري، بازيابي، تجزيه و تحليل داده‌هایی می‌پردازد كه در دنياي واقعي فضايي را اشغال نموده‌اند. بنابراين کلیه رشته‌هایی كه بخشي از داده‌های خود را از زمين به دست می‌آورند از كاربران GIS محسوب می‌شوند. جغرافيا به دليل يكپارچگي و جامع‌نگری در داده‌های جغرافيايي و استفاده از نگرش سيستمي، علاوه بر استفاده از    GIS در تحلیل‌های جغرافيايي به غناي اين سيستم نيز می‌افزاید.

 

1-2 ارکان و مؤلفه‌های اصلی GIS

يک سيستم GIS شامل يک بسته کامپيوتري (شامل سخت‌افزار و نرم‌افزار) از برنامه‌های رایانه‌ای با يک واسطه کاربر می‌باشد که دست‌یابی به عمليات و اهداف ویژه‌ای را برای رسیدن به هدفی خاص با استفاده از ابزار و روش‌های علمی موردنیاز بر روی داده‌ها و اطلاعات  تهیه شده فراهم می‌سازد. مؤلفه‌های چنين سيستمي به ترتيب عبارت‌اند از:

1- کاربران :(User) مهارت در انتخاب و استفاده از ابزارها در يک سيستم اطلاعات جغرافيايي و شناخت کافي از اطلاعاتي که استفاده می‌شوند، يکي از موارد اساسي براي موفقيت در استفاده از فنّاوری GIS است، که اين از وظايف يک کاربر می‌باشد.

– 2 سخت‌افزارها :(Hardware) امروزه شبکه‌های GIS شامل تعدادي کامپيوترهاي شخصي، چاپگرها و پلاترها، سی دی درایوها و رقومی‌کننده‌ها می‌باشد که معرف مؤلفه سخت افزار يک سيستم اطلاعات جغرافيايي می‌باشند.

3-نرم‌افزارها :(Software) به منظور استفاده بهتر از يک سيستم اطلاعات جغرافيايي، استفاده از نرم‌افزارهای به روز و توانمند توصيه می‌شود. پنج جزء تشکیل دهنده نرم‌افزار سامانه اطلاعات جغرافیایی عبارت‌اند از:

الف) ورود داده‌ها

ب) مدیریت پایگاه داده‌ها

ج) خروجی و گزارش

د) تبدیل و آنالیز

ه) ارتباط با کاربر

4-داده :(Data) قلب هر GIS پایگاه‌های اطلاعاتي آن است. در اين پایگاه‌ها به پرسش‌هایی از قبيل چه شکلي است؟ کجاست؟ و چگونه به ديگر اشکال مرتبط می‌شود، داده می‌شود.

داده‌ها مهم‌ترین و با ارزش‌ترین جزء سامانه اطلاعات جغرافیایی محسوب می‌شوند و شامل اطلاعات مکانی، توصیفی و زمانی مربوط به موضوع و منطقه یا مناطق مورد بررسی هستند.

• مهم‌ترین منابع داده مورد استفاده در GIS :

الف)  تصاویر ماهواره‌ای

ب) عکس‌های هوایی سیاه و سفید و رنگی

ج) انواع نقشه‌های موضوعی موجود یا تهیه شده از تفسیر عکس‌های هوایی و تصاویر ماهواره‌ای

د) مطالعات میدانی (نقشه‌برداری میدانی، استفاده از GPS  و…)

ه) اطلاعات توصیفی مختلف (کتابخانه‌ای): اطلاعات جمعیتی، اقتصادی و اجتماعی و….
– 5 روش‌ها :(Methods) شیوه‌های صحيح به کارگيري اطلاعات در جهت رسيدن به اهداف ويژه دريک سيستم اطلاعات جغرافيايي از مهم‌ترین مؤلفه‌های آن است.

 1-3 تاریخچه مختصرGIS

حدود  35000سال پيش بر روي ديوارهاي غارهاي نزديك لاسكوگز فرانسه تصاويري از شكار حيوانات به دست شكارچيان ديده شد. آنچه در تصاوير اهميت دارد خطوط علامت‌هایی است كه مسير مهاجرت آن‌ها را نشان می‌دهد. اين مدارك اوليه عنصر ساختاري يك  GISنوين را كه عبارت است از فايل گرافيكي متصل به يك پايگاه داده‌های توصيفي را به همراه دارد .از زمان پيدايش تمدن‌های اوليه، اطلاعات سطح زمين و فعالیت‌های جامعه شهري به كمك نقشه نمايش داده‌شده است. اوایل قرن  20 پیشرفت‌هایی از «عكس ليتوگرافي» ديده شد و نقشه‌ها به صورت لایه‌های جداگانه درآمد. در سال GIS 1964وارد دنياي عملي شد و در شهرهاي اوتاوا و انتاریوی كانادا به وسيله دانشمندي به نام تامیل سون از زمينه انرژي، معادن و تحقيقات كه آن را سیستم‌های جغرافيايي كانادا ناميدند وارد دنيا عمل شد. اين سيستم براي نگهداري، آناليز و كنترل داده‌های جمع آوري شده براي فهرست زمين كانادايي به كار می‌رفت و با نقشه‌هايي با مقياس 1.250000 به كشاورزان در مورد كود كشاورزي حيوانات وحشي، جنگلداري و كاربري و يا … كمك می‌کرد و به CGIS معروف شد. اين سيستم تا آن زمان به‌عنوان منبع نقشه و مديريت نقشه به كار مي رفتن و به تامیل سون لقب پدر GIS دادند.

در دانشگاه‌های كاليفرنيا 1962دكتر ويليام کاری سون پایه‌گذار GIS در آنجا گرديد. در منطقه شيكاگو در آمريكا مطالعات حمل و نقل شروع شد. همچنين در كانادا در دانشگاه هاروارد مدلي براي پیش‌بینی درآمد خواربارفروشی به كار گرفته شد اما به‌طور کامل‌تر در سال 1964در مركز خدمات بهداشت عمومي يك سيستم كامپيوتري به وجود آمد كه براي ذخيره اطلاعات – كيفيت آب كاربرد داشت و به آن STORET می‌گفتند.  (System  Develop Corp) SDCسيستمي است كه در سال  1968توسط دانشگاه واشنگتن در سياتل آمريكا در زمينه برنامه‌ریزی شهري و حمل و نقل به وجود آمد.

در سال 1969 در  ESRI بناي شخصي به نام  JACK Dangermondشرکت یا (Environmental System Research Information)) ESRI را بنیان گذاشت. بعدها همين مؤسسه نرم‌افزار Arc / Info را به وجود آورد كه در حال حاضر يكي از نرم‌افزارهای اساسي از  GISمحسوب می‌شود. در سال 1982در دانشگاه كالگري كانادا كنفرانسي در زمينه علوم  GIS برگزار شد. اين كنفرانس اولين گردهمايي رسمي در اين زمينه بود.

در سال‌های 1980و 1990رشد صنعت و  GISبا هم همسو شده بود و در اواخر قرن 20 سرعت رشد در انواع سیستم‌ها تشديد پيدا كرد و در نهايت يك رشد آزاد با منبع باز (از طريق اينترنت) براي  GIS ايجاد گرديد مثل Super GIS ،NetCad ،Quantum GIS ،Gross GIS و … كه در دامنه‌ای از سيستم عملي حركت می‌کند. يكي ديگر از زمینه‌هایی كه در سال‌های اخير در محدودي  GISمطرح شده، فن‌آوری  Artifical Intelligenceاست كه براي اولين بار در سال 1984در سوئيس مورد بررسي قرار گرفت در حالی که سابقه فناوري  GISدر كشورهاي غربي از جمله كانادا و آمريكا به بيش از  40سال می‌رسد فناوري  GISدر اغلب كشورهاي جهان سوم بسيار جوان می‌باشد. از ویژگی‌های  GISدر كشورهاي غربي، هماهنگي بين فناوري و آموزش و كاربرد آن است درحالی‌که در كشورهاي جهان سوم ورود فناوري قبل از آموزش و مهارت اندوزي مربوط به آن صورت می‌گیرد.

به گفته اساتيد شايد براي ورود سيستم اطلاعات جغرافيايي به ايران نتوان تاريخ مشخصي معلوم كرد ولي می‌توان گفت استفاده‌ی عملي و گسترده از آن به دهه  70باز می‌گردد يعني زمانی که شهرداري تهران گروهي را مأمور مطالعات امكان سنجي استفاده از سيستم اطلاعات جغرافيايي (GISدر شهرداري تهران كرد. اما اولين مركزي كه به‌طور رسمي استفاده از سيستم اطلاعات جغرافيايي را در كشور آغاز كرد سازمان نقشه‌برداری كشور بود كه در سال 1369بر اساس مصوبه مجلس شوراي اسلامي، عهده‌دار طرح به كارگيري اين سيستم شد. در همين راستا “شوراي ملي كاربران سیستم‌های اطلاعات جغرافيايي “NCGISبه منظور سیاست‌گذاری، برنامه‌ریزی و هماهنگ‌سازی فعالیت‌ها در زمينه GIS ،تحليل نیازمندی‌ها و همچنين بهره‌برداری شايسته از كليه ظرفیت‌های علمي، فني و نيروي انساني در راستاي ايجاد و به كارگيري  GISو با توجه به وظايف سازمان نقشه‌برداری كشور در خصوص تدوين و ايجاد سیستم‌های اطلاعات جغرافيايي ملي، در دی‌ماه 1372تأسيس گرديد.

از ساير مؤسساتي كه در اين سيستم فعاليت می‌کنند می‌توان شهرداری‌ها، وزارت مسكن و شهرسازي، وزارت جهاد كشاورزي، مؤسسه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسي زلزله، سازمان جنگل‌ها و مراتع، سازمان بندرها و كشتيراني، پتروشيمي، وزارت نيرو و … را نام برد.

 

1-4 سير تحول GIS

مرحله اول: از سال 1960با استفاده از كامپيوتر و گرافيك كامپيوتري دگرگوني عظيمي در ارائه كارها سبب گرديد و با جمع‌آوری داده‌ها و كدگذاري آن‌ها و تصاوير و نقشه‌هایی توليد نمودند كه قابليت تحليلي آن دوره به صورت ساده و ابتدايي، نوعاً محدود به طبقه‌بندی چشم‌انداز، تركيب و جاي گذاري لایه‌های اطلاعاتي داشته كه با روش ترسيم دستي نيز امکان‌پذیر بوده است. به همين دليل بی‌تفاوتی و عدم استقبال كاربران را در پي داشت.

مرحله دوم: از سال 1970ميلادي آغاز شد كه اساساً تأكيدي بر تحلیل‌های GIS پيشرفته و مدرن آن دوره بود از جمله:

– ادغام تکنیک‌های آماري و نقشه‌ای

– معرفي روش‌های تحليلي فضايي پیشرفته‌تر

– معرفي نمایش‌های گرافيكي متنوع‌تر از نقشه‌ها كه موجب علاقه و مقبوليت گرديد.

مرحله سوم: از سال 1970ميلادي شاهد فعل و انفعال مهمي با ديگر تخصص‌ها و رشته‌های عملي بوده و نياز به تحلیل‌های قابل پیش‌بینی جهت مدل‌های بهتري مورد تأييد قرار گرفت و اهميت تأثير اطلاعات جغرافيايي در تصميمات توجه جامعه به سیستم‌های اطلاعات جغرافيايي را در پي داشت.

مرحله چهارم: از اواخر دهه هفتاد تا اواسط دهه 80 ميلادي ادامه يافت و با معرفي كامپيوترهاي كوچك و به مراتب ارزان‌تر، برنامه هاي ساده با توانايي نمايش آسان اطلاعات جغرافيايي و تكثير توانايي هاي تحليلي و گرافيكي و استفاده سيستمهاي شبكه اي متمركز و غير متمركز پذيرش و مقبوليت عمومي پيدا نمود.

مرحله پنجم: بسياري از فعاليتهاي جاري مربوط به  GISطي اين دوره انجام يافته است. در اين دوره GISبه صورت دانش پويا و با رشد سريع ظاهر شده و در ذخيره و پردازش و تحليل و نمايش داده‌هاي فضايي و غير فضايي )نقشه و داده‌هاي آماري( پيشرفت فوق العاده اي داشته است .

 

1-5 انواع مدل داده در GIS

داده‌ها را می‌توان به دو دسته ی داده‌های مکانی و داده‌های غیر مکانی( توصیفی) تقسیم کرد.

داده‌های مکانی نیز به دو نوع هندسی و گرافیکی تقسیم می‌شود:

 

1-5-1 داده‌هاي هندسي

موقعيت و شكل پديده ها از طريق داده‌هاي هندسي و در يك سامانه مختصات معين تشريح مي شوند. در حقيقت موقعيت جغرافيايي عوارض را نشان مي دهند )مانند نقاط يا خطوطي كه عوارض جغرافيايي مانند خيابان، درياچه و … )را نشان مي دهند.

سه ساختار يا مدل داده براي ارائه داده‌هاي هندسي وجود دارد :داده‌های برداری (vector) ، شبکه‌ای (raster)  و شی گرا (Objective).

ساختار مدل‌های برداری(Vector) 

در مدل برداري اشيا يا عوارض در جهان واقعي به وسيله عناصر هندسـي نمـايش داده می‌شوند . بدين معنا كه موقعيت هر شی‌ء به وسيله مختصات آن و توسط نقاط، خطـوط و سطوح مشخص می‌شود. در اين مدل موقعيت هر نقطه به‌طور دقيق بـا يـك جفـت مختصات (x,y) در يك سيستم مختصات معين ارائه می‌گردد كه روابـط همـسايگي را نيز می‌توان به آن افزود، بدين معنا كه نقاط آغاز و پايان يك خـط و همچنـين سـطوح مجاور آن‌ها را تعيين نمود. اين ساختار در ارائه موقعيت پدیده‌ها دقـت بـالايي دارد و بنابراین  براي تشريح موقعيت مكاني پدیده‌های نقطه‌ای، خطـي و سـطحي بسیار مناسب می‌باشد.

•  اجزاء يك ساختار برداری عبارت است از:

1. نقطه(point) كه موقعيت هندسي يك پدیده بـدون بعـد را نـشان می‌دهد و داراي موقعيت x وy می‌باشد.
2. خط(line) براي نمايش پدیده تك بعدي بكار می‌رود، بدين معنـا كـه از نقطه‌ای شروع و به نقطه‌ای ديگر ختم می‌شود و شامل مجموعه‌ای از نقـاط بـه هـم پيوسـته(x,y) است كه هيچ فضايي ميان آن‌ها وجود ندارد.
3. سطح)  polygon) از  مجموعه‌ای از خطوط ساخته شده و براي نمـايش پدیده‌های دوبعدی بكار می‌رود. اين خطوط محدوده بوده و يك چند ضلعي را تشكيل می‌دهند.

روابط مكاني بين عوارض در مدل برداري در ساختارهای نـامنظم (اسپاگتی)  و مـنظم (توپولوژی ) شكل می‌گیرد. ذخیره‌سازی داده‌ها نیز در مدل برداری به دو صورت منظم و نامنظم صورت می‌گیرد.

مدل برداری شامل دو مدل است:

• اسپاگتی (داده‌های (CAD
• توپولوژی )داده‌های Coverage)

در مدل اسپاگتی نقاط به صورت مختصات زوجی(x.y) ، خطوط به صورت زنجیره‌ای از مختصات زوجی، سطوح نیز در قالب خطوطی که سطوح بسته را تشکیل می‌دهند نشان داد می‌شوند در مدل اسپاگتی ترسیم مرز بین دو همسایه تکرار می‌شود.

ولی آنچه از مفهوم  G IS استنباط می‌شود مفهوم توپولوژیکی آن است. که در آن از توپولوژی برای بیان روابط فضایی بین پدیدهای زمینی استفاده می‌شود. برای انجام عملیات تحلیلی  GIS مانند همپوشانی و مباحث مکان‌یابی و مدل‌سازی داده‌ها باید در ساختار توپولوژیکی ذخیره شوند .در مدل توپولوژیکی مرزهای پلی گون‌ها به صورت یکسری از طاق‌ها(Arc)  و گره‌ها(Nodes)  شکسته و رابطه فضایی بین آن‌ها به‌طور صریح در جداول توصیفی(Attribute Table) تعریف می‌شود.

ساختار مدل سلولی (Raster)

رستر شامل مجموعه‌ای از نقاط يا سلول‌هایی است كه عوارض زمين را در يـك شـبكه منظم می‌پوشاند و به كمك شماره‌های رديف و ستون آن‌ها، آدرس‌دهی می‌شوند. کوچک‌ترین عنصر تشکیل‌دهنده رستر، پیکسل يا سلول ناميده می‌شود كه ارزش هـريك از آن‌ها، نمايانگر اطلاعات طیفی یا  توصيفي عارضه زميني است. بين سلول‌های يك داده رستري هيچ رابطه منطقي وجود ندارد و هر سلول تنها داراي يك ارزش است كه نمايانگر يك ويژگي مانند جمعيت، كاربري، نوع خاك و . . . خواهد بود. داده‌های حاصل از اسكن كردن و تصاوير ماهواره‌ای داراي ساختار رستري می‌باشند.(تصویر 1-1)

تصویر 1-1

در مدل رستري به هر سلول يك كد يا مقدار ارزش اختصاص داده می‌شود كه در حقيقت اين مقدار معرف نوع عارضه است. به‌علاوه هر سلول نمايشگر مساحتي از سطح زمين است كه اين مقدار مساحت به ضريب تفکیک‌پذیری مـدل بـستگي دارد.

در این مدل عوارض نقطه‌ای به کمک یک سلول منفرد، عوارض خطی را به کمک رشته‌ای از پیکسل‌های ممتد و سطوح را به‌وسیله پهنه و یا مجموعه‌ای از پیکسل‌های متصل به هم چسبیده نمایش داده می‌شود.به‌واسطه همین نوع نمایش، عوارض این مدل نسبت به مدل برداری دارای قابلیت تحلیلی و آنالیزی بسیار بالاتری است. داده‌های رستری به نسبت داده‌های وکتوری از تنوع بیشتری برخوردار هستند.

• برخی از انواع داده‌های رستری:

• تصاویر ماهواره‌ای
• عکس‌های هوایی
• نقشه‌های کاغذی اسکن شده
• مدل‌های رقومی ارتفاعی

داده‌ها به چند صورت رستری می‌شوند :

بعضی از داده‌ها با اسکن کردن و تبدیل به تصویر شدن بعضی دیگر با تهیه داده‌های رستری از روی داده‌های وکتوری به کمک انواع نرم‌افزار ها و یا دریافت داده‌ها به صورت رقومی از دیگر ورودی ها مثل ثبت داده‌ها ی ماهواره ها به صورت رقومی. همانطور که گفته شد در این مدل هر پیکسلی دارای ارزش عددی مختص به خودش است که به دو صورت ارزش گذاری می‌شود.

1-ارزش گذاری با اعداد صحیح

ارزش گذاری با اعداد صحیح مخصوص داده‌هایی است که دارای رتبه‌بندی و طبقه‌بندی هستند، مثلاً اعداد داده‌های مربوط به نقشه تراکم پوشش گیاهی یک منطقه که تراکم زیاد را با عدد 1، تراکم متوسط با عدد 2، و تراکم کم با عدد 3 ارزش گذاری شده‌اند. از مزایای این ارزش گذاری برای داده‌ها، استفاده از آن‌ها در جدول اطلاعاتی لایه رستری است.

2 – ارزش گذاری با اعداد اعشاری

ارزش گذاری با اعداد اعشاری در خصوص عوارضی به کار می‌رود که دارای داده‌های پیوسته هستند، مثلاً عدد مربوط به میزان ارتفاع، میزان بارندگی یا درجه حرارت و….. یک نقشه رستری، می‌تواند شامل اعدادی مثل 26/ 1002 ، 90 / 1500 و …. باشد. به واسطه ارزش گذاری اعشاری این داده‌ها، این فرمت (اعشاری) ، حجم بیشتری را نسبت به فرمت قبلی ( ارزش گذاری با اعداد صحیح ) به خود اختصاص می‌دهد.

در مدل رستری، ابعاد و اندازه پیکسل‌ها نشان دهنده درجه وضوح و قدرت تفکیک آن است. بطوری که هر قدر ابعاد آن کوچک‌تر باشد لایه رستری از وضوح بیشتری برخوردار بوده و برای نمایش دقیق تر عوارض مناسب‌تر است. البته به همان میزآنکه ابعاد پیکسل‌ها کوچک‌تر می‌شود حجم ذخیره‌سازی آن نیز بیشتر می‌شود. هر دو مدل ذخیره‌سازی که توضیح داده شد قابلیت تبدیل به یکدیگر را دارند ولی در هر رفت و برگشتی تعدادی از ارزش داده‌ها دچار تغیراتی می‌شوند، اعمال دقت بیشتر و استفاده از روش‌های مناسب‌تر می‌تواند از بروز این مشکل جلوگیری کند و یا آن را به حداقل برساند.

ساختار شيء گرا  : (Object Oriented Structure)

در سالهاي اخير ساختار شيء گرا در كنار ديگر ساختارها ايجاد شده است. بعضي از پديده هاي ديناميك وجود دارند كه نمايش آن‌ها با ساختارهاي برداري و سلولي امكان پذير نمي باشد. مثل : طغيان رودخانه و تغييرات آب رودخانه‌ها، درياها، درياچه ها كه پديده هاي ديناميك هستند.

ساختار شيءگرا در سیستم‌های اطلاعات جغرافيايي جهان را به مثابه مجموعه‌ای از اشیاء منفرد می‌داند به‌طوری‌که براي هر شيء رفتار خاصی قائل است و آن را قابل كـدبندي و ذخيره درGIS  می‌داند. در ايـن سـاختار داده جغرافيـايي بـر اسـاس ماهيـت ژئومتریک در لایه‌های جدا تقسيم نمی‌شوند بلكه در رده‌ها و سلسله مراتب اشياء گروه‌بندی می‌شوند. اين امر مزيت خاصي در مدل‌سازی جغرافيايي جهان واقعي دارد زيـرا از دقت بيشتر و زبان طبيعي، عوارض مكاني را گروه‌بندی می‌کند. سـاختار شـيءگرا براي داده‌های جغرافيايي مناسب‌تر است، زيرا اين روش مدل‌سازی جهـان واقعـي را ميسر می‌سازد و ميان داده‌های مكاني و توصيفي تمايز نمی‌گذارد. نگرش اين مدل به عوارض دنياي واقعي، به شكل خلاصه‌سازی آن‌ها در قالب نقاط، خطـوط و سـطوح نيست بلكه آن‌ها را اشياء واقعي در نظر می‌گیرد و در نتيجـه اطلاعـات بيـشتري را در مورد آن‌ها به غير از هندسه، توپولوژي و احياناً يك سري خصوصيات توصيفي ذخيره می‌کند، براي مثال اشياء مانند دنياي واقعي در گروه‌های با معني طبقه‌بندی می‌شوند.

ساختار شيءگرا ویژگی‌های اشياء و روابط بين آن‌ها را حفظ می‌کند. بنـابراين رويكرد شيءگرا به جاي آنكه به عوارض جهان واقعي به روش انتزاعي بپـردازد آن‌ها را به مثابه اشيايي در نظر می‌گیرد كه داده‌های بيشتري را می‌توان درباره آن‌ها ثبـت كرد مدل شیءگرا اطلاعاتي درباره رفتار اشياء در جهان واقعـي و عملكـرد شـيء در جهان رايانه را فراهم می‌سازد.

• مزیت مدل شی گرا

– دقت بیشتر و زبان طبیعی، عوارض مکانی را گروه‌بندی می‌کند.

– این ساختار، مدل‌سازی جهان واقعی را میسر می‌سازد و میان داده‌های مکانی و توصیفی تمایز نمی‌گذارد.

– نگرش این مدل به عوارض دنیای واقعی به شکل خلاصه شده نقاط، خطوط و سطوح نیست، بلکه آن‌ها را اشیاء واقعی در نظر می‌گیرد. بنابراین، اطلاعات بیشتری را در مورد آن‌ها ذخیره می‌سازد.

– ویژگی‌های اشیا و روابط آن‌ها حفظ می‌شود.

– اطلاعاتی درباره رفتار اشیاء در جهان واقعی و عملکردشان در جهان رایانه فراهم می‌سازد.

 

1-5-2 داده‌های گرافیکی

داده‌های تشريحي گرافيكي مربوط به چگونگي و نحوه نمایان‌سازی پدیده‌های نقشه‌های موضوعي مختلف (داده‌های هندسي و توصيفي) بر روی سخت‌افزارهای بخش خروجيGIS می‌باشند. رنگ، تن خاكستري، علائم، هاشور، نقطه چين، نقطه، خط و تعيین موقعيت متن از جمله داده‌های گرافيكي می‌باشند. داده‌های گرافيكي و داده‌های هندسي (برداري يا رستري) با هم درآمیخته می‌شوند تا داده‌های موضوعي را به همراه موقعيت مكاني آن‌ها چه به صورت آنالوگ بر روي نقشه و چه به صورت رقومي بر روي صفحه نمايش رايانه به نمايش درآورند تركيب داده‌های گرافيكي با داده‌های هندسي از نوع برداري را گرافيك برداري و با داده‌های رستري را گرافيك رستري می‌نامند. گرافيك برداري ضمن آنكه از حجم فايل كمتري نسبت به گرافيك رستري برخوردار است توانایی‌های بسياري زيادي را در راستاي تهيه يك خروجي مناسب نظير ضخامت خطوط و استفاده از علامت و هاشورهاي مختلف در اختيار كاربرقرار می‌دهد.

 

1-5-3 داده‌های توصيفي

اداره و تجزيه و تحليل توأمان داده‌های هندسي و توصيفي، مشخصه بارز سامانه‌های اطلاعات جغرافيايي می‌باشد. داده‌های توصيفي كه تشريحي و موضوعي نيز ناميده می‌شوند. ارائه‌دهنده تمامي اجزاي غير هندسي نظير: نام (مالك، شهر) شماره (پارسل، خانه) اندازه‌های كمي و كيفي (شوري خاك، حجم، تعداد و كيفيت درختان جنگل) نوع (سنگ مادر و خاك) و خلاصه هر نوع مشخصه مرتبط با كاربرد نقشه می‌باشد. تهيه داده‌های توصيفي امري است جدا از وظايف  GISو بايد از طريق روش‌های موضوع مربوطه صورت پذيرد. اين داده‌ها می‌توانند به صورت آنالوگ (نقشه‌های كاغذي، يادداشت و گزارش) و رقومي (بانك داده، سامانه اطلاعاتي، پرونده داده) در اختيار كاربر، قرار گيرند.

داده‌های توصيفي تشريح کننده پدیده‌های مکان‌دار دنياي واقعي می‌باشند. بـه بيـاني ديگر داده‌های مكاني توسط حرف يا رقم تعريف می‌شوند و معنـي پيـدا می‌کنند.

سازمان‌دهی  اين داده‌ها به گون‌های است كه ويرايش، گسترش، بهنگام سازي، بازيـابي داده‌ها و تحليل داده‌ها ميسر  می‌شود. ساختاربندی داده‌های توصـيفي بـه انـدازه ساختار داده‌های مكاني در سیستم‌های اطلاعات جغرافيايي اهميت دارد. نام‌گذاری و توانمندي پايگاه داده جغرافيايي بر ساختار داده‌های توصيفي استوار است. تنوع زيادي در ساختار داده‌های توصيفي وجود دارد كه عمدتاً از تكامل يكديگر حاصل‌شده‌اند كه مهم‌ترین آن‌ها به شرح زير است:

ساختار داده تخت

اين مدل ساده‌ترین روش ذخیره داده می‌باشد. در اين مـدل هـر عارضـه جغرافيـايي، توسط يك ركورد تعريف می‌شود كه ركوردها نيز داراي ویژگی‌های توصـيفي هـستند كه در ستون‌ها يا فيلدها قرار می‌گیرند. يكي از ستون‌ها، كليد يا شناسه می‌باشد كه داده‌های توصيفي را به داده‌های مكاني ارتباط می‌دهد. سادگي و سـرعت در بازيـابي داده‌ها از طريق ستون شناسه از ویژگی‌های مهم اين ساختار می‌باشد، به همين دليل زبان پرسش در اين ساختار كارا است.

ساختار سلسله مراتبي

اين نوع ساختار براي داده‌هایی به كار می‌رود كه ماهيت طبقه‌بندی دارد يا به عبـارت ديگر در يك سري از ویژگی‌ها مشترك هستند و در خصوصيات ديگري افتراق دارند؛ لذا براي پدیده‌ها در اين مدل بيش از يك ركورد تعريف می‌شود. عارضه‌ها داراي يك ركورد  اصلي يا مادر² كه ارتباط آن‌ها را با ركورد سطح بـالاتر فـراهم می‌سازد ویژگی‌های توصيفي را دريافت می‌کند. از طرف ديگر با رکوردهای سـطوح پایین‌تر مرتبط می‌شود و اطلاعات را به آن‌ها انتقال می‌دهد. ايـن ساختار داده در علوم زيستي و مديريت محیط‌زیست كاربردهاي بيشتري دارد.

ساختار شبکه‌ای

در ساختار شبکه‌ای يك شيء علاوه بر ارتباط موجود در سلسله مراتبي می‌تواند با سطوح بالاتر چندين ارتباط را برقرار سازد. در نتيجه ركوردهاي داده می‌توانند مـستقيماً و بـدون پيمـايش تمامي سلسله مراتب بالاي ركورد جستجو شـوند. سـاختار شبکه‌ای در واقـع شـكل توسعه‌یافته‌ای از ساختار داده سلسله مراتبي می‌باشد

ساختار ارتباطي (رابطه‌ای)

اين ساختار داراي ارتباط ماتريسي می‌باشد كه در قالب يك جدول ارائه می‌شود. هر جدول مجموع‌های از ردیف‌ها است كه ركـورد (Record) ناميـده می‌شود. ركوردهـا توسـط ستون‌ها⁽Fields⁾  تعريف می‌شوند؛ سلسله‌مراتب در آن‌ها وجود ندارد و هر سـتون می‌تواند نقش شناسه را بازي كند. اين ساختار نسبتاٌ ساده بوده و براي هر فايل نـوع بـسط يافته مدل داده تخت  است. اين مدل براي  ثبت پدیده‌ها، از ردیف‌ها يـا رکوردها استفاده می‌کند به بياني ديگر هر عارضه داراي يك ركورد در جدول داده‌های توصيفي است. داده‌های توصيفي در ستون‌ها يا فیلدها قرار می‌گیرند و تعـداد آن‌ها محـدوديتي ندارد.

 

6-1 دستگاه مختصات جغرافیایی

برای مشاهده‌ی همه‌جانبه‌ی یک سطح وسیع که ابعاد آن از وسعت میدان دید ما بزرگ‌تر است باید از تصویر (یا مدل) کوچک‌شده استفاده کرد. در تبدیل یک سطح گسترش ناپذیر مانند کره‌ی زمین به سطح مستوی، موقعیت نسبی نقاط و به تبعیت آن‌همه‌ی امتدادها و شکل‌ها تغییر خواهند کرد. تبدیل سطح کروی بدون پارگی‌های زیاد و کشیده شدن و فشرده شدن بخش‌هایی از آن ممکن نیست. می‌توان با کمک سیستم مختصات، مکان هر نقطه‌ای بر روی سطح زمین را توسط چند عدد مشخص کرد. مختصات معمولاً طوری انتخاب می‌شوند که یک عدد مکان عمودی یا ارتفاع نقطه موردنظر را بیان کند و یک عدد هم‌مکان افقی را مشخص کند. یک انتخاب معمول برای دستگاه مختصات، دارای ارتفاع طول و عرض جغرافیای است.

یک دستگاه مختصات جغرافیایی یک دستگاه مختصات است که با آن می‌توان مکان هر نقطه‌ای بر روی زمین را توسط چند عدد مشخص کرد. مختصات معمولاً طوری انتخاب می‌شوند که یک عدد مکان عمودی یا ارتفاع نقطه موردنظر را بیان کند و دو عدد هم مکان افقی را مشخص کنند. یک انتخاب معمول برای دستگاه مختصات، دستگاهی دارای ارتفاع، طول و عرض جغرافیایی است.

 

1-6-1 عرض جغرافيايي

زمانی که به يك نقشه نگاه می‌کنیم، عرض‌های جغرافيايي همچون خطوط افقي كشيده شده‌اند. خطوط عرضي درواقع خطوط موازي هستند كه داراي فاصله يكسان باهم می‌باشند. هر درجه از عرض جغرافيايي تقریباً 111 كيلومتر است. براي به خاطر آوردن عرض جغرافيايي تصور كنيد كه آن‌ها همانند پله‌های يك نردبان هستند. درجات عرض جغرافيايي از 0 تا 90 درجه شمال و جنوبي كشيده شده‌اند. درجه 0 درست روي خط استوا است ، استوا خطي فرضي است كه سياره ما را به دو نيمكره شمالي و جنوبي تقسيم می‌نماید. 90 درجه شمالي در قطب شمال و 90 درجه جنوبي منطبق بر قطب جنوب است .

عرض جغرافیایی(φ) زاویه‌ی شمالی یا جنوبی هر نقطه از مدارها نسبت به خط استوا است. با اتصال نقاط هم‌عرض به یکدیگر، خطوطی موازی خط استوا (مدارها) به دست می‌آید، که درواقع هرکدام یک دایره است که شعاع آن از بیشترین در استوا تا کمترین در قطب‌ها متفاوت است.عرض جغرافیایی قطب شمال ۹۰ درجه شمالی (N °90)، استوا صفر و قطب جنوب ۹۰ درجه جنوبی ( S°۹۰) است.

[1] Geography Information System

[2] Spatial Information System