مفهوم GIS
GIS مخفف Geographic Information System به معنی سیستم اطلاعات جغرافیایی می باشد.
سيستم اطلاعات جغرافيايي (GIS) بستری برای ذخيره ، نگهداری ، مديريت و تجزيه و تحليل اطلاعات جغرافيايي مي باشد و جهت کار همزمان با داده هايي که وابستگی مکانی (جغرافيايي) و توصيفی دارند، طراحی شده است.

امروزه در اختيار داشتن داده هاي بهنگام و استخراج اطلاعات مورد نياز از اين داده‌ها داراي اهميت وافري مي ‏‏‏باشد. در اين رابطه سيستم هاي اطلاعات جغرافيايي به عنوان ابزاري مهم در مديريت داده هاي زمين مطرح مي‏ باشند كه با فراهم ساختن امكان يكپارچه سازي داده هاي حاصل از منابع مختلف، امكان استخراج اطلاعات مورد نياز و كشف ارتباطات پيچيده و نا پيدای ما بين پديده هاي مختلف را فراهم مي نمايند.

داده هاي زمينی، دربسياري از كاربردها مورد نياز مي باشند لذا سيستم هاي اطلاعات جغرافيايي پاسخگوي نيازهاي طيف وسيعي از كاربران مي باشند.
از ديدگاه فني اين سيستم ها با دو جنبه مختلف از داده ها سروكار دارند، مكان و توصيفات مربوطه. در نتيجه در اختيار داشتن داده هاي جغرافيايي رقومي به عنوان پايه اي براي ورود به سيستم اطلاعات جغرافيايي داراي اهميت بسزايي مي باشد.

برای بهره گيری صحيح از قابليتهای يک GIS، در درجه اول نياز به درک صحيح از سيستم GIS و سپس ساختار اطلاعات در آن ميباشد.جهت پياده سازی يك سيستم GIS ، توجه به ماهيت و ساختار اطلاعات جغرافيايي متشکله آن که رکن اساسی هر سيستمGIS را تشکيل داده و توانمنديها و پتانسيلهاي آن را تعيين ميكند، اجتناب ناپذير است.

از قابليتهای يك پايگاه اطلاعاتی، مديريت اطلاعات و قابليت دستيابی به داده های مختلف آن بر حسب نياز می باشد. در طراحی پايگاه اطلاعات سیستم GIS بر اساس تحليل نيازهای انجام شده، ساختار داده ها به گونه ای باید طراحی گردد که ارتباط های منطقی بين داده ها حفظ شده و براساس آن بتوان سيستم مديريت داده های موجود را پياده سازی نمود. با توجه به استفاده از منابع متفاوت اطلاعاتی در تکميل داده های بانک اطلاعاتی باید الگوريتم مديريت داده ها با قابليت بازيابی و دسترسی به رکوردها و لايه های اطلاعاتی ساير منابع اطلاعاتی بر حسب موقعيت جغرافيايي و در شرايط مورد نياز کاربر ، طراحی و در محيط نرم افزاری بستر GIS انتخاب و پياده سازی گردد.

سيستم اطلاعات جغرافيايي (GIS) يك سيستم كامپيوتر مبنا مي باشد كه به عنوان يك مجموعه متشكل از سخت افزار، نرم افزار، اطلاعات جغرافيايي، نيروي انساني و مدلهاي پردازش داده، به منظور توليد، ذخيره سازي، نمايش، بازاريابي، پردازش، بهنگام رساني و… اطلاعات جغرافيايي مربوط به عوارض و پديده هاي مختلف، مورد استفاده قرارمي گيرد.

به عبارت ديگر، GIS يك سيستم حامي تصميم گيري است كه به صورت وسيع در زمينه بهينه سازي فعاليتها و فرآيندهاي مختلف، مورد استفاده قرار مي گيرد.
وظايف اصلي يك سيستم اطلاعات جغرافيايي
يك سيستم اطلاعات جغرافيايي ( GIS)، اصولاً شش فعاليت اصلي زير را شامل مي‌شود‌:

• ورود اطلاعات
• دستكاري و ويرايش اطلاعات
• مديريت اطلاعات
• پرسش و پاسخ و تجربه و تحليل اطلاعات
• نمايش اطلاعات
۱ـ ورود اطلاعات

قبل از آنكه اطلاعات جغرافيايي بتوانند وارد محيط GIS شده و مورد استفاده قرار گيرند، مي بايست اين اطلاعات به فرمت و ساختار رقومي قابل قبول سيستم GIS، تعديل شوند.

منابع توليد كننده اطلاعات مورد نياز يك سيستم GIS :
• تصاوير ماهواره اي و تكنيكهاي سنجش از دور
• عكسهاي هوايي و تكنيكهاي فتوگرامتري
• نقشه برداري كلاسيك

• سيستم تعيين موقعيت جهاني (GPS)
• اسناد، مدارك و نقشه هاي موجود
منابع توليد كننده اطلاعات مورد نياز يك سيستم GIS
2ـ دستكاري اطلاعات

استفاده از انواع داده و اطلاعات مورد نياز يك پروژه خاص GIS ، نيازمند تبديل و دستكاري آن اطلاعات به منظور قابل استفاده نمودن آنهادر سيستم مي باشد. به عنوان مثال، اطلاعات جغرافيايي در استانداردهاي مختلف وجود دارند و به منظور استفاده از آنها درGIS مي بايست اطلاعات فوق قبل از يكپارچه سازي در محيط نرم افزار GIS، به يك استاندارد واحد، تبديل شوند.

۳ـ مديريت اطلاعات
براي پروژه هاي كوچك GIS، امكان ذخيره سازي و مديريت اطلاعات جغرافيايي در قالب فايلها و اطلاعات ساده وجود دارد. وليكن هنگاميكه حجم اطلاعات زياد باشد و همچنين تعداد كاربران سيستم از يك تعداد محدود فراتر مي‌رود، بهترين روش براي مديريت اطلاعات، استفاده از سيستم مديريت پايگاه داده (Database Management System) مي باشد. DBMS به منظور ذخيره سازي، سازماندهي و مديريت اطلاعات جغرافيايي در GIS مورد استفاده قرار مي گيرد.

مدلهاي پايگاه داده مختلفي از قبيل؛ سسله مراتبي، شبكه اي، رابطه اي، شئ‌گرا و …، وجود دارد كه از اين ميان، مدلهاي داده رابطه اي (Relational) و شئ گرا (Object Oriented) به صورت وسیع در نرم افزارهای GIS مورد استفادع قرار می گیرند.

۴ـ پرسش و پاسخ و تجزيه و تحليل اطلاعات
۱-۴- پرسش و پاسخ
سيستم هاي اطلاعات جغرافيايي اين قابليت را در اختيار كاربر قرار مي دهند تا براساس اطلاعات مكاني و توصيفي ذخيره سازي شده در سيستم، اقدام به انجام پرسش و پاسخهاي مورد نظر خود نمايد. انواع اين پرسش و پاسخهاي، به شرح زير مي باشد:

پرسشهاي مكاني
اين پرسشها براساس اطلاعات مكاني و عوارض موجود در پايگاه داده GIS صورت مي پذيرد. به عنوان نمونه، مي توان به جست و جوي پست هاي برق واقع در محدوه يك استان يا رودخانه هاي واقع در يك حوزه آبريز اشاره نمود.

پرسشهاي توصيفي
اين پرسشها بر اساس اطلاعات توصيفي ذخيره شده در پايگاه داده براي هرعارضه، صورت مي پذيرد. به عنوان نمونه، مي‌توان به يافتن يك رودخانه و يا يك حوزه آبريز، با نام مشخص، اشاره نمود.

پرسشهاي تابعي/ شرطي
اين پرسش براساس معرفي يك شرط به عنوان معيار پرسش، صورت مي پذيرد. به عنوان نمونه مي توان به جستجوي حوزه هاي آبريز كه حجم بارندگي در آنها در طول سال بيش از يك مقدار مشخص مي‌باشد، اشاره نمود.

پرسشهاي روند تغييرات
اين پرسشها بر اساس پارامترها و اطلاعات متغيير كه با يك پريود زماني در سيستم ذخيره مي شوند، انجام مي‌شود. به عنوان نمونه، مي توان به انجام پرسش به منظور بررسي روند تغييرات ميزان بارش يك حوزه آبريز در طي چندين سال گذشته، اشاره نمود.

پرسشهاي تركيبي
اين پرسشها به صورت تركيبي از پرسشهاي مكاني، توصيفي و شرطي، انجام مي شوند.

۲-۴- تجزيه و تحليل
عموماً سيستمهاي اطلاعات جغرافيايي ، اداري ابزارهاي متنوع جهت تجزيه و تعليل اطلاعات مي باشند. به طور خلاصه اين ابزار شامل موارد زير مي گردد:
تجزيه وتحليل همپوشاني اطلاعات (Overlay)

تركيب لايه هاي اطلاعاتي مختلف درGIS، تحت عنوان Overlay شناخته مي شود. در حالت بسيار ساده، اين مفهوم به امكان نمايش چندلايه اطلاعاتي بر روي همديگر اشاره مي كند وليكن در مفهوم وسيعتر،‌ اين مفهوم به تركيب چند لايه اطلاعاتي بر اساس معيارهاي تعريف شده توسط كاربر و توليد يك لايه اطلاعاتي جديد، اشاره دارد. به عنوان نمونه مي توان اطلاعات مربوط به نوع خاك، ‌نوع پوشش گياهي، شيب زمين و … را به منظور بررسي امكان وقوع سيل در يك منطقه، با يكديگر تركيب كرده و مناطق داراي پتانسيل در اين خصوص را تحت يك لايه اطلاعاتي جداگانه، مشخص نمود.

تركيب لايه‌هاي اطلاعاتي مختلف
منطقه حائل (Buffering)
در اين آناليز، با تعريف يك منطقه حائل در اطراف عوارض نقطه اي، خطي و سطحي، ‌به تجزيه و تحليل اطلاعات مي پردازيم. به عنوان نمونه، مي توان به كاربردهاي زير اشاره نمود:

• يافتن مناطق شهري و يا تأسيساتي كه در فاصله ۱ كيلومتري از يك رودخانه، قرار دارند.
• يافتن تعداد مصرف كنندگاني كه در فاصله ۵۰۰ متري از يك مخزن آب قرار دارند.
ايجاد منطقه حائل چندگانه، در اطراف رودخانه‌ها

پردازش تصاوير (Image Processing)
تعدادي از سيستمهاي GIS، داراي ابزار و قابليتهاي آناليز و پردازش تصاوير سنجش از راه دور مي باشند. اين ابزار با دريافت تصاوير ماهواره اي خام و تبديل آن به نقشه مكان مرجع، از طريق قابليتهاي مختلف موجود در سيستم از قبيل كلاسه‌بندي (Classification) و … ، نسبت به توليد اطلاعات پايه مورد نياز سيستم GIS، اقدام مي نمايند.

تجزيه وتحليلهاي آماري
اين ابزار به منظور انجام پردازشهاي آماري بر روي عوارض مكاني و همچنين اطلاعات توصيفي منتسب شده به عوارض مختلف، مورد استفاده قرار مي گيرد. به عنوان نمونه، مي توان به تهيه، توليد و ارائه يك گزارش آماري از ميزان بارندگي صورت گرفته طي ماههاي مختلف در حوزه هاي آبريز، اشاره نمود.
ابزار نمايش كارتوگرافي اطلاعات (Visualization)

در بسياري از پردازشها جغرافيايي، نمايش نتايج پردازشها به صورت گويا و خوانا، داراي اهميت مي باشد. GIS ابزار متنوعي را به منظور نمايش توام اطلاعات مكاني و توصيفيذخيره سازي شده در پايگاه اطلاعات GIS، فراهم مي نمايد. در GIS نمايش نقشه مي تواند با قابليتهايي از قبيل؛ ارائه گزارشات متنوع، نمايش سه‌بعدي،‌ نمايش تصاوير و ساير خروجي ها و گرافها، تركيب گردد.

نمايش كارتوگرافي اطلاعات
تكنولوژيهاي مرتبط با GIS
1ـ سيستمهاي توليد نقشه رقومي (CAD)

سيستمهاي CAD عموماً به منظور توليد و سازماندهي اطلاعات مكاني در قالب نقشه هاي مختلف مورد استفاده قرار مي گيرند. اين سيستمها نوعاً از نظر مديريت پايگاههاي اطلاعات جغرافيايي گسترده و حجيم همچنين انجام پردازشها و تجزيه وتحليل بر روي اطلاعات، ضعيف بوده و درخصوص مديريت اطلاعاتي توصيفي داراي محدوديتهاي مي باشند.

تكنولوژيهاي مرتبط با GIS
2- سنجش از راه دور (Remote Sensing)

سنجش از دور به عنوان علوم ، هنر وتكنولوژي كسب اطلاعات درخصوص پديده هاي مختلف سطح زمين از طريق سنجنده هايي كه هيچگونه ارتباط مستقيمي با خود پديده ندارند، شناخته مي شود. سنجنده هاي ماهواره اي نسبت به ثبت و جمع آوري اطلاعات در قالب تصاوير ماهواره اي اقدام نموده و با استفاده از نرم افزارها و سيستمهاي پردازش تصاوير ، امكان استخراج اطلاعات و توليد نقشه هاي مختلف فراهم مي گرددد:

به علت فقدان ابزار مديريت و پردازش قومي جهت تجزيه وتحليل اطلاعات جغرافيايي، سيستمهاي فوق قابل مقايسه با GIS، نمي باشند.
۳- سيستمهاي مديريت پايگاه داده (DBMS)

سيستمهاي مديريت پايگاه داده، به صورت خاص جهت ذخيره سازي و مديريت انواع مختلف اطلاعات از جمله اطلاعات جغرافيايي، مورد استفاده قرار مي گيرند.
امروزه DBMS به منظور ذخيره سازي و بازيابي اطلاعات، بهينه سازي و توسعه يافته اند و GIS نيز از اين ابزار، براي اهداف ذخيره سازي و مديريت اطلاعات جغرافيايي استفاده مي كند. DBMS اصولاً فاقد ابزار تجزيه و تحليل و نمايش گرافيكي اطلاعات، كه در سيستمهاي GIS مرسوم وجود دارد، مي باشد.
ايجاد و پياده سازي موفق GIS

بديهي است كه پياده‌سازي سيستم اطلاعات جغرافيايي در هر سازمان، داراي پيچيدگيها خاص خود مي‌باشد. وليكن به طور كلي، براي اجراي و پياده‌سازي موفق يك سيستم GIS ، مي‌بايست فعاليتهاي زير انجام شود:
۱٫ آناليز نيازمنديها

۲٫ اجراي يك پروژه نمونه ( Pilot) براي شناخت دقيق تر نيازمنديها و مشكلات موجود
۳٫ طراحي مفهومي، منطقي و فيزيكي پايگاه داده
۴٫ تدوين دستورالعملهاي توليد نقشه و مشخصات نقشه هاي مورد نياز
۵٫ توليد و جمع آوري اطلاعات نقشه‌اي و توصيفي مورد نياز

۶٫ طراحي و پياده سازي سازمان GIS
7. تهيه سخت افزار و نرم افزار مورد نياز و آموزش پرسنل
۸٫ توسعه پايگاه داده طراحي شده به منظور پوشش كاربردهاي خاص تعريف شده براي سيستم
۹٫ توسعه كاربردها و توابع تجزيه و تحليل اطلاعات

۱۰٫ تدوين استانداردها و فرآيند تبادل اطلاعات
۱۱٫ توسعه و تدوين مراحل و نحوه حفاظت و نگهداري از اطلاعات
۱۲٫ اجراو پياده سازي كامل سيستم به صورت يكپارچه، درواحدها و سازمانهاي وابسته

مهمترين و اولين گام در اجراي GIS، عبارت از آناليز نيازمنديهاي سيستم مي باشد. آناليز نيازمنديهاي سيستم مشخص خواهد كه سيستم GIS پس از استقرار توسط چه كاربراني مورد استفاده قرار مي گيرد، چه كاربردهايي مي بايست در سيستم GIS پياده سازي شوند و چه اطلاعات مكاني و توصيفي موردنياز سيستم به منظور پوشش كاربرد هاي تعريف شده براي سيستم مي باشد. همچنين نتايج اين مرحله مشخص خواهد كرد كه چه نقاط قوت و يا ضعفي براي ايجاد GIS در سازمان مورد مطالعه، وجود دارد و چه مسير و چه گامهايي را براي ايجاد GIS در سازمان مي بايست پيمود.

پس از انجام مرحله آناليز نيازمنديها، امكان تعيين نقشه و اطلاعات پايه مورد نياز، انتخاب نرم افزار و سخت افزار بهينه مورد نياز، طراحي پايگاه داده تهيه و پياده سازي توابع كاربردي در محيط نرم افزار، تبديل و انتقال اطلاعات به محيط نرم افزار GIS و… قابل اجرا خواهد بود.
تعريف دقيق كاربردهاي مورد انتظار از سيستم GIS، امكان انجام تجزيه و تحليلهاي دقيق و جامع در خصوص اطلاعات مورد نياز سيستم، مشخصات سخت افزار و نرم افزار مورد نياز، مشخصات و معماري شبكه ارتباطي مورد نياز و … را فراهم مي نمايد.

بسياري از ارگانها بدون توجه به نيازهاي مطرح در خصوص استفاده و كاربرد GIS در سازمان خود، اقدام به خريد تجهيزات سخت افزاري و نرم افزاري مي نمايند. اين امر باعث مي‌شود تا در نهايت سازمانهاي فوق هزينه زيادي را در جهت خريد تجهيزات متقبل شوند، در حاليكه ممكن است تجهيزات تهيه شده، قابل استفاده جهت پوشش كاربردهاي در نظر گرفته براي سيستم GIS، نباشند.
مراحل مختلف مورد نياز جهت پياده‌سازي يك سيستم اطلاعات جغرافيايي را مي‌توان به دو مرحله اصلي آناليز نيازمنديهاي سيستم و اجرا و پياده‌سازي سيستم، تقسيم بندي نمود.