جی آی اس و نرم افزار Arc info

مقدمه :
فنآ*آوري اطلاعات و ارتباطات هم اكنون مبنايي براي تحليل، بررسي و تصويري نمودن دادهآ*ها در رابطه با سطح زمين ميآ*آ*باشد و سيستمآ*هاي اطلاعات جغرافيايي (GIS) ابزاري براي انجام چنين وظايفي در بخشهاي عمومي، خصوصي و آموزشي فراهم ميآ*نمايد.
تعریف GIS :
قبل ازینکه تعریفی ازGIS ارائه گردد لازم است آشنایی با چرخه داده داشته باشیم. داده ها از دنیای واقعی جمع آوری می شوندومنابع داده ها را تشکیل میدهند.
داده ها داخل کامپیوتر واردمی گردند وبروی آن ها مدیریت داده صورت می¬گیرد.پس از آن داده خام مورد تجزیه تحلیل وبازیابی قرار می¬گیردو نام آن بجای داده قرار می گیرد.
اطلاعات برای تصمیم گیرندگان ومدیران وبرنامه ریزان مورد استفاده قرار گرفته ودراختیار کاربران مختلف قرار می گیرد .دیدگاها ونظرات کاربران مختلف میگیرد . دیدگاهها ونظرات کاربران واکنش هایی رابه جهان واقعی خواهد داشت . به عنوان مثال ممکن است منجر به احداث یک پروژه یا سازه گردد.پس از آن مجددا این چرخه تکرار خواهدد شدباتوجه به گردش داده در دنیای واقعیGIS نقش مهمی را در این چرخه ایفا می کندپس سیستم اطلاعات جغرافیایی یا(Geographi Information System)که به اختصار GISنامیده می شود سیستمی است متشکل از نرم افزار ،سخت افزار ،داده های جغرافیایی ومدیریت داده ها که اطلا عات توصیفی (غیر گرافیکی)یا داده های مرجع شده به زمین را با عوارض هندسی (گرافیکی)نقشه متصل و ذخیره مینماید.این سیستم امکان طیف وسیعی از پردازش های اطلا عاتی وعملیات نمایش راهمراه تولید،آنالیزومدل سازی بروی نقشه به وجود می آورد.
اجزای GIS:
GISدارای هفت جزء اصلی است:
1-داده های جغرافیایی بروی مدیا های کامپیوتری
2- سخت افزار ونرم افزاربرای جمع اوری،ذخیره،بازیابی،پردازش ونمایش اطلا عات
3-افرادی برای کارباسیستم واستفاده از اطلاعات
4-ساختار سازمانی وتشکیلاتی (برای پروژه های بزرگ)
5-مدلها،رویه هاوتئوری هابرایپشتیبانی سیستم
6-زیر ساختارهای سیستم(رایتهای کامپیوتری،شبکه،وسایل ارتباطی و...)
7-مستندات سیستم(جزوات راهنما،راهنمای فرامین و...)
موارد3 تا 7 رامدیریت داده های جغرافیایی می نامند.
همانطور که ذکر گردید یکی ازاجزاءGIS سخت افزار است یک ایستگاه کاری((Work Stationحداقل شامل:
1-واحدهای حافظه
2-پردازشگر
3-وسایل ورودی نظیر صفحه کلید وموس
4-وسایل خروجی همانند صفحه مانیتور،چاپگر،پلاترمی باشدژ
مراحل طراحی،پیاده سازی واجرای یک GIS :
باتوجه به چرخه داده در جهان واقعی که قبلا توضیح آن ارائه گردیدبه منظور راه اندازی وایجاد یک GIS لازم است مراحل زیر به ترتیب سپری گردند:
1-تحلیل نیازمندیهاو انتقادات کاربر
اولین گام در راه اندازی هر GIS شناخت وتحلیل نیازمندیهای کاربران است.اگر قبل از آنکه هدف ازاجرایGIS
مشخص باشد مبادرت به طراحیGIS نماییم با مشکلات عدیده ای روبرو خواهیم شد.
2- مدل سازی داده ها وطراحی نرم افزاری برای کاربرد ها
هدف از مدل سازی داده هاطراحی یک طرح جامع برای ایجاد بانک اطلا عاتی یه (Data Base) است.یک مدل داده هنگامی موفق خواهد بودکه بتواند ارتباط بین طراح وکاربر را به بهترین نحو ممکن برقرار سازدوخواسته های کاربر رابه صورت تئوریک حل نماید.
3-پیاده سازی
پیاده سازی یعنی انتقال مدل داده ها ونرم افزارهای انتخاب شده بروی سیستم رایانه ای وتشکیل بانک اطلاعاتی بروی سخت افزار مناسب وبرقراری سیستم مدیریت بروی آن پایگاه داده که به آن Data Base Managment
system یا به اختصارDBM اطلاق میگردد.
4- تست وآزمون سیستم
5- حفظ ونگهداری و پویا بودن یکGIS است.چرا که دنیای واقعی مرتباً در حال تغییر وتحول است.
مدل¬سازی در GIS:
همانطور که در مراحل طراحی، پیاده سازی واجرای یکGISذکر گردید یکی از مراحل مهم و اساسی طراحی نرم افزاری و تشکیل بانک اطلا عاتی است،که این عمل توسط مدل سازی داده ها انجام می پذیرد.به منظور مدلسازی داده ها از دنیای واقعی ابتدا لازم است با در نظر گرفتن دیدگاههای کار بران نسبت به ایجاد مدل خارجی یاExtranal Modelاقدام ورزید.
مرحله بعدی طراحی مفهومی GISاست که می بایستی مدل مفهومی و یا Concept Tual Modelتهیه گردد.
مدل مفهومی ارتباطات عوارضی را از لحاظ مفهومی از جمله رابطه والد فرزندی و یه ارتباط یک به یک و یه یک به چند را مشخص می سازد.مرحله سوم ایجاد مدل منطقی یا Logieal Modelمی باشد.
مدل منطقی ارتباط عوارض را از لحاظ منطقی یا فیزیکی برقرارمی سازد. به این مفهوم که جهت اتصال جداول توصیفی به یکدیگر که اصطلاحاً Joindنامیده میشود باید از کدام ستونها ی اطلاعاتی مشترک استفاده شود و نهایتاً مرحله چهارم مدل سازی داده ها را مدل داخلی یاInternal Model گویند که عبارتست از پیاده سازی یک GIS و بانک اطلاعاتی بروی سخت افزار رایانه ای پایگاه داده.
انواع داده ها در GIS
داده ها در GIS به دو دسته کلی تقسیم میشوند این دو دسته عبارتند از :
1- داده های هندسی یا مکا نی(Positional Data)
2- داده های تو صیفی((Attributes
داده های هندسی یا مکانی شامل :
- داده های تصویری ورستری
- داده های برداری
- مدلهای ارتفاعی رقومی سطح زمین یا DTMمیباشد
داده های غیر مکانی یا توصیفی عبارتند از :
- داده های حرفی یا عددی مو جود دربانک اطلاعاتی

اهمیت داده ها در GIS:
داده ها در GISدارای اهمیت بسیار بوده و 70تا 80 درصد یک GISرا تشکیل میدهند.
اهمیت داده های جغرافیایی بر اساس دو جنبه زیر است:
1- جمع اوری آنها نیازمند زمان وهزینه زیاد است
2- دقت نتایج بدست آمده از تحلیلهای مکانی وابستگی صرف به دقت داده های جغرافیایی دارد.
انواع داده های مکانی
دو روش اساسی برای ذخیره سازی اطلاعت مکانی وجود دارد
- روش برداری
- روش رستری
مدل برداری
در این مدل اشیاء یا موقعیتها در جهان واقعی به وسیله نقاط یا خطوطی که مرزهای آنها را تعیین میکنند نمایش داده می شوند.
مكان عوارض با استفاده از سيستم مختصات كارتزين كه داراي دامنه تقريبا مختصات مي باشد بيان مي شود .
موقعييت ها در اين مدل با استفاده از يك سيتم مختصات جغرافيايي استاندارد مانند UTM ،مبناي محلي يا طول وعرض جغرافيايي ذخيره مي گردند .
مزايا :
- اين مدل نسبت به مدل رستري قابليت انعطاف و دقت بيشتري است .
- اين مدل نسبت به مدل رستري حجم كمتري دارد اما ساختار آن پيچيده تر است .
مدل هاي داده هاي اسپاگتي ، توپولوژي و شبكه نامنظم مثلثي ( TIN ( مدل برداري محسوب مي شوند .
مدل اسپاگتي :
در اين مدل نقشه جز به جز به ليستي از مختصات ( X,Y ) برگردانده مي شود.
در اين مدل فايل داده هاي مكاني مجموعه اي است از رشته مختصات بدون ساختار داخلي مرز مشترك بين دو پليگون مجاور دوبار ذخيره مي شود.
ارتباط مكاني عوارض در اين مدل كد گذاري نمي شود به طور مثال اطلاعاتي در مورد عوارض مجاور هر پليگون ثبت نمي گردد.
ارتباط مكاني عوارض بايد به وسيله محاسبات بازسازي شود.
اين مدل براي چاپ نقشه هاي رقومي موثر است چون اطلاعاتي بيشتر از اطلاعاتي مورد نياز براي ترسيم ذخيره نمي گردد.
ساختار ذخيره سازي اطلاعات در سيستم هاي CAD مثالي از مدل اسپاگتي مي باشد
مدل توپولوژي :
مدل توپولوژي پر استفاده ترين روش كد گذاري ارتباطهاي مكاني در GIS مي باشد
آناليز هاي مجاورت و پيوستگي Conliguily and Connectivity با استفاده از توپولوژي انجام مي شوند.
مدل توپولوژي مدل ARC-NODE نيز ناميده مي شود.
پايه اين مدل ARC است
NODE تقاطع دو يا چند ARC است NODE مي تواند در انتهاي يك ARC آزاد باشد (Dangled)
پليگون زنجيره اي بسته از ARC هاست كه نمايانگر مرز يك سطح ميباشد.
در GIS پلي گونها و نقاط اغلب در يك نوع از لايه هاي داده و خطوط در لايه هاي داده جداگانه اي ذخيره و با هر جدول نيز مجموعه جدايي از توپولوژي و جدول هاي مختصات همراه مي گردد.
پلي گونهاي مجاور از طريق ARC هاي مشترك شناسايي مي گردند.
يافتن تمامي عوارض درون يك Polygon امكان پذير است.
نقاط منفرد ( قوسي با يك پليگون مشابه در سمت چپ و راست ) تشخيص داد مي شود.
ارتباط جدول ها با موقعيت هاي جهان واقعي از طريق مختصات انجام مي شود. پيچيدگي بيشتر شكل عوارض سبب افزايش تعداد زوجه مختصات مي شود.
داده هاي توصيفي به شكل جدول هاي ارتباطي با كدشناسايي به المانهاي مكاني مربوط مي شوند
مزايا و معايب مدل توپولوژي نسبت به مدل اسپاگتي
مزيت :
آناليز مكاني برون استفاده از مختصات ( مجاورت و پيوستگي ) امكان پذير است.
به بيان ديگر با ا ستفاده از توپولوژي مي توان از محاسبات وقت گير براي بدست آوردن ارتباطهاي مكاني از طريق مختصات هندسي جلوگيري نمود.
عيب :
ايجاد ساختار توپلوژي هزينه و زمان بيشتري به كاربر تحميل مي كند ورود نقشه جديد يا تغيير در نقشه موجود باعث تغيير در توپولوژي مي شود.
در حالت عكس روند پيشرفت به سمت بكارگيري هر چه بيشتر توپولوژي در GIS است.
مدل شبكه نامنظم مثلثي (TIN) TRIANGULATED LRREGULAR NETWORK مدل شبكه نامنظم مثلثي مدل توپولوژي – برداري براي نمايش سطح زمين است.
اين مدل عوارض سطح زمين را مانند مجموعه اي
در سطوح مثلث بهم پيوسته نمايش مي دهد.

الگوريتم هاي TIN در روش توليد شبكه هاي مثلثي متفاوت بوده و داراي نتايج متفاوت هستند در عمل مثلث بندي كه در آنها مثلث هاي متساوي الاضلاع هستند براي نمايش سطح دقيق ترند با استفاده از مدل TIN مشخصات سطح زمين مانند شيب ( Slope ) و جهت شيب ( Aspect ) براي هر سطح محاسبه گرديده و بعنوان توصيفات آن سطح و مطابق روش ذخيره توصيفات در پليگونها ذخيره مي گردند از اين پارامترها بعد ا در آناليزهاي مربوط به مشخصات سطح زمين استفاده مي گردد.
داده هاي Rastery :
مدل داده رستري در فرم ساده آن شامل يك شبكه منظم از سلول هاي مربعي مي باشد اين سلولها هم اندازه و تقسيم ناپذير بوده و Pixel ناميده مي شود.
موقعيت هر Pixel بوسيله شماره سطر و ستون آن تعريف مي گردد.
مقدرا تخصيص داده شده به هر سلول نمايانگر نوع و چگونگي اطلاعت توصيفي آن است. هر چه ابعاد Pixel ها كمتر باشد ضريب تفكيك ( Resulation )تصوير بالاتر است.
عوارض به عنوان اشياء مستقل شناسايي نمي شوند بلكه بوسيله گروهي از سلول ها با شرايط خاص نمايش داده مي شوند.
تكنيك هاي فشرده سازي داده هاي استري ندارد.
با توجه به اهميت روش¬هاي ورود نقشه¬ها و اطلاعات (به صورت اتوماتيك)به سيستم هاي GIS روش¬هاي نوين و موجود جهت ديجيتايز كردن اطلاعات مكاني را در ادامه بحث مود تشريح قرار داده¬ايم :
مفاهيم و روش هاي رقومي سازي:
در روش هاي نوين تهيه نقشه تكنيك هاي كامپيوتري نقش مهمي را ايفا مي كنند. بسياري از سازمانهاي تهيه نقشه در راه اندازي سيستم اطلاعات جغرافيايي ، سيستم هاي نوين تهيه نقشه با استفاده از كامپيوتر را بكار مي گيرند با بكارگيري چنين سيستم هايي ، اولين و مهمترين مرحله عبارت است از تبديل اطلاعات نقشه از حالت خطي و غير رقومي به شكل رقومي و سازگار با كامپيوتر تكنيك تبديل نقشه هاي سنتي كاغذي يا ساير مدارك گرافيكي به داده هاي رقومي سازگار با كامپيوتر را رقومي سازي ( Digitizing ) مي نامند.
چرا Digitize مي كنيم.
تبديل اطلاعات نقشه هاي موجود به شكل رقومي و سازگار منطقي تر و كم هزينه تر در صرف زمان و هزينه براي تكرار برداشت داده ها مي باشد به عبارتي ديگر با رقومي سازي نقشه هاي موجود از انجام دوباره كاري ها و صرف هزينه هاي گزاف جلوگيري خواهد شد حتي اگر اطلاعات نقشه ها بهنگام نباشند تكنيك رقومي سازي بمراتب اقتصادي تر است زيرا بهنگام سازي نقشه هاي رقومي كه در محيط كامپيوتري ذخيره شده اند نسبت به بهنگام سازي نقشه هاي سنتي كاغذي كار آمدتر بوده و زمان بهنگام سازي و همچنين هزينه ها را كاهش خواهد داد.
بسياري از نقشه هاي خطي موجود در سيستم انگليسي تهيه شده اند براي استفاده از اين نقشه ها در سيستم متريك لازم است سيستم اندازه گيري انگليسي به سيستم متريك تبديل شود. در مرحله رقومي سازي اين تبديل را مي توان به سادگي انجام داد.
انواع رقومي سازي:
با توجه به اينكه داده اوليه يك نقشه خطي كاغذي و يا يك تصوير هوايي باشد ، انواع رقومي سازي را مي توان به دو دسته تقسيم كرد.
رقومي سازي نقشه هاي خطي موجود مي باشد.
رقومي سازي تصاوير هوايي يا روش فتوگرامتري است.
نرم افزار Arc/info يكي از محصولات شركت ESRI مي باشد كه مي توان از آن در رقومي سازي ،آ*مديريت ،آ*پردازش ، آناليز و نمايش داده هاي مكاني و توصيفي استفاده كرد . اين نرم افزار قابليتهاي بسياري را در اختيار قرار مي دهد كه از آن جمله مي توان به موارد زير اشاره نمود :
- ايجاد قابليتهاي يك ايستگاه رقومي كننده نقشه
- ايجاد توپولوژي با قابليتهاي ويرايشي خاص
- قابليت الحاق داده هاي توصيفي به عوارض مكاني
- قابليت نمايش داده ها و خطاهاي داخل آنها و ارسال به خروجيهاي مختلف
- قابليت ويرايش داده هاي مكاني و توصيفي
- فراهم نمودن يك محيط برنامه نويسي براي انجام موارد تكراري و يا دلخواه كاربر
- قابليت اجرا در شبكه و ارتباط با كامپيوترهاي ديگر

برخي نكات در مورد نرم افزار Arc /info
در Arc/info بسياري از فرمانهاي DOS قابل اجرا هستند در محيط Arc هر دستور ابتدا دستوري از نرم افزار فرض مي شود ،آ*اگر چنين دستوري از بين دستورات نرم افزار يافت نشد ،آ*دستور مذكور فرماني از سيستم عامل در نظر گرفته شده و اجرا مي گردد . به عنوان مثال براي تغيير از يك دايركتوري به دايركتوري ديگر مي توان از دستور cd استفاده كرد و يا براي ايجاد يك دايركتوري جديد دستور md بكار مي رود.
نرم افزار arc/info يك سيستم مديريت فضاي حافظه دارد بدين گونه كه نرم افزار فايلهاي خود را به صورت فشرده نگه مي دارد و در موقع اجرا به صورت اتوماتيك آنها را از حالت فشرده خارج مي سازد ،آ*پس از اجرا آنها را دوباره فشرده مي كند . (براي اجراي سريعتر مي توان از دستور unpack براي باز كردن حالت فشرده آنها استفاده كرد.

مفاهيم كليدي در Arc info :
در نرم افزار arc/info چند مفهوم اساسي وجود دارد كه درك آنها براي كار با نرم افزار ضروري است . چند مورد از اين مفاهيم درزير توضيح داده شده اند .
Point : با يك مختصات (x,y) مشخص شده و عوارض را بر روي نقشه به ما نشان ميآ*دهد. به عنوان مثال موقعيت شهرها در نقشه ها كوچك مقياس را مي توان از نوع عوارض نقطه اي دانست.
Line : يبك مجموعه از نقاط پشت سر هم كه عوارض خطي را در روي نقشه به ما نشان مي دهد . به عنوان مثال عوارضي نظير جاده ها منني ميزانها و … را مي توان از نوع عوارض خطي در نظر گرفت .
Area : يك محيط ( سطح) بسته را شامل ميآ*شود مانند كشورها
Word space : دايركتوري است كه coverage آ*هاي مورد استفاده در آن قرار دارند و ميآ*توان براي سازمان دهي بهتر دادهآ*ها از آن استفاده كرد.
اين دايركتوري مكان مورد استفاده كليه داده هاي ورودي و خروجي دستورات خواهد بود . دستور work space براي تعيين مسير آن به كارمي رود .
Coverage : در واقع نقشه رقومي شده ميآ*باشد. در يك coverage عوارض نقشه به عنوان نقاط خطوط و پلي گون، ذخيره ميآ*شوند. و توضيحاتي مانند نام عارضه، نوع symbol و ... در جدول توصيفي عوارض ذخيره ميشود. بنابراين يك coverage هم شامل دادهآ*هاي مكاني ميآ*باشد و هم توصيفي.
عوارض هاي موجود در coverage به دو قسمت عمده عوارض اوليه و ثانويه تقسيم مي شوند . عوارض اوليه شامل Node ها Arc ها ، polygon ها و point lable مي باشند و عوارض ثانويه شامل tics ها Coverage Extent ها و Annotation ها هستند .
Arc : از اطلاعات توپولوژي ميآ*باشد كه نمايانگر يك عارضه خطي است. ( در كل ميآ*توان گفت عارضه خطي ممكن است شامل تعدادي Arc باشد)
Node : يكي از اطلاعات توپولوژي است و در واقع نقاط را تقاطع عوارض خطي و يا نقاط انتهايي كمانها ميآ*باشد.
Polygon : از اطلاعات توپولوژي است و بيانگر عارضه سطحي ميآ*باشد و به وسيله يك مجموعه از Arc ها تعريف ميآ*شود.
Label poin : براي نمايش عوارض نقطهآ*اي يا انتساب user-id به پلي گونها و يا تعيين محل متن داخل پلي گون بكار ميآ*روند.
Tics : نقاط كنترل جغرافيايي يا ثبت يك coverage ميآ*باشد.
Coverage extend : محدوده نقشهآ*ها را تعيين ميآ*كند. مستطيلي است كه حداقل و حداكثر مقادير مختصاتي را كه Arc ها و label point ها و ... ميآ*توانند در يك coverage داشته باشند را نشان ميآ*دهد.
Annotation : به عنوان اطلاعات متني عوارض Coverage را تشريح ميآ*كند.
User – id : يك آيتم در جدول توصيفات عوارض است و براي تك تك عوارض بكار ميآ*رود و نبايد در آن از اعداد تكراري استفاده كرد و خود كاربر قادر به id گذاري است. از user-id براي ارتباط اطلاعات هندسي و توصيفي استفاده ميآ*شود.
Internet-id :آيتمي است كه در جدول توصيفات عوارض قرار دارد و اعداد داخل اين ستون توسط نرم افزار به عوارض در هنگام ورود نسبت داده مي شود كه نام آن به صورت coverage است كه به جاي coverage نام نقشه رقومي شده قرار مي گيرد چون arc/info در موقع ايجاد توپولوژي از اين شماره ها استفاده مي كند . پس هيچگاه نبايد مقادير اين ستون را در جدول توصيفات تغيير داد .
Info – file : اصطلاحي است عمومي كه به تمامي فايلهاي داده سازگار با نرم افزار گفته مي شود . ممكن است دربعضي از دستورات كه آرگومان آنها info file است به جاي آن كلمه info نيز استفاده شود

منبع: نشریه آفتاب