برای اولین بار در اواسط دهه 1960 در ایالات متحده کار بر روی اولین سیستم اطلاعات جغرافیایی آغاز شد. در این سیستم ها عکس های هوایی، اطلاعات کشاورزی، جنگلداری، خاک ، زمین شناسی و نقشه های مربوطه مورد استفاده قرار گرفتند. در دهه 1970 با پیشرفت علم و امکان دسترسی به فناوری های کامپیوتری و تکنولوژیهای لازم برای کار با داده های مکانی، سیستم اطلاعات جغرافیایی یا(GIS) ، برای فراهم آوردن قدرت تجزیه و تحلیل حجم های بزرگ داده های جغرافیایی شکل گرفت. در دهه های اخیر به سبب گسترش تکنولوژی های کامپیوتری،سیستم های اطلاعات جغرافیایی امکان نگهداری به روز، داده های زمین مرجع و نیز امکان ترکیب مجموعه داده های مختلف را به طور مؤثر فراهم ساخته اند. امروزه GIS برای تحقیق و بررسی های علمی، مدیریت منابع و ذخایر و همچنین برنامه ریزی های توسعه ای به کار گرفته می شود .
سیستم اطلاعات جغرافیایی(Geographic Information Systems ) یا GIS یک سیستم کامپیوتری برای مدیریت و تجزیه و تحلیل اطلاعات مکانی بوده که قابلیت جمع آوری، ذخیره، تجزیه وتحلیل و نمایش اطلاعات جغرافیایی (مکانی) را دارد.
داده هادریک (GIS) بر اساس موقعیتشان نشان داده می شوند. تکنولوژی GIS با جمع آوری و تلفیق اطلاعات پایگاه داده های معمولی، به وسیله تصویر سازی و استفاده از آنالیز های جغرافیایی، اطلاعاتی را برای تهیه نقشه ها فراهم می سازد. این اطلاعات به منظور واضح تر جلوه دادن رویدادها ، پیش بینی نتایج و تهیه نقشه ها به کار گرفته می شوند.
سامانه (سیستم) اطلاعات جغرافیایی (Geographic information system) یک سامانه رایانه ای متشکل از سخت افزار، نرم افزاز، داده و کاربردها است که قادر می باشد داده های مکان دار را بطور رقومی کسب، نگهداری، بازیابی، مدل سازی و تجزیه و تحلیل نموده و بطور متنی و گرافیکی ارئه نماید. در تعریف فوق بر ویژگی اینچنین سامانه ها یعنی پرداختن به داده های مکان دار تاکید شده است، ضمن آنکه در کنار ارکان برپایی GIS، به وظایف آن نیز اشاره گردیده است. ارکان چهار گانه برپایی GIS عبارتند از سخت افزار، نرم افزار، داده و کاربر.
وظایف یک GIS را نیزمی توان در چهار گروه کلی دسته بندی نمود: کسب، نگهداری، تجزیه و تحلیل و ارائه. در این میان گروه اصلی شامل بخشهای مدل سازی، تجزیه و تحلیل و تصمیم گیری می باشد.[1]
مطابق تعریف اداره محیط زیست(1987)، GIS سیستمی است برای ثبت، ذخیره سازی، کنترل، تلفیق، به کارگیری، تحلیل و نمایش داده ها که به لحاظ مکانی زمین مرجع هستند.
دریک سیستم اطلاعات جغرافیایی واژه جغرافیایی یا(Geographic) عبارت است از موقعیت موضوع های داده ها، برحسب مختصات جغرافیایی (طول و عرض).
واژه (Information) یا اطلاعات نشان می دهد که داده ها در GIS برای ارائه دانسته های مفید، نه تنها به صورت نقشه ها و تصاویر رنگی بلکه بصورت گرافیک های آماری، جداول و پاسخ های نمایشی متنوعی به منظور جستجوهای عملی سازماندهی می شوند. واژه(System) یا سیستم نیز نشان دهنده این است که GIS از چندین قسمت متصل و وابسته به یکدیگر برای کارکرد های گوناگون، ساخته شده است.
یک سیستم GIS شامل یک بسته کامپیوتری (شامل سخت افزار و نرم افزار) از برنامه های رایانه ای با یک واسطه بنام کاربر یا (User ) می باشد که دست یابی به عملیات واهداف ویژه ای را فراهم می سازد.
مؤلفه های چنین سیستمی به ترتیب عبارتند از:
کاربران،
سخت افزارها،
نرم افزارها،
اطلاعات و
روش ها.
مؤلفه های چنین سیستمی به ترتیب عبارتند از:
1-3)کاربران (Users): مهارت در انتخاب و استفاده از ابزارها دریک سیستم اطلاعات جغرافیایی وشناخت کافی از اطلاعاتی که استفاده می شوند، یکی از موارد اساسی برای موفقیت در استفاده از تکنولوژی GIS است، که این از وظایف یک کاربر می باشد.
2-3)سخت افزارها (Software): امروزه شبکه های GIS شامل تعدادی workstation, x-station، کامپیوترهای شخصی، چاپگرها و پلاترها می باشد که معرف مؤلفه سخت افزاریک سیستم اطلاعات جغرافیایی می باشند.
3-3)نرم افزارها (Hardware): به منظور استفاده بهتر از یک سیستم اطلاعات جغرافیایی، استفاده از نرم افزارهای به روز و توانمند توصیه می شود.
4-3)اطلاعات (Data): قلب هر GIS پایگاههای اطلاعاتی آن است. در این پایگاهها به پرسش هایی از قبیل چه شکلی است؟ کجاست؟ و چگونه به دیگر اشکال مرتبط می شود، پاسخ داده می شود.
5-3)روش ها (Methods): شیوه های صحیح به کارگیری اطلاعات درجهت رسیدن به اهداف ویژه دریک سیستم اطلاعات جغرافیایی از مهمترین مؤلفه های آن است
سیستم اطلاعات جغرافیایی وکامپیوترها را نمی توان به طور مستقیم برای جهان واقعی به کار برد، زیرا کامپیوترها ی دیجیتالی براساس اعداد یا کاراکترهایی که در درون خود به صورت اعداد دو رقمی نگهداری می کنند، عمل می نمایند.
بنابراین پدیده های مورد نظردر جهان واقعی در یک سیستم کامپیوتری، باید به شکل نمادین عرضه شوند. پس ابتدا باید مرحله جمع آوری داده ها انجام گیرد و سپس فرایند فشرده سازی گستره زمین شناسی، ساختار، خواص ژئو فیزیکی یا هر ویژگی دیگری از سطح زمین که اطلاعات آن گردآوری شده بود، به شکل قابل دستیابی در کامپیوتر با استفاده از مدلهای نمادین صورت گیرد.
هر نقشه زمین شناسی یک مدل نمادین است زیرا گستره ساده شده قسمتی از جهان واقعی است که از زاویه دید زمین شناس صحرایی مشاهده شده است. مولفه های مدل گفته شده عوارض مکانی هستند که به تقریب همان موجودیتهای مستقل جهان واقعی هستند که بر روی نقشه توسط نمادهای گرافیکی عرضه می شوند. تمام مدلهای داده های مکانی از عوارض مکانی جداگانه نظیر نقاط، خطوط، نواحی، حجم ها و سطوح تشکیل می شوند، این عوارض مکانی توسط خصوصیاتی که هم مکانی وهم غیر مکانی هستند، مشخص میگردند. ( توصیف رقومی عوارض و خصوصیات آنها مجموعه های داده های مکانی راشامل می شود).
برای اینکه یک سیستم اطلاعات جغرافیایی مفید واقع گردد، باید قادر به دریافت و تولید اطلاعات به صورت موثر باشد. توابع ورودی و خروجی داده ها، مفاهیمی هستند که توسط آنها یک GIS با جهان خارج ارتباط برقرار می کند
1-6- ورودی داده ها: عبارتند از روند کد گذاری داده ها به یک شکل خوانا توسط کامپیوتر و قرار دادن داده ها در پایگاه اطلاعاتی GIS
داده هایی که در سیستم اطلاعات جغرافیایی می توانند وارد شوند دو نوع هستند:
الف)-داده های مکانی که موقعیت جغرافیایی عوارض را نشان می دهند : انواع داده های مکانی(نقطه،خط و پلی گون) می باشند.
نقاط(point) مانند: نقاط ارتفاعی، فروشگاها و...
خطوط(Line): خیابانها، راه آهن، رودخانهاو...
پلیگون(polygon): عوارض جغرافیایی مانند کشورها، دریاچه ها، استانها، مرزها و ...
ب)داده های توصیفی غیر مکانی که به توصیف خصوصیات عوارض می پردازند،مثل شوری آب یک دریاچه و یا اطلاعاتی مانند اسم یک خیابان.
ورود داده ها به یک سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) می تواند به اشکال، ثبت توسط صفحه کلید، هندسه مختصات، رقومی کردن دستی، اسکن کردن و وارد کردن فایل های رقومی موجود، صورت گیرد.
خروجی داده ها روندی است که توسط آن اطلاعات حاصل از GIS به یک شکل مناسب جهت استفاده کاربر ارائه می شود.
داده ها به یکی از سه فرمت زیر خارج می شوند:
1) Softcopy
(نمایش روی صفحه نمایش کامپیوتری )
2) Electronic
(خروجی در فرمت الکترونیکی شامل فایل های کامپیوتری می باشد)
3) Hardcopy
(نمایش دائمی، مثل اطلاعات روی کاغذ، فیلم عکاسی و موارد مشابه)
شمایی کلی ازورودی وخروجی داده ها دریک سیستم اطلاعات جغرافیایی
هدف نهایی یک سیستم اطلاعات جغرافیایی یا GIS، پشتیبانی جهت تصمیم گیری های پایه گذاری شده بر اساس داده های مکانی می باشد و عملکرد اساسی آن بدست آوردن اطلاعاتی است که از ترکیب لایه های متفاوت داده ها با روشهای مختلف و با دید گاه های گوناگون بدست می آیند. هدف فوق از طریق فعالیتهایی که برروی داده های مکانی انجام میگرد، صورت می پذیرد، این فعالیت ها عبارتند از:
1-7- جستجو(Search) : عبارت است از عملکرد جستجوی مجموعه هایی از داده های سازمان یافته از پایگاه داده های یک سیستم اطلاعات جغرافیایی.
2-7- سازماندهی (Organization) : دراین سیستم ها ویژگی اصلی برای سازماندهی داده های موجود، موقعیت مکانی آنها می باشد.
3-7- تجسم یا به تصویر درآوردن (Monitoring) : تکنولوژی GIS از توانمندیهای گرافیکی رایانه ها، برای تجسم استفاده می نماید. نمایش اطلاعات به طور معمول با استفاده از صفحه نمایش ویدیویی انجام می شود. اما سایر دستگاههای خروجی نظیر چاپگرهای رنگی نیز برای نمایش نسخه های چاپی استفاده می شوند
4-7- ترکیب و تلفیق (Integration) : بخش دیگری از این فعالیتها، تلفیق مجموعه داده های مکانی از منابع بسیارگوناگون جهت نمایش، درک و تفسیر پدیده های مکانی می باشد (این پدیده ها هنگامی که داده های مکانی به صورت مجزا بکار گرفته می شوند، قابل رویت نیستند).
5-7- تجزیه وتحلیل (Analyses (: تجزیه وتحلیل، فرایند استنباط و دریافت مفهوم داده هاست و به معنی تجزیه وتحلیل داده های مکانی می باشد.
6-7- پیش بینی (Prediction) : هدف از مطالعه وبررسی ها برروی داده های مکانی در یک سیستم اطلاعات جغرافیایی، به طور معمول پیش بینی است.
درحقیقت یک سیستم اطلاعات جغرافیایی یا GIS ، توانمندی های کاری را برای جمع آوری، ورود، پردازش، تغییرشکل، به تصویر در آوردن،ترکیب، جستجو، تجزیه و تحلیل، مدل سازی و خروجی کلیه داده های مکانی براساس اهداف مورد نظر فراهم می سازد.
امروزه با توجه به پیشرفت علوم و سیستم های کامپیوتری فناوری GIS در زمینه های زمین شناسی، مطالعات زیست محیطی، منابع آب و آبخیزداری، کشاورزی، جنگلداری، تعلیم و تربیت، کاربردهای شهری، تجارت، صنعت، سازمانها و ... کاربرد فراوانی پیدا نموده است.برخی ازاین کاربردها عبارتند از:
1-8- زمین شناسی: تجزیه و تحلیل اطلاعات زمین شناسی در یک منطقه چه به منظور اکتشافات معدنی، نفت و چه سایر اهداف، اصولا یک فرایند ترکیبی، از داده های مختلف می باشد. یک زمین شناس با مرتبط کردن داده های گوناگون زمین شناسی، به دنبال یافتن ساختارهای مفید زمین شناسی در یک ناحیه است، از اینرو تمام داده های زمین شناسی برای این که بتوانند مفید واقع شوند باید با توجه به موقعیت جغرافیایی شان تجزیه تحلیل شوند.
تهیه نقشه زمین شناسی ایران بااستفاده ازسیستم اطلاعات جغرافیایی:
GIS با فراهم کردن امکانات نمایش و تجزیه وتحلیل داده های مختلف با یکدیگر ، یک زمین شناس را قادر به انجام کار با داده های گوناگون بطور بسیار وسیع تر و دقیق تر می نماید، به طریقی که با روشهای آنالوگ وسنتی تقریباً غیر ممکن می باشند
بطور کلی کاربردهای GIS در زمین شناسی را می توان به شرح زیر عنوان نمود:
1-2-8 - تهیه نقشه های پتانسیل معدنی: که هدف تلفیق اطلاعات حاصل از لایه های اطلاعاتی( زمین شناسی، ژئوشیمی،ژئوفیزیک، دورسنجی وزمین شناسی اقتصادی ، پراکندگی کانسارها و اندیس های معدنی منطقه)، در جهت تهیه نقشه ای می باشد که معرف مناطقی با بیشترین احتمال جهت کانی سازی، بر اساس مدل متالوژی منطقه است.
2-2-8- تهیه نقشه های حوادث و بلایای طبیعی: که به پایداری شیبها، زمین لغزه ها، منطقه بندی خسارت زمین لرزه، فورانهای آتشفشانی، خسارات ناشی از طغیان رودخانه ها و تسونا می ها، فرسایش محلی، خطرات آلودگی ناشی از فعالیت معدنی یا صنعتی و گرم شدن کره زمین و ... می پردازند.
3-2-8- تهیه نقشه های مکان یابی (Siteselection) : که انتخاب محل های مناسب جهت اجرای پروژه های مهندسی نظیر دفن مواد زائد، خط لوله، جاده ومسیر راه آهن، سدها و گسترش و توسعه ساختمان سازی میباشد
4-2-8- فراوری های متنوع زمین شناسی : جهت ارزیابی منابعی مانندآب، ماسه وگراول، سنگ ساختمانی، نفت خام، گاز طبیعی، زغال سنگ، انرژی زمین گرمایی در کنار کانیهای فلزی.
5-2-8- تحقیقات اکتشافی در زمینه شناسایی روابط متقابل مکانی میان مجموعه داده ها در طول دوره تحقیق زمین شناسی، مانند درک علائم ژئوشیمیایی وژئوفیزیکی منطقه ای گرانیت های نوع S وI ویا ارزیابی علائم حاصل از تصاویر ماهواره ای در ارتباط با لیتولوژی و پوشش گیاهی.
بررسی میزان آلودگی آب، خاک، هوا و.... و در نهایت تهیه نقشه هایی جهت حفاظت از محیط زیست.
4-8- منابع آب و آبخیزداری: کشف منابع آبی زیر زمینی و بررسی آبهای سطحی
5-8- کشاورزی و برنامه ریزی برای کاربری اراضی:
بسیاری از سازمانهای مربوط به کشاورزی و کاربری اراضی، هم اکنون از تکنیک های GIS بهره می گیرند. به عنوان نمونه، داده های مربوط به کاربری اراضی و هواشناسی حاصل از ماهواره ها، اندازه گیری های زمینی و اطلاعات مربوط به محصول سال قبل، همه با هم برای پیش بینی میزان یک یا چند نوع محصول دریک منطقه می توانند تجزیه و تحلیل شوند.
6-8- جنگلداری و مدیریت حیات وحش:
به وسیله یک سیستم اطلاعات جغرافیایی نقشه جنگل ها می توانند دائماً وبطور پیوسته به روز شوند. همچنین GIS می تواند برای ذخیره و تجزیه و تحلیل اطلاعات جنگل از قبیل محاسبه مقدار چوب قابل برداشت از یک منطقه، بررسی چگونگی توزیع آتش سوزی در جنگل و یا ارزیابی برنامه های مختلف برداشت چوب، بکار رود، در حالی که انجام بسیاری از این تجزیه و تحلیل ها بدون بکار گیری GIS امکان پذیر نمی باشند.
7-8- تجارت: محلها و سیستم های تحویل مناسب درامورتجاری
8-8- صنعت حمل و نقل، ارتباطات و... : کاربرد GISدر صنعت می تواند به عنوان نمونه،تعیین مسیر ترانزیت کالا، تعیین موقعیت مناسب برای احداث جاده ها، خطوط نیرو،سیستم های مخابراتی و.... باشد.
1-9-8- استفاده در کلیه اموراستانها به صورت محلی و استانی
2-9-8- سرویسهای اضطراری: مثل آتشنشانی و پلیس
3-9-8-نظامی:استفاده دربرنامه ریزی های نظامی
. 4-9-8- تعلیم و تربیت:(تحقیق، آموزش و نظارت)
سیستم اطلاعات جغرافیایی در راستای مدیریت منابع طبیعی با استفاده از سنجش از دور می تواند در زمینه های زیر مورد استفاده قرار گیرد:
1-10-8- -آنالیز حوادث طبیعی، شامل فرسایش خاک، سیلاب، خشکسالی وسایر حوادث طبیعی دیگر.
2-10-8 – مدیریت آبخیزداری.
3-10-8 -مطالعه کاربردی زمین در توسعه کشاورزی.
4-10-8-پیش بینی میزان محصولات نسبت به وسعت زمین.
11-8- کاربرد GIS در برنامه ریزی شهری:
1-11-8- تهیه نقشه مکانیابی تاسیسات و خدمات شهری مثل:
2-11-8- تعیین مکان دفن زباله
3-11-8- تعیین مکان تاسیسات آموزشی
4-11-8-تعیین مکان تاسیسات ورزشی
5-11-8-تعیین مکان تاسیسات تجاری
6-11-8- تعیین مکان تاسیسات نظامی
7-11-8-تعیین مکان تاسیسات فضای سبز و پارکها
8-11-8- تعیین مکان تجهیزات شهری
9-11-8- ایجاد بانک اطلاعاتی برای شهرها
10-11-8- Geocoding
11-11-8- Network Analyses
12-11-8- و غیره
1-9- جمع آوری داده ها : داده های مناسب در پایگاه داده های GIS جمع آوری می شوند.
2-9- تجزیه، تحلیل و تفسیر داده ها
3-9 - ترکیب و تلفیق لایه های اطلاعاتی
ادغام تکنولوژی های GIS, GPS وRS در ایجاد سیستم های قدرتمند، جهت تعین زمان واقعی نقشه برداری و جمع آوری داده ها سودمند می باشند. یک نمونه بارز از ادغام این سه تکنولوژی، نقشه برداری متحرک است که در آن دوربین های دیجیتالی GPS/INS، یک سیستم کامپیوتری را تشکیل میدهندکه با نقشه های الکترونیکی و وسایل ارتباطی دور برد نظیر تلفنهای همراه (که جهت پیوستن به پایگاه های داده ای GIS موجود در دفتر کار مورد استفاده قرار می گیرد)، همه دریک وسیله نقلیه نصب گردیده اند. سیستم تهیه نقشه سیار، به زمین شناسان صحرایی در یک وسیله نقلیه این امکان را می دهد، تا داده های مکانی مربوط به زمین را جهت ورود به پایگاه اطلاعاتی GIS ،را در یک زمان تقریباً حقیقی گردآوری نمایند.
1-10- ادغام تکنولوژی های GIS , GPS , RS
ژئوانفورماتیک به عنوان یک علم چند منظوره در راستای اندازه گیری، ثبت، تحلیل و ارائه داده های جغرافیایی تعریف شده است. این اطلاعات زمینی توسط تکنولوژی های GIS, GPS و RS گردآوری می شوند. هر یک ازاین سه تکنولوژی و یا دو نوع از آن در ترکیب با دیگری تکنولوژی جدید S3 (3systsms)را ایجاد می نماید.
سنجش از دور(Remote Sensing) یا RS، تصاویری از محیط و منابع طبیعی را به صورت چند طیفی با قدرت تفکیک گوناگون در زمان های مختلف تهیه می نماید.
سیستم موقعیت یابی جهانی ( Global Position System) یا GPS و نیز سیستم ناوبری خودکار ( Inertial Navigation System ) یا INS توسط نقاط کنترل زمینی و فتو گرامتری، سنجنده های بکاربرده شده در سنجش از دور را تقویت می سازند و سیستم اطلاعاتی جغرافیایی (Geographical Information System)یا GIS، دستیابی به داده ها و اطلاعاتی که از بانکها و پایگاه های داده های مکانی زمین با بکارگیری ابزارهای مدرن، ایجاد شده را امکان پذیر می سازد.
11- محاسن یک سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS) :
- کیفیت بالای تحلیل داده ها وامکان تجزیه و تحلیل آنها با روش های پیشرفته.
- مدیریت و تغییرسریع حجم عظیمی از داده ها در زمینه های مختلف.
- روشهای بهتروجدیدتر برای تهیه نقشه های مختلف و امکان به روز کردن آنها.
- امکان ایجادارتباط بین عوارض مختلف و اتصال حجم زیادی از اطلاعات آنها در جداول اطلاعاتی.
- کاهش زمان، هزینه و مواد مصرفی کار وپول ساز و اشتغال ساز بودن آن.
- استفاده وسیع آن در علوم مختلف.
- اداره وسازماندهی وسیعی از داده های زمین مرجع.
- به روز رسانی سریع و جمع آوری اطلاعات پراکنده.
- قابلیت بازبینی روشها.
- مدل سازی، فرضیه وآزمایش و پیشگویی.
12- معایب یک سیستم اطلاعات جغرافیایی:
برخی ازمعایب یک سیستم اطلاعات جغرافیایی عبارتند از :
- جدید بودن این فناوری که باعث عدم استفاده وسیع درتمام علوم ونیز مشکل بودن آن می شود.
- عدم اطلاع از قابلیتهایGIS و نحوه استفاده از آن.
سیستم تصویری(Map projection) اطلاعات مکانی موجود در یک سیستم اطلاعات جغرافیایی:
13- سیستم های تصویرنقشه (Map projection):
موقعیت پدیده ها در روی نقشه های جغرافیایی، از طریق طول و عرض جغرافیایی آنها تعیین می شود. طول و عرض جغرافیایی یک پدیده از جهان، اختلاف زوایای بین آن نقطه تا نصف النهار مبدأ و خط استوا می باشد.
ازتعاریف مختلف سیستم تصویری می توان به چند مورد استاندارد شده آن اشاره کرد :
سیستم تصویر نقشه ترتیب سیستماتیک نصف النهارات و مدارات است که سطح کروی و شبه کره را بر یک سطح مستوی نشان می دهد . به عبارتی سیستم تصویری نقشه مبادرت به تصویر کردن سطح زمین یا قسمتی از آن می کند.
مکان یک جسم سه بعدی بر روی سطح زمین با اصطلاحات ریاضی و بسته به روش ترسیم مورد نظر، به صورت مختصات جغرافیایی و مختصات صفحه ای، تعیین می شود. یک سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS)، لازم است که همه داده های مکانی را به صورت مختصات جغرافیایی (طول و عرض جغرافیایی) ذخیره و استفاده نماید. در این سیستم در نهایت همه داده های مکانی روی کاغذ، فیلم یا صفحه نمایش همراه با مختصات صفحه ای پدیدار می شوند، بنابراین اغلب سامانه های اطلاعات جغرافیایی از روش ترسیم نقشه صفحه ای، برای ذخیره مختصات مکانی استفاده می کنند تا به این ترتیب از بروز تغییر شکل مکرر، از مختصات جغرافیایی به مختصات ترسیمی، در هنگام مشاهده داده ها جلوگیری شود.
سیستم های تصویری متنوع و گوناگونی تا کنون ارائه شده است. علت این است که اصولاً چیزی به نام سیستم تصویر کامل، وجود خارجی ندارد. از این همه سیستم های تصویری نقشه که به صدها نوع می رسند، تنها قریب بیست سیستم تصویر هستند که عملاً در رقومی سازی نقشه ها و یا کلاً در کارتوگرافی مورد استفاده قرار می گیرند، که به عنوان مثال می توان از سیستم تصویری Lambert Conformal Conic برای نقشه های کشوری و یا ایالتی و یا سیستم تصویری UTM که جهان را به 60 زون تقسیم میکند، برای نقشه های ناحیه ای نام برد.
بطور کلی در سیستم مختصات جغرافیایی ، اندازه گیری ها بر اساس درجه، دقیقه و ثانیه می باشد. اما این واحدها در کل کره زمین برابر نیستند و بر اساس عرض جغرافیایی متغییر می باشند؛ بطوری که یک درجه طول جغرافیایی در خط استوا ، معادل 111 کیلومتر و در عرض 60 درجه معادل 55 کیلومتر می باشد؛ در نتیجه ، اندازه گیریها با واقعیت مطابقت ندارد. لذا برای تهیه نقشه مستوی از سطح کره زمین نیاز به سیستم تصویر می باشد. مثلا سیستن تصویر نقشه های ایران که شامل نقشه های 1:25000 ،1:50000 و 1:250000 می باشد بر اساس سیستم UTM تهیه شده است.
[3]UTM یا سیستم تصویر مرکاتور معکوس بین المللی، برای کل جهان تعریف شده است. در این سیستم نصف النهارات مستقیم موازی با فاصله برابر و مدارات خطوط افقی و موازی در نظر گرفته شده است. کره زمین در محور Xها به 60 قسمت 6 درجه ای تقسیم شده است که 30 زون در نیمکره غربی و 30 زون در نیمکره شرقی می باشد و شماره گذاری آن از نیمکره غربی شروع می شود. در این سیستم محور y ها به 20 قسمت 8 درجه ای از 80 درجه شمالی تا 80 درجه جنوبی تقسیم شده است که نامگذاری آنها بر اساس حروف الفبای انگلیسی بدون در نظر گرفتن دو حرف اول(A,B) دو حرف وسط(O,I) و دو حرف آخر(X,Z) ، انجام شده است. کشور ایران در 4 زون 38، 39، 40 و 41 قرار دارد که برای بدست آوردن زون یک منطقه در نیمکره شرقی از فرمول زیر استفاده می شود:
شماره زون در نیمکره شرقی= 30+60 / طول جغرافیایی[4]
به طور کلی بهترین سیستم تصویر برای نمایش یک کشور با یک قاره سیستمی است که کمترین تغییر شکل را نمایش دهد. در نتیجه با مقایسه نمودارهای مشابه برای چندین سیستم تصویری، می توان یکی را انتخاب نمود که از بهترین کاربرد برخوردار است.
خصوصیات اساسی یک سیستم تصویر مناسب و استاندارد به شرح ذیل می باشد:
- ماهیت خطوط تغییر شکل، صفر یا تعداد نقاط تغییر شکل ( انحراف ) صفر باشد.
- نمای کلی سیستم تصو یر، برای تمام جهان یا برای یکی از نیم کره ها
- مقایسه سه سیستم تصویر ( لامبرت، مرکاتور و طول و عرض جغرافیایی)
انتخاب یک سیستم تصویری مناسب با مقیاس نقشه مورد نظر،ارتباط مستقیم دارد. چرا که بعضی از سیستم های تصویری برای مقیاسهای بزرگ مناسب بوده و برخی دیگر برای مقیاسهای کوچکتر مناسب میباشند. بعنوان مثال برای مقیاس1:100000 یا مقیاس ناحیه ای، سیستم تصویری UTM مناسب ترین سیستم تصویری است.
این سیستم تصویری برای کل ایران به صورت یکپارچه مناسب نمی باشد چرا که در محیطهای GIS این زونها به جای اینکه کنار هم قرار گیرند روی هم قرار می گیرند . در نتیجه نقشه ایران را نمی توان به صورت یکپارچه مشاهده کرد .
. بهترین سیستم تصویری برای کل ایران سیستم تصویری Lambert Conformal Conic می باشد که نقشه های عرضی را با کمترین خطا و انحراف طراحی می کند.
بر این اساس سیستم های تصویری مناسب با شکل کشورها طراحی شده است، که به عنوان مثال:
امروزه به دلیل وجود ماهواره های مختصات زمینی و کاربرد GPS در تهیه مختصات نقاط ، از بیضوی محاسباتی WGS84 که برای کل جهان تعریف شده است استفاده می شود. نقشه های 1:25000 که توسط سازمان نقشه برداری تهیه شده است بر مبنای WGS84 است.[5]
مختصات جغرافیایی به صورت طول و عرض جغرافیایی بیان می شود. خط متصل کننده شمال به جنوب کره زمین که از روی نقاطی مانندP در شکل زیر می گذرد، نصف النهار نامیده می شود. عرض جغرافیایی نقطه P، توسط زاویه ? ، که مابین نقطهP و خط استوا در امتداد نصف النهار است، اندازه گیری می شود. طول جغرافیایی نیز توسط زاویه ? که بین نصف النهاری که نقطه P بر روی آن قرار دارد و نصف النهار مبدأ در صفحه استوا تشکیل می شود، تعیین می گردد. طبق قوانین تجربی یک دوم عرض جغرافیایی، یک درجه (degree) می باشد و یک دوم طول جغرافیایی نیز متناسب با عرض جغرافیایی ازحد اکثر مقدار در خط استوا، تا صفر در قطب جنوب تغییرمی کند.
1-14- مختصات صفحه ای:
مکان های واقع بر روی صفحه با استفاده از مختصات قطبی یا کارتزین (خطی) تعیین می شوند. با در نظر گرفتن یک مبدأ اختیاری و فرضی مانند شکل زیر، به وسیله فاصله r و زاویه ? (با در نظر گرفتن یک جهت ثابت که به طور معمول شمال است)، موقعیت و مکان نقطه P در مختصات قطبی مشخص می شود. همچنین با در نظر گرفتن همان مبدأ و دو محور مختصات مستقیم، یعنی y به سمت شمال (عمودی) و x به سمت شرق (افقی)، مختصات معلوم و متداول کارتزین برای نقطه P (فواصل x و y ) مشخص می گردد.
انتقال تصویرها از کره (سه بعدی) به صفحه (دو بعدی)، باعث ایجاد تغییر شکل هندسی یا تحریفات شکلی می شود. دستگاه مناسب و مفید برای توصیف تحریفات شکلی، بیضوی اندیس تیسوت (Tissot indicatrix) است. از نظر ترسیمی این اندیس می تواند به صورت یک دایره کوچک بر روی کره که طی مراحل ترسیم به صورت بیضی در می آید (دچار تغییر شکل می شود)، نشان داده می شود. ترسیمات اشکال طبق خصوصیات هندسی تحریف شکلی که دارند، می توانند به انواع هم زاویه (equiangular) ، هم ناحیه (equalarea) و هم فاصله (equidistant) طبقه بندی شوند.
3-14- شکل زمین:
برای تعریف سیستم تصویری (پروژکشن)، به زبان ریاضی یک مدل هندسی شناخته شده به عنوان شکل زمین، به منظور تهیه تصاویر،مورد استفاده قرار می گیرد. ساده ترین مدل های هندسی عبارت از مدل های صفحه ای و کروی می باشند.
مدل صفحه ای برای مناطق کوچک، نظیر مناطقی که در عکس های هوایی عمودی (vertical) پدیدار می شوند، مناسب است.
مدل شبکه ای کروی (spheroid) ، مدلی واقعی تراست که بر اثر چرخش بیضی به دور محور کوچکش به وجود می آید،این مدل در تهیه نقشه ها به روش سنتی و قدیمی، برای مناطق بزرگ (یک قاره یا بزرگ تر) کاربرد وسیعی دارد. مدل شبه کروی نیز برای تهیه نقشه های دقیق در مقیاس بزرگ استفاده می شود.
4-14- سیستم های قابل گسترش و توسعه:
سیستم های تصویری(پروژکشن)، می توانند بسته به شکل سطح قابل گسترش (developable surface)، به انواع صفحه ای (آزیموتی)، مخروطی (conic) و استوانه ای (cylindrical) تقسیم بندی شوند. این سطوح می توانند به شکل مسطح، مخروطی شکل یا استوانه ای با تماس یا قطع کردن کره در یکی از شش حالت اصلی موجود در شکل زیر آشکار شوند.
در حالت مماسی (tangent case) سطح گسترده در حالت استوانه ای در امتداد دایره بزرگ، در حالت مخروطی در امتداد دایره کوچک و در حالت صفحه ای در یک نقطه با کره در تماس است.
5-14 - در حالت برشی (secant case) سطح گسترده همان طور که درشکل زیر دیده می شود ، کره را قطع می کند. برای پروژکشن های صفحه ای در حالت مماسی، نقاط از سطح کره به صفحه منتقل می شوند.در پروژکشن های مخروطی نقاط از سطح کره به یک مخروط منتقل می شوند که هم مماس بر یک دایره کوچک است (یک مدار استاندارد) و هم دو دایره کوچک دیگر (دو مدار استاندارد) را قطع می کند. پروژکشن های استوانه ای با سطح گسترده ای سر و کار دارند که یک استوانه است. برای پروژکشن های معمولی مرکاتور محور استوانه ای از دو قطب می گذرد و استوانه با استوای کره تماس پیدا می کند.
[1] - مخدوم، مجید و جعفرزاده، هورفر و درویش صفت، علی اصغر و مخدوم، عبدالرضا. ارزیابی و برنامه ریزی محیط زیست با سامانه های اطلاعات جغرافیایی (GIS).دانشگاه تهران سال 1383.
1- http://www.ngdir.ir/
[3] -Universal Transverse Mercator
[4] -قهرودی تالی، میژه، کاربرد Arc view در ژئومورفولوؤی ، جهاد دانشگاهی دانشگاهتربیت معلم تهران، 1386، ص 16
[5] [5] -قهرودی تالی، میژه، کاربرد Arc view در ژئومورفولوؤی ، جهاد دانشگاهی دانشگاهتربیت معلم تهران، 1386، ص 16
[6] - http://www.ngdir.ir/