فهرست مطالب  :                                               شماره صفحه

فصل اول: GIS چیست؟                           1

فصل دوم: مولفه های یک GIS                                                             6

   1-2 ورودی داده ها                            6

   2-2 مدیریت داده ها                           9

   3-2- آنالیز داده ها                          10

   4-2- خروجی داده ها                           11

فصل سوم: مدیریت داده ها                         12

   1-3 پایگاه داده ها                           13

   2-3 سیستم مدیریت پایگاه داده DBMS                  14

   3-3 ذخیره سازی داده های توصیفی                   15

       1-3-3 مدل داده کلاسیک                         16

       2-3-3 استفاده از مدل ارتباطی در GIS                  19

4-3 ذخیره سازی داده های مکانی                    21

     1-4-3 مدل های داده فضایی                         22

     2-4-3 ذخیره سازی مدل داده های فضایی              25

5-3 مفهوم و کاربرد لایه در GIS                    26

   6-3 روشهای عملی پیاده سازی GIS                   28

فصل چهارم: توابع تحلیلی در GIS                      30

   1-4 توابع نگهداری و تجزیه و تجلیل داده های فضایی        31

   2-4 توابع نگهداری و تجزیه و تحلیل داده های توصیفی          32

   3-4 توابع تجزیه و تحلیل توأم با داده های فضایی و توصیفی     34

   4-4 توابع آماده سازی داده ها برای اخذ خروجی             37

فصل پنجم: گزارش کار با GIS                       38

GIS چيست؟
سيستم اطلاعات جغرافيايي Geographic Information system يك سيستم كامپيوتري مي باشد كه جهت ذخيره و ارائه اطلاعات توصيفي و مكاني بصورت توأمان استفاده مي شود.
تعاريف مختلفي از GIS توسط اشخاص مختلف ارائه شده است كه از نظر اينجانب كاملترين تعريف به شرح زیر مي باشد:
سیستم اطلاعات جغرافیایی مجموعه ای از نرم افزار ، سخت افزار، داده ها، متخصصین و مدلهای مورد استفاده جهت اخذ، ذخیره سازی، بازیابی، بهنگام سازی، پردازش، تجزیه و تحلیل، انتقال و نمایش داده های مکان مرجع شده می باشد که بعنوان یک سیستم حامی تصمیم گیری، برای حل مشکلات مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
همانطور كه در بالا ذكر شد موقعيت جغرافيايي «مكاني» براي اطلاعات توصيفي در اين سيستم از اهميت بالايي برخوردار است به عبارت ديگر سيستمهاي GIS براي نگهداري ، تجزيه و تحليل ، به روزرساني و ارائه اطلاعاتي به كار مي رود كه با موقعيت جغرافيايي به نحوي در ارتباط است.
يكي از مهمترين جنبه هاي يك GIS اين است كه قابليت اين سيستم ها بوسيله مشتريان آنها ارزيابي مي شود.
همانطور كه شرح داده خواهد شد در يك GIS اطلاعات به دو شكل اساسي ارائه مي شوند نقشه ها و جداول . البته بايستي از ياد نبريم كه اطلاعات در يك GIS به همين دو صورت هم ذخيره مي شوند . اما نقش اصلي يك سيستم اطلاعات جغرافيايي در آناليز و پردازش اين اطلاعات مي باشد . براي روشن تر شدن مطلب به ارائه يك مثال مي پردازيم:
تصور كنيد كه براي اراضي كشاورزي يك منطقه تصاوير ماهواره هاي سنجش از دور اخذشده و پس از پردازش تبديل به نقشه كاربري اراضي و اطلاعات توصيفي از قبيل سطح زير كشت هر محصول، فراواني انواع محصولات كشاورزي، نوع خاك، ميزان منابع آبي، شيب زمين و ... شده است.
حال پس از ليست كردن اطلاعات توصيفي به تفكيك هر قطعه زمين و تبديل اين اطلاعات به جداول مجزا مي توان يك GIS ساده ساخت كه تنها شامل اطلاعات مربوط به نام مالك، شماره قطعه زمين و مساحت آن، نوع سند، مالكيت، حدود و مرزهاي زمين، سطح زير كشت، انواع محصولات، نوع خاك، شيب زمين و ... مي باشد. حال از چنين سيستم اطلاعات جغرافيايي مي توان پردازشها و آناليزهايي درخواست نمود. مثلاً در زمينه كنترل فرسايش خاك، با اطلاعاتي كه در GIS در دست داريم مي توانيم پيش بيني كنيم كه كدام قسمتهاي زمين دچار فرسايش خاك خواهند شد.
استفاده از سيستم اطلاعات جغرافيايي براي حذف نارسايي هاي ناشي از نقشه هاي خطي آغاز شد. در عمل استفاده از نقشه هاي خطي اطلاعات چنداني از مناطق مختلف ارائه نمي دهد. در نظر بگيريد كه يك نقشه توپوگرافي از يك منطقه شهري فقط مي تواند خيابان ها و بلوك هاي ساختماني و نهايتاً فضاهاي سبز را نشان دهد. ولي اطلاعاتي از قبيل مالكيت اراضي، سيستم هاي لوله كشي آب و فاضلاب، پراكندگي جمعيت در اين منطقه، نرخ بيكاري، اميد به زندگي و ... كليه اطلاعات توصيفي و آماري در اين نقشه وجود ندارند و حتي قابل گنجاندن در اين نقشه ها نمي باشند. از طرفي ديگر بررسي هاي مكاني در حاشيه شيت ها كه محل اتصال با شيت هاي مجاور مي باشند بسيار مشكل و گاه بي نتيجه است . زيرا ممكن است نتوانيم دو برگ نقشه مجاور را با هم match كنيم.
يك حسن سيستم اطلاعات جغرافيايي در اين است كه اگرچه اين سيستم ممكن است داراي جداول متعددي از اطلاعات توصيفي به تفكيك قطعه زمين باشد ، مي توان اين اطلاعات را بصورتهاي تركيبي با يكديگر بكار برده و گاهي برخي مقايسه ها و آناليزها را انجام داد . اما در نقشه خروجي كار تنها از المان هايي كه مي خواهيم خروجي بگيريم براي روشن شدن مطلب مثالي مي زنيم:
در نظر بگيريد كه از يك منطقه شهري، نقشه كاملي از قطعه زمينها و خيابان ها، تيرهاي چراغ برق، سيستم لوله كشي و انتقال نيروي برق، كانال كشي آبهاي سطحي و ... تهيه شده است. همچنين توسط گروههاي آمارگيري، اطلاعات مربوط به مالكيت و شماره قطعات زمين، تعداد ساكنان هر قطعه زمين، مساحت آنها، قيمت اراضي در سال جاري، ميزان مجاز برق مصرفي توسط هر واحد ساختماني برحسب نوع كاربري و بسياري اطلاعات ديگر جمع آوري شده و در جداول خاصي نگهداري و ذخيره مي شوند. حال يك پايگاه داده ساخته ايم كه شامل اطلاعات زيادي است. از اين پايگاه داده كه براي تهيه اطلاعات آن وقت نسبتاً كمي صرف كرده ايم طيف وسيعي از خروجي ها همراه با آناليزهاي گوناگون مي توان دريافت نمود. مثلاً در يك خروجي مي توان قطعاتي از منطقه را مشخص نمود كه فشار آب شهري کم است و يا مشتركاني كه برق را بيش از حد مجاز مصرف مي كنند مشخص نمود. همچنين مي توان در نقشه اي جداگانه سيستم مالياتي را بهبود بخشيد زيرا ديگر ميزان دارايي هاي هر شخص حقيقي و حقوقي كاملاً مشخص است. مي توان در نقشه اي جداگانه آن دسته از مسيل هاي شهر را كه نياز به لايروبي دارند مشخص نمود. در نقشه اي ديگر مي توان نقاط كور ترافيكي را مشخص نمود و براي رفع معضل ترافيك تصميم گيري نمود و ...
لذا همانطور كه ذكر شد سيستم اطلاعات جغرافيايي يك سامانه اطلاعاتي است كه هرگونه اطلاعاتي را مي توان بصورت جداول توصيفي و يا نقشه وارد آن نمود. سپس انواع آناليزها را مي توان برروي اين اطلاعات انجام داده و هر نوع خروجي را از آنها ساخت.


فصل دوم :مولفه هاي يك GIS


مقدمه
بسياري از مديران و مقامات اداري، امروزه معتقدند كه يك GIS بايستي با يك طرح اجرايي مفصل و جامعي همراه باشد اين طرح بايستي مشخص كند كه چه اطلاعاتي در چه سطحي از صحت جمع آوري خواهند شد، براي اين اطلاعات مدل هايي را تشريح كند، و ليستي از وظايف هريك از افراد سيستم را (شرح وظايف شغلي) تهيه نمايد البته بسیاري از مديران موسسات و نهادها اين چنين سيستمي را هدفي دست نيافتني مي دانند. اگرچه پيشرفت مراحل يك GIS در صورتي كه به مراحل مشخص تقسيم بندي شود امر دشواري نخواهد بود .
بطور كلي مي توان توليد و استفاده از يك GIS را به چهار بخش اساسي زير تقسيم كرد:
1-2 ورودي داده ها
در اين بخش داده ها را از شكل موجودشان كه معمولاً نقشه هاي خطي و جداولي از اطلاعات توصيفي و يا فايلهاي الكترونيكي از نقشه ها و اطلاعات توصيفي و يا عكسهاي هوايي و ... مي باشد دريافت نموده و با تبديل فرمت داده ها، آنها را به شكل استاندارد آن GIS در مي آورند بطور كلي مرحله وارد نمودن اطلاعات بسيار وقت گير و پرهزينه مي باشد و ممكن است ماهها و يا سالها بطور انجامد شايد در يك تقسيم بندي بتوان گفت كه ورودي داده ها فرايندي شامل دو بخش مجزاست:
الف- جمع آوري اطلاعات                
ب- تبديل فرمت و شكل داده ها
كه البته براي هر بخش دو حالت را بايد در نظر گرفت: اينكه اطلاعات توصيفي هستند يا مكاني
اطلاعات توصيفي ممكن است توسط گروههاي آمارگيري با مراجعه به مكان هاي روي نقشه و يا دفاتر ثبتي مراكز آمارگيري كشوري، و يا مراجعه به ادارات و سازمانهاي دولتي مانند وزارت كشاورزي، وزارت نيرو، وزارت راه و ترابي، سازمان زمين شناسي، سازمان هواشناسي و ... و استفاده از اطلاعات موجود در اين سازمان ها تهيه و جمع آوري شوند.
اطلاعات مكاني «گرافيكي» نيز ممكن است توسط اكيپ هاي نقشه برداري با مراجعه مستقيم به زمين جمع آوري شوند و پس از كارتوگرافي به نقشه رقومي تبديل گردند و يا ممكن است با روشهاي فتوگرامتري و سنجش از دور نقشه تهيه شود و يا ممكن است بتوان از نقشه هاي قديمي و يا نگاتيو فيلمهاي چاپ نقشه استفاده نمود.
در مورد جمع آوری اطلاعات ممکن است این سؤال پیش بیاید که چرا تمامی داده های مربوط به دنیای واقعی را بکار نبریم ؟ جواب این است که اولاً هرگز نمی توان تمامی داده ها را جمع آوری نمود . ثانیاً به تمامی داده ها نیازی نداریم . از طرفی جمع آوری داده ها نیاز به صرف زمان و هزینه دارد . در واقع با صرفه ترین نوع جمع آوری داده ، این است که فقط داده های مورد نیاز پایگاه داده را جمع آوری کنیم . همچنین داشتن داده های اضافی باعث مشکل تر شدن استفاده از داده هایی می شود که واقعاً مورد نیاز هستند .
از سوئی دیگر کیفیت داده های جمع آوری شده باید بهینه باشد . کیفیت بهینه برای داده ها عبارت است از داشتن حداقل سطح کیفیتی که در یک کار لازم است . مهمترین عواملی که در کیفیت داده ها مؤثرند عبارتند از :
1-    دقت  accuracy , precision)) : نمایانگر این است که داده ها تا چه اندازه صحیح هستند .
2-     زمان (time) : نشان می دهد که داده ها در چه دوره زمانی جمع آوری شده اند .
3-    به روز بودن (currency) : که نشاندهنده این  است که داده ها تا چه اندازه به روز هستند .
4-    کامل بودن ((completeness : میزان کامل بودن داده های جمع آوری شده را نشان می دهد .
پس از جمع آوري اطلاعات به مرحله تبديل آنها مي رسيم . هدف از تبدیل
داده ها این است که فرمت داده ها را به شکلی در آوریم که پایگاه داده امکان ذخیره کردن ، نگاهداری و آنالیز کردن آنها را داشته باشد .
اطلاعات توصيفي بايد توسط برنامه هايي مانند Excell و يا خود Arc Info يا ARC GIS و بصورت تايپ دستي وارد كامپيوتر شوند و اطلاعات مكاني بايستي رقومي يا Digitize شوند.
2-2 مديريت داده ها
مديريت داده ها يكي از مولفه هاي GIS مي باشد كه شامل توابع ذخيره سازي و بازيابي اطلاعات موجود در پايگاه داده هاي سيستم مي باشد. در بحث مديريت دو جنبه مطرح است . يكي مديريت داده هاي واردشده به سيستم كه فرمت ها و ساختارهاي گوناگوني را براي كم حجم شدن اطلاعات بايستي بكار بريم. همچنين ممكن است اطلاعات توصيفي و يا گرافيكي در مواردي جنراليزه شوند.
جنبه ديگر به شناخت و نيازسنجي و امكان سنجي يك GIS باز مي گردد. به عبارت ديگر در حوزه اطلاعات گرافيكي ممكن است در بعضي موارد شهرها بصورت نقطه نمايش داده شوند و گاهي كل يك شهر موضوع بحث GIS باشد.
در حوزه اطلاعات توصيفي هم تعدد جداول و انواع ارتباطات آنها با يكديگر مطرح مي شود. به عبارت ديگر ممكن است در يك جدول كليه اطلاعات مربوط به رودخانه هاي يك كشور را داشته باشيم و در جدولي مجزا اطلاعات مربوط به استان هاي آن كشور را داشته باشيم.
حال اگر از GIS بخواهيم كه نام تمام استان هايي را كه يك رود خاص در آنها جريان دارد نمايش دهد بايستي ارتباطي ميان جداول رودها و استان ها برقرار كنيم. در پايگاه داده اي كه بروش Relational اطلاعات را در آن ذخيره كرده ايم. ارتباط ميان جداول اطلاعاتي توصيفي مي تواند بصورت يك به يك، يك به چند و يا چند به چند باشد. البته قطعاً اين ارتباط ميان اطلاعات توصيفي و داده هاي مكاني نيز برقرار است مثلاً اگر بخواهيم بدانيم كه قطعه زمين شماره 2037 متعلق به چه شخصي مي باشد ارتباط يك به يكي ميان جداول توصيفي برقرار كرده ايم. اگر اين قطعه زمين داراي 5 نفر مالك باشد ارتباط يك به چند برقرار مي شود اگر كليه اموال يك شخص و يا كليه بخشهاي يك استان را بخواهيم ارتباط چند به يك برقرار كرده ايم.
اگر بخواهيم تمام مدارسی را كه در منطقه 2 شهرداري تهران واقع هستند و بيشتر از 20 كلاس درسي دارند را مشخص كنيم ارتباطي را ميان اطلاعات توصيفي و مكاني برقرار كرده ايم.
3-2- آناليز داده ها
در اين مؤلفه GIS در حقيقت علت استفاده از يك سيستم GIS را بوضوح درك مي كنيم در آناليز داده هاي گرافيكي توابعي مانند overlay «روي هم گذاري» لايه هاي مختلف نقشه هاي گرافيكي، Buffering و ... وجود دارند و در مورد اطلاعات توصيفي هم جستجو با توابع مختلف، ايجاد توابع جديد براي جستجو، ايجاد سطرها و ستون هاي اطلاعاتي و ... مطرح مي شوند.
بعنوان مثال مي توان در GIS كل كشورهاي جهان، يك فيلد اضافه نمود و در آن پايتخت همه كشورها را مشخص نمود به اين منظور يك ستون در جدول شهرها اضافه مي شود كه نام آن capital مي باشد. سپس مقابل نام هر شهري كه پايتخت است مقدار Y و مقابل هر شهري كه پايتخت نباشد مقدار N قرار داده مي شود.
4-2- خروجي داده ها
داده هاي خروجي در GIS هاي مختلف، از نظر كيفيت، دقت، نوع و ...مي توانند متفاوت باشند . اين داده ها به اشكال مختلفي از قبيل نقشه، جدول، نمودار، گزارش نوشتاري و ... توليد مي شوند و ممكن است بصورت كاغذي يا رقومي ارائه گردند. بايستي توجه داشت كه خروجي يك GIS بستگي مستقيم به كاربر، توابع آناليز، بستر پردازش اطلاعات، بروزبودن و صحت اطلاعات ذخيره شده در پايگاه داده GIS دارد. مشخصه اصلي گزارشهاي گرافيكي (map , chart) رنگ ها و سمبل هاي استفاده شده در آنها است در حاليكه گزارشهاي توصيفي بصورت جدول يا نوشتار توليد مي شود.


فصل سوم: مديريت داده‌ها


مقدمه
شايد تاكنون نام پايگاه داده ها را شنيده باشيد پايگاه داده يا Data base ها براي نخستين بار در دهه 1960 ميلادي بكار گرفته شدند و بخاطر قابليت هاي بالاي كامپيوتر در ورود، ذخيره و نمايش اطلاعات خروجي اين پايگاه هاي داده بسيار مورد توجه قرار گرفتند. ذخيره سازي حجم عظيمي از اطلاعات در ديسك هاي حافظه كوچك، سرعت بالا در ذخيره سازي و بازيابي اطلاعات، ارزان تر بودن سيستمها و روشهاي كامپيوتري و نهايتاً تكامل تدريجي تكنولوژي مدرن منجر به اين شد كه طي سالهاي گذشته شاهد توسعه يافتن و همه گيرشدن استفاده از پايگاه هاي داده باشيم. بديهي است كه پيشرفتهاي چشم گيري در زمينه سخت افزاري و نرم افزاري اين پايگاه هاي داده اي بوجود آمده است.
شكل گيري سيستم مديريت پايگاه داده Database management system از جملة اين پيشرفتها در زمينه نرم افزاري است. امروزه انواع سيستمهاي مديريتي پايگاه هاي داده يا DBMS در دنيا استفاده مي شوند كه در اين فصل به معرفي اجمالي آنها مي پردازيم . همچنین در ادامه بحث به تشریح مدلهای ورود و ذخیره داده در پایگاه ها می پردازیم .
1-3 پايگاه داده ها
پايگاه داده ها، اجتماعي است از اطلاعات در مورد اشياء و ارتباط آنها با يكديگر. بعنوان مثال يك پايگاه داده ها ممكن است شامل اسامي و آدرسها باشد. خود اسامي مي توانند توسط ارتباطات ديگري تقسيم بندي شوند. مانند دوستان، آشنايان، همسايه ها ، مشتريان و ...
هدف از جمع آوري و كار با اطلاعات يك پايگاه داده اين است اولاً بتوان اطلاعاتي را از سيستم بازيابي كرد مانند بازيابي آدرسي كه متعلق به يك شخص است ثانياً بايستي امكان پردازشهاي اضافي كه در آن ارتباطات چندگانه مطرح مي شود وجود داشته باشد.