2. تقديم نظام المعلومات الجغرافية¶

	اهداف	فهم ما هو نظام المعلومات الجغرافية وما يمكن استخدامه.
	كلمات الدلالة	نظم المعلومات الجغرافية, الحاسوب, الخرائط, البيانات, نظام المعلومات,التحليل, المكاني

2.1. نظرة عامة¶

كما نستخدم معالج النصوص لكتابة المستندات والتعامل مع الكلمات على الحاسوب، يمكننا استخدام تطبيق GIS للتعامل مع المعلومات المكانية على الحاسوب. والاختصار GIS يعني 'نظم المعلومات الجغرافية'.

يتكون نظام المعلومات الجغرافية من:

البيانات الرقمية --- المعلومات الجغرافية التي ستعرضها وتحللها باستخدام عتاد الحاسوب وبرمجياته.
عتاد الحاسوب --- الحواسيب المستخدمة لتخزين البيانات وعرض الرسوميات ومعالجة البيانات.
برمجيات الحاسوب --- برامج حاسوبية تعمل على عتاد الحاسوب وتتيح لك العمل مع البيانات الرقمية. ويُسمّى البرنامج الذي يشكّل جزءًا من نظام GIS تطبيقَ GIS.

باستخدام تطبيق نظام المعلومات الجغرافية, يمكنك فتح خرائط رقمية على جهاز الكمبيوتر الخاص بك, وإنشاء معلومات مكانية جديدة لإضافتها إلى الخريطة, وإنشاء خرائط مطبوعة مخصصة لاحتياجاتك وإجراء تحليل مكاني.

دعونا ننظر إلى مثال صغير لكيفية أن تكون نظم المعلومات الجغرافية مفيدة. تخيل أنك عاملة في مجال الصحة وأنك تدون تاريخ ومكان إقامة كل مريض تتعامل معه.

خط طول	خط العرض	مرض	تاريخ
26.870436	-31.909519	النكاف	13/12/2008
26.868682	-31.909259	النكاف	24/12/2008
26.867707	-31.910494	النكاف	22/01/2009
26.854908	-31.920759	الحصبة	11/01/2009
26.855817	-31.921929	الحصبة	26/01/2009
26.852764	-31.921929	الحصبة	10/02/2009
26.854778	-31.925112	الحصبة	22/02/2009
26.869072	-31.911988	النكاف	02/02/2009
26.863354	-31.916406	الجديري	26/02/2009

اذا نظرتم الى الجدول أعلاه سرعان ما سترى أن هناك الكثير من حالات الحصبة في شهري يناير وفبراير. سجل عاملنا الصحي موقع بيت كل مريض بإشارة العرض والطول في الجدول. باستخدام هذه البيانات في تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية، يمكننا أن نفهم بسرعة كثيرا عن أنماط المرض:

../../_images/patterns_of_illness.png — شكل 2.11 مثال يوضح سجلات المرض في تطبيق نظم المعلومات الجغرافية. من السهل أن نرى أن مرضى النكاف جميعهم يعيشون بالقرب من بعضهم البعض.¶

2.2. مزيد من المعلومات عن نظام المعلومات الجغرافية¶

نظم المعلومات الجغرافية (GIS) مجال حديث نسبيًا --- إذ بدأ في سبعينيات القرن العشرين. وفيما مضى كانت نظم GIS المحوسبة متاحة فقط للشركات والجامعات التي تمتلك معدات حاسوبية باهظة الثمن. أما اليوم، فيستطيع أي شخص لديه حاسوب شخصي أو محمول استخدام برمجيات GIS. ومع مرور الوقت أصبحت تطبيقات GIS أيضًا أسهل استخدامًا --- فقد كان استخدام تطبيق GIS يتطلب قدرًا كبيرًا من التدريب، أما الآن فقد صار البدء في GIS أسهل بكثير حتى للهواة والمستخدمين العابرين. وكما وصفنا أعلاه، فإن GIS أكثر من مجرد برمجيات، إذ يشير إلى جميع جوانب إدارة البيانات الجغرافية الرقمية واستخدامها. وفي الدروس التالية سنركز على برمجيات GIS.

2.3. ما هي برامج نظام المعلومات الجغرافية/ التطبيق نظام المعلومات الجغرافية؟¶

يمكنك رؤية مثال على شكل تطبيق GIS في شكل 2.11. تطبيقات GIS عادةً برامج ذات واجهة مستخدم رسومية يمكن التحكم بها باستخدام الفأرة ولوحة المفاتيح. ويوفر التطبيق قوائم قرب أعلى النافذة ( Project و Edit وغيرها) تعرض عند النقر عليها بالفأرة لوحةً من الإجراءات. وتتيح لك هذه الإجراءات طريقة لإخبار تطبيق GIS بما تريد فعله. فمثلًا يمكنك استخدام القوائم لتطلب من تطبيق GIS إضافة طبقة جديدة إلى العرض، كما في شكل 2.12.

../../_images/menus.png — شكل 2.12 قوائم التطبيق, عند النقر بالماوس, قم بتوسيع لعرض قائمة الإجراءات التي يمكن تنفيذها.¶

كما يظهر في شكل 2.13، تقع أشرطة الأدوات (صفوف من الصور الصغيرة التي يمكن النقر عليها بالفأرة) عادةً أسفل القوائم مباشرة، وتوفر طريقة أسرع لاستخدام الإجراءات الشائعة الاستخدام.

../../_images/toolbars.png — شكل 2.13 توفر أشرطة الأدوات وصولاً سريعًا إلى الوظائف الشائعة الاستخدام. سيؤدي إخبارك بالماوس على صورة عادةً إلى ما سيحدث عند النقر عليه.¶

من الوظائف الشائعة لتطبيقات GIS عرض طبقات الخريطة. تُخزَّن طبقات الخريطة كملفات على القرص أو كسجلات في قاعدة بيانات. وعادةً تمثل كل طبقة خريطة شيئًا في العالم الحقيقي --- فطبقة الطرق مثلًا تحتوي على بيانات عن شبكة الشوارع.

عندما تفتح طبقة في تطبيق GIS فإنها تظهر في عرض الخريطة. يعرض عرض الخريطة رسمًا يمثل طبقتك. وعندما تضيف أكثر من طبقة إلى عرض الخريطة، تتراكب الطبقات بعضها فوق بعض. انظر الأشكال شكل 2.14 و شكل 2.15 و شكل 2.16 و شكل 2.17 لترى عرض خريطة تُضاف إليه عدة طبقات.

../../_images/map_view_towns.png — شكل 2.14 طبقة البلدات مضافة إلى عرض الخريطة¶

../../_images/map_view_schools.png — شكل 2.15 طبقة المدارس مضافة إلى عرض الخريطة¶

../../_images/map_view_railways.png — شكل 2.16 طبقة السكك الحديدية مضافة إلى عرض الخريطة¶

../../_images/map_view_rivers.png — شكل 2.17 طبقة الأنهار مضافة إلى عرض الخريطة¶

من الوظائف المهمة لعرض الخريطة أنه يتيح لك التكبير لرؤية التفاصيل، والتصغير لرؤية مساحة أكبر، والتنقل (التحريك) في الخريطة. كما تتيح لك برمجيات GIS تغيير الترميز بسهولة --- أي طريقة عرض المعلومات. يُظهر شكل 2.18 عرض الخريطة بعد التحريك جانبًا وتغيير ترميز الطبقات.

../../_images/symbology1.png — شكل 2.18 عرض الخريطة بعد التنقل (التحريك) وتغيير الترميز¶

ومن الميزات الشائعة الأخرى في تطبيقات GIS مفتاح الخريطة. يوفر مفتاح الخريطة قائمة بالطبقات المحمّلة في تطبيق GIS. وعلى خلاف مفتاح الخريطة الورقية، يتيح مفتاح الخريطة أو 'قائمة الطبقات' في تطبيق GIS إعادة ترتيب الطبقات وإخفاءها وإظهارها وتجميعها. ويتم تغيير ترتيب الطبقات بالنقر على طبقة في المفتاح مع إبقاء زر الفأرة مضغوطًا ثم سحب الطبقة إلى موضع جديد. في شكل 2.19 و شكل 2.20 يظهر مفتاح الخريطة في المنطقة الواقعة يسار نافذة تطبيق GIS. وبتغيير ترتيب الطبقات يمكن ضبط طريقة رسمها --- وفي هذه الحالة بحيث تُرسم الأنهار أسفل الطرق بدلًا من فوقها.

../../_images/map_legend_before.png — شكل 2.19 يتيح تغيير ترتيب الطبقات ضبط طريقة رسمها. قبل تغيير ترتيب الطبقات، تُرسم الأنهار فوق الطرق¶

../../_images/map_legend_after.png — شكل 2.20 يتيح تغيير ترتيب الطبقات ضبط طريقة رسمها. بعد تغيير ترتيب الطبقات، تُرسم الأنهار أسفل الطرق¶

2.4. الحصول على تطبيق نظام المعلومات الجغرافية لأجهزة الكمبيوتر(الكمبيوترات) الخاصة بك¶

تتوفر تطبيقات GIS كثيرة ومتنوعة. بعضها يحتوي على ميزات متقدمة كثيرة وتبلغ تكلفة النسخة الواحدة منه عشرات الآلاف من الراندات. وفي حالات أخرى يمكنك الحصول على تطبيق GIS مجانًا. ويتوقف اختيار تطبيق GIS على مقدار المال الذي تستطيع إنفاقه وعلى تفضيلك الشخصي. وفي هذه الدروس سنستخدم تطبيق QGIS. إن QGIS مجاني تمامًا، ويمكنك نسخه ومشاركته مع أصدقائك كما تشاء. إذا تلقيت هذا الدرس مطبوعًا، فمن المفترض أنك تلقيت معه نسخة من QGIS. وإن لم يكن كذلك، يمكنك دائمًا زيارة https://www.qgis.org/ لتنزيل نسختك المجانية إذا كان لديك اتصال بالإنترنت.

2.5. بيانات نظام المعلومات الجغرافية¶

والآن بعد أن عرفنا ما هو GIS وما يستطيع تطبيق GIS فعله، لنتحدث عن بيانات GIS. البيانات كلمة أخرى تعني المعلومات. والمعلومات التي نستخدمها في GIS لها عادةً جانب جغرافي. فكّر في مثالنا السابق عن العاملة في الرعاية الصحية. لقد أنشأت جدولًا لتسجيل الأمراض كان يبدو هكذا:

خط طول	خط العرض	مرض	تاريخ
26.870436	-31.909519	النكاف	13/12/2008

تحمل أعمدة خطوط الطول والعرض بيانات جغرافية. أعمدة المرض والتاريخ تحمل بيانات غير جغرافية.

من السمات الشائعة لنظم GIS أنها تتيح لك ربط المعلومات (البيانات غير الجغرافية) بالأماكن (البيانات الجغرافية). بل إن تطبيق GIS يستطيع تخزين معلومات كثيرة مرتبطة بكل مكان --- وهو أمر لا تجيده الخرائط الورقية. فمثلًا يمكن للعاملة في الرعاية الصحية تخزين عمر الشخص وجنسه في جدولها. وعندما يرسم تطبيق GIS الطبقة، يمكنك أن تطلب منه رسمها بحسب الجنس أو بحسب نوع المرض وهكذا. وبذلك يوفر لنا تطبيق GIS طريقة لتغيير مظهر الخرائط التي أنشأناها بسهولة استنادًا إلى البيانات غير الجغرافية المرتبطة بالأماكن.

تعمل نظم GIS مع أنواع كثيرة ومختلفة من البيانات. تُخزَّن البيانات المتجهية كسلسلة من أزواج الإحداثيات X, Y داخل ذاكرة الحاسوب. وتُستخدم البيانات المتجهية لتمثيل النقاط والخطوط والمساحات. يُظهر شكل 2.21 أنواعًا مختلفة من البيانات المتجهية معروضة في تطبيق GIS. وفي الدروس التالية سنستكشف البيانات المتجهية بمزيد من التفصيل.

../../_images/vector_data.png — شكل 2.21 تُستخدم البيانات المتجهية لتمثيل النقاط (مثل البلدات) والخطوط (مثل الأنهار) والمضلعات (مثل حدود البلديات).¶

تُخزَّن البيانات الشبكية (الرستر) على هيئة شبكة من القيم. هناك أقمار صناعية كثيرة تدور حول الأرض، والصور التي تلتقطها نوع من البيانات الشبكية التي يمكن عرضها في GIS. ومن الفروق المهمة بين البيانات الشبكية والمتجهية أنك إذا كبّرت الصورة الشبكية كثيرًا فستبدأ بالظهور على هيئة 'مربعات' (انظر شكل 2.22 و شكل 2.23). وهذه المربعات في الحقيقة هي الخلايا المفردة لشبكة البيانات التي تتكون منها الصورة الشبكية. وسنتناول البيانات الشبكية بمزيد من التفصيل في دروس لاحقة.

../../_images/raster_data.png — شكل 2.22 غالبًا ما تكون البيانات النقطية هي الصور التي تلتقطها الأقمار الصناعية. هنا يمكننا أن نرى الجبال في كيب الشرقية.¶

../../_images/raster_data_zoomed.png — شكل 2.23 البيانات الشبكية (رستر) نفسها، ولكن بعد التكبير هذه المرة. يمكن ملاحظة الطبيعة الشبكية للبيانات.¶

2.6. ماذا تعلمنا؟¶

لنختتم ما تناولناه في ورقة العمل هذه:

A GIS is a system of computer hardware, computer software and geographical data.
يسمح تطبيق نظام المعلومات الجغرافية بعرض البيانات الجغرافية وهو جزء مهم من نظام المعلومات الجغرافية.
يتكون تطبيق GIS عادةً من شريط القوائم و أشرطة الأدوات و عرض الخريطة و مفتاح الخريطة.
البيانات المتجهية و الشبكية بيانات جغرافية تُستخدم في تطبيق GIS.
يمكن أن تحتوي البيانات الجغرافية على بيانات غير جغرافية مرتبطة.

2.7. الآن تحاول!¶

إليك بعض الأفكار التي يمكنك تجربتها مع متعلميك:

الجغرافيا: وصف مفهوم نظام المعلومات الجغرافية للمتعلمين كما هو مبين في هذا البرنامج التعليمي. اطلب منهم أن يحاولوا التفكير في 3 أسباب تجعله سهلًا لاستخدام نظام المعلومات الجغرافية بدلاً من الخرائط الورقية. فيما يلي بعض ما يمكن أن نفكر به:
- تتيح لك تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية إنشاء العديد من أنواع الخرائط المختلفة من نفس البيانات.
- يُعد نظام المعلومات الجغرافية أداة رائعة للعرض يمكن أن تعرض لك أشياء حول بياناتك وكيفية ارتباطها في الفضاء (على سبيل المثال, تفشي الأمراض الذي رأيناه سابقًا).
- يجب حفظ الخرائط الورقية وتستغرق وقتًا طويلاً في عرضها. يمكن لنظام المعلومات الجغرافية GIS الاحتفاظ بكمية كبيرة جدًا من بيانات الخرائط وجعلها سريعة وسهلة للعثور على مكان تهمك.
الجغرافيا: هل يمكنك أنت ومتعلموك التفكير في كيفية الاستفادة من البيانات الشبكية المأخوذة من الأقمار الصناعية؟ إليك بعض الأفكار التي خطرت لنا:
- أثناء الكوارث الطبيعية، يمكن أن تكون البيانات الشبكية (رستر) مفيدة لإظهار مواقع المناطق المتضررة. فعلى سبيل المثال، يمكن لصورة فضائية حديثة التُقطت أثناء فيضان أن تساعد في إظهار الأماكن التي قد يحتاج فيها الناس إلى الإنقاذ.
- أحيانًا يرتكب الناس أفعالًا ضارة بالبيئة، مثل إلقاء مواد كيميائية خطرة تقتل النباتات والحيوانات. ويمكن أن يساعدنا استخدام البيانات الشبكية من الأقمار الصناعية في رصد مثل هذه المشكلات.
- يمكن لمخططي المدن استخدام البيانات النقطية من الأقمار الصناعية لمعرفة أماكن المستوطنات غير الرسمية وللمساعدة في تخطيط البنية التحتية.

2.8. شيء لتفكر به¶

إذا لم يتوفر لديك حاسوب، فيمكن تطبيق كثير من الموضوعات التي نتناولها في هذا الدرس باستخدام جهاز العرض العلوي (overhead) والشفافيات، لأنه يعتمد على التقنية نفسها في تراكب المعلومات على هيئة طبقات. ومع ذلك، فإن الأفضل دائمًا لفهم نظم المعلومات الجغرافية (GIS) فهمًا صحيحًا هو تعلّمها باستخدام الحاسوب.

2.9. قراءة متعمقة¶

الكتاب: Desktop GIS: Mapping the Planet with Open Source Tools. المؤلف: Gary Sherman. ISBN: 9781934356067

يحتوي دليل مستخدم QGIS أيضًا على معلومات أكثر تفصيلاً حول العمل مع QGIS.

2.10. ماذا بعد؟¶

في الأقسام التالية سنتناول التفاصيل بمزيد من التعمق، ونريك كيفية استخدام تطبيق لنظم المعلومات الجغرافية. ستُنفَّذ جميع الدروس باستخدام QGIS. والآن، لننتقل إلى البيانات المتجهية!