جنبه های داده های جغرافیایی

GIS از مکان مکانی- زمانی ( فضا-زمان ) به عنوان متغیر شاخص کلیدی برای سایر اطلاعات استفاده می کند. همانطور که یک پایگاه داده رابطه‌ای حاوی متن یا اعداد می‌تواند بسیاری از جداول مختلف را با استفاده از متغیرهای شاخص کلیدی رایج مرتبط کند، GIS نیز می‌تواند با استفاده از مکان به عنوان متغیر شاخص کلید، اطلاعات غیرمرتبط را به هم مرتبط کند. کلید مکان و/یا وسعت در فضا-زمان است.

هر متغیری که بتواند به صورت مکانی و به طور فزاینده ای نیز زمانی قرار گیرد، می تواند با استفاده از GIS ارجاع داده شود. مکان‌ها یا گستره‌ها در فضا-زمان زمین ممکن است به‌عنوان تاریخ/زمان وقوع، و مختصات x، y، و z به ترتیب نشان‌دهنده، طول جغرافیایی ، عرض جغرافیایی و ارتفاع ثبت شوند. این مختصات GIS ممکن است نشان دهنده سیستم های کمی دیگر مرجع زمانی- مکانی باشد (به عنوان مثال، شماره قاب فیلم، ایستگاه گیج جریان، نشانگر مایل بزرگراه، معیار نقشه بردار، آدرس ساختمان، تقاطع خیابان، دروازه ورودی، صداگذاری عمق آب، نقشه POS یا CAD مبدا/واحد). واحدهای اعمال شده برای داده های زمانی-مکانی ثبت شده می توانند بسیار متفاوت باشند (حتی زمانی که دقیقاً از همان داده ها استفاده می شود، نگاه کنید به ‌ نقشه های پیش‌بینی اما همه ارجاع‌های مکان و وسعت مکانی-زمانی مبتنی بر زمین، در حالت ایده‌آل، باید با یکدیگر و در نهایت به یک مکان فیزیکی «واقعی» یا وسعت در فضا-زمان مرتبط باشند.

مرتبط با اطلاعات مکانی دقیق، تنوع باورنکردنی از دنیای واقعی و داده های گذشته یا آینده پیش بینی شده را می توان تحلیل، تفسیر و نمایش داد. این ویژگی کلیدی GIS راه‌های جدیدی را برای تحقیقات علمی در مورد رفتارها و الگوهای اطلاعات دنیای واقعی که قبلاً به طور سیستماتیک با هم مرتبط نبودند، باز کرده است .

مدل سازی داده ها

داده های GIS نشان دهنده پدیده هایی است که در دنیای واقعی وجود دارد، مانند جاده ها، کاربری زمین، ارتفاعات، درختان، آبراه ها و ایالت ها. رایج ترین انواع پدیده هایی که در داده ها نشان داده می شوند را می توان به دو مفهوم سازی تقسیم کرد: اشیاء گسسته (مثلاً یک خانه، یک جاده) و میدان های پیوسته (مثلاً مقدار بارندگی یا تراکم جمعیت).   انواع دیگر پدیده های جغرافیایی، مانند رویدادها (به عنوان مثال، جنگ جهانی دوم )، فرآیندها (به عنوان مثال، حومه نشینی و توده ها (به عنوان مثال، خاک ) به طور کمتر یا غیر مستقیم نشان داده می شوند، یا در تحلیل مدل می شوند. رویه ها به جای داده ها

به طور سنتی، دو روش گسترده برای ذخیره داده ها در یک GIS برای هر دو نوع مرجع نگاشت انتزاعی استفاده می شود: تصاویر رستری و برداری . نقاط، خطوط و چند ضلعی ها داده های برداری از مراجع ویژگی مکان نگاشت شده را نشان می دهند.

یک روش ترکیبی جدید برای ذخیره داده ها، شناسایی ابرهای نقطه ای است که نقاط سه بعدی را با اطلاعات RGB در هر نقطه ترکیب می کند و یک ” تصویر رنگی سه بعدی ” را برمی گرداند . نقشه‌های موضوعی GIS به صورت واقعی‌تر و واقعی‌تر از آنچه که برای نشان دادن یا تعیین تعیین می‌کنند، توصیفی بصری می‌شوند.

اکتساب داده ها

نمونه ای از سخت افزار برای نقشه برداری ( GPS و فاصله یاب لیزری ) و جمع آوری داده ها ( کامپیوتر ناهموار . روند فعلی برای سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) این است که نقشه برداری دقیق و تجزیه و تحلیل داده ها در حین کار در این زمینه تکمیل می شود. سخت افزار تصویر شده ( فناوری نقشه میدانی ) عمدتاً برای موجودی جنگل ، نظارت و نقشه برداری استفاده می شود.

جمع‌آوری داده‌های GIS شامل چندین روش برای جمع‌آوری داده‌های مکانی در یک پایگاه داده GIS است که می‌توان آن‌ها را به سه دسته دسته‌بندی کرد: جمع‌آوری داده‌های اولیه ، پدیده‌های اندازه‌گیری مستقیم در این زمینه (به عنوان مثال، سنجش از دور ، سیستم موقعیت‌یابی جهانی .) جمع‌آوری داده‌های ثانویه ، استخراج اطلاعات از منابع موجود که به شکل GIS نیستند، مانند نقشه‌های کاغذی، از طریق  رقومی ‌سازی و انتقال داده ها ، کپی کردن داده های GIS موجود از منابع خارجی مانند سازمان های دولتی و شرکت های خصوصی. همه این روش ها می توانند زمان، منابع مالی و سایر منابع قابل توجهی را مصرف کنند.

جمع آوری داده های اولیه

داده های نظرسنجی را می توان مستقیماً با استفاده از تکنیکی به نام هندسه مختصات (COGO) از سیستم های جمع آوری داده های دیجیتال بر روی ابزارهای نظرسنجی وارد یک GIS کرد. موقعیت‌های یک سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی ( GNSS ) مانند سیستم موقعیت‌یابی جهانی نیز می‌تواند جمع‌آوری شده و سپس به یک GIS وارد شود. روند فعلی در جمع‌آوری داده‌ها به کاربران این امکان را می‌دهد که از رایانه‌های میدانی با توانایی ویرایش داده‌های زنده با استفاده از اتصالات بی‌سیم یا جلسات ویرایش قطع شده استفاده کنند.  روند فعلی استفاده از برنامه های کاربردی موجود در تلفن های هوشمند و PDA – Mobile GIS است.این با در دسترس بودن واحدهای GPS با درجه نقشه برداری کم هزینه با دقت دسی متر در زمان واقعی افزایش یافته است. این امر نیاز به ارسال پردازش، واردات و به روز رسانی داده ها در دفتر را پس از جمع آوری کار میدانی حذف می کند. این شامل توانایی ترکیب موقعیت های جمع آوری شده با استفاده از فاصله یاب لیزری است. فن آوری های جدید همچنین به کاربران اجازه می دهد تا نقشه ها و همچنین تجزیه و تحلیل را به طور مستقیم در میدان ایجاد کنند، پروژه ها را کارآمدتر و نقشه برداری را دقیق تر می کنند.

داده های سنجش از راه دور نیز نقش مهمی در جمع آوری داده ها ایفا می کنند و از حسگرهای متصل به یک پلت فرم تشکیل شده اند. حسگرها شامل دوربین‌ها، اسکنرهای دیجیتال و لیدار هستند، در حالی که سکوها معمولاً از هواپیما و ماهواره تشکیل می‌شوند . در انگلستان در اواسط دهه 1990، بادبادک‌ها/بالون‌های هیبریدی به نام هلیکیت برای اولین بار در استفاده از دوربین‌های دیجیتالی فشرده هوا به‌عنوان سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی در هوا پیشگام شدند. برای پیوند عکس ها و اندازه گیری زمین از نرم افزار اندازه گیری هواپیما با دقت 0.4 میلی متر استفاده شد. هلیکیت ها ارزان هستند و اطلاعات دقیق تری نسبت به هواپیما جمع آوری می کنند. هلیکیت‌ها را می‌توان بر روی جاده‌ها، راه‌آهن‌ها و شهرهایی که استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین (UAV) ممنوع است، استفاده کرد.

اخیراً جمع آوری داده های هوایی با پهپادها و پهپادهای مینیاتوری قابل دسترس تر شده است. به عنوان مثال، Aeryon Scout برای نقشه برداری یک منطقه 50 هکتاری با فاصله نمونه زمینی 1 اینچ (2.54 سانتی متر) تنها در 12 دقیقه استفاده شد.

اکثر داده های رقومی در حال حاضر از تفسیر عکس از عکس های هوایی به دست می آیند. ایستگاه های کاری کپی نرم برای دیجیتالی کردن ویژگی ها به طور مستقیم از جفت های استریو عکس های دیجیتال استفاده می شود. این سیستم‌ها اجازه می‌دهند که داده‌ها در دو و سه بعدی گرفته شوند و ارتفاعات به‌طور مستقیم از یک جفت استریو با استفاده از اصول فتوگرامتری اندازه‌گیری شوند . عکس‌های هوایی آنالوگ باید قبل از ورود به سیستم کپی نرم‌افزار اسکن شوند، برای دوربین‌های دیجیتال با کیفیت بالا، این مرحله نادیده گرفته می‌شود.

سنجش از دور ماهواره ای منبع مهم دیگری از داده های مکانی را فراهم می کند. در اینجا ماهواره‌ها از بسته‌های حسگر مختلف برای اندازه‌گیری غیرفعال بازتاب بخش‌هایی از طیف الکترومغناطیسی یا امواج رادیویی که از یک حسگر فعال مانند رادار فرستاده شده‌اند، استفاده می‌کنند. سنجش از دور داده‌های شطرنجی را جمع‌آوری می‌کند که می‌تواند با استفاده از باندهای مختلف برای شناسایی اشیاء و طبقات مورد علاقه، مانند پوشش زمین، پردازش شود.

جمع آوری داده های ثانویه

رایج‌ترین روش ایجاد داده‌ها  رقومی ‌سازی است ، که در آن یک نقشه چاپی یا طرح نظرسنجی با استفاده از یک برنامه CAD و قابلیت‌های ارجاع جغرافیایی به یک رسانه دیجیتال منتقل می‌شود. با در دسترس بودن گسترده تصاویر تصحیح‌شده (از ماهواره‌ها، هواپیماها، هلیکیت‌ها و پهپادها)، دیجیتالی‌سازی هدآپ در حال تبدیل شدن به اصلی‌ترین راه استخراج داده‌های جغرافیایی است. دیجیتالی سازی Heads-Up شامل ردیابی داده های جغرافیایی مستقیماً در بالای تصاویر هوایی به جای روش سنتی ردیابی فرم جغرافیایی در یک تبلت رقومی جداگانه است.( رقومی کردن با سر به پایین). رقومی کردن سر به پایین یا رقومی سازی دستی، از یک قلم مغناطیسی مخصوص یا قلم استفاده می کند که اطلاعات را به رایانه وارد می کند تا یک نقشه دیجیتالی یکسان ایجاد کند. برخی تبلت ها به جای قلم از ابزاری شبیه به ماوس به نام puck استفاده می کنند.  جن دارای یک پنجره کوچک با موهای متقاطع است که امکان دقت بیشتر و مشخص کردن ویژگی های نقشه را فراهم می کند. اگرچه رقومی کردن سر به بالا بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، رقومی کردن سر به پایین هنوز برای دیجیتالی کردن نقشه های با کیفیت پایین مفید است.

داده های موجود چاپ شده روی کاغذ یا نقشه های فیلم PET را می توان رقومی یا اسکن کرد تا داده های دیجیتال تولید شود. یک دیجیتایزر داده های برداری را تولید می کند، زیرا اپراتور نقاط، خطوط و مرزهای چندضلعی را از نقشه ردیابی می کند. اسکن نقشه منجر به داده های رستری می شود که می توانند برای تولید داده های برداری بیشتر پردازش شوند.

وقتی داده‌ها جمع‌آوری می‌شوند، کاربر باید در نظر بگیرد که آیا داده‌ها باید با دقت نسبی یا با دقت مطلق جمع‌آوری شوند، زیرا این نه تنها می‌تواند بر نحوه تفسیر اطلاعات تأثیر بگذارد، بلکه بر هزینه جمع‌آوری داده نیز تأثیر می‌گذارد.

پس از وارد کردن داده ها در GIS، داده ها معمولاً نیاز به ویرایش، حذف خطاها یا پردازش بیشتر دارند. برای داده های برداری، قبل از اینکه بتوان از آن برای برخی تحلیل های پیشرفته استفاده کرد، باید «از نظر توپولوژیکی صحیح» ساخته شود. به عنوان مثال، در یک شبکه جاده، خطوط باید با گره های یک تقاطع متصل شوند. خطاهایی مانند ریزش و بیش از حد نیز باید حذف شوند. برای نقشه‌های اسکن‌شده، ممکن است لازم باشد لکه‌های روی نقشه منبع از رستری حاصل حذف شوند . به عنوان مثال، یک تکه خاک ممکن است دو خط را که نباید متصل شوند، به هم متصل کند.

پیش بینی ها، سیستم های مختصات و ثبت نام

زمین را می‌توان با مدل‌های مختلفی نشان داد، که هر کدام ممکن است مجموعه‌ای از مختصات (مثلاً عرض جغرافیایی، طول جغرافیایی، ارتفاع) برای هر نقطه‌ای از سطح زمین ارائه دهند. ساده ترین مدل این است که فرض کنیم زمین یک کره کامل است. با انباشته شدن اندازه گیری های بیشتر از زمین، مدل های زمین پیچیده تر و دقیق تر شده اند. در واقع، مدل‌هایی به نام داده‌ها وجود دارد که در مناطق مختلف زمین اعمال می‌شوند تا دقت بیشتری ارائه کنند، مانند داده‌های آمریکای شمالی در سال ۱۹۸۳ برای اندازه‌گیری‌های ایالات متحده، و سیستم ژئودتیک جهانی برای اندازه‌گیری‌های سراسری.

Because both lat/long and UTM have their axis at an abstract location in space, both are relative to the shape of the Earth, which is represented in a datum. In mapping, datums represent the point or line of reference that is used as a starting location for measurement. As our understanding of the shape of the Earth has changed, the frame of reference (i.e. datum) for mapping has changed, and the starting point from which we measure has changed as well. National Park Service – Pacific Islands GIS Field Technical Support Center.

طول و عرض جغرافیایی بر روی نقشه ای که بر اساس یک داده محلی ساخته شده است ممکن است با نقشه ای که از گیرنده GPS بدست می آید یکسان نباشد . تبدیل مختصات از یک مبدأ به مبدأ دیگر نیاز به یک تبدیل مبنا مانند تبدیل هلمرت دارد، اگرچه در شرایط خاص ممکن است یک ترجمه ساده کافی باشد.

در نرم افزار GIS محبوب، داده های پیش بینی شده در طول و عرض جغرافیایی اغلب به عنوان یک سیستم مختصات جغرافیایی نشان داده می شود . برای مثال، داده‌ها در طول و عرض جغرافیایی، اگر داده‌ها «مقصد آمریکای شمالی 1983» باشد، با «GCS آمریکای شمالی 1983» نشان داده می‌شود.

کیفیت داده

در حالی که هیچ مدل رقومی نمی تواند نمایش کاملی از دنیای واقعی باشد، مهم است که داده های GIS از کیفیت بالایی برخوردار باشند. با رعایت اصل هممورفیسم ، داده ها باید به اندازه کافی به واقعیت نزدیک باشند تا نتایج رویه های GIS به درستی با نتایج فرآیندهای دنیای واقعی مطابقت داشته باشد. این بدان معنی است که هیچ استاندارد واحدی برای کیفیت داده وجود ندارد، زیرا درجه کیفیت لازم به مقیاس و هدف وظایفی که قرار است برای آنها استفاده شود بستگی دارد. چندین عنصر از کیفیت داده برای داده های GIS مهم هستند:

دقت

درجه شباهت بین اندازه گیری نشان داده شده و مقدار واقعی. برعکس، خطا میزان تفاوت بین آنهاست.  در داده‌های GIS، نگرانی در مورد دقت در نمایش مکان ( دقت موقعیتی )، ویژگی ( دقت ویژگی )، و زمان وجود دارد. به عنوان مثال، سرشماری ۲۰۲۰ ایالات متحده می گوید که جمعیت هیوستون در ۱ آوریل ۲۰۲۰، ۲,۳۰۴,۵۸۰ بوده است. اگر واقعاً ۲,۳۱۰,۶۷۴ بود، این یک خطا و در نتیجه عدم دقت ویژگی است.

دقت، درستی

درجه پالایش در یک مقدار نشان داده شده. در یک ویژگی کمی، این تعداد ارقام قابل توجه در مقدار اندازه گیری شده است.  یک مقدار غیر دقیق مبهم یا مبهم است، شامل طیف وسیعی از مقادیر ممکن. به عنوان مثال، اگر بخواهیم بگوییم که جمعیت هیوستون در ۱ آوریل ۲۰۲۰ “حدود ۲.۳ میلیون نفر” بوده است، این بیانیه نادقیق است، اما به احتمال زیاد دقیق است زیرا مقدار صحیح (و بسیاری از مقادیر نادرست) گنجانده شده است. همانند دقت، نمایش مکان، ملک و زمان همگی می توانند کمابیش دقیق باشند. وضوح عبارتی است که معمولاً از دقت موقعیتی ، به ویژه در مجموعه داده های رقومی استفاده می شود.

عدم قطعیت

تصدیق کلی وجود خطا و عدم دقت در داده های جغرافیایی.   یعنی درجه ای از شک عمومی است، با توجه به اینکه دانستن دقیق میزان خطا در یک مجموعه داده دشوار است، اگرچه ممکن است به نوعی تخمین زده شود ( فاصله اطمینان چنین تخمینی است. عدم قطعیت). این گاهی اوقات به عنوان یک اصطلاح جمعی برای تمام یا بیشتر جنبه های کیفیت داده استفاده می شود.

مبهم یا مبهم

درجه ای که یک جنبه (موقعیت، ویژگی یا زمان) یک پدیده ذاتاً مبهم است، نه اینکه عدم دقت در یک مقدار اندازه گیری شده باشد. برای مثال، وسعت فضایی منطقه شهری هیوستون مبهم است، زیرا مکان‌هایی در حومه شهر وجود دارد که کمتر به شهر مرکزی متصل هستند (که با فعالیت‌هایی مانند رفت و آمد سنجیده می‌شود ) تا مکان‌هایی که نزدیک‌تر هستند. . ابزارهای ریاضی مانند تئوری مجموعه های فازی معمولاً برای مدیریت ابهام در داده های جغرافیایی استفاده می شوند.

کامل بودن

درجه ای که یک مجموعه داده نشان دهنده تمام ویژگی های واقعی است که مدعی است شامل می شود.  برای مثال، اگر یک لایه از “جاده ها در هیوستون ” برخی از خیابان های واقعی را نداشته باشد، ناقص است.

واحد پول

جدیدترین نقطه زمانی که در آن یک مجموعه داده ادعا می کند که نمایش دقیق واقعیت است. این یک نگرانی برای اکثر برنامه‌های GIS است، که تلاش می‌کنند «در حال حاضر» جهان را نشان دهند، در این صورت داده‌های قدیمی‌تر کیفیت پایین‌تری دارند.

ثبات

درجه ای که نمایش بسیاری از پدیده ها در یک مجموعه داده به درستی با یکدیگر مطابقت دارند.   سازگاری در روابط توپولوژیکی بین اشیاء فضایی یکی از جنبه‌های مهم سازگاری است.  به عنوان مثال، اگر تمام خطوط در یک شبکه خیابانی به طور تصادفی ۱۰ متر به سمت شرق منتقل شوند، نادرست هستند اما همچنان سازگار هستند، زیرا همچنان در هر تقاطع به درستی متصل می شوند و ابزارهای تجزیه و تحلیل شبکه مانند کوتاه ترین مسیر هنوز هم نتایج درستی می دهد.

انتشار عدم قطعیت

درجه ای که کیفیت نتایج روش های تحلیل فضایی و سایر ابزارهای پردازش از کیفیت داده های ورودی ناشی می شود.  برای مثال، درون یابی یک عملیات رایج است که به طرق مختلف در GIS استفاده می شود. از آنجایی که تخمین‌هایی از مقادیر بین اندازه‌گیری‌های شناخته شده ایجاد می‌کند، نتایج همیشه دقیق‌تر، اما قطعی‌تر خواهند بود (زیرا هر تخمین مقدار ناشناخته‌ای از خطا دارد).

دقت GIS به داده های منبع و نحوه کدگذاری آن برای ارجاع داده ها بستگی دارد. نقشه برداران زمین توانسته اند سطح بالایی از دقت موقعیتی را با استفاده از موقعیت های مشتق شده از GPS ارائه دهند.  زمین و تصاویر هوایی دیجیتال با وضوح بالا، ^[۲۸] کامپیوترهای قدرتمند و فناوری وب در حال تغییر کیفیت، کاربرد و انتظارات GIS برای خدمت به جامعه در مقیاس بزرگ هستند، اما با این وجود داده های منبع دیگری وجود دارد که بر GIS کلی تأثیر می گذارد. دقت مانند نقشه های کاغذی، اگرچه ممکن است برای دستیابی به دقت مورد نظر کاربرد محدودی داشته باشد.

در توسعه یک پایگاه داده توپوگرافی دیجیتال برای یک GIS، نقشه های توپوگرافی منبع اصلی هستند، و عکس های هوایی و تصاویر ماهواره ای منابع اضافی برای جمع آوری داده ها و شناسایی ویژگی هایی هستند که می توانند در لایه ها بر روی یک فکس مکان در مقیاس نقشه برداری شوند. مقیاس یک نقشه و نوع نمایش منطقه رندر جغرافیایی، یا طرح نقشه ، جنبه های بسیار مهمی هستند زیرا محتوای اطلاعات عمدتاً به مجموعه مقیاس و مکان یابی حاصل از نمایش های نقشه بستگی دارد. به منظور دیجیتالی کردن یک نقشه، نقشه باید در ابعاد نظری بررسی شود، سپس در قالب شطرنجی اسکن شود، و داده های شطرنجی حاصل باید با یک بعد نظری داده شوند.فرآیند فناوری ورقه‌سازی/تاب‌خوردگی لاستیکی که به عنوان ارجاع جغرافیایی شناخته می‌شود .

تجزیه و تحلیل کمی نقشه ها مسائل مربوط به دقت را مورد توجه قرار می دهد. تجهیزات الکترونیکی و سایر تجهیزات مورد استفاده برای اندازه گیری GIS بسیار دقیق تر از ماشین های تجزیه و تحلیل نقشه های معمولی است. همه داده های جغرافیایی ذاتاً نادرست هستند و این نادرستی ها از طریق عملیات GIS به روش هایی منتشر می شوند که پیش بینی آنها دشوار است.

تبدیل رستری به برداری

بازسازی داده ها می تواند توسط یک GIS برای تبدیل داده ها به فرمت های مختلف انجام شود. به عنوان مثال، یک GIS ممکن است برای تبدیل نقشه تصویر ماهواره‌ای به ساختار برداری با ایجاد خطوطی در اطراف همه سلول‌ها با طبقه‌بندی یکسان و در عین حال تعیین روابط فضایی سلول، مانند مجاورت یا گنجاندن، استفاده شود.

پردازش داده های پیشرفته تر می تواند با پردازش تصویر اتفاق بیفتد ، تکنیکی که در اواخر دهه 1960 توسط ناسا و بخش خصوصی برای ارائه افزایش کنتراست، ارائه رنگ کاذب و انواع تکنیک های دیگر از جمله استفاده از تبدیل فوریه دو بعدی ایجاد شد. از آنجایی که داده‌های دیجیتال به روش‌های مختلفی جمع‌آوری و ذخیره می‌شوند، ممکن است این دو منبع داده کاملاً با هم سازگار نباشند. بنابراین یک GIS باید بتواند داده های جغرافیایی را از یک ساختار به ساختار دیگر تبدیل کند. برای انجام این کار، مفروضات ضمنی پشت هستی شناسی ها و طبقه بندی های مختلف نیاز به تحلیل دارند.  برجستگی روزافزونی پیدا کرده اندو کار مداوم توسط بری اسمیت و همکارانش.

فضایی ETL

ابزارهای فضایی ETL عملکرد پردازش داده‌های نرم‌افزار سنتی استخراج، تبدیل، بارگذاری  (ETL) را ارائه می‌کنند، اما با تمرکز اولیه بر توانایی مدیریت داده‌های مکانی. آنها به کاربران GIS امکان ترجمه داده ها را بین استانداردهای مختلف و فرمت های اختصاصی ارائه می دهند، در حالی که داده ها را از نظر هندسی در مسیر تبدیل می کنند. این ابزارها می‌توانند به شکل افزودنی‌هایی برای نرم‌افزارهای گسترده‌تر موجود مانند صفحات گسترده ارائه شوند .

تحلیل فضایی

تجزیه و تحلیل فضایی GIS زمینه ای است که به سرعت در حال تغییر است و بسته های GIS به طور فزاینده ای از ابزارهای تحلیلی به عنوان امکانات داخلی استاندارد، به عنوان مجموعه ابزار اختیاری، به عنوان افزودنی ها یا «تحلیلگران» استفاده می کنند. در بسیاری از موارد اینها توسط تامین‌کنندگان نرم‌افزار اصلی (فروشندگان تجاری یا تیم‌های توسعه غیرتجاری مشترک) ارائه می‌شوند، در حالی که در موارد دیگر امکانات توسعه یافته و توسط اشخاص ثالث ارائه می‌شوند. علاوه بر این، بسیاری از محصولات کیت‌های توسعه نرم‌افزار (SDK)، زبان‌های برنامه‌نویسی و پشتیبانی زبان، امکانات برنامه‌نویسی و/یا رابط‌های ویژه برای توسعه ابزارها یا انواع تحلیلی خود را ارائه می‌دهند. افزایش در دسترس بودن بعد جدیدی را در هوش تجاری به نام ” هوش فضایی ” ایجاد کرده است هنگامی که آشکارا از طریق اینترانت ارائه می شود، دسترسی به داده های جغرافیایی و شبکه های اجتماعی را دموکراتیک می کند. هوش جغرافیایی ، بر اساس تجزیه و تحلیل فضایی GIS، همچنین به یک عنصر کلیدی برای امنیت تبدیل شده است. GIS به عنوان یک کل می تواند به عنوان تبدیل به یک نمایش برداری  به هر فرآیند رقومی سازی دیگری توصیف شود.

برخی از آنها، مانند Google Maps و OpenLayers ، یک رابط برنامه نویسی برنامه (API) را نشان می دهند که کاربران را قادر می سازد برنامه های کاربردی سفارشی ایجاد کنند. این ابزار معمولاً نقشه‌های خیابان، تصاویر هوایی/ماهواره‌ای، کدگذاری جغرافیایی، جستجو، و عملکرد مسیریابی را ارائه می‌دهند. نقشه‌برداری وب همچنین پتانسیل جمع‌سپاری داده‌های جغرافیایی را در پروژه‌هایی مانند OpenStreetMap ، که یک پروژه مشترک برای ایجاد یک نقشه قابل ویرایش رایگان از جهان است، آشکار کرده است. ثابت شده است که این پروژه‌های mashup از طریق اطلاعات جغرافیایی سنتی، ارزش و سود بالایی را برای کاربران نهایی خارج از حد ممکن فراهم می‌کنند.

نقشه برداری وب بدون اشکال نیست. نقشه برداری وب امکان ایجاد و توزیع نقشه ها را توسط افراد بدون آموزش نقشه برداری مناسب می دهد. این منجر به نقشه هایی شده است که قراردادهای نقشه برداری را نادیده می گیرند و به طور بالقوه گمراه کننده هستند.

برنامه های کاربردی

از زمان پیدایش آن در دهه 1960، GIS در گستره روزافزونی از کاربردها مورد استفاده قرار گرفته است، که اهمیت گسترده مکان را تأیید می کند و به کمک کاهش مستمر موانع برای پذیرش فناوری جغرافیایی کمک می کند. شاید صدها کاربرد مختلف GIS را می توان به چند روش طبقه بندی کرد:

• هدف : هدف یک برنامه کاربردی را می توان به طور کلی به عنوان تحقیقات علمی یا مدیریت منابع طبقه بندی کرد. هدف تحقیق که تا حد امکان به طور گسترده تعریف می شود، کشف دانش جدید است. این ممکن است توسط شخصی انجام شود که خود را دانشمند می‌داند، اما ممکن است توسط هرکسی که تلاش می‌کند بفهمد چرا به نظر می‌رسد دنیا به این شکل عمل می‌کند، انجام شود. مطالعه ای به اندازه رمزگشایی اینکه چرا یک مکان تجاری شکست خورده است، از این نظر تحقیقی است. مدیریت (گاهی اوقات برنامه های کاربردی عملیاتی نامیده می شود)، همچنین به طور گسترده تعریف می شود، به کارگیری دانش برای تصمیم گیری عملی در مورد نحوه به کارگیری منابعی که فرد بر آنها کنترل دارد برای دستیابی به اهداف خود استفاده می کند. این منابع می تواند زمان، سرمایه، نیروی کار، تجهیزات، زمین، ذخایر معدنی، حیات وحش و غیره باشد.  
  • سطح تصمیم : برنامه های کاربردی مدیریت بیشتر به عنوان استراتژیک , تاکتیکی , عملیاتی طبقه بندی شده اند که یک طبقه بندی رایج در مدیریت کسب و کار است .  وظایف استراتژیک تصمیمات بلندمدت و رویایی در مورد اهدافی هستند که فرد باید داشته باشد، مانند اینکه آیا یک تجارت باید گسترش یابد یا خیر. وظایف تاکتیکی تصمیمات میان مدت در مورد چگونگی دستیابی به اهداف استراتژیک، مانند ایجاد یک جنگل ملی، برنامه مدیریت چرا هستند. تصمیمات عملیاتی مربوط به وظایف روزانه است، مانند یافتن کوتاهترین مسیر برای رسیدن به یک رستوران پیتزا.
• موضوع : حوزه هایی که در آنها GIS به کار می رود تا حد زیادی در حوزه هایی قرار می گیرد که با دنیای انسانی مرتبط هستند (به عنوان مثال، اقتصاد ، سیاست ، حمل و نقل ، آموزش ، معماری منظر ، باستان شناسی ، برنامه ریزی شهری ، املاک و مستغلات ، بهداشت عمومی ، نقشه برداری جرم و جنایت ، دفاع ملی )، و کسانی که با جهان طبیعی سروکار دارند (به عنوان مثال، زمین شناسی ، زیست شناسی ، اقیانوس شناسی ، آب و هوا ).). با این حال، یکی از قابلیت های قدرتمند GIS و دیدگاه فضایی جغرافیا، توانایی یکپارچه آنها در مقایسه موضوعات متفاوت است و بسیاری از کاربردها با حوزه های متعدد مرتبط هستند. نمونه هایی از حوزه های کاربردی یکپارچه انسانی-طبیعی شامل کاهش خطرات طبیعی ، مدیریت حیات وحش ، توسعه پایدار ، منابع طبیعی ، و واکنش به تغییرات آب و هوایی است.
• مؤسسه : GIS در انواع مختلفی از مؤسسات اجرا شده است: دولتی (در همه سطوح از شهری تا بین المللی)، تجاری (در هر نوع و اندازه)، سازمان های غیرانتفاعی (حتی کلیساها) و همچنین استفاده های شخصی . مورد دوم با ظهور گوشی‌های هوشمند مجهز به مکان به طور فزاینده‌ای برجسته شده است.
• طول عمر : پیاده سازی GIS ممکن است بر روی یک پروژه یا یک شرکت متمرکز باشد .  یک پروژه GIS بر انجام یک وظیفه متمرکز است: داده ها جمع آوری می شود، تجزیه و تحلیل انجام می شود، و نتایج جدا از هر پروژه دیگری که فرد ممکن است انجام دهد تولید می شود، و پیاده سازی اساسا گذرا است. Enterprise GIS به عنوان یک موسسه دائمی در نظر گرفته شده است، از جمله پایگاه داده ای که به دقت طراحی شده است تا برای پروژه های مختلف در طول سالیان متمادی مفید باشد، و احتمالاً توسط بسیاری از افراد در سراسر یک شرکت استفاده می شود، و برخی از آنها به طور تمام وقت فقط برای نگهداری به کار می روند. آی تی.
• یکپارچه سازی : به طور سنتی، اکثر برنامه های GIS مستقل بودند و از نرم افزار تخصصی GIS، سخت افزار تخصصی، داده های تخصصی و متخصصان متخصص استفاده می کردند. اگرچه این موارد تا به امروز رایج هستند، برنامه های یکپارچه به شدت افزایش یافته اند، زیرا فناوری جغرافیایی در برنامه های سازمانی گسترده تر ادغام شد، زیرساخت های فناوری اطلاعات، پایگاه های داده و نرم افزار به اشتراک گذاشته شد که اغلب از پلت فرم های یکپارچه سازی سازمانی مانند SAP استفاده می کنند.

اجرای یک GIS اغلب بر اساس الزامات قضایی (مانند یک شهر)، هدف یا الزامات کاربردی هدایت می شود. به طور کلی، یک پیاده سازی GIS ممکن است به صورت سفارشی برای یک سازمان طراحی شود. از این رو، یک استقرار GIS که برای یک برنامه کاربردی، حوزه قضایی، شرکت یا هدفی توسعه یافته است، ممکن است لزوماً با یک GIS که برای برخی برنامه‌ها، حوزه‌های قضایی، شرکت یا اهداف دیگر توسعه یافته است، سازگار یا سازگار نباشد.

GIS همچنین در حال انحراف به خدمات مبتنی بر مکان است که به دستگاه های تلفن همراه مجهز به GPS امکان می دهد موقعیت خود را در ارتباط با اشیاء ثابت (نزدیکترین رستوران، پمپ بنزین، شیر آتش نشانی) یا اشیاء متحرک (دوستان، کودکان، ماشین پلیس) یا موقعیت خود را برای نمایش یا پردازش دیگر به سرور مرکزی منتقل کنید.

استانداردهای کنسرسیوم فضایی باز

کنسرسیوم فضایی باز (OGC) یک کنسرسیوم صنعتی بین‌المللی متشکل از 384 شرکت، سازمان دولتی، دانشگاه و افراد است که در فرآیند اجماع برای توسعه مشخصات پردازش جغرافیایی در دسترس عموم شرکت می‌کنند. رابط‌ها و پروتکل‌های باز تعریف‌شده توسط OpenGIS Specifications از راه‌حل‌های متقابل پشتیبانی می‌کنند که وب، خدمات بی‌سیم و مبتنی بر مکان، و جریان اصلی فناوری اطلاعات را «فعال‌کننده جغرافیایی» می‌کند و به توسعه‌دهندگان فناوری قدرت می‌دهد تا اطلاعات و سرویس‌های فضایی پیچیده را با انواع برنامه‌ها در دسترس و مفید قرار دهند. . پروتکل های کنسرسیوم مکانی باز شامل خدمات نقشه وب و سرویس ویژگی وب می باشد.

محصولات GIS توسط OGC به دو دسته تقسیم می شوند که بر اساس میزان کامل و دقیق نرم افزار از مشخصات OGC پیروی می کند.

استانداردهای OGC به ابزارهای GIS کمک می کند تا ارتباط برقرار کنند.

محصولات سازگار، محصولات نرم افزاری هستند که با مشخصات OpenGIS OGC مطابقت دارند. هنگامی که محصولی از طریق برنامه تست OGC تست شده و مطابق با آن تایید شده است، محصول به طور خودکار به عنوان “سازگار” در این سایت ثبت می شود.

محصولات پیاده‌سازی، محصولات نرم‌افزاری هستند که مشخصات OpenGIS را پیاده‌سازی می‌کنند اما هنوز تست انطباق را گذرانده‌اند. تست های انطباق برای همه مشخصات در دسترس نیست. توسعه دهندگان می توانند محصولات خود را به عنوان پیش نویس یا مشخصات تایید شده ثبت کنند، اگرچه OGC این حق را برای خود محفوظ می دارد که هر ورودی را بررسی و تأیید کند.

افزودن بعد زمان

وضعیت سطح زمین، اتمسفر و زیر سطح زمین را می توان با تغذیه داده های ماهواره ای در یک GIS بررسی کرد. فناوری GIS به محققان این توانایی را می دهد که تغییرات در فرآیندهای زمین را در طول روزها، ماه ها و سال ها از طریق استفاده از تجسم های نقشه برداری بررسی کنند. به عنوان مثال، تغییرات در قدرت پوشش گیاهی در طول یک فصل رشد می‌تواند برای تعیین اینکه خشکسالی در یک منطقه خاص چه زمانی گسترده‌تر بوده است. نمودار به دست آمده یک معیار تقریبی از سلامت گیاه را نشان می دهد. کار با دو متغیر در طول زمان به محققان این امکان را می‌دهد تا تفاوت‌های منطقه‌ای را در فاصله بین کاهش بارندگی و تأثیر آن بر پوشش گیاهی تشخیص دهند.

فناوری GIS و در دسترس بودن داده های دیجیتال در مقیاس منطقه ای و جهانی چنین تحلیل هایی را امکان پذیر می کند. خروجی سنسور ماهواره ای مورد استفاده برای تولید یک گرافیک پوشش گیاهی به عنوان مثال توسط رادیومتر با وضوح بسیار بالا (AVHRR) تولید می شود. این سیستم حسگر مقادیر انرژی منعکس شده از سطح زمین را در باندهای مختلف طیف برای مساحت های حدود 1 کیلومتر مربع تشخیص می دهد. سنسور ماهواره دو بار در روز تصاویری از یک مکان خاص روی زمین تولید می کند. AVHRR و اخیراً طیف‌سنج تصویربرداری با وضوح متوسط ​​(MODIS) تنها دو مورد از بسیاری از سیستم‌های حسگر مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل سطح زمین هستند.

علاوه بر ادغام زمان در مطالعات زیست محیطی، GIS همچنین به دلیل توانایی آن در ردیابی و مدل سازی پیشرفت انسان در طول روال روزانه آنها مورد بررسی قرار گرفته است. یک مثال عینی از پیشرفت در این زمینه، انتشار اخیر داده‌های جمعیتی خاص زمان توسط سرشماری ایالات متحده است. در این مجموعه داده، جمعیت شهرها برای ساعات روز و عصر نشان داده شده است که الگوی تمرکز و پراکندگی ایجاد شده توسط الگوهای رفت و آمد آمریکای شمالی را برجسته می کند. دستکاری و تولید داده های مورد نیاز برای تولید این داده ها بدون GIS امکان پذیر نبود.

استفاده از مدل‌ها برای پیش‌بینی داده‌های نگهداری شده توسط یک GIS در زمان، برنامه‌ریزان را قادر می‌سازد تا تصمیمات خط‌مشی را با استفاده از سیستم‌های پشتیبانی تصمیم فضایی آزمایش کنند .

مفاهیم

ابزارها و فن آوری های پدید آمده از وب معنایی کنسرسیوم وب جهانی برای مشکلات یکپارچه سازی داده ها در سیستم های اطلاعاتی مفید هستند. به همین ترتیب، چنین فناوری‌هایی به عنوان ابزاری برای تسهیل قابلیت همکاری و استفاده مجدد از داده‌ها در میان برنامه‌های GIS و همچنین فعال کردن مکانیسم‌های تحلیل جدید پیشنهاد شده‌اند.

هستی شناسی ها جزء کلیدی این رویکرد معنایی هستند، زیرا اجازه می دهند مشخصات رسمی و قابل خواندن ماشینی از مفاهیم و روابط در یک حوزه معین را ارائه دهند. این به نوبه خود به یک GIS اجازه می دهد تا بر معنای مورد نظر داده ها به جای نحو یا ساختار آن تمرکز کند. به عنوان مثال، استدلال اینکه یک نوع پوشش زمین طبقه‌بندی شده به عنوان درختان سوزنی برگ‌ریز در یک مجموعه داده، تخصص یا زیرمجموعه‌ای از نوع جنگل نوع پوشش زمین در مجموعه داده‌های تقریباً طبقه‌بندی‌شده دیگری است، می‌تواند به GIS کمک کند که به طور خودکار دو مجموعه داده را تحت طبقه‌بندی عمومی‌تر پوشش زمین ادغام کند. هستی‌شناسی‌های آزمایشی در حوزه‌های مرتبط با کاربردهای GIS، برای مثال هستی‌شناسی هیدرولوژی  توسعه یافته‌اند.Ordnance Survey در بریتانیا و هستی شناسی های SWEET  توسط آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا توسعه یافته است . همچنین، هستی‌شناسی‌های ساده‌تر و استانداردهای فراداده معنایی توسط W3C Geo Incubator Group برای نمایش داده‌های مکانی در وب پیشنهاد شده‌اند. GeoSPARQL استانداردی است که توسط Ordnance Survey، US Geological Survey ، Natural Resources Canada ، سازمان تحقیقات علمی و صنعتی مشترک المنافع استرالیا توسعه یافته است.و دیگران برای پشتیبانی از ایجاد هستی شناسی و استدلال با استفاده از لفظ های OGC به خوبی درک شده (GML، WKT)، روابط توپولوژیکی (ویژگی های ساده، RCC8، DE-9IM)، RDF و پروتکل های پرس و جو پایگاه داده SPARQL .

نتایج تحقیقات اخیر در این زمینه را می توان در کنفرانس بین المللی معناشناسی مکانی  و کارگاه Terra Cognita – Directions to the Geospatial Semantic Web در کنفرانس بین المللی وب معنایی مشاهده کرد.

پیامدهای اجتماعی

با رایج شدن GIS در تصمیم گیری، محققان شروع به بررسی دقیق مفاهیم اجتماعی و سیاسی GIS کرده اند. GIS همچنین می تواند برای تحریف واقعیت برای منافع فردی و سیاسی مورد سوء استفاده قرار گیرد. استدلال شده است که تولید، توزیع، استفاده و بازنمایی اطلاعات جغرافیایی تا حد زیادی با بافت اجتماعی مرتبط است و پتانسیل افزایش اعتماد شهروندان به دولت را دارد.  سایر موضوعات مرتبط شامل بحث در مورد حق چاپ ، حریم خصوصی و سانسور است. یک رویکرد اجتماعی خوشبینانه تر برای پذیرش GIS استفاده از آن به عنوان ابزاری برای مشارکت عمومی است.

در آموزش

در پایان قرن بیستم، GIS به عنوان ابزاری شناخته شد که می‌توان از آن در کلاس درس استفاده کرد. به نظر می رسد مزایای GIS در آموزش بر توسعه تفکر فضایی متمرکز است ، اما کتابشناسی یا داده های آماری کافی برای نشان دادن دامنه واقعی استفاده از GIS در آموزش در سراسر جهان وجود ندارد، اگرچه گسترش در کشورهایی که برنامه درسی آنها را ذکر می کند سریعتر بوده است.  

به نظر می رسد GIS مزایای زیادی را در آموزش جغرافیا فراهم می کند زیرا امکان تجزیه و تحلیل بر اساس داده های واقعی جغرافیایی را فراهم می کند و همچنین به طرح سؤالات تحقیقاتی بسیاری از معلمان و دانش آموزان در کلاس های درس کمک می کند. آنها همچنین با توسعه تفکر فضایی و جغرافیایی و در بسیاری از موارد انگیزه دانش آموزان به بهبود یادگیری کمک می کنند.  

در حکومت محلی

GIS به عنوان یک فناوری سازمانی، سازمانی و پایدار ثابت شده است که همچنان نحوه عملکرد دولت محلی را تغییر می دهد. سازمان‌های دولتی فناوری GIS را به عنوان روشی برای مدیریت بهتر حوزه‌های زیر سازمان دولتی اتخاذ کرده‌اند:

• بخش‌های توسعه اقتصادی از ابزارهای نقشه‌برداری تعاملی GIS که با داده‌های دیگر (جمعیت‌شناسی، نیروی کار، کسب‌وکار، صنعت، استعدادها) به همراه پایگاه‌داده‌ای از سایت‌ها و ساختمان‌های تجاری موجود به منظور جذب سرمایه‌گذاری و حمایت از کسب‌وکار موجود جمع‌آوری می‌شوند، استفاده می‌کنند. کسب و کارهایی که در مورد مکان تصمیم گیری می کنند می توانند از ابزارها برای انتخاب جوامع و سایت هایی استفاده کنند که به بهترین وجه با معیارهای موفقیت آنها مطابقت دارند.
• عملیات ایمنی عمومی مانند مراکز عملیات اضطراری، پیشگیری از آتش سوزی، فناوری سیار پلیس و کلانتر و اعزام، و نقشه برداری از خطرات آب و هوایی.
• بخش پارک ها و تفرجگاه ها و وظایف آنها در فهرست دارایی ها، حفاظت از زمین، مدیریت زمین و مدیریت گورستان
• کارهای عمومی و خدمات عمومی، ردیابی زهکشی آب و طوفان، دارایی های الکتریکی، پروژه های مهندسی، و دارایی ها و روندهای حمل و نقل عمومی
• مدیریت شبکه فیبر برای دارایی های شبکه بین بخشی
• داده های تحلیلی و جمعیت شناختی مدرسه، مدیریت دارایی، و برنامه ریزی بهبود/توسعه
• مدیریت عمومی برای داده های انتخابات، سوابق اموال، و منطقه بندی/مدیریت

طرح داده‌های باز دولت محلی را تحت فشار قرار می‌دهد تا از فناوری‌هایی مانند فناوری GIS بهره‌مند شود، زیرا الزامات متناسب با مدل شفافیت داده‌های باز/دولت باز را در بر می‌گیرد.  با داده‌های باز، سازمان‌های دولتی محلی می‌توانند برنامه‌های تعامل شهروندی و پورتال‌های آنلاین را پیاده‌سازی کنند، به شهروندان این امکان را می‌دهند که اطلاعات زمین را ببینند، مشکلات مربوط به چاله‌ها و علائم را گزارش کنند، پارک‌ها را بر اساس دارایی‌ها مشاهده و مرتب کنند، نرخ جرم و جنایت را در زمان واقعی مشاهده کنند و تعمیرات تاسیسات، و خیلی بیشتر.  فشار برای داده های باز در سازمان های دولتی باعث رشد هزینه های فناوری GIS دولت محلی و مدیریت پایگاه داده می