ماهیت بانک های اطلاعاتی در GIS

هر سیستم GIS حداقل دارای دو نوع قابلیت کاربردی بارزی است. اولی توان اعمال سئوالات مشخص به منظور کسب اطلاعات معین از پایگاه داده ها است و دومی انجام تحلیل های مکانی با هدف مدلسازیهای هدفمند میباشد. اما، هر دو مورد ذکر شده کاملا به پایگاه اطلاعاتی (به تعبیری بهتر به مغز سیستم GIS ) که به صورت منسجم سازماندهی شده است – وابسته اند. بسیاری از نرم افزارهای GIS دارای پایگاه های اطلاعاتی منسجم و سازمانیافتی هستند. اهمیت پایگاه های اطلاعاتی از این واقعیت ناشی میشود که داده های موجود در پایگاه اطلاعات، به صورت کاملا مرتبط به هم طراحی میشوند و دارای ساختاری منسجم جهت تلفیق و بازیابی انواع اطلاعات میباشند. نباید فراموش کرد که هر پایگاه اطلاعاتی معمولا دارای معماری ویژهای است که به منظور کاربرد خاصی طراحی گشته است. از دیدگاه خیلی از متخصصان، مدیریت منطقی اطلاعات از مهمترین عوامل موفقیت هر سیستم GIS محسوب میگردد.

بانک های اطلاعاتی از جهات مختلف بسیار حائز اهمیت تلقی می گردد، چرا که گردآوری، ذخیره سازی، بازیافت و سازماندهی داده های موردنیاز در پروژه های GIS دشوار و اغلب بسیار پرهزینه است. اما در دهه های اخیر با ظهور تکنولوژی مدیریت داده ها از حجم مشکلات مربوطه تا حدود زیادی کاسته شده است و سیستم های کاملتری به بازار عرضه شده است. به طور کلی، به مجموعهای از دادههای جمعآوری شده مرتبط به یک واقعیت و یا هدف مشخصی پایگاه اطلاعات گفته میشود. وجود ارتباط منطقی در میان این مجموعه اساس پایگاههای اطلاعاتی محسوب میگردد، که از طریق تغذیه، ذخیره و مدیریت منسجم مشاهدات جغرافیائی در محیط های کامپیوتری امکانپذیر میگردد. هر پایگاه اطلاعاتی شامل داده های مکانی است که اطلاعات مربوط به موقعیتها و شکل عوارض زمین را در قالب نقاط، خطوط، محدودهها، پیکسلها، گریدها و مثلث های نامنظم ذخیره میسازد. به علاوه هر پایگاه اطلاعات ویژگیهای مربوط به پدیده های غیرمکانی را نیز نگهداری مینماید. این ویژگیها معمولا شامل اطلاعات ماهیتی عوارض جغرافیائی بوده و در حالت اعداد و ارقام، نوشته ها، تصاویر و سایر خصوصیات مرتبط هستند که به صورت منطقی در جدوال ویژه ای نگهداری میشوند. دادههای توصیفی (یا خصیصه ای) در محیطهای نرم افزاری تحت عنوان جدوال خصوصیات پدیده ها (Feature Attribute Tables) و جدوال ارتباطی (یا مرتبط) (Related Tables) ذخیره میشوند.

در محیط اغلب نرم افزارهای حرفه ای مانند ArcGIS فرآیند تبدیل مشاهدات به فرم الکترونیکی آن در جهت ایجاد پایگاه های اطلاعاتی به طور اتوماتیک صورت میگیرد. به علاوه اغلب نرم افزارهای تخصصی دارای سیستم مدیریت پایگاه اطلاعاتی (Database Mamagment System) هستند که فرآیند ذخیره سازی موثر و ایجاد ارتباط داخلی بین دادهها را تضمین مینماید. در واقع هر نرم افزار مدیریت پایگاه اطلاعاتی یک ساختار کامپیوتری است که جهت دسترسی و سازماندهی داده ها به کمک یک مجموعه از برنامه های خاص در محیط GIS بهکار گرفته میشود. ساختار اغلب پایگاه اطلاعاتی به صورت استاندارد طراحی میشود تا تبادلات داده ها به آسانی صورت گیرد. در این نوع ساختارها ابزارهایی عملیاتی به منظور واردکردن، ایجاد تغییرات، تبدیلات، بازیابی، ویراستاری و تحلیل داده ها تعبیه میگردد.

به طور کلی در یک نگرش ساده، یکسری از عناصر اطلاعاتی مربوط به یک شیء، موضوع و یا مکانی خاص، مانند آمار جمعیت مربوط به محدوده خاصی از شهر به همراه سایر مشخصات مربوطه (موقعیت و محل زندگی و آدرسهای پستی) را میتوان به عنوان یک پایگاه اطلاعاتی در نظر گرفت. در همچون پایگاه اطلاعاتی، داده های مربوط به یک حادثه (یا مورد خاص) بهعنوان یک رکورد شناخته میشود. به علاوه متغیرهای اطلاعاتی را هم میتوان تحت عنوان فیلد در نظر گرفت. مانند تعداد جمعیت و یا سن افراد، که ممکن است دارای داده های متفاوت بوده باشد. این داده ها میتواند شامل داده های عددی واقعی، رشته ای، نوشتاری، تاریخ، زمان و یا بر اساس منطق بولین تنظیم گردد. در همچون پایگاهی شناسه های مشخص در برگیرنده تمامی رکوردها بهعنوان فیلد کلیدی شناخته میشود.

برای اینکه هر پایگاه اطلاعاتی قابلیت اصلی خود را حفظ نماید، باید کلیه سری داده ها شامل رکوردهای یکنواخت و منسجمی باشد که در واقع برای هر مورد خاص (مثلا برای موقعیت جغرافیایی یک ایستگاه اتوبوس) اطلاعات اصلی را ارائه دهد. هر رکورد ممکن است دارای چندین فیلد بوده باشد که هر کدام از آنها یک نوع اطلاعات مشخصی را ذخیره میسازد. تعداد و مشخصات فیلدها باید برای هر رکورد ثابت باشد. به عنوان مثال، هر رکورد مربوط به ایستگاه ها ممکن است دارای فیلدهایی نظیر اسم، طول و عرض جغرافیایی، نوع و ماهیت و سایر ویژگی های دیگر باشد. محتوای فیلدها ممکن است از نقط نظر مقیاس داده ها نیز متنوع بوده و در حالات اسمی، رتبهای، طبقه بندی شده و یا ضریبی (نسبی) ذخیره گردد. به عنوان مثال، یک پایگاه اطلاعات شهری شاید ویژگی هایی از قبیل اسم، شماره تلفن شهروندان، شماره پلاک منازل، قیمت املاک، نحوه ثبت ملکی و سایر اطلاعات دیگر نیز بوده باشد. در روند کاربردی نمودن معماری هر پایگاه اطلاعاتی تعدادی از توابع ویژه در نظر گرفته میشود که با استفاده از آنها امکان انجام موارد زیر ممکن میگردد:

  • ایجاد و ویراستاری رکوردها با استفاده از یک سری از توابع خاص،
  • خلاصه نمودن گروهی رکوردها با استفاده از پارامترهای آماری،
  • اعمال عملیات ریاضی بر روی مشاهدات ذخیره شده،
  • انتخاب رکوردها بر اساس قوانین مشخص و درخواستی،
  • بهنگام سازی پایگاه اطلاعات و افزودن فیلدهای جدید،
  • مرتبط ساختن محتوای فیلدها در درون یک پایگاه اطلاعاتی و نمایش نتایج مستخرج از عملیات پرسشگری،
  • برقراری ارتباط منطقی بین انواع پایگاههای اطلاعات متعدد.

مانند هر پایگاه داده ها، پایگاه های اطلاعاتی مورد نظر GIS باید طوری طراحی گردد که توان پاسخگویی به نیازهای کاربران و جنبه های کاربردی مختلف را داشته باشد. در روند طراحی اکثر پایگاه های اطلاعاتی باید شرایط زیر لحاظ شده باشد:

  • تامین چهارچوب نظری منطقی از کلیات و نیازهای پایگاه اطلاعات در دست تهیه،
  • تعریف دقیق فرآیندهای مربوط به پایگاه اطلاعات مربوطه به نحوی که روابط متقابل بین مشاهدات و متغیرهای ذخیره شده از طریق عناصر ارتباطی قابل ارزیابی و نمایش گردد،
  • قدرت تشخیص مسائل و خطاهای احتمالی و اعمال روشهایی جایگزین با هدف ویراستاری اطلاعات،
  • قدرت تشخیص داده های اصلی و فیلترنمودن داده های غیرمربوط،
  • امکان اعمال فرآیندهای بهنگام سازی جهت ورود داده های جدید،
  • قابلیت گسترش سیستم به منظور تامین نیازهای آتی و توان برقراری ارتباط با سایر سیستمهای مشابه.

متخصصان در جهت تکمیل هر پایگاه اطلاعاتی مراحلی را مد نظر قرار میدهند که تا حدودی با توجه به توان نرم افزاری و اهداف موردنظر متفاوت مینماید. مراحل طراحی در سه مرحله اصلی زیر میتواند صورت گیرد:

طراحی نظری که معمولا بدون نیاز به سختافزار و نرم افزارهای مربوطه قابل اجراست. در این مرحله با توجه به جنبه های کاربردی و نیاز کاربران نهایی، کلیات طرح مربوط به پایگاه اطلاعاتی به صورت اهداف نوشتاری بیان میگردد.

طراحی منطقی که شامل تعریف مشخصات معماری محیط پایگاه اطلاعات بوده و اهداف مرحله اول به صور توابع معینی به محیط ساختار نرم افزارهای مربوطه تعریف میگردد. در این مرحله اغلب ساختار منوها، دستورات زیرمجموعهای، نمایه ها و در کل نحوه دسترسی به بخشهای مختلف محیط نرم افزار اطلاعاتی مورد بحث قرار میگیرد.

طراحی فیزیکی که در آن نیازهای سخت افزاری و نرم افزارهای بهمنظور تامین عملی خواسته های اساسی طراحان مورد نظر است و مواردی نظیر: ساختار، حافظه، فضای دیسک سرعت و نحوه دستری به پایگاه اطلاعاتی و نحوه نمایش نتایج طراحی میگردد.

فرآیندهای اصلی در روند طراحی پایگاه های اطلاعاتی توسط شکل زیر به صورت شماتیکی نشان داده شده است.

11

فرآیندهای اصلی در طراحی پایگاههای اطلاعاتی GIS

بر اساس تجربه متخصصان امر به اثبات رسیده که در مراحل اولیه طراحی عوامل مندرج در ذیل می تواند ساختار پایگاه اطلاعاتی در دست تهیه را کنترل نماید:

  • سطح نیازهای کاربران در رابطه با جنبه های کاربردی نهایی،
  • قابلیت دسترسی و فرمت دادههای موجود،
  • نحوه بهنگام نمودن و نگهداری سیستم،
  • اندازه و وسعت پایگاه اطلاعات مورد نظر،
  • برآورد توانمندیهای سخت افزاری و نرم افزاری،
  • افزایش مهارت افراد متخصص،
  • ساختار منسجم فنی و علمی سازمان مدیریتی،
  • میزان بودجه و حمایتهای مسئولان تصمیم گیرنده.

منهای قابلیتها و توابع عملیاتی تعبیه شده، سازمان هر پایگاه اطلاعاتی میتواند از عوامل زیر متاثر گردد:

عامل اول به ساختار دادههای ذخیره شده در محیط هر نرم افزار GIS مربوط میگردد، چرا که اغلب آنها به یکی از مدلهای برداری و یا رستری تطبیق داده شده اند. بهعنوان مثال، نسخه های قبلی نرم افزار ArcGIS با مدل برداری مطابقت داده شده بودند. برخلاف آن، کلیه داده ها در محیط نرم افزار SPANS دارای ساختار رستری، به ویژه از نوع شاخه- درختی بودند. هر چند امروزه خیلی از نرم افزارها (مانند ArcGIS ) هر دو مدل برداری و رستری را مدیریت می نمایند، اما باید به ساختار داخلی نهادینه شده و توان تبدیلات مدلهای مربوطه آشنا بود. در حال حاضر با توجه به معماری اغلب نرم افزارها، می توان دادههای هر دو مدل اصلی را مدیریت نمود.

عامل دوم مربوط به ماهیت داده های توصیفی و یا غیرمکانی است. اغلب نرم افزارهای معروف GIS به طور ذاتی به یک DBMS متصل و مرتبط هستند، که به منظور سازماندهی داده های توصیفی از طریق جداول خاص به کار گرفته میشود.

سومین عامل مهم در ارتباط با چگونگی مدیریت داده های مکانی قرار میگیرد، که همانا اصلیترین وظیفه آن نمایش تولیدات GIS از طریق نقشه هاست. از اینرو، نحوه و چگونگی انباشت تولیدات نهایی در محیط پایگاه اطلاعاتی بسیار حائز اهمیت تلقی میگردد. طراحان نرم افزارهای GIS در جهت مدیریت بهینه داده های مکانی با توجه به مسائلی از قبیل نحوه کدگذاری داده ها، تثبت شناسه ها، همبستگی بین عوارض مکانی، چگونگی تعریف توپولوژی و نحوه اتصال لایه ها تمهیداتی را در معماری انواع پایگاه های اطلاعاتی اعمال مینمایند.

منبع: جزوه “کاربرد GIS در برنامه ریزی شهری و منطقه ای”، دکتر علی اکبر رسولی، سازمان شهرداری ها و دهیاری های کشور، وزارت کشور

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *