ما هو نظام المعلومات الجغرافية (GIS)؟

باستخدام نظم المعلومات الجغرافية (GIS)، يمكن للمستخدمين إنشاء استعلامات تفاعلية، وتحليل المعلومات المكانية، وتعديل البيانات، ودمج الخرائط، وعرض نتائج هذه المهام. تعتبر نظم المعلومات الجغرافية جزءًا من علم المعلومات الجغرافية، وهو المجال الشامل الذي يهتم بجميع جوانب نظم المعلومات الجغرافية—مثل الأجهزة والبرامج، ولغات البرمجة، والبيانات الجغرافية المكانية وكيفية عملها معًا.

تربط نظم المعلومات الجغرافية وتراكب ما يُعتبر غالبًا مجموعات بيانات متباينة لمساعدة الأفراد والشركات والحكومات على فهم عالمنا بشكل أفضل، وتحديد الأنماط والعلاقات التي لم تُستغل سابقًا. من خلال رسم الخرائط والتحليل باستخدام نظم المعلومات الجغرافية، يمكن للمؤسسات تحسين عملية صنع القرار وتحسين إدارة الموارد، وإدارة الأصول، وتقييمات الأثر البيئي، والتسويق، وإدارة سلسلة التوريد، والعديد من الأنشطة الأخرى.

تستطيع العديد من التحديات الأكثر إلحاحًا في يومنا هذا الاستفادة من أدوات نظم المعلومات الجغرافية والمعلومات المستندة إلى الموقع، مثل تغير المناخ والكوارث الطبيعية. على سبيل المثال، يمكّن نظام المعلومات الجغرافية مديري المرافق من تقييم الآثار بسهولة على أصول المنشأة في حالة وقوع كارثة طبيعية. أو يمكن لخرائط نظم المعلومات الجغرافية أن تساعدنا في فهم المواقع الجغرافية الدقيقة لمواقع التلوث فيما يتعلق بالمسطحات المائية والأراضي الرطبة لتحديد إمدادات المياه المعرضة للخطر.

تشمل الاستخدامات الواقعية لتقنية نظم المعلومات الجغرافية تطبيقات من قِبل هذه الوكالات:

• الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) تستخدم نظم المعلومات الجغرافية (GIS) لرسم خرائط انتشار البقع النفطية، وفهم تقلبات مستوى سطح البحر بشكل أفضل، وتحديد مسارات الأعاصير.
• مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها (CDC) تستخدم تقنية نظم المعلومات الجغرافية (GIS) لمعالجة قضايا الصحة العامة، مثل تحليل تأثير الموقع على الأمراض.

• تساعد ناسا وجهاز LiDAR المحمول جواً التابع لمشروع التحقيق العالمي في ديناميكيات النظم الإيكولوجية (GEDI) بجامعة ماريلاند، والمثبت على متن محطة الفضاء الدولية (ISS)، في الجهود الرامية إلى فهم أفضل لغابات الأرض وتضاريسها.

تُعدّ حالات الاستخدام هذه مجرد قمة جبل الجليد عندما يتعلق الأمر بقوة نظم المعلومات الجغرافية. فالتحليلات الجيومكانية، ومشاريع نظم المعلومات الجغرافية، وأدوات نظم المعلومات الجغرافية التي لا تزال قيد التطوير تساعد الأفراد والشركات والهيئات الحكومية في جميع أنحاء العالم على اتخاذ قرارات أفضل—بدءًا من التنبؤ بالطقس وصولًا إلى التخطيط الحضري.

واحدة من أولى حالات التحليل المكاني حدثت في عام 1854، عندما قام الطبيب البريطاني John Snow بتحديد مواقع تفشي الكوليرا في لندن وبيانات جغرافية أخرى على الخريطة. اكتشف أن حالات الكوليرا حدثت على طول خطوط المياه.¹

ولكن لم يبرز مجال نظم المعلومات الجغرافية بقوة إلا مع ظهور الحواسيب والجغرافيا الحاسوبية في ستينيات القرن الماضي. وخلال هذه الفترة، تأسست أيضًا Esri—الرائدة في تطوير برمجيات نظم المعلومات الجغرافية. وقد واصلت Esri تطوير العديد من طرق وتقنيات نظم المعلومات الجغرافية المستخدمة اليوم، مثل ArcGIS.

في سبعينيات القرن الماضي، مكّنت الحواسيب الأسرع والأرخص والأكثر تطورًا تسويق برمجيات نظم المعلومات الجغرافية تجاريًا. وشجع ذلك، جنبًا إلى جنب مع صعود الأقمار الصناعية وتكنولوجيا الاستشعار عن بُعد، الحكومات والشركات والمؤسسات الأكاديمية على تبني نظم المعلومات الجغرافية.

أصبحت نظم المعلومات الجغرافية (GIS) اليوم منتشرة في كل مكان. بيانات نظم المعلومات الجغرافية مفتوحة المصدر من هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) ووكالات أخرى، وتطبيقات نظم المعلومات الجغرافية (مثل QGIS) وبرامجها التعليمية متاحة بسهولة. وخارج الإعدادات الحكومية والأكاديمية، يُستخدم نظام المعلومات الجغرافية لتتبع الطرود، وتوجيه الرحلات، وطلب خدمات نقل الركاب.

تصف البيانات الجغرافية المكانية كائنات أو أحداثًا أو سمات جغرافية أخرى بموقع على سطح الأرض أو بالقرب منه. تجمع البيانات الجغرافية المكانية بين بيانات الموقع (مثل الإحداثيات) وبيانات السمات (خصائص الكائن أو الحدث أو السمات الجغرافية الأخرى) مع البيانات الزمنية (الوقت أو العمر الذي يوجد فيه الموقع والسمات).

تحتوي البيانات الجغرافية المكانية على مجموعات بيانات كبيرة من مصادر متنوعة بما في ذلك بيانات التعداد السكاني والديموغرافية، وصور الأقمار الصناعية (بما في ذلك بيانات الاستشعار عن بُعد)، وبيانات العقارات، وبيانات الطقس، وبيانات الهواتف المحمولة، والصور المرسومة، وبيانات وسائل التواصل الاجتماعي.

تستطيع تطبيقات نظم المعلومات الجغرافية استيعاب أنواع عديدة من تنسيقات البيانات: ملفات الخرائط، وجداول البيانات، والصور، وغيرها الكثير. بعد ذلك، تقوم أدوات نظم المعلومات الجغرافية بتراكب أي مجموعة من هذه البيانات لإنتاج تصورات وخرائط رقمية. توفر طبقات البيانات الجغرافية المكانية هذه رؤى تتجاوز بكثير قدرة الخرائط الورقية ورسم الخرائط التقليدي.

قد تجد المؤسسات أن البيانات الجغرافية المكانية أكثر فائدة عندما يمكن اكتشافها ومشاركتها وتحليلها واستخدامها مع بيانات الأعمال التقليدية. وعند استخدامها بشكل صحيح، يمكن للبيانات الجغرافية المكانية أن تزود المؤسسات بإنذارات مبكرة بالتغيرات القادمة، وفهم أعمق لحلول التحليلات، وكفاءة متزايدة للعمليات الشاملة. وهذه عناصر أساسية لبناء أماكن عمل المستقبل.

تستخدم نظم المعلومات الجغرافية تنسيقين رئيسيين لملفات البيانات الجغرافية المكانية: البيانات النقطية والبيانات المتجهة.

يجمع الاستشعار عن بُعد بيانات جغرافية مكانية ويجري قياسات حول سطح الأرض من الأعلى. تستخدم هذه العملية أجهزة استشعار عن بُعد مثبتة على الأقمار الصناعية والبالونات والطائرات بدون طيار والطائرات، والتي تستشعر وتسجل الطاقة المنعكسة أو المنبعثة. يمكن دمج هذه المعلومات المستشعرة عن بُعد مع برامج نظم المعلومات الجغرافية لمساعدة المستخدمين على اتخاذ قرارات مستنيرة بالبيانات حول الأرض بمنظور عالمي.

هناك نوعان من الاستشعار عن بُعد: الاستشعار النشط والسلبي.

الاستشعار النشط عن بُعد يستخدم مستشعرات تبعث طاقتها أو مصدر الضوء الخاص بها ثم تكشف الإشعاع المنعكس. مثال على ذلك هو LiDAR (الكشف عن الضوء وتحديد المدى)، الذي يستخدم أشعة الليزر لقياس المسافات والحركة في الوقت الفعلي.

تُستخدم تقنية LiDAR لإنشاء خرائط طبوغرافية بالإضافة إلى النماذج ثلاثية الأبعاد الدقيقة التي توجه المركبات ذاتية القيادة عبر الشوارع. كما يُستخدم الاستشعار عن بُعد النشط لتقييم الكوارث الطبيعية مثل تدفقات الحمم البركانية والانهيارات الأرضية والفيضانات.

الاستشعار عن بُعد السلبي لا يطلق طاقته الخاصة. بل يجمع الإشعاع المنبعث والمنعكس بشكل طبيعي، أي من الشمس. تتضمن الأمثلة الشائعة لأجهزة الاستشعار عن بُعد السلبية أجهزة قياس الإشعاع (التي تقيس الإشعاع الكهرومغناطيسي) ومقاييس التسارع (التي تقيس التسارع).

ازداد حجم بيانات الاستشعار عن بعد بشكل كبير في السنوات الأخيرة، ويعود ذلك بشكل أساسي إلى زيادة عدد الأقمار الصناعية والتحسينات في تكنولوجيا الاستشعار. وقد جعل هذا إدارة بيانات الاستشعار عن بُعد صعبة بشكل متزايد أيضًا. يجري إدخال نماذج الذكاء الاصطناعي الأساسية للمساعدة في تحليل الحجم المتزايد من بيانات الاستشعار عن بُعد، مما يسهل على المنظمات والوكالات الحكومية إجراء التحليلات والإجابة على أسئلة محددة.

يُحدد التحليل الجغرافي المكاني الأنماط ويضع التنبؤات باستخدام البيانات الجغرافية المكانية. يمكن للمؤسسات استخدام التحليل الجغرافي المكاني عن طريق استعمال أجهزة وبرامج نظم المعلومات الجغرافية لإنتاج تصورات تعرض العلاقات المكانية، أي كيف ترتبط العناصر الجغرافية المكانية المختلفة ببعضها البعض. يمكن أن تتضمن هذه التصورات خرائط ورسومًا بيانية وإحصائيات وخرائط تصويرية. 

بدون تقنية نظم المعلومات الجغرافية وتحليلها، من السهل إغفال مجموعات البيانات الجغرافية المكانية الكبيرة والرؤى المتضمنة فيها بسبب تعقيدها. تعرض تصورات نظم المعلومات الجغرافية المذكورة سابقًا هذه البيانات بتنسيقات سهلة الفهم مع أنماط يمكن التعرف عليها. 

يجلب السياق الإضافي سهل الفهم للتحليل الجغرافي المكاني وجهات نظر جديدة للأعمال ويتيح اتخاذ قرارات أكثر استنارة. على سبيل المثال، يمكن لشركة مرافق استخدام التحليل الجغرافي المكاني لتحليل أداء مئات الآلاف من الأميال من خطوط الكهرباء للمساعدة في التنبؤ بانقطاعات الخدمة الناجمة عن الظروف الجوية القاسية، ورؤية المناطق الأكثر عرضة للخطر وتحسين جداول الصيانة.

ينقل التحليل الجغرافي المكاني بشكل فعال شكل وطاقة الوضع المتغير. وكلما جمعت المؤسسة المزيد من البيانات المكانية حول سيناريو ما، أصبح من الأسهل اكتشاف الفروق الدقيقة واتخاذ قرارات أفضل بشأنها.