دور نظم المعلومات الجغرافية (GIS) في التصميم الحضري

تعرّف نظم المعلومات الجغرافية (Geographic Information Systems) بأنها النظم التي تقوم باكتساب، وخزن، وتحليل، وإدارة، وعرض البيانات التي تتعلق بخصائص المكان وترتبط به، وتعمل تطبيقات هذه النظم كأدوات تسمح للمستخدم بإنشاء استعلامات تفاعلية، وتحليل المعلومات المكانية، وتحرير البيانات، وإنشاء الخرائط، مع إمكانية تقديم نتائج بصيغ متعددة لجميع هذه الإجراءات، وتوفير حالات تحليلية واقعية عن البيئة الحقيقية المادية

ولأهمية ومكانة المعلومات ودورها الحيوي في عمليات التصميم المعماري والحضري  للمهندسين المعماريين والمخططين وخبراء الحفاظ على البيئة، فإن نظم المعلومات الجغرافية تعرض إمكانية ربط أية كمية أو مجموعة من البيانات لموقع حضري ما مع الإحداثيات الجغرافية المطلقة أو تلك التي يحددها المستخدم. وبالتالي، فان هذه النظم تعتبر أداة متقدمة تستخدم لإدارة جميع أشكال وتحليلات المعرفة المكانية. وتوصف نظم المعلومات الجغرافية بأنها مجموعة متمكنة من الأدوات التي تستخدم لتخزين واسترجاع المعلومات وحسب حاجة الخبير ورغبته، مع تحويل وعرض البيانات المكانية من العالم الحقيقي لمجموعة معينة من الأهداف والأغراض 

الحقول العلمية والتطبيقية لتقنية GIS

يمكن استخدام تكنولوجيا نظم المعلومات الجغرافية من قبل مجموعة متنوعة من التخصصات والمجالات، مثل التخطيط العمراني، وإدارة الموارد، وإدارة الأصول والمنشآت التاريخية والتراثية، وعلم الآثار، وعلم رسم الخرائط، والتحليلات والتحقيقات العلمية، وتقييم أثر العوامل البيئية، وعلم مكافحة الجريمة، والتاريخ الجغرافي، والإدارة والتسويق، والخدمات اللوجستية، ورسم الخرائط المنظورية، وغيرها من الحقول. تدمج نظم المعلومات الجغرافية عناصر مادية فيزياوية مثل المباني والشوارع مع بيانات وصفية مثل من؟ ما؟ والحجم؟ وغيرها، ومن ثم ربطها مع طوبولوجية المنطقة الحضرية.

ويتم استخدام هذه النظم لتمثيل الكائنات الموجودة فعليا ومواقعها المكانية مع التركيز على التحليل المكاني الفضوي، وتعد إمكانية إنشاء وصيانة البيانات المكانية (الرسومات والمخططات الصورية) وغير المكانية (المعلومات المتعلقة بالصفات) الميزة الأساسية  لها 

عادة ما تكون الخطوة الأولى لعملية استخدام التقنية في إدارة معلومات المنطقة الحضرية هي إجراء جرد شامل للموقع المقصود وبيئته العمرانية خصائصه التصميمية، تليها مرحلة تحليل البيانات المكتسبة للكشف عن المعلومات والنتائج المطلوبة، والتي تستند عليها خطة المشروع والقرارات التصميمية في جزء كبير منها، وتعد عملية الفهم والاستيعاب الشامل لهذه المرحلة أمر حيوي لغرض نجاح أي مشروع ومراحله التالية، وللحصول على نتائج متقدمة تتطلب مرحلة تحليل البيانات تفاصيل أكثر اكتمالا ومعلومات أكثر شمولا. وبالتالي، فإن تحديد الحالة الراهنة للبيئة الحضرية بخصائصها الواقعية الحالية تعتبر الهدف الرئيسي الذي ينبغي أن يكون واضحا ومعروفا من أجل وضع خطة للإجراءات والسياسات المستقبلية المقترحة بشأن كيفية حماية الموقع وتطويره وإعادة تأهيله وماهية وظائفه وإمكاناتها وعوائقها في المستقبل.

يتم استخدام المعلومات الرقمية في تكنولوجيا نظم المعلومات الجغرافية الحالية الحديثة، إذ أن التقنية الشائعة لإنشاء البيانات فيها هي التقنيات الرقمية حيث من خلال استخدام برمجيات التصميم بمساعدة الكمبيوتر(CAD)  أو قدرات تقنيات المراجع الجغرافية (Geo-referencing) يتم نقل خارطة ورقية أو مخطط المسح إلى الأداة الرقمية. ويتم الحصول على المعلومات الجغرافية كأسلوب أساسي من الأقمار الصناعية ومصادر المسح الجوي، والتي توفر على نطاق واسع صورا متعامدة ومصححة  رقمية

ولتسهيل عملية تحليل البيانات، تستخدم في نظم المعلومات الجغرافية معلومات مكتسبة من مصادر متنوعة ومختلفة. ويعد المطلب الأول لبيانات المصدر هو تعريف مواقع المتغيرات والمحددة مكانيا، والذي يمكن أن تقدمه تقنية نظم المعلومات الجغرافية، كما أن المعلومات الرقمية الموجودة ضمن المسوحات والتي لم يتم إلى الآن تحويلها إلى عناصر ضمن الخارطة، ممكن أن تتحول من خلال هذه نظم إلى أنواع مألوفة يمكن تمييزها واستخدامها

أنواع وطرق خزن البيانات في نظم المعلومات الجغرافية

يمكن تمثيل عناصر وخصائص العالم الحقيقي مثل الطرق والمباني ونوع استخدام الأراضي والارتفاعات والمستويات في نظم المعلومات الجغرافية على شكل بيانات رقمية، وتستخدم عادة طريقتين لتخزين البيانات في هذه التقنية وهي:النقطية الصورية (Raster Images): هي نوع البيانات على شكل الصور الرقمية الممثلة في البرمجيات الحاسوبية، والتي تتكون من صفوف وأعمدة من الخلايا مكونة مزيجا من وحدات البكسل، والتي تمثل أصغر الوحدات الأولية في الصورة، وتحفظ كل خلية قيمة لونية واحدة، مع قيم إضافية مسجلة. وهذا النوع من البيانات النقطية الصورية يعكس فكرة مجردة عامة للواقع الممثل، ومن أمثلة هذا النوع الصور الجوية المستخدمة لعرض معلومات تفصيلية للمواقع.المتجهات الرسومية (Vector Objects): في كثير من الأحيان، يتم في نظم المعلومات الجغرافية التعبير عن المعالم الجغرافية المختلفة كمتجهات رسومية (نقطة، خط، مضلع) من خلال اعتبار تلك العناصر على أنها أشكال هندسية مختلفة، فعلى سبيل المثال للعناصر المكانية التي يمكن أن يكون أفضل وصف لها بإشارة نقطة واحدة كالآبار وأعمدة الكهرباء، تستخدم النقطة بلا أبعاد – مع الإحداثيات المكانية – لغرض تمثيلها؛ وللعناصر الخطية مثل الأنهار والطرق تستخدم خطوط ذات بعد واحد أو الخطوط ذات السمك (polylines)، والتي يمكن قياس أطوالها والمسافات فيها، وللعناصر المكانية  التي تغطي منطقة محددة أو جزء معين من سطح الموقع، تستخدم المضلعات ثنائية الأبعاد، والتي يمكن قياس أبعادها ومحيطها ومساحها

وترتبط جميع هذه الأشكال الهندسية ضمن صفوف في قاعدة البيانات والتي توضح وتصف خصائص وسمات كل منها، ويمكن إنشاء الخارطة المطلوبة باستخدام هذه المعلومات لغرض توضيح سمة أو صفة معينة من البيانات.

مقارنة بين نوعي طرق الخزن

وبالمقارنة بين النوعين أعلاه، يمكن ملاحظة أن تسجيل القيم عادة ما يتم لجميع نقاط المنطقة بواسطة مجاميع بيانات نقطية صورية، والتي تحتاج عادة المزيد من مساحة التخزين عن تلك التي تمثل المعلومات في نوعية المتجهات الرسومية والتي يمكن تخزين البيانات فيها فقط عند الحاجة، وبهذا فان البيانات النقطية الصورية لن توفر الخصائص الكاملة  للعناصر التي تمثلها، كما أن من السهل تنفيذ عمليات تراكب وتغطية مقبولة في البيانات النقطية الصورية والتي في المقابل تكون أكثر تعقيدا مع البيانات المتجهة الرسومية.

من ناحية أخرى، يمكن أن يكون من الأسهل تسجيل وقياس وتغيير مقياس وإعادة التوجيه والإنشاء للبيانات المتجهة الرسومية، وبالتالي تسهل عملية جمع طبقات العناصر الاتجاهية الرسومية من مصادر مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، فإن المتجهات الرسومية أكثر توافقا مع بيئات قواعد البيانات الترابطية ذات العلاقات، وأنها يمكن أن تكون جزءا من جدول العلاقات كعمود طبيعي ويمكن معالجتها من قبل عدد كبير من المستخدمين، وبهذه الطريقة ، فمن السهل تحديث وصيانةبيانات المتجهات الرسومية.

وبجانب البيانات المكانية الممثلة في الإحداثيات الهندسية للمتجهات أو المكانية للخلية النقطية، يمكن تخزين المعلومات الإضافية غير المكانية في البيانات المتجهة الرسومية والتي تتضمن خصائص وصفات العناصر.