امروزه به طور وسیع بهره‌گیری از «سیستم اطلاعان جغرافیایی » یا GIS در سازمان‌های اجرایی جهت تصمیم‌گیری‌ها و مدیریت پروژه‌های گوناگون گسترش پیدا کرده است و در محیط‌های علمی در مورد آن بحث می‌گردد. با توجه به اینکه این سیستم در ارتباط مستقیم با نقشه‌برداری به نقشه اتکا دارد، لازم است تا اطلاعاتی مختصر در مورد آن ارائه شود.
هنگامی که از «اطلاعات جغرافیایی» سخن به میان می‌آید، مقصود اطلاعاتی در رابطه با یک منطقه از زمین است و از آنجایی که تمامی فعالیت‌های بشر در روی زمین اتفاق می‌افتد، اکثر آنها به اطلاعات جغرافیایی مرتبط می‌شوند.
تأثیرگذارترین شیوه‌ی به نمایش گذاشتن اطلاعات جغرافیایی از آغاز تمدن بشر، همواره نقشه بوده است و با توجه به اینکه یک نقشه شامل اطلاعات مختلف و تصویری جامع و متمرکز از زمین می‌بود که به وضوح حتی عوارض پوشیده شده و پنهان طبیعت را با دقت هندسی آشکار میکرد، ارزشی برابر با ارزش صدها صفحه گزارش از یک منطقه را دارا بود که به منظور مدیریت و تصمیم‌گیری و برنامه‌ریزی در زمینه‌های مختلف از قبیل کشاورزی، زمین‌شناسی، منابع طبیعی، جنگل‌داری، شهرداری، محیط زیست و… همواره از آن استفاده می‌کردند.
پس از تهیه‌ی نقشه تا جایی که امکان داشت اطلاعات لازم بر روی نقشه افزوده می‌گردید و در نتیجه یک «نقشه‌ی موضوعی» حاصل می‌شد. سپس تحلیل اطلاعات نقشه با استفاده از مشاهده و مطابق با برداشت کیفی (نه کمی) ناظر صورت می‌پذیرفت. همچنین تحلیل‌های کمی از نقشه هم تا حدودی امکان‌پذیر بود و با اینکه تحلیل و بررسی تعداد محدودی از داده‌های جغرافیایی می‌توانست به راحتی صورت بگیرد، لیکن این روش برای حجم زیادی از داده‌ها غیرقابل استفاده بود.
در سال 1970 که کامپیوتر در معرض دسترس عموم قرار گرفت، گام بزرگی در فناوری تحلیل داده‌ها برداشته شد و سیستم‌های کامپیوتری و اطلاعات جغرافیایی، قدرت بی‌نظیری را به تحلیل و بررسی جامع اطلاعات، عطا کردند.
به طور کلی «سیستم اطلاعات جغرافیایی» مجموعه‌ای است که با استفاده کامل از امکانات علمی و پیشرفته علوم نقشه‌برداری و جغرافیا، شرایط تعیین موقعیت محل و شناسایی عوارض و پدیده‌های جغرافیایی و ایجاد ارتباط بین آنها را فراهم نموده و بدین صورت نقش مهمی در مدیریت و برنامه‌ریزی پروژه‌های مرتبط با زمین را ایفا می‌کند.
GIS چیست؟
امروزه فعالیت متخصصین رشته‌های گوناگون علوم پایه در ارتباط با یک منطقه، افزون بر نقشه‌هایی که در آنها عوارض منطقه تعیین موقعیت شده‌اند، اطلاعات دیگری هم به کمک متخصصین مربوطه تهیه و تمامی آنها را در مجموعه‌ای از نقشه‌ها، آماده و طبقه‌بندی نموده‌اند. این اطلاعات به صورت کدها و علائم قراردادی گوناگون که هرکدام بیانگر یک عارضه و اطلاعات خاصی در سطح زمین بوده‌اند، به نمایش در می‌آمد و توضیح آنها در راهنمای هر نقشه آورده می‌شده است. در موارد پرشماری که جمع اطلاعات موجود بیشتر از تعداد علائم قراردادی بوده باید ازعرضه‌ی اطلاعات اجتناب می‌گردید و یا اینکه آنها را در ضمیمه‌ای ارائه می‌کردند. به این نقشه‌ها و ضمایم آنها به اصطلاح «پایگاه اطلاعات جغرافیایی» منطقه می‌گفتند که البته استفاده از این پایگاه‌های اطلاعات جغرافیایی دارای ایراداتی نیز بوده که مهم‌ترین آنها بدین شرح است:
- به علت عدم امکان ارائه‌ی اطلاعات جمع‌آوری شده به صورت گویا در نقشه و جهت دسترسی بهتر به اطلاعات ضمیمه نقشه، باید آنها را طبقه‌بندی کرد. این عمل غالباً کاهش این اطلاعات و فدا شدن اطلاعات جزئی را به دنبال دارد.
- حساسیت کار این نیاز را می‌طلبد که افزون بر دقت زیاد که بایستی در تهیه‌ی نقشه اعمال شود، از علائم و اعداد به گونه‌ای استفاده شود که بیننده مشکلی برای تعیین موقعیت عوارض و برقراری ارتباط بین این عوارض و اطلاعات جانبی، نداشته باشد.
- در مواردی که سطح منطقه بالا است و چندین برگ نقشه به کار گرفته می‌شود، بررسی مناطق حاشیه‌ای نیازمند چسباند آنها به یکدیگر است.
- تغییرات در نقشه‌ها و به روز شدن آنها، صرف وقت و هزینه‌ی هنگفتی را به دنبال داشته است.
- علاوه بر تهیه نقشه و تنظیم اطلاعات ضمیمه، آماده کردن یک نقشه موضوعی از نقشه کلی آماده شده نیز، عملی بسیار زمان‌بر و پرهزینه است.
- در صورتی که نقشه‌ها و اطلاعات تهیه شده برای مدت زمان طولانی (بیش از 20 سال) قابل کاربری باشد، هزینه‌های موردنظر توجیه اقتصادی دارد اما عمدتاً این چنین نیست زیرا اغلب عوارض مصنوعی مانند شبکه‌های راه‌ها، آب، برق، مخابرات و یا تقسیم نقشه‌های آنها به سرعت در حال تغییر می‌باشند.
- تهیه‌ی نقشه با روش‌های قبلی بسیار به عکس شباهت دارد و مانند این است که از دیدگاه خاص عکاس از یک منطقه و در زمان مشخص برداشته شده باشد.
در ابتدا، استفاده از نقشه‌های موضوعی به منظور ثبت ذخایر طبیعی و تقسیم‌بندی مشاهدات طبیعی به روش کیفی بود.
در دو شکل بعد به ترتیب نقشه موضوعی پراکندگی جمعیت در ایران و همچنین نقشه موضوعی میزان بارندگی در نواحی گوناگون ایران به تصویر کشیده شده است.
تحلیل اطلاعات نقشه نیز از طریق مشاهده و مطابق با برداشت کیفی (نه کمی) ناظر صورت می‌پذیرفت. تحلیل‌های کمی از نقشه هم تا حدی امکان‌پذیر بود که می‌توانست شامل اندازه‌گیری‌های طول و یا مساحت با استفاده از مقیاس نقشه باشد.
در اشکال بعد تعدادی نقشه به منظور آشنایی بیشتر آورده شده است.
هرچند تحلیل و بررسی مقدار محدودی از داده‌های جغرافیایی به وسیله‌ی نقشه‌های موضوعی می‌توانست نسبتاً به راحتی صورت بپذیرد اما این روش برای مقدار زیاد داده‌ها غیر قابل کاربرد بود.
اساسی‌ترین مشکل این است که برقراری ارتباط میان عوارض نقشه و اطلاعات گوناگون فنی و اجتماعی، سخت و زمان‌بر و در اغلب موارد غیر ممکن است.
امروزه همگان به این موضوع اعتقاد دارند که رایانه‌ها نه تنها صدها بار سرعت انجام امور تحلیلی را افزایش می‌دهند، بلکه از نظر دقت نیز کاملاً اطمینان‌بخش می‌باشند. به ویژه اینکه هنگامی که حجم اطلاعات بسیار زیاد باشد، احتمال رخ دادن اشتباه در انجام عملیات به صورت دستی افزایش پیدا می‌کند.
به توجه به موارد مذکور و تقاضاهای روزافزون و نیاز به نقشه‌ها و اطلاعات مربوط به مشخصات موارد تحت بررسی و امکان تلفیق آنها جهت دستیابی به نتیجه‌گیری‌های موردنیاز، ملاحظه می‌گردد که سیستم‌های قبلی ایجاد «پایگاه اطلاعات جغارفیایی» جوابگو نبوده و لزوم ایجاد سیستم‌های نوین با بهره‌گیری از رایانه‌ها هر روز افزایش یافته است.
در دهه‌های اخیر فعالیت‌های گسترده‌ای در زمینه‌ی مکانیزه کردن، سیستم‌های ایجاد پایگاه اطلاعات جغرافیایی و بهره‌گیری هرچه بیشتر از رایانه‌ها در جمع‌آوری در جمع‌آوری و نگهداری و به روزرسانی داده‌ها در زمینه‌های گوناگون از قبیل مهندسی عمران، جغرافیا، برنامه‌ریزی شهری و روستایی و منطقه‌ای و سنجش از دور و تحلیل عکس و مسائل نظامی، صورت پذیرفته است که در پایان منتج به تولید یک ابزار بسیار قدرتمد گردید که به طرز مناسبی می‌تواند تمامی اطلاعات جغرافیایی مربوط به یک منطقه را جمع‌آوری و ذخیره کند و در زمینه بازرایابی و به روزرسانی و ارتباط داشتن و تجزیه و تحلیل آنها مبادرت ورزیده و اطلاعات لازم را به منظور تصمیم‌گیری و برنامه‌ریزی، به‌دست آورد.
این ابزار قدرتمند که پتانسیل زیادی نیز برای گسترش دارد، با نام «سیستم اطلاعات جغرافیایی» یا GIS خوانده می‌شود و مجامع علمی، تعریف زیر را برای این سیستم بیان نموده‌اند:
«سیستم اطلاعات جغرافیایی» یک سیستم اطلاعت عددی است که می‌تواند اطلاعات جغرافیایی و غیرجغرافیایی زمینه‌های گوناگون یک نقطه را به یکدیگر ارتباط داده و آنها را مورد تجزیه و تحلیل قرار دهد و داده‌های موردنیاز تصمیم‌گیری را استخراج کند.
استفاده از سیستم مذکور تا سال‌های اخیر، هزینه‌های زیادی را دربر داشت و دلیل این موضوع گرانی سخت‌افزارها و موجود نبودن اطلاعات به طریقه‌ی عددی بود اما دو اتفاق مهم موجب ایجاد تحول در این وضعیت گردید. اول اینکه بهای سخت‌افزارهای رایانه در دهه‌ی اخیر تا میزان زیادی کاهش یافت و دومین اتفاق نیز افزایش حجم اطلاعات به طریقه‌ی عددی بود که آن‌را می‌توان ناشی ازکاهش تقریبی قیمت رایانه دانست.
در هر صورت می‌توان گفت پیدایش این سیستم پیشرفت شگرفی را در روند تجزیه و تحلیل اطلاعات و اطلاعات جغرافیایی به وجود آورده است تا افراد قادر باشند با تلفیق انواع اطلاعات جغرافیایی و دیگر اطلاعات مدنظر، به نتایج مهمی دست پیدا کنند.
در ادامه جهت آشنایی بیشتر با این سیستم به ذکر دو مثال ساده می‌پردازیم:
مثال1: در صورت گردآوری و ذخیره‌ی اطلاعات مربوط به معادن و یا مناطق کشف شده که به عنوان محدوده‌های جغرافیایی، طیف وسیعی از اطلاعات و نقشه‌ها را در بردارند، سیستم نه تنها خواهد توانست به سؤالات ساده‌ای از قبیل نام یک معدن و محدوده و مختصات جغرافیایی آن را جواب دهد، بلکه قادر است مکانی که چند شرط تعیین شده را برآورده کرده، بیابد و نشان دهد. به عنوان مثال برای پیدا کردن محدوده زغال‌سنگ کشف شده‌ای که با راه ارتباطی کمتر از 10 کیلومتر فاصله داشته باشد و ذخیره کشف شده در آن هم بیش از 20000 تن باشد، می‌تواند عمل مدل‌سازی را برای اتخاذ تصمیم برنامه‌ریزان موردنظر انجام دهد. برای درک بهتر می‌توان گفت که سیستم قادر است به این پرسش، پاسخ دهد: «شروع بهره‌برداری از یک معدن، از لحاظ اقتصادی و تولید چه تأثیراتی بر روی کار سایر معادن مجاور خواهد داشت؟» اصولاً پاسخگویی به این مدل سؤالات زمانی امکان‌پذیر است که اطلاعات موردنیاز در سیستم موجود باشد.
مثال 2: در یک نقشه‌ی شهری در صورتی که یک واحد مسکونی را در نظر بگیریم، این واحد دارای اطلاعات متفاوتی مانند مساحت، نام مالک، تاریخ ساخت، تعداد طبقات و … است. سیستم GIS ضمن ذخیره نقشه‌ی این واحد مسکونی، دیگر اطلاعات مربوط به آن را نیز ذخیره می‌کند. همچنین قادر است، ضمن ترکیب و تجزیه اطلاعات گرافیکی و تشریحی فوق، به سؤالات گوناگونی از جمله اینکه در کدام طبقه اتاقی به مساحت مشخص قرار دارد، پاسخ دهد.
هرگونه آگاهی یا دانشی که بتوان آن را به مختصات (x,y,z) یا (,θ,hλ) نقاط واقع بر روی کره‌ی زمین نسبت داد، یک «اطلاع جغرافیایی» است. لذا اطلاعات جغرافیایی دارای طیف بسیار گسترده‌ای بوده و شامل تمامی اطلاعات مرتبط با محیط اطراف ما می‌شود. به عنوان مثال اطلاعاتی در زمینه‌ی جمعیت مناطق گوناگون، نوع محصولات کشاورزی در نواحی مختلف، مالکیت‌ها، راه‌های ارتباطی و … در زمره‌ی اطلاعات جغرافیایی به شمار می‌روند.
حجم اطلاعات و مدیریت آن
جمع‌آوری اطلاعات جغرافیایی مستلزم همکاری متخصصین نقشه‌برداری به عنوان تعیین کننده‌ی موقعیت با گروه وسیعی از متخصصان علوم دیگر (جامعه‌شناس، جغرافیدان، مهندس معمار، زمین‌شناس و …) است.
همچنین این سیستم امکان تهیه‌ی نقشه‌های جدید را نیز فراهم می‌کند. برای مثال چنانچه تصور کنیم نقشه‌های توپوگرافی و زمین‌شناسی یک منطقه با مقیاس 1:20000 ذخیره شده باشد، سیستم قادر است نقشه‌های شامل هر دو دسته اطلاعات و یا مقیاس‌های متفاوت و در محدوده‌های لازم را آماده و عرضه نماید.
اساساً هنگامی که نقشه‌های مختلفی در سیستم ذخیره می‌گردند، هریک از آنها در واقع یک لایه‌ی اطلاعاتی را تشکیل داده و مطابق با نیاز، می‌توان همه و یا تنها تعدادی از این لایه‌های اطلاعاتی را مورد پردازش قرار داد و با نقشه‌های جدید تهیه و آماده‌ی چاپ نمود.
در شکل زیر ویژگی‌های جغرافیایی زمین در قالب یک لایه‌ی اطلاعاتی ارتباطی نشان داده شده‌اند.
شکل بعد نیز نمای شماتیک استقرار نقشه‌های مختلف در سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی را نمایش می‌دهد.
اجزای اصلی سیستم GIS
به منظور ایجاد این سیستم اطلاعاتی، به اجزای اصلی زیر احتیاج داریم:
- سخت‌افزار و نرم‌افزار: در مرحله‌ی نخست برای ایجاد یک مجموعه‌ی GIS، باید سخت‌افزار و نرم‌افزار مناسب در اختیار باشد.
حجم گسترده‌ی اطلاعات از یک طرف و پیچیدگی‌های نرم‌افزارهای GIS از طرف دیگر، موجب می‌گردد تا این سیستم به مجموعه‌ی سخت‌افزاری بسیار توانمندی اتکا داشته باشد. بنابراین اغلب نرم‌افزارهای تخصصی GIS بر روی «ایستگاه‌های کاری» قابل نصب و بهره‌برداری هستنتد. البته برخی از نرم‌افزارهای GIS بر روی کامپیوترهای شخصی (PC) قابل نصب و راه‌اندازی می‌باشند که در این صورت محدودیت‌هایی در حجم اطلاعات ورودی به دنبال آن در مراحل بعدی ایجاد خواهد شد.
نرم‌افزارهای GIS از توابع و دستورالعمل‌های مختلفی تشکیل شده است. لذا جهت سهولت کاربرد، معمولاً یک نرم‌افزار GIS به طور منطقی به چند زیربرنامه تقسیم می‌گردد. به عنوان مثال تمامی توابع و دستورالعمل‌ها به منظور عملیات ترسیم نقشه در یک زیربرنامه و کلیه‌ی توابع مربوط به تولید و چاپ نقشه در زیربرنامه دیگری سامان‌دهی شده‌اند. بنابراین خریدار با توجه به نیاز خود، می‌تواند تمامی زیربرنامه‌ها و یا تنها چند زیربرنامه‌ی موردنیاز خود را خریداری کند.
در شکل زیر نمودار یک سیستم GIS به تصویر کشیده شده است.
-پایگاه اطلاعاتی:
جزء جدانشدنی سیستم است و چگونگی استقرار و ارتباط داده‌ها در این قسمت تعیین می‌شود. در این پایگاه، نقشه تنها با عکس هوایی و تصویر ماهواره‌ای ذخیره نمی‌گردد بلکه سیستم مدیریت اطلاعات نیز به صورت جزء پیوسته‌ی آن درآمده است.
جهت دستیابی به امکانات تحلیلی اطلاعات جغرافیایی، باید سه نوع اطلاعات در مورد پدیده‌ها و عوارض مکان‌دار جغرافیایی ثبت شده در رایانه، وجود داشته باشد که عبارتند از:
الف) نام یا نوع هر پدیده
ب) ارتباط آن با دیگر پدیده‌ها یا عوارض
ج) امکان استقرار آن
سیستم پایگاه اطلاعاتی، امکانات و همزمان‌سازی مدل‌های مختلف چنین اطلاعاتی را مهیا می‌کند. در پایگاه اطلاعات جغرافیایی (Geographic Data Base System) مکان پدیده‌ها و در سیستم پایگاه اطلاعاتی (Data Base System) مشخصات پدیده‌ها و ارتباط آن با دیگر پدیده‌ها، نگهداری می‌شود و با ایجاد ارتباط بین این اطلاعات، شرایط پردازش تحلیلی مجموعه‌ی اطلاعاتی مهیا می‌گردد.
در شکل بعدی مراحل ارائه‌ی نتایج به تصویر درآمده است.
-افراد و مراکز استفاده کننده:
سومین جزء تشکیل‌دهنده‌ی این سیستم افراد و مراکزی می‌باشند که از آن استفاده می‌کنند. در این بین، مدیران اجرایی و برنامه‌ریزهای جامعه بیشترین سهم را در استفاده‌کنندگان این سیستم دارند که خواسته‌های آنها در قالب مدل‌های علمی قابل تعریف، در رایانه تعریف می‌شود که به آسانی قابل دسترسی است.
تبدیل اطلاعات در GIS
از زمان ورود اطلاعات تا هنگام اخذ نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل، یک سری فعالیت‌هایی صورت می‌پذیرد که می‌توان آنها در 5 مؤلفه به شرح زیر خلاصه نمود:
الف) ورود اطلاعات
ب) ذخیره و سازماندهی
ج) پردازش داده‌ها
د) تحلیل داده‌ها
ه) خروج اطلاعات
-ورود اطلاعات:
اشکال مختلف اطلاعات نظیر نقشه، عکس‌های هوایی، تصاویر ماهواره‌ای، جداول آماری، اطلاعات صحرایی و… را می‌توان وارد سیستم نمود. غالباً این انتقال اطلاعات به کامپیوتر بسیار زمان‌بر و پر خرج است و امکان دارد پروسه‌ی آن ماه‌ها طول بکشد.
داده‌ها را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:
الف) داده‌های مکانی یا جغرافیایی: این نوع داده‌ها را می‌توان به سه شکل هندسی نقطه، خط و چندضلعی نمایش داد. از نقطه، جهت نشان دادن یک عارضه جغرافیایی در یک مکان مثل ساختمان استفاده می‌شود و از خط به منظور نمایش دادن عوارضی که باریک و طولانی هستند مثل جاده‌ها، ریل راه‌آهن و … و همچنین برای نشان دادن سطوح بسته مانند محدوده‌ی شهر یا دریاچه و یا قطعه‌ای از اراضی بهره می‌گیرند. مختصات تمامی این داده‌ها، معلوم می‌باشد.
ب) داده‌های غیرمکانی: این مدل داده‌ها در حقیقت یک کمیت به شمار می‌آیند مثل جمعیت یک کشور یا میزان نمک در یک دریاچه و یا طول درختان یک قطعه زمین از جنگل و یا غیر از آنها مانند نوع خاک‌ها، اسامی رودخانه‌ها، نوع خاک‌ها در یک منطقه کشاورزی یا نوع درختان در یک منطقه جنگلی.
این داده‌ها، پدیده‌هایی را مشخص می‌کنند که در یک محل و یک زمان خاص وجود داشته‌اند. طبیعتاً این پدیده‌ها به طور یکسره در حال تغییر و تحول هستند مانند جمعیت شهرها یا نوع و تراکم گیاهی یک منطقه
جهت وارد نمودن داده‌های مکانی، عمدتاً از یک «دیجیتایزر» یا « اسکنر» و همچنین برای داده‌های غیرمکانی از صفحه کلید استفاده می‌کنند.
در شکل زیر لایه‌های GIS به نمایش درآمده است.
با توجه به اینکه اساس کار سیستم، این داده‌ها هستند لذا در انتقال آنها باید نهایت دقت را به خرج داد. زیرا هنگامی می‌توان از این سیستم اطلاعات دقیقی دریافت نمود که اطلاعات ورودی دقیقی هم به آن داده شده باشد.
-ذخیره و سازماندهی:
روش‌های مختلفی جهت سازماندهی داده‌ها به صورت فایل‌هایی که رایانه بتواند آن را بخواند، وجود دارند که شامل چگونگی ذخیره و سازماندهی داده‌های مذکور در سیستم است. این سازماندهی قبلاً در سیستم‌های اطلاعاتی برای داده‌های غیرمکانی استفاده می‌گردید اما در اینجا این امر شامل داده‌های مکانی هم می‌شود. جهت تفهیم بهتر مطالب گفته شده، به ذکر یک مثال می‌پردازیم:
در شکل زیر نقشه‌ای از ایران که شامل مرز و مناطق مختلف اقلیمی ایران می‌باشد، به تصویر کشیده شده است.
همانطور که بیان گردید، داده‌های مکانی شامل خطوط نشان‌دهنده‌ی چهار اقلیم گوناگون و مرز کشور می‌باشند. اطلاعات غیرمکانی در این مثال شامل کد نواحی مختلف اقلیمی بوده که در جدول بعدی آمده است:
جدول کد نواحی مختلف اقلیمی
| نوع اقلیم | ناحیه |
| مرطوب و نیمه‌مرطوب | 1 |
| خشک مدیترانه‌ای | 2 |
| گرم و خشک | 3 |
| خشک | 4 |
داده‌های مکانی را می‌توان در یک یا چند لایه ذخیره نمود. مثلاً چنانچه در اینجا مرز ایران را در یک لایه به اسم «مرز» و خطوط تشکیل دهنده‌ی اقلیم‌های گوناگون را در لایه دیگری تحت عنوان «اقلیم» نمایش دهیم، با مطابقت دادن این دو لایه تمامی نقشه‌ها ظاهر خواهد گردید.
در مراحل ابتدایی به‌وجود آوردن یک سیستم GIS، روش‌های مختلف سازماندهی داده‌های مکانی در مورد تحلیل و تولید اطلاعات باید به طور کامل مطالعه شود و بهترین روش برای بهره‌گیری انتخاب گردد. در نقشه‌هایی که داده‌های بیشتری مانند نهرها، جاده‌ها، مناطق جنگلی، خطوط راه‌آهن، دریاچه و… را دارند، تصمیم‌گیری در مورد نحوه‌ی انتخاب لایه‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است.
نرم‌افزارهای مختلف GIS از روش‌های مختلفی ذخیره‌ی لایه‌ها استفاده می‌کنند. به طور کلی در ابتدای کار انتخاب نرم‌افزاری هماهنگ با نیازها، مهم و قابل مطالعه است.
داده‌های غیرمکانی را به دو شیوه ذخیره و سازماندهی می‌نمایند. شیوه‌ی اول، ذخیره‌ی در یک لایه است مثل داده‌های مکانی به طوری که قبلاً اشاره شد و شیوه‌ی دوم نیز، ذخیره در یک پرونده می‌باشد.
در صورتی که در مثال قبلی بخواهیم مطابق با روش اول عمل کنیم، اسم یا کد هر ناحیه‌ی اقلیمی در لایه‌ای به نام «ناحیه» نمایش داده می‌شود و کد هر اقلیم از نظر مکانی، در داخل چندضلعی مشخص‌کننده‌ی محدوده‌ی مرزی آن ناحیه واقع می‌گردد.
چنانچه نقشه به عنوان مثال شامل دریاچه‌های ایران و اسامی‌شان هم می‌بود، آنها را در لایه‌های «دریاچه» و «اسم دریاچه» نشان می‌دادیم. حال برای به نمایش گذاشتن دریاچه‌های ایران و اسامی آنها می‌توان تنها لایه‌های «مرز» و «دریاچه» و «اسم دریاچه» را روی هم قرار داد. لذا نتیجه می‌گیریم که با سازماندهی صحیح لایه‌ها، می‌توان نقشه‌های مختلفی را از یک سری داده‌های اولیه به‌دست آورد.
در ادامه به توصیح روش دوم می‌پردازیم:
-پردازش داده‌ها:
نرم‌افزارهای متنوع «GIS» از روش‌های گوناگونی جهت پردازش داده‌های مکانی و غیرمکانی بهره می‌گیرند و از آنجایی که نحوه‌ی سازماندهی داده‌ها و پردازش آنها، تعیین کننده‌ی کاربرد و سرعت عملیات یک سیستم «GIS» است، انتخاب صحیح نرم‌افزار مربوطه را بایستی بر عهده‌ی متخصصین این امر گذاشت و باید دقت نمود که سرمایه‌گذاری اولیه در این مورد موجب صرفه‌جویی زیادی در مراحل بعدی خواهد شد.
فرایندهای زیادی در این بخش انجام می‌شود که هدف آنها ایجاد «موضوع» (Theme) و به‌وجود آوردن روابط جغرافیایی است. در مثال قبلی «موضوع» آخرین نقشه در مورد «نواحی اقلیمی ایران» می‌باشد.
برای شخصی که این نقشه را مشاهده می‌کند، نمایش دادن محل چندضلعی (اقلیم) شماره‌ی 1 کار سختی نیست اما برای رایانه بایستی محل این چندضلعی و محدوده‌ی آن محاسبه گردد. در نتیجه پردازش شامل عملیاتی است که سیستم اجرا می‌کند و جهت شناسایی تمام چندضلعی‌ها در یک موضوع پس از پردازش آن موضوع، اطلاعات زیادی را در مورد آن می‌یابد، مانند مساحت و محیط هر اقلیم و رابطه‌ی جغرافیایی آن با دیگر اقلیم‌ها و غیره. این اطلاعات به همراه اسم و کد هر چندضلعی در یک پرونده به منظور استفاده‌های بعدی ذخیره می‌گردند. این پرونده‌ها پس از ایجاد شدن، مستقل از GIS می‌باشند و می‌توانند خارج از محیط GIS به کار گرفته شوند و اطلاعات دیگری به آنها افزوده گردد.
در شکل بعدی لایه‌های یک نقشه‌ی شهری نشان داده شده است.
-تحلیل داده‌ها:
عملی که سیستم GIS را از دیگر سیستم‌های اطلاعاتی مجزا می‌کند، پردازش و تحلیل داده‌های مکانی است. عملیات تحلیل شامل پاسخگویی به سؤالاتی در مورد جهان خارج است. GIS اطلاعات موردنیاز جهت پاسخگویی به این پرسش‌ها را از پرونده‌های ذخیره شده استخراج می‌نماید. مجموعه‌ی پرونده‌های GIS، در نتیجه‌ی الگویی است از جهان خارج که می‌تواند حالات خاص آن را تحلیل و یا تقلید کند. این تقلید از جهان خارج هرچقدر فراگیرتر باشد، پیچیدگی الگو (Monitor) به دلیل ورود عوامل، بیشتر خواهد شد. هرچه پیچیدگی الگو افزایش یابد، مخارج نگهداری از آن بیشتر می‌شود و احتمال خطا نیز بیشتر خواهد گردید. ضمناً پاسخ به این سؤال که آیا الگوهای پیچیده‌تر جواب‌های صحیح‌تری به ما می‌دهند، به نوع سؤال و چگونگی طرح کردن آن بستگی دارد.
یکی از مهم‌ترین قابلیت‌های GIS، پیش‌بینی نتایج برنامه‌های مختلف است. برای نمونه می‌توان از تأثیر ساختن یک سد بر روی اراضی و مردم منطقه نام برد و یا تأثیر یکطرفه کردن یک خیابان در جریان ترافیک.
طبیعتاً توانایی پیش‌بینی در اینکه «چه خواهد شد؟»، امکان انتخاب «چه چیز بهتر است» را در اختیار ما می‌گذارد.
-خروج اطلاعات:
به دو طریق «نرم» و «سخت» می‌توان از GIS اطلاعات دریافت کرد. اطلاعات نرم روی صفحه‌ی نمایش و اطلاعات سخت بر روی کاغذ ظاهر می‌شوند. هر دو نوع اطلاعات می‌توانند شامل اطلاعات مکانی مانند نقشه و غیرمکانی مانند اسم و… باشند. با بهره‌گیری از نرم‌افزارهای GIS می‌توان جداول مختلفی از اطلاعات درست کرد و با چاپگر (Printer) آنها را چاپ نمود. این نرم‌افزارها می‌توانند عملیات‌های مختلفی را در تولید اطلاعات به شکل سخت انجام دهند. این عملیات‌ها شامل مشخص کردن اسم مناطق به خصوص در نقشه، پاسخ «پرسش‌ها» یا هاشورها و رنگ‌های مختلف، رسم کادر، اسم نقشه، راهنمای نقشه، علامت شمال و… هستند که عمدتاً بهترین روش انجام کاری را به ما نشان می‌دهند، اما این روش الزاماً با ارزش‌های انسانی یک جامعه سازگار نیست. کسانی که در مقام تصمیم‌گیری هستند بایستی از قضاوت خود در هدایت GIS به منظور رسیدن به یک روش درست و پسندیده استفاده کنند. جهت دستیابی یه یک روش صحیح در اجرای یک سری داده، به طرح یک سری سؤالات اصولی و سیستماتیک نیاز داریم.
معمولاً در مواجهه با یک سیستم رایانه‌ای تمایل به پرسیدن سوالات کلی، بسیار مشهود است. بهترین روش طرخ سؤال جهت به‌دست آوردن پاسخ صحیح در «GIS» این می‌باشد که از جواب درست، کارمان را آغاز کنیم. این امر در ظاهر برخلاف انتظار است. زیرا توقع ما از رایانه یا هر سیستم دیگری پاسخ صحیح به سؤال‌هایمان می‌باشد اما این یک تصور اشتباه از کاربرد رایانه است. همانگونه که قبلاً ذکر کردیم، عمل قضاوت و بهترین جواب بر عهده‌ی انسان که بهترین تصمیم‌گیرنده است، می‌باشد و رایانه یا هر سیستم دیگری هیچوقت به این مقام دست نخواهد یافت. در حقیقت انتظار و هدف ما از یک سیستم رایانه‌ای GIS بایستی روش دستیابی به جواب درست باشد نه به نمایش گذاشتن جواب درست. برای این منظور شروع کار از فهمیدن جواب صحیح و قدم به قدم به عقب رفتن جهت یافتن عواملی که به آن جواب می‌رسند، امر معقولی است. بنابراین به این نتیجه می‌رسیم که برای طرح سؤال درست باید از آخر شروع کنیم و آگاه باشیم که جهت دستیابی به پاسخ صحیح بایستی چه سؤالاتی مطرح و چه مسائلی از جمله مسائل انسانی بررسی می‌شده و چه داده‌هایی وجود داشته‌اند. این روش طرح سؤال، تمامی تمرکز سؤال کننده را در گرفتن جواب درست، معطوف خود می‌کند.
«سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی» به علت نظم درونی که دارند، می‌توانند نقش عمده‌ای را در رسیدن به راه‌حل درست ایفا کنند.
نرم‌افزارهایGIS
بعضی از نرم‌افزارهای GIS که امروزه به کار گرفته می‌شوند، بدین شرح می‌باشند:
- Caris
- Arc info
- Arc view
- Arc view GIS
- Auto card map
- Map info
- Orackle
- Pe Arc info
کاربردهای GIS
-کشاورزی و مدیریت بهره‌برداری از زمین:
یکی از مهم‌ترین مسائل در این بخش، تشخیص مناطق مهم کشاورزی است. این مسئله پیش از به‌وجود آمدن GIS حداقل به صورت کیفی، برای سازمان‌های ملّی شناخته شده بود. از موارد مهم کاربری GIS در کشاورزی می‌توان به تولید نقشه‌های خاک و نقشه‌های مناطق پرمحصول کشاورزی، اشاره کرد.
امروزه از قدرت تحلیلی GIS با پیوندش به مدل‌های پیش‌بینی کننده و بهره‌گیری از خاک و فرسایش آن، استفاده‌های زیادی به عمل آمده است و به همین دلیل در حال حاضر بسیاری از سازمان‌های مسئول کشاورزی و بهره‌برداری از زمین، خود را به GIS تجهیز نموده‌اند و با بررسی و تحلیل اطلاعات بهره‌برداری از زمین همراه با اطلاعات هواشناسی، وضعیت برداشت محصولات مختلف را برای یک منطقه مشخص می‌نمایند. همچنین پیوند مدل‌های پیش‌بینی کننده برداشت و قیمت محصولات در GIS، اهرم پرقدرتی را در اختیار مسئولان جهت اتخاذ تصمیم و جهت‌گیری در مقابل حوادث آینده می‌گذارد.
-جنگل‌داری:
جنگل‌داری شامل مدیریت بسیاری از منابع طبیعی است که در مناطق جنگلی واقع شده‌اند. برخی از این منابع عبارتند از: چراگاه، تفریحگاه، چوب، باغ وحش‌های طبیعی، آب و…
عموماً هدف از تصمیم‌گیری درباره‌ی بهترین روش استفاده از جنگل، به حداکثر رساندن برداشت منابع مختلف در جهت رفاع همگان است. به منظور یافتن بهترین روش، مدل‌های خطی مسئله را تبدیل به مقایسه‌ی یک سری گزینه‌های «اگر… آنگاه» می‌کنند. در اینز مینه «GIS» نقش مهمی را در تحلیل بهتر گزینه‌های مختلف ایفا نماید.
-باستان‌شناسی:
باستان‌شناسان از GIS جهت کشف آثار قدیمی و مسائلی نظیر تحلیل مکان‌های شناخته شده و پیش‌بینی مکان‌های ناشناخته، استفاده‌های بسیار مهمی کرده‌اند. داده‌های مورد استفاده‌ی باستان‌شناسان شامل محدوده مکان‌های باستان‌شناسی، محل جغرافیایی، قدمت تاریخی، تعداد آثار عتیقه‌ی پیدا شده در رابطه با داده‌های طبیعی نظیر ارتفاع، شیب، توپوگرافی، پیش‌بینی محل جغرافیایی و مکان‌های باستان‌شناسی جدید است. GIS برای پردازش و تحلیل این مدل داده‌ها، دارای انعطاف‌پذیری و قدرت بسیار زیادی می‌باشد.
زمین‌شناسی:
از جمله تخصص‌های مخصوص GIS می‌توان به تجزیه و تحلیل زمین‌شناسی یک منطقه جهت کشف معادن زیرزمینی مانند فلزات، سنگ‌های قیمتی، نفت و… که نیاز به ارتباط داده‌های مختلف مکانی و بررسی آنها در یک زمان دارد، اشاره کرد. معمولاً زمین‌شناسان در پی یافتن نمودارهای مخصوصی هستند که از ارتباط بین عوامل مختلف زمین‌شناسی حاصل می‌گردند. این‌گونه عملیات‌ها در GIS به سادگی قابل بررسی و تحلیل هستند.
– شهرداری:
اغلب اطلاعاتی که به منظور برنامه‌ریزی شهرداری به کار گرفته می‌شود، از نوع اطلاعات جغرافیایی است. به عبارت دیگر هر گونه اطلاعات در مورد یک مکان جغرافیایی خاص، مانند محدوده، ملک، پارک، خیابان، مدرسه و…، می‌تواند در GIS پردازش و تحلیل شود و از این نظر این سیستم به شکل مناسبی کارآمدی خود را در امور شهرداری نمایش داده است.