نرم افزار GIS

تقسیم بندی نرم افزارهای GIS

نرم افزار GIS یک جزء حیاتی از پروژه GIS در مطالعات محیط زیستی است. انواع مختلفی از نرم افزارهای GIS وجود دارند، از GIS رومیزی تا GIS سرور، GIS تلفن همراه ، بسته‌های DBMS مکانی و کتابخانه‌های نرم افزار GIS.

نرم افزار GIS رومیزی روی رایانه شخصی اجرا می‌شود و پرکاربردترین دسته نرم افزار GIS است. این نرم افزار قابلیت GIS کامل را در یک محیط تک کاربره ارائه می‌دهد، از سبک‌های استاندارد رابط کاربری رومیزی (مانند Microsoft Windows) استفاده می‌کند و با سایر برنامه‌های رومیزی (مانند Microsoft Excel) همکاری می‌کند. کاربرا به طور مستقیم با نرم افزار از طریق رابط کاربری برای انجام کارهای موقت GIS تعامل دارند. با نرم افزار دسکتاپ GIS، تمامی داده‌ها و اجزای نرم افزار در یک کامپیوتر شخصی قرار می‌گیرند و تمامی وظایف بر روی یک کامپیوتر انجام می‌شود.

همانطور که از نامش پیداست ، نرم افزار GIS سرور بر روی سرور کامپیوتر اجرا می‌شود کاربران به شبکه‌ها دسترسی داشته و از آنها استفاده می‌کنند. این برنامه عمدتا توسط توسعه دهندگان نرم افزار و توسعه دهندگان وب برای ایجاد برنامه‌های وب و تلفن همراه با وظایف مشخص مانند مسیریابی، یافتن آدرس یا مکان، نقشه برداری، انتشار نقشه و ویرایش داده استفاده می‌شود. همچنین از آن برای ایجاد ژئوپرتالها[۱] به عنوان دروازه ای برای منابع داده‌های مکانی استفاده شده است. ساده ترین انواع برنامه‌های GIS سرور، سیستمهای نقشه برداری اینترنتی که برای ارائه یا انتشار نقشه‌ها و یا تصاویر در اینترنت استفاده می‌شوند که با مرورگرهای استاندارد وب قابل مرور و بارگیری هستند. سیستم‌های پیشرفته‌تر سرور GIS به نقشه‌ها و تصاویر اجازه می‌دهند تا با سایر مجموعه داده‌ها و سرویس‌های وب ادغام یا ترکیب شوند. نسل جدید نرم افزار سرور GIS می‌تواند عملکرد کامل GIS را در یک محیط چند کاربره برای ویرایش، مدیریت، تجزیه و تحلیل و تجسم داده‌های مکانی توزیع شده ارائه دهد. این امکان به اشتراک گذاری منابع GIS بین یک سازمان یا گروهی از ذینفعان را فراهم می‌کند که می‌تواند در محاسبات توزیع شده یا سرور سرویس گیرنده یا محاسبات ابری مستقر شود.

نرم افزار Mobile GIS بر روی پلت فرم تلفن همراه با GPS داخلی یا خارجی مانند رایانه لوحی یا تلفن هوشمند اجرا می‌شود. این برنامه عمدتا برای جمع آوری و به روز رسانی داده‌های مکانی در زمینه، با موقعیت یابی، ورود داده‌های فضایی، انتقال داده‌های فضایی، نمایش نقشه، ویرایش ویژگی ها، جستجوی نقشه و توابع تحلیلی ساده طراحی شده است. برخی از نرم‌افزارهای موبایل GIS همچنین پیوندهایی به سرور GIS ارائه می‌دهند که داده‌های جمع‌آوری‌شده در میدان را قادر می‌سازد مستقیماً روی سرور آپلود شوند و داده‌های ذخیره‌ شده در سرور فوراً قابل دسترسی و از طریق شبکه بی‌سیم به‌روز شوند.

نرم افزار DBMS مکانی برای توسعه و مدیریت پایگاه‌های داده مکانی بزرگ برای برنامه‌های سازمانی در سازمان ها، مانند مشاغل یا دولت استفاده می‌شود. اما آنها به طور کلی فاقد عملکردهای ویرایش، تحلیل و نقشه برداری داده‌های مکانی هستند. کتابخانه‌های نرم افزاری GIS مجموعه ای از اجزای نرم افزار GIS هستند که عملکردهای مختلف GIS را اجرا می‌کنند مانند خواندن و نوشتن مجموعه داده‌های مکانی در قالب‌های مختلف داده، انجام پیش بینی‌های نقشه نگاری (بخش ۲-۲ را ببینید)، ایجاد بافر، پوشاندن لایه‌های داده نقشه و تهیه نقشه کانتور. آنها در نظر گرفته شده‌اند که توسعه دهندگان نرم افزار برای طراحی و ساخت برنامه‌های کاربردی GIS خاص استفاده کنند. کتابخانه‌های نرم افزار GIS اجازه استفاده مستقیم از توابع را نمی‌دهند. آنها فقط می‌توانند در نرم افزارهای کاربردی جاسازی شوند.

جدول ۱-۱ وظایف معمولی را که با انواع مختلف نرم افزار GIS انجام می‌شود و کاربردهای بالقوه آنها را فهرست می‌کند. در اینجا ما وظایف اصلی GIS را به عنوان جمع آوری داده ها، ویرایش، ذخیره سازی، جستجو، اکتشاف (مشاهده و بررسی الگوهای فضایی)، ویراش، تجزیه و تحلیل و نقشه بندی طبقه بندی می‌کنیم. ویرایش داده ها، ذخیره سازی و جستجوی  عملکردهای مدیریت داده هستند. همچنین نقشه‌های اینترنتی را به عنوان دسته ای جدا از GIS سرور لیست می‌شوند زیرا عملکرد آن محدود به ارائه نقشه‌ها در اینترنت است. در برخی از کاربردهای محیطی دسته‌های مختلف نرم افزار GIS به صورت ترکیبی یا همراه با نرم افزارهای دیگر برای مدیریت پایگاه داده، تجزیه و تحلیل آماری و مدلسازی محیطی استفاده می‌شود.

نرم افزار اختصاصی GIS

تعداد زیادی بسته نرم افزاری GIS به صورت تجاری یا آزاد در دسترس هستند. بسته نرم افزاری GIS محصول تجاری است که تحت حق قانونی انحصاری دارنده حق چاپ با مجوز است. به دارنده مجوز این حق داده می‌شود که از نرم افزار تحت شرایط خاصی استفاده کند در حالی که از سایر کاربردها مانند اصلاح و توزیع بیشتر منع شده است. کد منبع آن تقریباً همیشه مخفی است. قیمت نرم افزار اختصاصی GIS معمولاً بین ۵۰۰ تا ۱۵۰۰ دلار برای نرم افزار دسکتاپ و از ۵۰۰۰ دلار تا ۲۵۰۰۰ دلار برای محصولات سرور متغیر است. اگرچه گران است اما نرم افزار اختصاصی GIS به طور کلی دسته بندی، قوی، جامع، مستند، به طور منظم و به راحتی به روز می‌شود و دارای خدمات و پشتیبانی حرفه ای قابل اعتماد است. در زیر به معرفی مختصری از بسته‌های نرم افزاری اختصاصی GIS می‌پردازیم.

ArcGIS

ArcGIS مجموعه ای جامع از محصولات نرم افزاری GIS است که توسط ESRI توسعه یافته است،شامل موارد زیر است :

1. ArcGIS برای دسکتاپ (نرم افزار GIS رومیزی)
2. ArcGIS برای سرور (نرم افزار GIS سرور)
3. ArcGIS Online ArcGIS for Developers
4. ArcGIS Solutions

ArcGIS for Desktop منحصراً برای سیستم عامل مایکروسافت ویندوز (به سادگی ویندوز) توسعه یافته است. با این حال نرم افزار رومیزی ArcGIS از زمان راه اندازی ARC/INFO در دهه ۱۹۸۰ به طور گسترده توسط یک پایگاه کاربر گسترده پذیرفته شده است. این یک انتخاب محبوب برای تجزیه و تحلیل و مدلسازی محیط است زیرا شامل طیف گسترده ای از توابع تحلیلی است و ابزارهای برنامه نویسی و رابط‌های برنامه نویسی برنامه (API) را برای افزودن توابع توسعه یافته توسط کاربر فراهم می‌کند. افزونه‌ها و افزونه‌های زیادی برای نرم افزارهای رومیزی ArcGIS توسعه یافته‌اند تا از قابلیت‌های تجزیه و تحلیل و مدلسازی محیطی خاصی استفاده کنند که برخی از آنها بعداً معرفی می‌شوند. ArcGIS for Desktop به دلیل محبوبیت و کاربرد گسترده آن در سازمان‌های مختلف در سراسر جهان، به عنوان مبنایی برای این کتاب انتخاب شده است و بخش ۱-۶ یک تور راهنما از طریق آن ارائه می‌کند.

ArcGIS برای سرور عملکرد GIS کاملاً مشابه ArcGIS برای دسکتاپ را ارائه می‌دهد اما در محیط سرور که امکان مدیریت متمرکز و ارائه خدمات مبتنی بر وب GIS برای نقشه برداری توزیع شده، مدیریت داده‌های فضایی، تجزیه و تحلیل مکانی و مدل سازی را فراهم می‌کند.

ArcGIS Online یک محیط محاسباتی GIS ابری برای نقشه برداری فراهم می‌کند. با ArcGIS Online ، نیازی به نصب و راه اندازی نرم افزار GIS نیست. این نرم افزار به عنوان یک سرویس ارائه می‌شود و ابزارهای نقشه برداری را برای ایجاد و انتشار نقشه‌ها در صورت تقاضا در اختیار کاربران قرار می‌دهد. ArcGIS for Developers ابزارهایی را برای ایجاد برنامه‌های وب، تلفن همراه و دسکتاپ، API‌های توسعه دهنده، محتواهای آماده استفاده و راه حل‌های میزبانی خود ارائه می‌دهد. ArcGIS Solutions مجموعه ای از نقشه‌ها و برنامه‌های کاربردی آماده برای استفاده در بسیاری از خدمات و صنایع دولتی مانند خدمات آب، خدمات عمومی، خدمات آتش نشانی، مدیریت اضطراری، برنامه ریزی و توسعه را ارائه می‌دهد.

IDRISI

IDRISI یک سیستم نرم افزاری دسکتاپ GIS و سنجش از دور است که توسط آزمایشگاه‌های کلارک در دانشگاه کلارک توسعه یافته و بر روی پلتفرم ویندوز اجرا می‌شود. از سال ۱۹۸۷ در بیش از ۱۸۰ کشور جهان برای مدیریت محیط زیست، مدیریت منابع پایدار و تخصیص عادلانه منابع به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. این سیستم شامل مجموعه ای جامع از ابزارهای تجزیه و تحلیل GIS است، از جمله ابزارهای تجزیه و تحلیل سطح، تجزیه و تحلیل آماری، تجزیه و تحلیل تصمیمات، تغییرات و تجزیه و تحلیل سری‌های زمانی، مجموعه ابزار پردازش تصویر دیجیتال و انواع ابزارهای مدلسازی محیطی، از جمله مدل کننده روندهای زمین برای مدلسازی سری‌های زمانی از روندهای محیط زیستی، مدلساز تغییر زمین برای تجزیه و تحلیل و پیش بینی تغییر زمین، ماشین حساب تصویر برای ساخت مدلهای محیطی با استفاده از نقشه‌ها به عنوان متغیر، مدل ساز کلان برای ساخت مدلهایگرافیکی با استفاده از همه توابع یا ماژول‌های GIS به عنوان اشیاء ، و مجموعه ای از پیش بینی ابزارهایی مانند اتوماتای ​​سلولی و شبکه‌های عصبی (مورد بحث در فصل ۹) و همچنین ابزارهای مدلسازی برای تجسم سه بعدی، ارزیابی داده‌ها و کنترل کیفیت.

 

جدول ۱-۱ کارهای معمولی که می‌توان با انواع مختلف نرم افزار GIS انجام داد

MapInfo

خط تولید نرم افزار MapInfo GIS شامل MapInfo Professional ، MapBasic ، MapInfo Manager ، MapInfo Stratus ، MapInfo Sporial Server و MapXtreme است که اکنون متعلق به Pitney Bowes Business Insight (http://www.pbinsight.com/) همه آنها روی پلت فرم ویندوز اجرا می‌شوند. MapInfo Professional اولین محصول نرم افزاری GIS رومیزی در بازار بود. برای اولین بار در سال ۱۹۸۶ به عنوان سیستم نمایش و تجزیه و تحلیل نقشه (MIDAS) منتشر شد، در سال ۱۹۹۰ MapInfo برای Windows جایگزین شد و در سال ۱۹۹۵ به MapInfo Professional تغییر نام داد. این توزیع خوب بوده و به طور گسترده ای در تجزیه و تحلیل جمعیتی، برنامه ریزی کسب و کار و خدمات استفاده می‌شود. به MapBasic یک زبان برنامه نویسی BASIC است که برای ایجاد ابزارهای اضافی، قابلیتهای جدید و برنامه‌های کاربردی سفارشی برای استفاده با MapInfo Professional استفاده می‌شود. MapInfo Manager یک بسته DBMS مکانی برای ساخت، مدیریت و نگهداری پایگاه داده مکانی متمرکز است. MapInfo Stratus نرم افزاری برای نقشه برداری وب است که از قدرت MapInfo Professional برای ارائه نقشه‌های تعاملی مبتنی بر وب استفاده می‌کند. MapInfo Spatial Server یک نرم افزار GIS سرور است که برای توسعه ژئوپورتال‌های مبتنی بر وب استفاده می‌شود. MapXtreme یک کتابخانه نرم افزاری GIS است که اجزای نرم افزار GIS را برای ساخت برنامه‌های کاربردی GIS سفارشی ارائه می‌دهد.

GeoMedia

مجموعه محصولات GeoMedia از Intergraph Corporation شاملGeoMedi ،GeoMedia Professional و مجموعه ای از ماژولهای اضافیGeoMedia بسته نرم افزاری GIS رومیزی مبتنی بر Windows است. GeoMedia Professional تمام عملکردهای GeoMedia را فراهم کرده و عملکردهای ضبط و ویرایش داده‌های مکانی را اضافه می‌کند. ماژولهای اضافی شامل GeoMedia 3D برای تجسم و تجزیه و تحلیل سه بعدی، GeoMedia Image برای پردازش تصویر، GeoMedia Terrain برای تجزیه و تحلیل و تجسم زمین، GeoMedia WebMap و GeoMedia WebMap Professional برای ایجاد نقشه‌های تحت وب و برنامه‌های GIS ،GeoMedia OnDemand برای برنامه‌های تلفن همراه، GeoMedia SDI Pro برای توسعه GeoMedia WebMap برای امکان اجرای زیرساخت داده‌های مکانی (SDI) ، GeoMedia Fusion برای ادغام و نگهداری داده‌های فضایی، GeoMedia Grid برای تجزیه و تحلیل داده‌های شطرنجی، GeoMedia Map Publisher برای انتشار نقشه، GeoMedia Parcel Manager برای مدیریت بسته، GeoMedia PublicWorks برای تجزیه و تحلیل داده‌های شبکه می‌باشند.

Maptitude

Maptitude بسته نرم افزاری نقشه برداری رومیزی است که توسط Caliper Corporation  توسعه یافته تحت سیستم عامل‌های Windows ، OSX ، Linux و Unix اجرا می‌شود. این بسته دارای بسیاری از ویژگیهای رایج نرم افزار GIS رومیزی است و همچنین MapWizard را برای نقشه برداری موضوعی و GIS Developer Kit (GISDK) فراهم می‌کند تا توسعه دهندگان بتوانند عملکرد آن را توسعه داده و برنامه‌های جدید توسعه دهند.

نرم افزار GIS منبع باز

در دهه گذشته تعداد فزاینده ای از بسته‌های نرم افزاری رایگان و متن باز GIS در دسترس قرار گرفته است. این بسته‌های نرم افزاری دارای کد منبع خود هستند که به طور رایگان برای اصلاح و توزیع مجدد توسط عموم مردم در دسترس است. آنها مجوز نمی‌گیرند، از استانداردهای باز استفاده می‌کنند که ادغام با سایر سیستم‌ها را تسهیل کرده و به راحتی قابل تنظیم است. آنها اغلب توسط یک جامعه با علاقه مشترک توسعه یافته و نگهداری می‌شوند. با این حال آنها پشتیبانی حرفه ای ارائه نمی‌دهند و فاقد هماهنگی انتشار هستند. علی‌رغم این معایب GIS منبع باز فرصت‌های منحصر به ‌فردی را برای خدمت‌رسانی به جایگاه‌های کم‌هزینه و با کنترل بالا فراهم می‌کند که پاسخگویی به آنها از طریق راه‌های تجاری و اختصاصی، در صورت غیرممکن بودن دشوار است.

GRASS

GRASS GIS در ابتدا توسط مهندسین ارتش ایالات متحده به عنوان ابزاری برای مدیریت زمین و برنامه ریزی محیطی توسط ارتش توسعه داده شد و اکنون یک پروژه رسمی بنیاد مکانی منبع باز از سال ۱۹۸۲ است، تیم توسعه GRASS به تدریج به یک تیم چند ملیتی متشکل از توسعه دهندگان در مکان‌های مختلف در سراسر جهان تبدیل شد. این سیستم به مجموعه نرم افزاری با طیف گسترده ای از برنامه‌های کاربردی در مدیریت منابع، برنامه ریزی محیطی و تحقیقات علمی تبدیل شده است. GRASS GIS در حال حاضر تحت مجوز عمومی عمومی گنو منتشر شده است (). می‌توان از آن در سیستم عامل‌های Windows ، OSX ، Linux و Unix استفاده کرد. این سیستم شامل بیش از ۳۵۰ ماژول و بیش از ۱۰۰ ماژول الحاقی برای ویراش داده‌های مکانی، کدگذاری جغرافیایی، پردازش و تحلیل داده‌های سنجش از دور، تحلیل و مدلسازی فضایی، نقشه برداری و تجسم سه بعدی است. همچنین رابط‌هایی را برای بسته‌های آماری (مانند R، یک بسته نرم‌افزار آماری منبع باز با پسوندهای آمار فضایی)، سیستم‌های مدیریت پایگاه داده (مانند PostgreSQL و mySQL) و ابزارهای مدلسازی محیطی (مانند SWAT ، ابزار ارزیابی خاک و آب). فراهم می‌کند.  GRASS GIS هم رابط کاربری گرافیکی و هم نحوه خط فرمان را ارائه می‌دهد.

GDAL/OGR

GDAL/OGR یک کتابخانه نرم افزاری برای خواندن و نوشتن داده‌های مکانی در فرمت‌های مختلف داده است که تحت مجوز منبع باز است. این کتابخانه دارای انواع ابزارهای خط فرمان برای ترجمه و پردازش داده‌های مکانی است. این برنامه بیش از ۲۰۰ فرمت داده را پشتیبانی می‌کند که قابلیت‌های گسترده ای را برای تبادل داده‌های مکانی فراهم می‌کند. کتابخانه نرم افزار GDAL/OGR به طور گسترده در جوامع GIS تجاری و غیر تجاری مورد استفاده قرار گرفته است.

GIS کوانتومی

GIS یکی دیگر از پروژه‌های OSGeo است که تحت مجوز عمومی GNU نیز منبع باز است. این برنامه عملکردهای GIS رومیزی را ارائه می‌دهد و از بسیاری از فرمت‌های داده فضایی، از جمله فرمت‌های داده غیر اختصاصی ArcGIS و MapInfo پشتیبانی می‌کند. GIS کوانتومی با سایر بسته‌های GIS منبع باز  از جمله GRASS و GDAL/OGR، همراه با افزونه‌هایی که توسط کاربران در زبانهای برنامه نویسی C ++ و Python توسعه یافته است ادغام می‌شود. همچنین رابط‌هایی با PostgreSQL و mySQL DBMS ارائه می‌دهد. این بسته بر روی چندین پلتفرم از جمله لینوکس، یونیکس، OSX، ویندوز و اندروید اجرا می‌شود. توسط گروه فعال توسعه دهندگان داوطلب نگهداری می‌شود. علاوه بر این به چهل و هشت زبان منتشر شده است.

منبع باز MapGuide

منبع باز MapGuide یک بسته نرم افزاری GIS سرور برای نقشه برداری مبتنی بر وب و تحویل داده‌های مکانی است. در سال ۲۰۰۵ توسط Autodesk (شرکتی که بیشتر برای خانواده محصولات نرم افزاری اتوکد شناخته شده است) به عنوان منبع باز معرفی شد و کد تحت مجوز عمومی GNU به OSGeo ارائه شد.

MapGuide دارای یک نمایشگر نقشه تعاملی است که از مرور نقشه، انتخاب ویژگی، جستجوی فضایی، تولید بافر و اندازه گیری پشتیبانی می‌کند. شامل پایگاه داده XML (زبان نشانه گذاری قابل توسعه، یک زبان نشانه گذاری که مجموعه ای از قوانین برای رمزگذاری اسناد را مشخص می‌کند) برای مدیریت محتوا و از محبوب ترین قالب ها، پایگاه داده‌ها و استانداردهای داده‌های مکانی پشتیبانی می‌کند. این نرم افزار بر روی لینوکس یا ویندوز مستقر می‌شود، از سرورهای وب محبوب پشتیبانی می‌کند و API‌های گسترده ای را برای توسعه برنامه ارائه می‌دهد.

GeoTools

GeoTools کتابخانه نرم افزار GIS است که به زبان برنامه نویسی جاوا نوشته شده است. پروژه دیگری از OSGeo تحت مجوز GNU Lesser General Public License است. شامل بسته‌های جاوا یا ماژولهای نرم افزاری برای خواندن و نوشتن مجموعه داده‌های مکانی در تعدادی از فرمت‌های داده است که امکان ارجاع جغرافیایی و تبدیل داده‌های مکانی را با طیف گسترده ای از پیش بینی‌های نقشه یا سیستم‌های مختصات پیش بینی شده، فیلتر و تجزیه و تحلیل داده‌ها از نظر مکانی و غیر مکانی دارد. ویژگی ها، نمایش نقشه‌ها و ایجاد جستجوهای مبتنی بر نقشه. GeoTools برای برنامه‌های کاربردی نقشه برداری روی دسکتاپ و وب استفاده شده است.

برگرفته از کتاب کاربرد GISدر محیط زیست

ترجمه:سعید جوی زاده،شهناز تیموری،فاطمه حسین پور فرزانه