ما هي البيانات المكانية؟
البيانات المكانية هي أي نوع من بيانات التي تشير بشكل مباشر أو غير مباشر إلى منطقة جغرافية أو موقع محدد. تتم معالجتها وتحليلها بشكل شائع بواسطة أنظمة المعلومات الجغرافية (GIS) لتمكين المستخدمين في مجموعة واسعة من الصناعات من فهم السياق الجغرافي والأنماط والعلاقات لمزيد من التحليل والاتصالات واتخاذ القرار.
اتصلت في بعض الأحيان البيانات الجغرافية المكانية أو المعلومات الجغرافيةتمثل البيانات المكانية في أغلب الأحيان شيئًا ماديًا (طبيعيًا أو من صنع الإنسان) رقميًا في نظام الإحداثيات الجغرافية. يستخدم النظام إحداثيات جغرافية ثنائية الأبعاد تُعرف باسم الإحداثيات الديكارتية أو إحداثيات x و y. ومع ذلك، فإن البيانات المكانية هي أكثر بكثير من مجرد إحداثيات جغرافية ممثلة على خريطة ثنائية الأبعاد. يمكن أن تتضمن المعلومات المكانية أيضًا أشكالًا هندسية مثل الخطوط أو المضلعات، وأوصاف ميزة جغرافية معينة، بالإضافة إلى صور مقدمة في شكل بيانات نقطية (شبكة من بكسل).
نظرًا لأن البيانات المكانية يمكن أن تحتوي على أكثر من بيانات خاصة بالموقع، فيمكن حفظ أنواع مختلفة من البيانات بتنسيقات مختلفة. يوفر التقاط البيانات المكانية وتحليلها فهمًا أفضل لكيفية تأثير كل متغير في المساحة الجغرافية على الأفراد والمجتمعات والسكان وما إلى ذلك.
يمكن جمع البيانات المكانية عن طريق المسوحات الأرضية أو دراسات التعداد، من سجلات الأراضي وعبر صور الأقمار الصناعية أو الصور الجوية أو النظام العالمي لتحديد المواقع (نظام تحديد المواقع) أجهزة الاستقبال. على نحو متزايد، طائرات بدون طيار واللاسلكية أجهزة الاستشعار وتستخدم أيضا لالتقاط البيانات المكانية.
ما هي الأنواع المختلفة للبيانات المكانية؟
هناك نوعان أساسيان من البيانات المكانية: البيانات الهندسية والبيانات الجغرافية.
البيانات الهندسية. يتم تعيين البيانات الهندسية على سطح مستو ثنائي الأبعاد، مثل الخريطة أو مخطط الأرضية. أحد التطبيقات الواقعية الشهيرة التي تستخدم البيانات الهندسية هو خرائط جوجل. تتيح البيانات الجغرافية المكانية الهندسية لخرائط Google توفير اتجاهات دقيقة من موقع إلى آخر.
البيانات الجغرافية. البيانات الجغرافية هي معلومات تم رسمها حول كرة، عادة ما تكون الأرض. ويسلط الضوء على خطوط الطول والعرض لكائن أو مكان معين. من الأمثلة المألوفة للبيانات الجغرافية هي البيانات التي يتم إنشاؤها بواسطة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وهو نظام ملاحة راديوي قائم على الأقمار الصناعية تديره وتحافظ عليه وزارة الدفاع الأمريكية (DoD).
تنسيقا البيانات الأكثر شيوعًا المستخدمان لتخزين البيانات الجغرافية المكانية هما المتجه والنقطية.
المتجه. ثلاثة أبعاد تمثل النقاط والخطوط والمضلعات العالم الحقيقي بتنسيق رسومي. تُستخدم بيانات المتجهات بشكل شائع لتمثيل المعالم أو الكائنات الموجودة على سطح الأرض. قد تكون هذه الأشياء طبيعية، مثل الأشجار، أو من صنع الإنسان، مثل الطرق أو المباني. ولهذا السبب، تُعرف البيانات المتجهة أيضًا باسم بيانات الميزة.
يتم إنشاء الخطوط عن طريق ربط النقاط (حرفيًا، النقاط)؛ ربط خطوط متعددة يشكل مناطق مغلقة أو مضلعات. تمثل النقاط المعالم التي تتطلب تحديد موقع زوج إحداثيات واحد، مثل مركز الزلزال. الخطوط (التي قد لا تكون مستقيمة، اعتمادًا على ترتيب نقاطها) غالبًا ما تمثل الطرق والأنهار وخطوط المرافق. تمثل المضلعات مناطق ذات حدود محددة، مثل مناطق الأرض أو المباني.
عادةً ما يتم تخزين بيانات المتجهات في ملفات أشكال، يشار إليها أحيانًا باسم ملفات .shp. كما يمكن تغيير حجم الصور المتجهة بشكل أكبر أو أصغر دون التأثير على جودة الصورة.
النقطية. المعلومات النقطية، والمعروفة أيضًا باسم بيانات التغطية، هي بيانات رسومية، يتم تقديمها عادةً في شكل صور نقطية (على الرغم من إمكانية تخزينها في جبيغو TIFF و GIF و بي إن جي التنسيقات أيضًا). يتم تجميع هذه الصور باستخدام بكسل أو نقاط صغيرة تشكل شبكة بكسل. يتم التعبير عن البيانات النقطية كنطاق من القيم (عبر الشبكة المنقطة).
كل بكسل مخزن داخل البيانات النقطية له قيمة معينة، عادةً ما تتعلق باللون أو الدرجة اللونية. تتجمع وحدات البكسل معًا لتكوين صورة. كلما زاد عدد وحدات البكسل الموجودة في الصورة وزاد عدد وحدات البكسل المعروضة في البوصة، زادت جودتها أو حدتها. يؤثر تغيير حجم الصورة النقطية على جودتها نظرًا لأن وحدات البكسل الخاصة بها تمتد على مساحة أكبر.
في التحليل المكاني، تشير البيانات النقطية بشكل متكرر إلى صورة متعامدة أو صور مأخوذة من أجهزة جوية أو الأقمار الصناعية. تتضمن نماذج التضاريس الرقمية (DTM) ونماذج الأسطح الرقمية (DSM) أيضًا المعلومات الجغرافية المكانية النقطية. تحتوي هذه النماذج على بيانات جغرافية مكانية (نقطية) عن سطح الأرض وخصائصها الطبيعية والاصطناعية (من صنع الإنسان) ويتم إنشاؤها بواسطة طائرات بدون طيار (الطائرات بدون طيار) أنظمة رسم الخرائط لمجموعة واسعة من التطبيقات.
السمات والبيانات الزمنية
قد تحتوي البيانات المكانية على معلومات إضافية أو بيانات غير مكانية تُعرف باسم صفات. السمة هي عادة جزء من المعلومات التي تصف الميزة. يمكن أن تحتوي البيانات المكانية على أي عدد من السمات المتعلقة بموقع ما، مثل الخريطة والصور الفوتوغرافية والمعلومات التاريخية وما إلى ذلك.
من خلال توفير المزيد من المعلومات حول الكيان، تساعد السمات المستخدمين على فهم مكان حدوث الأشياء ولماذا. على سبيل المثال، قد تقوم نظم المعلومات الجغرافية أو تطبيقات البرامج المتخصصة الأخرى بإنشاء أو استخدام السمات للوصول إلى ميزة جغرافية أو تصورها أو معالجتها أو إجراء تحليل مكاني.
البيانات المكانية الزمنية هي البيانات المرتبطة بوقت محدد (أو نطاق زمني). قد تكون البيانات عبارة عن بيانات نقطة متجهة (على سبيل المثال، نقطة تتبع GPS) أو بيانات صور نقطية (على سبيل المثال، التقاط صورة عبر القمر الصناعي).
التحليل الجغرافي المكاني: الإسناد الجغرافي والترميز الجغرافي
يتم استخدام عمليتين رئيسيتين في التحليل الجغرافي المكاني، وكلاهما يتضمن تركيب البيانات الجغرافية المكانية في العالم الحقيقي باستخدام الإحداثيات المناسبة. ومع ذلك، هناك اختلافات بين العمليات.
الإسناد الجغرافي يتعلق الأمر بتعيين إحداثيات البيانات للمتجهات أو البيانات النقطية. يساعد هذا الأسلوب في توجيه المتجه أو البيانات النقطية على نموذج لسطح الأرض، مما يساعد بعد ذلك في إنشاء نموذج دقيق للسطح.
الترميز الجغرافي يوفر واصفات العنوان والموقع حول المدن والولايات والبلدان وما إلى ذلك. كل موقع له إحداثيات دقيقة وفريدة من نوعها، ولا يمكن لموقعين أن يكون لهما نفس الإحداثيات.
ما هو علم البيانات المكانية؟
علم البيانات المكانية هو علم استخلاص الرؤى من البيانات من خلال الاستفادة من مجموعة شاملة من البيانات المكانية خوارزميات والأساليب التحليلية. غالباً، التعلم الالي الخوارزميات و تعلم عميق تُستخدم الشبكات لتحديد الأنماط المخفية داخل البيانات لإنشاءها أو تحسينها النماذج التنبؤية لمجموعة من التطبيقات، بما في ذلك اتخاذ القرارات المبنية على البيانات في الحكومات والمؤسسات.
يعد استخراج البيانات المكانية وتصور البيانات جانبين رئيسيين لعلم البيانات المكانية:
استخراج البيانات المكانية هي عملية اكتشاف الأنماط المخفية في مجموعات البيانات المكانية الكبيرة. وهو محرك رئيسي لتطوير تطبيقات نظم المعلومات الجغرافية، لأنه يسمح للمستخدمين باستخراج بيانات قيمة عن المناطق المتجاورة، مثل المسافة والاتجاه، والتحقيق في الأنماط المكانية لمزيد من التحليل أو العمل أو اتخاذ القرار.
عرض مرئي للمعلومات البرمجيات، مثل لوحةيسمح علماء البيانات والمسوقين لتوصيل ملفات البيانات المكانية المختلفة مثل قواعد البيانات الجغرافية لملفات Esri وملفات GeoJSON وملفات لغة ترميز Keyhole (KML) وجداول MapInfo وملفات الأشكال وملفات TopoJSON. عرض مرئي للمعلومات يمكن لمستخدمي البرنامج بعد ذلك إنشاء نقاط وخطوط وخرائط مضلعة لتطبيقات مختلفة.
تطبيقات البيانات المكانية
تُستخدم البيانات المكانية في العديد من المواقف الواقعية، مثل تخطيط استخدام الأراضي وعلوم التربة. كما أنها تستخدم في دراسات اتجاه التدفق وإدارة مشاريع البنية التحتية.
بعض التطبيقات الأخرى للبيانات المكانية هي:
- الهيدرولوجيا. دراسة حركة المياه وتوزيعها وتوافرها.
- رسم الخرائط. إنشاء الخرائط الطبوغرافية والإغاثة.
- إدارة الغابات. لعمليات التفتيش على الأشجار، لإنشاء نماذج للأنظمة البيئية للغابات وإعداد قوائم جرد لموارد الغابات.
- تخطيط وإدارة الطيران. لتخطيط الرحلات وإدارة المطارات، وتتبع الطائرات وتحسين استخدام المجال الجوي.
- التخطيط العمراني. إنشاء المناطق (التجارية والصناعية والسكنية وغيرها)، وتحديد الأماكن التي يجب أن توضع فيها المرافق العامة (الحدائق والمستشفيات وغيرها) وتحديد مسارات المرافق العامة والنقل.
- إدارة الكوارث والاستجابة لها. تحديد مكان وقوع الكارثة والتخطيط للموارد وتقديم الإغاثة؛ لتتبع المناطق المعرضة للخطر والتنبؤ بالكوارث الطبيعية باستخدام بالاشتراك مع البيانات التاريخيةوبيانات الطقس والبيانات الجغرافية المكانية.
- مواصلات نظم الإدارة والخدمات اللوجستية. في TMS و الخدمات اللوجستيةلإنشاء مسارات وإجراء تقديرات زمنية دقيقة لعمليات التسليم وتتبع عمليات التسليم في الوقت الفعلي.
يتم أيضًا جمع البيانات المكانية وتحليلها للبحث العلمي وصنع السياسات العامة والدراسات التاريخية والثقافية والأنثروبولوجية، ولتمكين الابتكارات والتحسينات في مجال الرعاية الصحية (مثل تتبع الأمراض) والأعمال التجارية (على سبيل المثال، الموردين التحسين) والتكنولوجيا (على سبيل المثال، التنقل في الوقت الحقيقي و الواقع المعزز).
البيانات المكانية مهمة لإنترنت الأشياء (إنترنت الأشياء). بروتوكولات إنترنت الأشياء استخدام الاستشعار عن بعد لجمع البيانات للتحليل المكاني. تستخدم التقنيات البيئية أيضًا البيانات المكانية لرصد أنماط درجات الحرارة وأنماط المد والجزر والمزيد.
توفر التحليلات الجغرافية المكانية رؤى تساعد المؤسسات على تحليل المواقف الحالية واستخدام البيانات التاريخية للتنبؤ بالنتائج المستقبلية. تعلم كيف يمكن للتحليلات الجغرافية المكانية أن تعزز القدرات التنبؤية.
