کاربرد سیستم های اطلاعاتی جغرافیایی( GIS) در کنترل و بررسی مناطق مرزی

کاربرد سیستم های اطلاعاتی جغرافیایی( GIS) در کنترل و بررسی مناطق مرزی مقاله زیر از کتاب مجموعه مقالات همایش ملی مرزها، مولف مسلم حدیدی[۱]

چکیده

امروزه با توجه به پیشرفت روزافزون فناوری و اهمیت آن در کلیه زمینه های علمی، فرهنگی، اجتماعی و سیاسی و مد نظر قرار دادن این نکته که کاربرد فناوریهای نوین می تواند به عنوان اهرمی جهت نیل به اهداف توسعه پایدار، جلویری از اتلاف زمان و هزینه و اجرای صحیح برنامه ریزی مدیریتی مد نظر قرار گیرد، استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی [۲]GIS به عنوان یکی از کاربردی ترین راهکارها مورد توجه واقع شده است. یکی از کاربرهای این سیستم و نرم افزارهای مرتبط با آن مدل سازی زمین و عوارض مورد نظر و نمایش سه بعدی آن به منظور سهولت و افزایش دقت و سرعت در برنامه ریزی های مرتبط با زمین می باشد. این امر به خصوص در نواحی مرزی امکان مشاهده مدل سه بعدی مناطق، موقعیت پاسگاه های مرزی، کنترل راه ها و مسیرهای مرزی و … را فراهم می آورد. از سوی دیگر با استفاده از توانمندی نرم افزار ARCVIEW که به علت سرعت پردازش بالا در این مقاله مورد استفاده قرار گرفته، می توان اطلاعات تصویری و گرافیکی نظیر نقشه های توپولوگرافیک، تصویر ماهواره ای و هوایی و مطالعه موردی، منطقه فرضی واقع در غرب کشور مورد بررسی قرار گرفته و با استفاده از نقشه های توپوگرافیک موجود با مقیاس ۵۰۰۰۰: ۱ مدل رقومی منطقه تهیه گردید. بدین ترتیب امکان تهیه DTM منطقه و سه بعدی سازی آن فراهم شد. در مرحله بعد مکان یابی پاسگاه ها و مناطق کنترل مرزی، بررسی راه ها و مسیرهای مرزی تعیین محدوده دید هر پاسگاه و تهیه بانک اطلاعاتی هر پاسگاه نظیر نیروی انسانی و امکانات صورت گرفت.

واژگان کلیدی: فناوری، سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS)، Arcview)، امنیت مرزی.

مقدمه

پیشرفت تکنیک های [۳] RS و GIS، امکان دسترسی به حجم عظیمی از داده ها را در زمینه های گوناگون در مناطق مختلف جهان مهیا کرده است. در مسائل کنترل، ذخیره سازی و بهنگام نمودن اطلاعات، بررسی و تجزیه و تحلیل این حجم داده ها نیازمند استفاده از امکانات خاص نرم افزاری و سخت افزاری است که سیستم های اطلاعات جغرافیایی به نحو مطلوبی آن را فراهم می سازند. این سیستم ها امکان مدیریت داده های مختلف و انجام عملیات مکانی بین لایه های مختلف را فراهم می سازند. این قابلیت ها در حدی هستند که می توان سیستم های مذکور را به شکل موثری از نرم افزارهای بانک اطلاعاتی و یا نقشه کشی مجزا کرد.

تهیه و بهنگام سازی و استفاده موثر از اطلاعات مکانی در کشورها یکی از شاخص های توسعه می باشد. برنامه ریزی و مدیریت اطلاعات مکانی از جمله موارد کاربردی است که توسط سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS) به خوبی انجام می گیرد. بعنوان نمونه: تعیین مکان مناسب برای دید بهتر، تعیین مساحت تحت پوشش هر پاسگاه و … توسط این ابزارها به خوبی صورت می گیرد.

با وجود رواج سیستم های اطلاعات جغرافیایی در جهان و کاربرد آن در تهیه و تامین اطلاعات پایه، کاربرد این فناوری در پروژه های مطالعاتی و تحقیقاتی در کشور ما رواج چندانی نیافته و بسیاری از مطالعات همچنان براساس روش های کلاسیک انجام می پذیرد. گرچه در بسیاری از پروژه های تحقیقاتی استفاده از GIS و کاربرد آن امری بدیهی به نظر می رسد، اما در مرحله عمل همچنان شاهد مهجور ماندن آن هستیم. امروزه می توان GIS را به عنوان یک سیستم اطلاعاتی تعریف نمود که می توان بوسیله آن دادهای فضایی را تجزیه و تحلیل، مدیریت و بهره وری و بهره برداری علمی نمود و پیش بینی های مختلف را بصورت یک پروژه نمونه (Pilot Project) به نمایش در آورده و قبل از اجرای آن را مشاهده نمود.

در اکثر پروژه های مطالعاتی و تحقیقاتی کشور که اولین قدم استفاده از نقشه های توپوگرافی منطقه می باشد اولین بخش مورد مطالعه دستیابی به اطلاعات فیزیوگرافی منطقه است. در طول سال های گذشته مطالعات و محاسبات فیزیوگرافی حوزه با استفاده از نقشه های توپورافی کاغذی واندازه گیری های دستی انجام می پذیرفت. این عمل خود باعث افزایش ضریب خطا، شامل خطای فردی، خطای ابزار اندازه گیری و … می شد.

از سوی دیگر به علت محاسبات و ترسیمات دستی جمع آوری اطلاعات در غالب بانک های اطلاعاتی شامل: به روز کردن داده ها و پدیده های گرافیکی مشکل بود. مسئله دیگر وقت گیر بودن بسیاری از محاسبات بود که این امر به خصوص در مورد تهیه نقشه های موضوعی نمود بیشتری داشت. علاوه بر این موارد، خروجی این نقشه ها و محاسبات داده هایی خام بود.

آشنایی با سیستم های اطلاعات جغرافیایی

جهت انجام عملیات مختلف بر روی داده هایی که مشخصه مکانی (فضایی) آنها یک مشخصه اصلی محسوب می گردد، از ابزاری تحت عنوان GIS بهره گرفته می شود. به دلیل رابطه موجود بین مشخصه مکانی نقاط و سطح زمین و خاک، این سیستم ها با عناوینی همچون LIS[۴] و SIS[۵] نیز بیان می گردند که از این میان عنوان GIS در محافل عملی متداولترین می باشد. GIS در میان محققین دارای تعاریف متنوعی می باشد. اما کاملترین تعریفی که مناسب GIS باشد را می توان به شرح زیر بیان کرد:

مجموعه سازمان یافته ای از سخت افزار، نرم افزار رایانه ای ، اطلاعات جغرافیایی و افراد متخصصی که به منظور کسب، ذخیره و بهنگام سازی، پردازش و تحلیل و ارایه کلیه اشکال جغرافیایی طراحی و ایجاد می گردند که این سخت افزار و نرم افزار ویژه قدرت تجزیه و تحلیل همزمان اطلاعات گرافیکی یک مکان و اطلاعات حرفی- عددی مربوط به همان نقشه را دارا می باشند. بطور اجمال قابلیت های GIS را می توان بشرح زیر بیان داشت:

داشتن امکانات تصمیم گیری
توانایی به روز کردن اطلاعات از طریق انطباق اطلاعات قدیم با اطلاعات جدید
قابلیت دریافت اطلاعات از سیستم های مختلف و تهیه اطلاعات برای سیستم های مختلف
قابلیت برقراری ارتباط بین اطلاعات جغرافیایی( نقشه ) و اطلاعات غیرجغرافیایی ( جداول اطلاعاتی)
قابلیت روی هم قرار دادن و انجام محاسبات نقشه های متعدد و مختلف با دقت بالا
قابلیت انجام محاسبات آماری و تهیه اطلاعات در شکل های مختلف برای مدل های آماری و شبیه سازی های مورد نیاز
پاسخگویی در زمان بسیار کوتاه
ایجاد نقشه با مقیاس های مختلف، سیستم تصویر مختلف و علایم قراردادی مختلف و … دارای دقت فوق العاده بیشتری نسبت به روش های دستی می باشد.
برای مکان یابی پروژه های مختلف قابل استفاده است.
قابلیت انجام روندیابی پروژه

تاریخچه GIS

ریشه GIS از علم جغرافیا مشتق می گردد. در سال ۱۹۶۰ میلادی دولت کانادا برای مشخص نمودن وضعیت منابع طبیعی موجود در این کشور اقدام به برداشت حجم زیادی از اطلاعات نموده و آنها را درقالب یک سیستم اطلاعات جغرافیایی مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. بدین ترتیب اولین سیستم GIS تحت عنوان C- GIS بوجود آمد. در ابتدا این سیستم ها توسط کاربران موجود مورد استفاده قرار نگرفتند ولیکن از اواخر دهه ۶۰ میلادی به بعد ورود کامپیوترهای پیشرفته با قابلیت های بالا، این سیستم ها در رشته های مختلف عملی کاربردهای متنوعی پیدا نموده و مورد استقبال کاربران و شرکت های مختلف قرار گرفتند.

اجزا GIS

همانند هر سیستم اطلاعاتی دیگر، GIS نیز از بخش های مجزا و مرتبط به هم بهره می گیرد. اجرای موفق هر مطالعه و تحقیق مستلزم استفاده منطقی از اجزاء این سیستم می باشد. بطور خلاصه مولفه های تشکیل دهند GIS را می توان بشرح زیر عنوان نمود:

سخت افزار
داده ها و اطلاعات
نرم افزار
کاربران و پرسنل اجرایی

۱-در سیستم های GIS، از سخت افزارهای متنوعی استفاده می گردد. سخت افزارهای مرتبط با ورود اطلاعات ( صفحه کلید، رقومی کننده، اسکنر و …)، سخت افزارهای مرتبط با خروج نتایج ( چاپگرها، رسام ها و …)

۲-داده ها و اطلاعات

به جرات می توان گفت که پایه اصلی GIS را داده ها و اطلاعات تشکیل می دهند و حجم بالایی از عملیات کاری در این سیستم ها به جمع آوری و ورود داده ها اختصاص می یابد.

داده های جغرافیایی به دو دسته مکانی ( فضایی) و غیرمکانی ( توصفی) تقسیم بندی می گردند.

داده های مکانی بیانگر موقعیت جغرافیایی عوارض و پدیده ها می باشند. ( مختصات جغرافیایی یک جاده، پاسگاه، روستا و …). داده های توصیفی بیانگر ارزش ها و چیستی عوارض می باشند( مساحت تحت پوشش هر پاسگاه، نوع عارضه).

۳-نرم افزارهای GIS

بسته های نرم افزاری که در سیستم های GIS مورد استفاده قرار می گیرند، عملیات متنوعی همانند؛ ذخیره سازی، بازیافت، تجزیه و تحلیل و تلفیق را بر روی جغرافیایی انجام می دهند.

هر یک از این نرم افزارهای برای مطالعات خاصی برنامه ریزی شده است و دارای محدودیت ها و محاسن خاص خود می باشد. این محدودیت ها بر حسب ماهیت اطلاعات ورودی که ممکن است به صورت raster یا vector باشند عمل می کنند.

در پروژه مورد مطالعه ورودی همگی به صورت vertor بوده که تمامی آنالیزها بر روی این اطلاعات صورت گرفته، اما جهت تهیه مدل رقومی ارتفاعی منطقه با کمک نرم افزار ArcView از این اطلاعات، شبکه [۶]TIN ساخته شد و با کمک این شبکه که ماهیت raster دارد نمای سه بعدی منطقه تهیه گردید. در ذیل خلاصه فعالیت های انجام شده در نرم افزارهای مورد استفاده آورده شده است:

انجام کار در محیط نرم افزار مایکرواستیش (Microstation) استخراج اطلاعات
انجام کار در محیط نرم افزار(ARC-INFO): ورود پردازش اطلاعات – ساختن توپولوژی – مشخص کردن ماهیت عوارض
انجام کار در محیط نرم افزار(Autocad): ویرایش نقشه ها
انجام کار در محیط نرم افزار(Beta3) ILWIS: ساختن مدل رقومی ارتفاعی منطقه.
انجام کار درم محیط نرم افزار(ARCVIEW): پردازش اطلاعات- ساختن شبکه TIN- انالیز داده ها.
انجام کار در محیط نرم افزار۲۰۰۰ (Excel): آنالیز بانک های اطلاعاتی، تهیه نمودار
انجام کار در محیط نرم افزار(Foxpro): تعریف بانک های اطلاعاتی و انجام تغییرات روی فیلدهای اطلاعاتی

۴-پرسنل مورد نیاز GIS

کادر فنی که با سیستم های GIS کار می کنند، نقش برجسته ای در اجرای موفقیت آمیز این سیستم ها دارند. سخت افزارها و نرم افزارهای بسیار قوی GIS بدون پشتیبانی کادر متبحر به کارایی مناسب نخواهد رسید.

مواد و روش ها

اساس و پایه اکثر مطالعات و برنامه ریزی های مرتبط با زمین، آگاهی از وضعیت و مشخصه های ظاهر زمین نظیر ارتفاع و شیب و … می باشد. که با پیشرفت تکنیک های RS و GIS، آگاهی و دسترسی سریع به این مشخصه ها فراهم گردیده است. دلیل کاربرد موثر GIS در مسائل امنیت مرزی، وجوه مشترک بین این دو میباشد. در امنیت مرزی با شناخت عواملی همچون عوارض طبیعی، مکان روستاها، راه های دسترسی و بهترین نقطه جهت دید بر مناطق حساس می توان به راحتی به منطقه استحفاظی و خطوط مرزی اشراف کامل داشت و این مقوله می تواند در زمان صلح و جنگ مورد استفاده کاربران قرار گیرد.

در ابتدا از نقشه توپوگرافی با مقیاس ۵۰۰۰۰: ۱ در محیط مایکرواستیشن ( شکل شماره:۱) لایه های اطلاعاتی مورد نیاز از منطقه فرضی ( منطقه ای واقع در غرب کشور) نظیر خطوط تراز اصلی و فرعی، خط مرزی و جاده، استخراج و پس از ویرایش های اولیه توسط نرم افزار Autocad این اطلاعات به نرم افزار ARC_INFO وارد گردید و پس از ساختن توپولوژی برای هر یک از لایه های اطلاعاتی جداول اطلاعات توصیفی مربوطه تهیه و توسط نرم افزارFoxpro تکمیل شد که دراین حالت کلیه اطلاعات و داده ها بر حسب ماهیت هر کدام ( نقطه، خط و پلی گون) به یک لایه اطلاعاتی مجزا با ID مختص به خود تفکیک گردیدند ( شکل شماره۲).

پس از تهیه بانک اطلاعات توصیفی و مدیریت و تجدید نظر نقشه رقومی منطقه در اختیار ما بود که با کمک این نقشه اقدام به تهیه شبکه TIN گردید ( شکل شماره ۳).

در این مرحله فیلدهای مورد نیاز کاربر و همچنین فیلدهایی که جهت تجزیه و تحلیل ها از آنها استفاده می شود مانند: نوع جاده از قبیل آسفالت یا خاکی، تعداد پرسنل یک پاسگاه و … به اطلاعات توصفی اضافه می گردد که با کلیک کردن روی هر عارضه مشخصات مربوط به آن بصورت جدول توصیعی آورده می شود( شکل شماره ۴و۵و۶).

تهیه DEM [۷]

با استفاده از خطوط تراز ۱۰۰ متر منطقه فرضی ابداد مدل TIN را در محیط ARC VIEW ساخته و سپس با استفاده از قابلیت سه بعدی سازی Danalyst3 مدل رقومی ارتفاعی منطقه تهیه گردید.

مدل رقومی ارتفاع زمین (DEM) برای منطقه فرضی دارای کاربردهای فراوانی می باشد که در زیر به تعدادی از آنها اشاره گردیده است.

بر روی DEM محدوده فرضی، یک نقطه در فضا تعیین می کنیم که با استفاده از تصویر سه بعدی مدل رقومی زمین و با تغییر موقعیت نظاره می توان منطقه مورد نظر را از زوایای مختلف رویت و مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. ( شکل های شماره ۷و۸).
با قرار دادن نقشه های موضوعی و لایه های موجود منطقه ( روستا، جاده و …) بر روی تصویر سه بعدی می توان به تجزیه و تحلیل توزیع مکانی پدیده ها و ارتباط آنها با توپوگرافی پرداخت ( شکل شماره ۹).

پس از این مرحله نوبت به انجام آنالیز و تجزیه و تحلیل می رسد. در اینجا بطور نمونه آنالیز صورت گرفته بر اساس شاخص های فرضی آورده شده است.

برای احداث پاسگاه کجا مناسب می باشد؟

فاصله پاسگاه تا مرز بین المللی از ۴۵۰۰ متر بیشتر باشد.
پاسگاه تا جاده ارتباطی فاصله ای کمتر از ۱۰۰۰ متر داشته باشد
ارتفاع منطقه مورد نظر برای احداث پاسگاه از ۱۷۰۰ متر از سطح تراز دریا کمتر باشد.

براساس پیش فرض های ارائه شده در بالا، محدوده بهینه برای احداث پاسگاه ها و برجک دیده بانی در شکل های شماره ( ۱۴و۱۵) مشخص گردیده است.

بر اساس شاخص های فرضی خطوطی از نقاط مختلف محدوده بهینه تهیه شده به منظور مشخص کردن محدوده دید این نقاط رسم گردید که در این مرحله با استفاده از تابع قابلیت دید مدل رقومی زمین، مناطقی که دید بهتری نسبت به سایر نقاط داشتند و همچنین از لحاظ استراتژیک در موقعیت مناسبی قرار گرفته بودند، مشخص گردیدند و در نهایت سه نقطه جهت احداث پاسگاه و برجک دیده بانی انتخاب گردید. همانطور که در شکل های شماره (۱۱و۱۲و۱۳)مشاهده می شود خطوطی که به رنگ سبز می باشد نشانگر قسمت هایی است که از نقطه منظر انتخابی می توان آنها را مشاهده کرد و خطوطی که به رنگ قرمز میباشد نشانگر محدودیت در دید یا به اصطلاح نقطه کور می باشد. در انتها ترکیب روشهای مختلف نمایش منطقه مورد مطالعه از جمله: تصاویر، جداول توصیفی، گرافها و … در شکل شماره (۱۴) ارائه گردیده است.

نتیجه گیری

تکنیک سنجش از دور و GIS به عنوان یکی از مدرن ترین فنون جهت تحلیل و بررسی، تهیه نقشه های مختلف، مدلسازی وغیره محسوب می شود. بدین ترتیب با بهره گیری از این فنون و داشتن نرم افزارهای مربوطه، از جمله نرم افزار Arcviewبه همراه Extention های گوناگونی که از آن بهره میبرد، سبب می گردد تا نتایج حاصله به بهترین شکل ممکن ارائه و مورد استفاده قرار گیرند. در این مقاله سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS) به عنوان یکی از کاربردی ترین راهکارها در راستای تامین امنیت مرزی مورد توجه واقع شده است که بعنوان نمونه بااستفاده از قابلیت های آن نقاط دید در مدل رقومی زمین و مکان یابی پاسگاه ها انجام گرفته است.

نرم افزارهای GIS نظیر Arc-info، Arcview و ILWIS و … با توانایی های بالا در زمینه رقومی نمودن نقشه ها، مدیریت لایه ها، تهیه بانک های اطلاعاتی توصیفی ضمن افزایش سرعت و دقت در حدی بسیار چشمگیر، امکان دستیابی مدیران و کاربران رابه نقشه ها و بانک های اطلاعاتی به طور همزمان فراهم می آورد. بدین ترتیب مدیران و کاربران می توانند با مشاهده نقشه های منطقه به صورت دو بعدی و سه بعدی با انتخاب هر نقطه دلخواه به اطلاعات آن منطقه نیز دسترسی یابند. بعنوان نمونه در مورد مناطق مرزی ضمن امکان تهیه مدل سه بعدی از مناطق مرزی با توجه به رقوم ارتفاعی و مشاهده بهتر منطقه می توان بانک های اطلاعاتی را نقشه های رقومی LINK نمود.