أولا : فهم مفاهيم GIS
عزيزى الطالب / عزيزتى الطالبة
اليكى مجموعة من المفاهيم الأساسية في GIS:
 
  المفهوم الأول : البيانات المكانية (Spatial Data):
 
هي أي بيانات مرتبطة بمكان على سطح الأرض.
            • مثال: موقع مدرسة (نقطة)، حدود مدينة (مضلع)، أو طريق (خط).
 
أنواع البيانات الجغرافية المكانية
يوجد نوعان أساسيان من أنواع البيانات الجغرافية المكانية — البيانات الخطية والبيانات الشبكية.
البيانات الخطية
البيانات الخطية هي معلومات جغرافية مكانية تستخدم عناصر رقمية مثل النقاط والخطوط والمضلعات لتمثيل التضاريس الجغرافية. غالبًا ما تمثل البيانات الخطية تضاريس أرضية مثل الطرق والأنهار وحدود المدينة. كما تُستخدم البيانات الخطية على نطاق كبير في تطبيقات المعلومات الجغرافية المكانية مثل رسم الخرائط ومعلومات الموقع والتنقل.
البيانات الشبكية
البيانات الشبكية هي نماذج بيانات جغرافية مكانية تحدد المساحة كشبكة من الخلايا متساوية الحجم. تُمثِّل كل خلية شبكية معلومات الموقع مثل درجة الحرارة أو جودة التربة. وتتم إضافة البيانات الشبكية على صورة الخريطة. على سبيل المثال، نحصل على صور الخرائط من صور الأقمار الصناعية والصور الجوية الرقمية والخرائط الممسوحة ضوئيًا. يمكنك استخدام البيانات الشبكية لإنشاء نماذج ارتفاع رقمية، كما هو موضح أدناه.

التقنيات المستخدمة لجمع البيانات الجغرافية المكانية
استخدام العديد من التقنيات لإنشاء المعلومات الجغرافية وتخزينها. نوضح بعض الطرق الأكثر شيوعًا فيما يلي.
 
نظم المعلومات الجغرافية
نظم المعلومات الجغرافية (GIS) هي أنظمة برمجية تعمل على إنشاء ميع أنواع البيانات وإدارتها وتحليلها وتخطيطها. وتعمل هذه الأنظمة على دمج بيانات الموقع مع معلومات عن مدى وجود الأشياء في هذا الموقع. تطبق نظم المعلومات الجغرافية (GIS) العلوم الجغرافية باستخدام أدوات للفهم والتعاون. على سبيل المثال، يمكنك استخدام تكنولوجيا نظم المعلومات الجغرافية (GIS) لجمع البيانات وتقديمها عن سكان المنطقة ودخلهم والتركيبات السكانية الأخرى. أيضًا، يمكن لنظم المعلومات الجغرافية (GIS) تحليل التغيرات في المناطق على مدار الوقت، مثل الكثافة السكانية أو التغييرات التي تحدث في استخدام الأراضي.
 
نظام تحديد المواقع العالمي
يجمع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بيانات الموقع الدقيقة اللازمة للنظم الجغرافية المكانية (GIS) . كذلك تجمع مستقبلات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إشارات الراديو من شبكة الأقمار الصناعية لحساب المواقع الدقيقة على سطح الأرض. وبذلك يمكنك استخدام بيانات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لتحسين دقة تحديد الموقع للتطبيقات الجغرافية المكانية وتتبُّع التغييرات في الوقت الحقيقي.
تقنية الطائرة المسيَّرة بدون طيار
تجمع الطائرات المسيَّرة بدون طيار البيانات الجغرافية المكانية بطرق مختلفة، تشمل التصوير الجوي ومقاطع الفيديو والصور الأخرى. يمكنك إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد للمناطق الجغرافية واستخلاص معلومات الموقع مثل استخدام الأراضي والظروف البيئية. أيضًا، يمكنك استخدام الطائرات المسيَّرة بدون طيار لقياس المسافات والارتفاعات وكذلك تحديد المخاطر المحتملة.
 
فوائد استخدام البيانات الجغرافية المكانية
تستطيع الشركات التي تستخدم التقنيات الجغرافية المكانية إحراز الكثير من الفوائد، والتي نوضحها فيما يلي. 
مستويات أفضل من الدقة
في سبيل جمع المعلومات، تستخدم أنظمة البيانات الجغرافية المكانية تكنولوجيا معقدة مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) والليزر والاستشعار عن بُعد. تمثل هذه البيانات أساس الخرائط الرقمية والنماذج ثلاثية الأبعاد للمواقع الجغرافية. علاوةً على ذلك، فإن الدقة المتزايدة التي تعطيها البيانات الجغرافية المكانية مفيدة لمجموعة متنوعة من التطبيقات مثل الملاحة وإدارة الأصول وتقييم المخاطر.
التكاليف المخفضة
يمكن أن تساعدك التقنيات الجغرافية المكانية على توفير التكاليف بعدة سبل. مثلًا، يمكنها مساعدتك في أتمتة عملية جمع البيانات ويمكنها أيضًا تقليل تكلفة رسم الخرائط ومسح المشروعات. إضافة إلى ذلك، تساعد هذه التكنولوجيا في تبسيط العمليات مثل إدارة الأصول وتخصيص الموارد، الأمر الذي يؤدي إلى زيادة الكفاءة وتوفير التكاليف.
المزيد من الأمان
يمكنك استخدام البيانات الجغرافية المكانية لزيادة الأمان، لأنها توفر فهمًا شاملًا للبيئات المحيطة. فعلى سبيل المثال، يمكنك إنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد للمناطق التي تظهر فيها المخاطر والأخطار. ستتغير الخرائط وترسل تنبيهات في حالة ظهور مشكلات جديدة بسبب الأحوال الجوية أو الاختناقات المرورية أو الكوارث الطبيعية. 
كفاءة إدارة الموارد
يمكنك استخدام البيانات الجغرافية المكانية لتحديد توفر الموارد وتحليلها، وتحديد أولويات الموارد وتحليلها، وتتبع الاستخدام وتحليله. فهي تساعدك على اتخاذ أفضل خيارات مدروسة بشأن تخصيص الموارد واستخدامها. بالإضافة إلى ذلك، يمكنك استخدام البيانات الجغرافية المكانية لمراقبة الموارد الطبيعية وإدارتها، مثل موارد المياه والغابات والحياة البرية.
 
  المفهوم الثانى : البيانات الوصفية (Attribute Data):
هي المعلومات اللي بتوصف البيانات المكانية.
هي المعلومات أو البيانات غير المكانية التي تصف خصائص العناصر الجغرافية. هذه البيانات تكون مرتبطة بالنقاط أو الخطوط أو المساحات في الخرائط الجغرافية، وتُستخدم لإعطاء مزيد من المعلومات حول تلك العناصر. على سبيل المثال، يمكن أن يكون لديك طبقة بيانات مكانية تحتوي على مواقع المدارس، بينما تتضمن البيانات الوصفية لهذه الطبقة معلومات مثل اسم المدرسة، عدد الطلاب، نوع المدرسة (ابتدائية، ثانوية)، وغيرها.
 
            • مثال: المدرسة (بيانات مكانية) → عدد الطلاب، اسم المدير، نوع المدرسة (دي بيانات وصفية).
 
طرق التعامل مع البيانات الوصفية
للتعامل مع البيانات الوصفية، هناك عدة طرق وتقنيات، منها:
 
أنظمة المعلومات الجغرافية (GIS):
تُستخدم أدوات GIS مثل ArcGIS أو QGIS لإدخال البيانات الوصفية وإدارتها وعرضها. تتيح هذه الأنظمة إمكانية الربط بين البيانات المكانية والبيانات الوصفية، وتحليلها بشكل متكامل.
 
الجداول المترابطة (Relational Databases):
يتم استخدام قواعد البيانات المترابطة مثل PostgreSQL مع إضافة PostGIS لتخزين ومعالجة البيانات المكانية والبيانات الوصفية معًا. هذا الأسلوب يتيح للمستخدمين التعامل مع كميات ضخمة من البيانات بشكل فعال، مع القدرة على إجراء عمليات الاستعلام والتحليل بشكل أكثر عمقًا.
 
التحليل والاستعلام المكاني:
يتم استخدام استعلامات SQL المكانية لاستخراج وتحليل البيانات الوصفية بناءً على الموقع الجغرافي. مثلًا، يمكنك استخدام استعلام لإيجاد جميع المباني التي تحتوي على أكثر من 5 طوابق داخل منطقة معينة.
 
الربط بين البيانات المكانية والبيانات الوصفية:
يتم ذلك من خلال مفتاح فريد (Unique Identifier) يربط كل كائن مكاني بالبيانات الوصفية المرتبطة به، مما يسهل عملية الاستعلام والتحليل.
 
أهمية البيانات الوصفية في البيانات المكانية
البيانات الوصفية تلعب دورًا حيويًا في البيانات المكانية نظرًا للأسباب التالية:
 
زيادة فهم البيانات:
توفر البيانات الوصفية معلومات إضافية تجعل العناصر الجغرافية أكثر وضوحًا وتفصيلاً. مثلاً، بدلاً من مجرد رؤية موقع نهر على الخريطة، يمكنك معرفة اسمه، طوله، تصنيفه، وغيرها من التفاصيل.
 
تحليل أكثر دقة:
البيانات الوصفية تمكن من إجراء تحليلات أكثر دقة وتفصيلًا، مثل تصنيف المناطق بناءً على خصائص معينة أو تحديد العلاقة بين المواقع الجغرافية والخصائص المرافقة.

اتخاذ القرارات:
تساعد البيانات الوصفية على اتخاذ قرارات مستنيرة، حيث يمكن استخدامها لفهم الأنماط والاتجاهات وتحليل البيانات بشكل أفضل، مما يساعد في التخطيط العمراني، وإدارة الموارد، وتقديم الخدمات.
التكامل مع البيانات الأخرى:
يمكن دمج البيانات الوصفية مع أنواع أخرى من البيانات مثل البيانات الديموغرافية أو البيانات الاقتصادية، مما يتيح إنشاء خرائط وبيانات تحليلية أكثر شمولاً.
 
إتاحة البحث والاستعلام:
وجود البيانات الوصفية يجعل من السهل إجراء الاستعلامات البحثية حول المناطق أو العناصر الجغرافية، مما يسهل عمليات التحليل وإدارة البيانات بشكل عام.
 
خلاصة
البيانات الوصفية في البيانات المكانية هي عنصر أساسي لفهم وتحليل البيانات الجغرافية بشكل أكثر تفصيلاً وفعالية. من خلال ربط المعلومات المكانية مع بيانات وصفية مفصلة، يمكن تعزيز القدرة على التحليل والاستنتاج، مما يعزز من قيمة نظم المعلومات الجغرافية في مختلف التطبيقات.
 

            المفهوم الثالث :
  3. الطبقات (Layers): كل نوع بيانات بيتخزن في “طبقة” منفصلة.
            • مثال: طبقة للطرق، طبقة للمباني، طبقة للمياه.
ولما نعرضها فوق بعض تتكون عندنا خريطة متكاملة.
 
ما هي طبقات OSI Layer
لكي نبني شبكة لا بد من توفير الأجزاء الرئيسية مثل الأجهزة الطرفية (Workstation)، أجهزة الشبكة (Network Devices) والوسط الناقل (Transmission Media).تتألف OSI Model من سبع طبقات وهي موضَّحة بالشكل التالي:
 

الطبقة الأولى Physical Layer 
1- وظيفتها ربط الجهاز بالوسط الناقل (transmission media) أيّاً كان نوع هذا الوسط الناقل سواء كان من الألياف الضوئية (Optical fiber)، أو كان من كوابل (UTP) أو كان من كوابل (Coaxial) أو حتى إن كان الفراغ هو الوسط الناقل.
2- وظيفة (Physical Layer): هي مسؤولة عن تحويل المعلومات المراد إرسالها (Transmitted Data) إلى إشارات، سواء كانت هذه الإشارات كهربائية أو ضوئية أو لاسلكية تناسب الوسط الناقل لها، كما أنّ شكل الإشارة (Digital Encoding) يجب أن تُناسب نوع الوسط الناقل لها، والعكس صحيح.
الطبقة الثانية Data Link 
 
1- وظيفته إعطاء عنوان مادي (Physical Address) للجهاز المرتبط على الشبكة ويمتاز هذا العنوان بأنّه ثابت لا يتغير بتغيير مكان الجهاز على الشبكة ويمكن تشبيهه بالرَّقم التسلسلي لجهاز الخلوي (Serial No.) الذي يبقى ثابت بغض النظر عن شبكة الخلوي التي يعمل عليها جهاز الخلوي.
2- كما تقوم هذه الطبقة بفحص وجود أخطاء للمعلومات المستقبلة (Cyclic Redundancy Check)، كما تقوم هذه الطبقة بوظيفة مهمَّة وهي (Media Access Control): أي وضع آليةٍ للسيطرة على استخدام الشبكة من قبل الأطراف.

3- فمن المعروف بأنَّ للشبكة عدَّة مستخدمين أيُّ أطرافٍ بحيث تتواصل فيما بينها عن طريق الشبكة، لذا فإنّ من الضرورة أن يتم إيجاد طرق تضمن استخدام الشبكة المشتركة من قبل الأطرف جميعا ًدون أن يتم تأثير أيُّ طرفٍ على طرف آخر.
الطبقة الثالثة Network Layer
 
1- وظيفتها اختيار أفضل طريق (Best Path) يمكن للمعلومات المرسلة أن تسلكه بهدف الوصول للمكان المقصود (Destination)، بأفضل و أقصر الطريق.
2- كما تقوم هذه الطبقة بوظيفة أخرى هي تحديدها لعنوان متغير (Logical Address) للأطراف، وهو شبيه برقم الهاتف المتنقِّل المعتاد، وهذا الرَّقم سيتغير بحسب الشبكة التي يعمل عليها.
الطبقة الرابعة Transmission Layer
 
تصنَّف لنوعين هما:
1- (Transmission Control Protocol “TCP”):  بروتوكول TCP يضبط عمل نقل المعلومات حيث يتم الاتفاق بين الطرفين على حجم الإرساليات خلال عملية نقل البيانات (Window Size)، وكذلك استخدام مبدأ إعادة الإرسال في حال وجود أيِّ خطأ في هذه المعلومات المستلمة.كما يقوم هذا البروتوكول بتهيئة الاتصال قبل نقل البيانات (Connection-oriented). 
2-  النوع الثاني هو (User Datagram Protocol “UDP): أمّا بالنسبة ل (UDP) فإنَّه بعكس (TCP) فإنَّه لايقوم باسخدام أيِّ وسيلة لضبط عملية نقل البيانات، كما لا يتم تهيئة الاتصال قبل عملية النقل (Connectionless).هذه الطَّبقة يتم تحديد آلية إرسال المعلومات إنْ كانت (TCP)  أو  كانت (UDP)، كذلك تقوم بإعطاء أرقام المنافذ (Port Number) لكل المعلومات من المرسلة والمستقبلة.
الطبقة الخامسة Session Layer
 
1- وظيفتها القيام بفتح وإغلاق ومراقبة الجلسات (Sessions)، بين طرفي المرسل والمستقبل. فمثلا عند كتابة العنوان (www.yahoo.com) في برنامج تصفح الانترنت، فإّنَّ الموقع لا يفتح إلاّ بعد أن تضغط على كلمة (GO)، أو أن تدخل (Enter)، فهنا يقوم ال(Session Layer) بفتح جلسة (session) مع الموقع فهنا “Yahoo” مثلاً يقوم بمراقبة الجلسة أو إغلاقها بحسب ما يتطلَّب الأمر.
الطبقة السادسة Presentation Layer
 
 1- تهتم بترجمة وتشفير البيانات بحيث تكون مفهومة من قبل التطبيقات، وتتحكم في كيفية عرض البيانات، تعمل كالمترجم بين عدَّة لغات، فهي بذالك تكون قادرة على تحديد نوع المعلومات المستقبلة والمرسلة (text, flash, wave, pdf, ….) وتحديد البرنامج الذي يقوم بالتعامل مع كل نوع على حدةٍ، فكثيراً ما يقوم برنامج التصفح بفتح التطبيق أو البرنامج الذي يناسب نوع المعلومات تلقائياً.
2- تتهتم بترجمة وتشفير البيانات بحيث تكون مفهومة من قبل التطبيقات، وتتحكم في كيفية عرض البيانات، مثلا يقوم بتشغيل (acrobat reader) داخل (internet explorer)، لكي يقوم بعرض المعلومات المستقبلة من نوع (pdf). كذلك يقوم أيضاّ بالتعرُّف على نوع (text enconding).
الطبقة السابعة  Application Layer
 
توفر واجهة بين المستخدم والنظام من خلال التطبيقات التي تتواصل مع الشبكة مثل المتصفحات، والبريد الإلكتروني.
تتضمن بروتوكولات مثل HTTP وSMTP.
 
 
 
المفهوم الرابع :
 
  4. التحليل المكاني (Spatial Analysis): هو استخدام أدوات GIS يستخدم فى تحليل واستخراج علاقات.
            • مثال: أقرب مستشفى من منطقة معينة، أو أفضل موقع لإنشاء مدرسة جديدة.
 
لتحليل المكاني (Spatial Analysis) هو فرع من فروع نظم المعلومات الجغرافية (GIS) يُعنى بدراسة الظواهر الجغرافية وتحليل أنماط توزيعها، وعلاقاتها المكانية، واتجاهاتها، بهدف استخراج معلومات ومعرفة جديدة تدعم اتخاذ القرار. باختصار، التحليل المكاني يجيب عن أسئلة مثل: أين يحدث الشيء؟ ما هي علاقته مع عناصر أخرى؟ كيف يتغير عبر المكان أو الزمن؟ ما التأثيرات المكانية المتبادلة بين الظواهر؟
 

 
          
 
المفهوم الخامس :
  5. الإحداثيات (Coordinates): هي الطريقة اللي بنحدد بيها المواقع على الأرض (زي خطوط الطول والعرض أو UTM).
 

 
تُعد الإحداثيات الجغرافية حجر الزاوية في علم الجغرافيا، فهي الأدوات الأساسية التي تمكننا من تحديد المواقع بدقة على سطح الأرض، وفهم العلاقات المكانية بين الظواهر المختلفة. بدون نظام موحد لتحديد المواقع، سيكون من المستحيل تقريبًا إنشاء الخرائط، التنقل، أو تحليل البيانات الجغرافية بفعالية. في هذا المقال الشامل، سنتعمق في استكشاف الأنواع الرئيسية للإحداثيات الجغرافية، مبادئ عملها، ومجالات تطبيقاتها المتنوعة.
ما هي الإحداثيات الجغرافية؟
الإحداثيات الجغرافية هي مجموعة من الأرقام أو القيم التي تُستخدم لتحديد موقع فريد على سطح الأرض أو في الفضاء ثلاثي الأبعاد. تعتمد هذه الأنظمة على شبكة وهمية من الخطوط المرجعية التي تغطي الكوكب، مما يسمح بتعيين “عنوان” رقمي لكل نقطة.
تُقسم الإحداثيات الجغرافية بشكل عام إلى نوعين رئيسيين:
أنظمة الإحداثيات الجغرافية (Geographic Coordinate Systems – GCS): تعتمد على نموذج ثلاثي الأبعاد للأرض (كروي أو إهليلجي).
أنظمة الإحداثيات المسقطة (Projected Coordinate Systems – PCS): تعتمد على إسقاط سطح الأرض ثلاثي الأبعاد على سطح مستوٍ ثنائي الأبعاد.
دعونا نستكشف كل نوع الإحداثيات الجغرافية بالتفصيل.

1. أنظمة الإحداثيات الجغرافية (Geographic Coordinate Systems – GCS)
تُعد أنظمة الإحداثيات الجغرافية الطريقة الأكثر شيوعًا لتحديد المواقع على الكرة الأرضية. تعتمد هذه الأنظمة على شبكة من خطوط الطول ودوائر العرض، وتُعبر عن المواقع بوحدات زاوية (درجات، دقائق، ثوانٍ).
أ. خطوط الطول (Longitudes)
التعريف: هي خطوط وهمية تمتد من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي، وتتقاطع عند القطبين. تُعرف أيضًا باسم خطوط الزوال (Meridians).
خط غرينتش (Prime Meridian): هو خط الطول المرجعي (0 درجة) الذي يمر عبر المرصد الملكي في غرينتش، لندن. يُستخدم كنقطة بداية لقياس خطوط الطول شرقًا وغربًا.
القياس: تُقاس خطوط الطول من 0 درجة إلى 180 درجة شرقًا (E) ومن 0 درجة إلى 180 درجة غربًا (W). الخط 180 درجة شرقًا وغربًا يُعرف بخط التاريخ الدولي.
الدلالة: تُحدد خطوط الطول الموقع شرقًا أو غربًا بالنسبة لخط غرينتش، وتلعب دورًا حاسمًا في تحديد المناطق الزمنية.
ب. دوائر العرض (Latitudes)
التعريف: هي دوائر وهمية متوازية لخط الاستواء، وتُحيط بالكرة الأرضية. كلما ابتعدت عن خط الاستواء باتجاه القطبين، صغر حجم الدائرة.
خط الاستواء (Equator): هو دائرة العرض المرجعية (0 درجة) التي تقسم الأرض إلى نصفين شمالي وجنوبي.
القياس: تُقاس دوائر العرض من 0 درجة (خط الاستواء) إلى 90 درجة شمالًا (N) (القطب الشمالي) ومن 0 درجة إلى 90 درجة جنوبًا (S) (القطب الجنوبي).
الدلالة: تُحدد دوائر العرض الموقع شمالًا أو جنوبًا بالنسبة لخط الاستواء، وتؤثر بشكل كبير على المناخ ودرجات الحرارة.
 
نموذج الأرض (Datum)
 
لفهم الإحداثيات الجغرافية بشكل كامل، يجب فهم مفهوم “النموذج الجيوديسي” أو “المرجع الجيوديسي” (Geodetic Datum). النموذج هو نظام مرجعي يحدد الحجم والشكل الدقيق للأرض، بما في ذلك نقطة الأصل والاتجاه. هناك العديد من النماذج الجيوديسية المختلفة، مثل:
WGS84 (World Geodetic System 1984): هو النموذج الأكثر شيوعًا واستخدامًا على نطاق واسع في أنظمة تحديد المواقع العالمية (GPS) والخرائط الحديثة.
NAD83 (North American Datum 1983): يُستخدم بشكل أساسي في أمريكا الشمالية.
ED50 (European Datum 1950): يُستخدم في أجزاء من أوروبا.
يُعد اختيار النموذج الصحيح أمرًا بالغ الأهمية لضمان دقة الإحداثيات، حيث يمكن أن يؤدي استخدام نماذج مختلفة إلى اختلافات كبيرة في تحديد نفس النقطة على الأرض.
 
مميزات وعيوب أنظمة الإحداثيات الجغرافية:
 
المميزات:
تحديد المواقع بدقة على الكرة الأرضية بأكملها.
مفيدة للملاحة العالمية والطيران والسفن.
سهلة الفهم والتصور على مجسم الكرة الأرضية.
 
العيوب:
لا تُستخدم مباشرة لقياس المسافات أو المساحات بدقة على الخرائط المسطحة، لأن الدرجة الواحدة من خط الطول لا تُعادل نفس المسافة في كل مكان (تتقارب الخطوط عند القطبين).
تتطلب تحويلات معقدة عند إسقاطها على سطح مستوٍ، مما يؤدي إلى تشوهات.

 
2. أنظمة الإحداثيات الجغرافية المسقطة (Projected Coordinate Systems – PCS)
نظرًا لأن الأرض ثلاثية الأبعاد، ولأن الخرائط ثنائية الأبعاد، فإننا نحتاج إلى عملية “إسقاط” لتحويل الإحداثيات الجغرافية من السطح الكروي إلى سطح مستوٍ. تُعرف هذه العملية بالإسقاط الخرائطي (Map Projection)، والناتج هو نظام الإحداثيات المسقطة.
تُعبر أنظمة الإحداثيات المسقطة عن المواقع بوحدات خطية (مثل الأمتار أو الكيلومترات أو الأقدام) على شبكة مستوية (س، ص). كل إسقاط خرائطي له خصائصه الفريدة من حيث الحفاظ على الشكل، المساحة، المسافة، أو الاتجاه، ولكن لا يمكن لأي إسقاط الحفاظ على كل هذه الخصائص في نفس الوقت.


الخلاصة
تُعد الإحداثيات الجغرافية لغة المكان التي تمكننا من فهم عالمنا وتحديد مواقعنا فيه. سواء كنا نستخدم خطوط الطول والعرض لتحديد موقع عام على الكرة الأرضية، أو الإحداثيات المسقطة لقياسات دقيقة على خريطة محلية، فإن كل نظام له غرضه ومميزاته. إن إتقان هذه المفاهيم يُعد ضروريًا لأي شخص يعمل في مجال الجغرافيا، علوم الأرض، أو أي مجال يعتمد على البيانات المكانية، مما يفتح آفاقًا واسعة للتحليل، التخطيط، والاستكشاف.
 
 
  المفهوم السادس :
  6. إسقاط الخرائط (Map Projection):
لأن الأرض كروية والخرائط مسطحة، لازم نعمل إسقاطات علشان نمثلها بشكل صحيح على الورق أو الشاشة.

إسقاطات رسم الخرائط هي أنظمة الإحداثيات الجغرافية، يتكون من خطوط الطول (نصف دائرة تخيلية مستمدة من أ قطب الأرض إلى الآخر) المتوازيات (خطوط تخيلية موازية لخط الاستواء) ، حيث يكون السطح الكروي لخط الاستواء أرض.
هذا يعني أن السطح الكروي للكوكب يتم تسويته من خلال الرسم ، مما يؤدي إلى ظهور خريطة. يتم بناء هذا النظام من خلال العلاقات الرياضية والهندسية. أشهر الإسقاطات الخرائطية هي:
إسقاط أسطواني
إسقاط السمت
إسقاط مخروطي
اقرأأيضا:ما هي المتوازيات وخطوط الطول؟
الإسقاطات الخرائطية الرئيسية
ثانية المعهد البرازيلي للجغرافيا والإحصاء، أشهر تصنيفات الإسقاط الخرائطي هي تلك التي تستخدم أسطح المخروط أو المستوى أو الأسطوانة لتخطيط المنطقة الكروية للأرض.
→ إسقاط أسطواني

 
يتم الإسقاط الأسطواني على أسطوانة مماس للكرة الأرضية.
يشير الإسقاط الأسطواني إلى تمثيل السطح الكروي للأرض في مستوى باستخدام كـ قاعدة اسطوانة واحدة التي تغلف العالم بأسره. في هذا الإسقاط ، يتم تمثيل الإحداثيات الجغرافية (الموازية وخطوط الطول) بخطوط مستقيمة تلتقي بزوايا قائمة.
 
نسبة السطح مشوهة. من الشائع اختيار هذا النوع من الإسقاط لخرائط العالم. مع اقترابها من القطبين ، تزداد التشوهات ، لذلك عادة ما يتم تضخيم المناطق القطبية في عرضها.
 
→ إسقاط مخروطي
يُسقط الإسقاط المخروطي على مخروط مماس للكرة الأرضية.
يشير الإسقاط المخروطي إلى تمثيل السطح الكروي للأرض المسقط على أ مخروط. تنشأ الإحداثيات الجغرافية من نقطة واحدة. تتلاقى خطوط الطول نحو المناطق القطبية ، وتشكل المتوازيات أقواسًا متحدة المركز. المناطق الأبعد عن التوازي في اتصال مع المخروط تظهر تشوهات أكبر. عادة ما يتم استخدام هذا النوع من الإسقاط تمثل مناطق خطوط العرض المتوسطة.
 
→ إسقاط السمت
يتم الإسقاط السمتي على مستوي مماس إلى نقطة على الكرة الأرضية.
الإسقاط السمتي ، ويسمى أيضًا الإسقاط المستوي ، يشير إلى تمثيل السطح الكروي للأرض على سطح مستو يلمس الكرة الأرضية. تشكل الإحداثيات الجغرافية في هذا النوع من الإسقاط دوائر متحدة المركز. يتم استخدامه لتمثيل أي نقطة على الأرض ، حيث يكون تمثيل المناطق القطبية أكثر شيوعًا ، أي مناطق أصغر من الكرة الأرضية. يصنف إلى ثلاثة أنواع: قطبي واستوائي ومائل.
أنواع الإسقاطات الخرائطية
 
أنواع الإسقاطات الخرائطية
1. حسب سطح الاتصال
الظل (Tangent): سطح الإسقاط مماس للأرض.
تجفيف (Secant): سطح الإسقاط يقسم الأرض إلى أجزاء.


2. حسب الخصائص (Property)
متساوي البعد: يحافظ على المسافات في اتجاه معين، مع تشوه في الزوايا والمساحة.
زاوي (Conformal): يحافظ على الزوايا، مع تشوه في المساحة.
مساحي (Equivalent): يحافظ على المساحة، مع تشوه في الزوايا.
مؤثر (Compromise): أقل تشوه عام، لا يحافظ على المساحة أو الزوايا.


3. حسب موضع سطح الإسقاط
بوليكونيك (Polyconic): إسقاط مخروطي، تشوه يزيد كلما ابتعدت عن الوسط، مناسب للمناطق الممتدة شمال-جنوب.
مستعرض (Transverse): تمثيل مناطق شمال-جنوب واسعة، الإحداثيات ليست خطوط مستقيمة إلا عند خط الاستواء.
طبيعي (Normal): المتوازيات دوائر، خطوط الطول مستقيمة، تشوه منخفض، مناسب للمناطق غرب-شرق.


4. حسب طريقة تحضير التتبع
هندسي: gnomonic (من مركز الأرض)، مجسم، أو إملائي (من اللانهاية).
تحليلي: تمثيل رياضي وحسابي.
عادي: يعتمد على الجداول والحسابات.


 
أمثلة شهيرة لإسقاطات الخرائط
إسقاط مركاتور (Mercator)
إسقاط أسطواني، خطوط مستقيمة تتقاطع بزوايا قائمة.
يحافظ على الزوايا، تشوه المناطق في خطوط العرض العالية.


 
 خريطة العالم بإسقاط مركاتور
 
إسقاط بيترز (Peters)
أسطواني متساوي المساحة.
يحافظ على حجم المناطق، مع تشوه الأشكال والزوايا.
يبرز الدول النامية بشكل أكثر دقة مقارنة بمركاتور.


خريطة العالم بإسقاط بيترز
 
 
إسقاط روبنسون (Robinson)
شبه أسطواني (pseudocylindrical).
الحد الأدنى من تشوه المناطق والأشكال، مناسب لتمثيل القارات.

 
خريطة العالم بإسقاط روبنسون
 
 
سبب تشوه الإسقاطات الخرائطية
تحويل سطح كروي إلى مستوٍ يؤدي إلى تشوه في المساحة، الشكل، أو الزوايا.
لا يوجد إسقاط مثالي، والاختيار يعتمد على الغرض من الخريطة.
📷 صورة: مقارنة بين تشوهات مختلفة في إسقاطات الخرائط

أمثلة تطبيقية
البرازيل: تمثل رسميًا بإسقاط Mercator وPolyconic لتقليل تشوه خطوط الطول.
شعار الأمم المتحدة: مثال على الإسقاط السمتي (azimuthal)، يركز على القطب الشمالي.


 
 
شعار الأمم المتحدة هو إسقاط للسمت.
وفقًا لـ IBGE ، يتم تمثيل البرازيل من خلال إسقاط أسطواني استوائي لـ Mercator و polyconic. تم تفصيل رسم الخرائط الرسمية للأراضي البرازيلية في الإسقاط متعدد الألوان ، والذي يهدف إلى تقليل تشوه خطوط الطول أثناء تقاربها.
شعار منظمة الأمم المتحدةs مثال على الإسقاط السمتي أو المستوي. يتركز هذا الإسقاط في القطب الشمالي ، ويمتد إلى خط عرض 60 درجة جنوبيًا.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                         المفهوم السابع :
  7. النماذج (Models): GIS ممكن يعمل محاكاة لظواهر واقعية.
            • مثال: التنبؤ بمسار الفيضانات أو الزحف العمراني.
 
النمذجة الجغرافية:  تعد دليل شامل من المفاهيم إلى التطبيقات العملية في تحليل الظاهرات المكانية

 
في عصر التدفق الهائل للبيانات المكانية، أصبحت قدرتنا على فهم التعقيدات الهائلة للعالم من حولنا تتطلب أكثر من مجرد خرائط ثابتة. هنا تبرز النمذجة الجغرافية كأداة تحليلية ثورية تمكّننا من اختزال تعقيد الواقع في نماذج مبسطة، لا لفهم الحاضر فحسب، بل للتنبؤ بالمستقبل واتخاذ قرارات أكثر ذكاءً. تخيل أنك تستطيع محاكاة تأثير فيضان على مدينة بأكملها قبل حدوثه، أو توقع مسار انتشار وباء، أو حتى تحديد أفضل موقع لإنشاء مشروع استثماري ضخم بدرجة عالية من الدقة. هذا بالضبط ما توفره لنا النمذجة الجغرافية.
تهدف هذه الرحلة المعرفية الشاملة إلى تفكيك مفهوم النمذجة الجغرافية، وشرح آليات عملها، واستعراض أنواعها المختلفة، وتقديم دليل عملي لكيفية بنائها، مع تسليط الضوء على أبرز تطبيقاتها العملية التي غيرت – ولا تزال تغير – طريقة إدارتنا للمدن ومواردنا وكوارثنا. سواء كنت طالباً، باحثاً، مخططاً حضرياً، أو مهتماً بمستقبل التحليل المكاني، فإن هذا المقال سيمنحك نظرة متعمقة على واحدة من أقوى أدوات العصر الرقمي.

 
القسم الأول: الأساس النظري – ما هي النمذجة الجغرافية؟
التعريف ومبدأ العمل: إنشاء نموذج مبسط للواقع المكاني لفهمه، تحليله، محاكاة سلوكه، والتنبؤ بمستقبله عبر معادلات وخوارزميات قابلة للقياس.
الفرق عن الخرائط التقليدية:
الخريطة: وصفية وثابتة → تجيب على “أين؟” و “ماذا؟”.
النموذج الجغرافي: ديناميكي وتحليلي → يجيب على “لماذا؟”، “كيف؟”، و”ماذا لو؟”.
المكونات الأساسية:
المتغيرات المكانية: مثل التضاريس، شبكات الطرق، الكثافة السكانية.
المتغيرات الوصفية: مثل الدخل، نوع التربة، العمر.
العلاقات والمعاملات: قواعد رياضية وإحصائية تحدد تأثير المتغيرات.
الخوارزميات: خطوات حسابية لمعالجة البيانات وإنتاج النتائج.

القسم الثاني: أنواع النماذج الجغرافية
النماذج الوصفية: تصف الوضع الحالي دون تفسير أو توقع، مثل خرائط الكثافة السكانية أو الغطاء النباتي.
النماذج التنبؤية: تتوقع الظواهر المستقبلية بالاعتماد على العلاقات الإحصائية بين المتغيرات، مثل توقع حرائق الغابات أو مواقع الآثار القديمة.
النماذج المعيارية: تقترح أفضل الحلول لتحقيق هدف معين باستخدام البرمجة الخطية أو تحسين المواقع، مثل تحديد مواقع المستشفيات المثلى.
النماذج الحتمية مقابل العشوائية:
الحتمية: نتائج ثابتة عند نفس البيانات، مثل جريان المياه على منحدر.
العشوائية: تشمل عنصر الاحتمال، لتوقع الظواهر البشرية المعقدة كالهجرة أو سلوك المستهلك.

القسم الثالث: كيفية بناء نموذج جغرافي – خطوات عملية
تعريف المشكلة والهدف: تحديد السؤال البحثي بدقة وتوضيح الهدف (فهم – تنبؤ – حل).
جمع البيانات: استخدام مصادر متعددة (استشعار عن بعد، بيانات ميدانية، حكومية، GPS).
صياغة النموذج: تحديد المتغيرات والعلاقات، ثم اختيار الخوارزمية المناسبة (تحليل انحدار، تعلم آلي، تحليل تراكبي).
معايرة النموذج والتحقق: ضبط المعاملات ومقارنة النتائج بالبيانات الواقعية، ثم اختبار الدقة باستخدام مؤشرات إحصائية.
تشغيل النموذج وتفسير النتائج: إنتاج خرائط ورسوم بيانية وسيناريوهات مستقبلية وتحويلها لتوصيات عملية.

القسم الرابع: أدوات وتقنيات النمذجة الجغرافية
نظم المعلومات الجغرافية (GIS): الأساس لبناء النماذج باستخدام برامج مثل ArcGIS وQGIS.
النمذجة الشبكية: تمثيل الظواهر المستمرة (مثل التلوث والحرارة) بخلايا منتظمة وتحليلها بالحاسبة الشبكية.
النمذجة المتجهية: تمثيل الظواهر المنفصلة (نقاط، خطوط، مضلعات) مثل التحليل الشبكي أو المنطقة العازلة.
أدوات متخصصة: محاكاة التدفق المائي أو المرور، نمذجة انتشار الحرائق أو الأمراض، النماذج الرقمية للارتفاعات.

القسم الخامس: تطبيقات عملية للنمذجة الجغرافية
التخطيط العمراني: محاكاة النمو السكاني، حركة المرور، وتحديد مواقع الخدمات العامة.
إدارة الموارد الطبيعية والبيئة: تتبع التلوث، إدارة الأحواض المائية، ودراسة آثار التغير المناخي.
إدارة الكوارث: التنبؤ بمخاطر الفيضانات والانهيارات الأرضية وحرائق الغابات.
الصحة العامة: تتبع انتشار الأوبئة وتحليل العلاقة بين الأمراض والعوامل البيئية.

خاتمة وتوصيات
النمذجة الجغرافية هي أكثر من مجرد أداة تقنية؛ إنها عدسة جديدة نرى من خلالها تعقيدات عالمنا المكاني، وورشة عمل افتراضية يمكننا فيها اختبار أفكارنا وقراراتنا قبل تنفيذها على أرض الواقع. لقد حولت هذه النماذج الجغرافيا من علم وصفي إلى علم تحليلي تنبؤي قادر على مواجهة التحديات الكبرى في التخطيط الحضري، وإدارة البيئة، والحد من مخاطر الكوارث.
 
 
🔹 الخلاصة: GIS = بيانات مكانية + بيانات وصفية + أدوات تحليل + خرائط تفاعلية