پایگاه داده مکانی شهری درخدمت برنامه ریزی شهری
برنامهریزی شهری، فرآیندی در راستای تنظیم و هماهنگ نمودن برنامه‌های گوناگون اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی با نیازها و امکانات محلی و منطقه‌‌ای در هر کشور میباشد که در یک تلاش هماهنگ، برای جلوگیری از دوباره‌کاری‌ها، چندین واحد و سازمان مسئول در امور شهری را در برمی‌گیرد.این نوع برنامهریزی، بیشتر در اندیشه استفاده بهینه از منابع و قابلیت‌های شهری و نیز از میان برداشتن ناهماهنگی‌های شهری است.
برنامه‌‌ریزان در یک شهر با حجم وسیعی از اطلاعات روبرو هستند که علاوه بر دارا بودن تنوع و گوناگونی، روابط دینامیک و پیچیده خاصی نیز باهم دارند. طبیعتاً با توجه به اینکه قسمت اعظم اطلاعات مربوط به امور شهری دارای مؤلفه مکانی و ماهیت مکان مرجع می‌باشند، لذا پایگاه داده مکانی شهری وسیله‌‌ای مناسب برای ذخیره و نگهداری این اطلاعات بوده که با ذخیره‌سازی این داده‌ها به‌صورت متمرکز علاوه بر سهولت دسترسی و حفظ امنیت و تمامیت داده‌ها از انجام کارهای موازی و تکراری و اتلاف هزینه و زمان جلوگیری می‌نماید.
پایگاه داده مکانی به‌عنوان یکی از مهم‌ترین اجزاء یک سیستم اطلاعات مکانی میباشد. پایگاه داده مکانی در مقیاس‌های مختلفی ازجمله مقیاس شهری وجود دارد. این پایگاه‌ها، در راستای مسائل شهری فعالیت می‌نمایند.
پایگاه داده مکانی شهری، جریان انتقال اطلاعات در داخل یک سازمان و بین سازمان‌های دیگر را به‌طور بنیادی تغییر می‌دهد و به‌طورکلی چنین پایگاهی فراسازمانی است و نیازمند مشارکت تمامی دستگاه‌های اجرایی خدمات رسان شهری میباشد.
با ایجاد سیستم اطلاعات مکانی و برقراری یک سیستم یکپارچه اطلاعات، به محاسن بسیاری میتوان دست یافت که برخی از آن‌ها به شرح زیر می‌باشند:
- وجود زبان مشترک فنی در کل سازمان موردنظر یا بین سازمان‌های مختلف
- تعیین و استفاده از اطلاعات استاندارد و مشترک در کل شبکه
- وجود اطلاعات همگون، یکپارچه و مستند در کل شبکه
- تسهیل استفاده از سامانه‌های رایانه‌ای و پایگاه اطلاعات مختلف در مدیریت شبکه و بسیاری محاسن دیگر
شرحی بر پایگاه داده مکانی شهری
1- لزوم تشکیل پایگاه داده مکانی شهری
سیستم اطلاعات مکانی ابزار موردنیاز مدیران و تصمیم‌گیران برای مدیریت و برنامهریزی شهری و تحلیل و بررسی توسعه پایدار، مسائل زیست‌محیطی و حوادث غیرمترقبه در ارتباط با امور شهری است. این سیستم در مناطق شهری و برای برقراری ارتباط میان لایه‌های مختلف مثل توزیع جمعیت، کاربری اراضی، خدمات شهری از قبیل آب، برق، مدرسه، بیمارستان و انجام پروژه‌هایی نظیر یافتن مکان‌های بهینه برای ساخت شهرک‌ها و … کاربردهای وسیعی دارد.
قسمت اعظم اطلاعات مرتبط با امور شهری و مورداستفاده در سیستمهای اطلاعات مکانی، دارای مؤلفه مکانی متشکل از داده‌های موقعیتی به همراه اطلاعات توصیفی است.
پایگاه داده مکانی، محلی برای ذخیره و نگهداری این‌گونه اطلاعات است و بخش اصلی و مهم در این سیستم‌ها به شمار می‌آید. بنابراین نیاز به پایگاه داده مکانی که شیوه‌ای سودمند برای ذخیره و بازیابی این اطلاعات میباشد، روزبه‌روز در حال افزایش است. داده‌های مکانی ذخیره‌شده در این پایگاه‌ها، از طریق نیازسنجی سازمان‌ها و اداراتی که در شهرها کاربران این پایگاه‌ها هستند، شناسایی می‌شوند. ایجاد این پایگاه‌های داده کاری پرهزینه و زمان‌بر است و به اشتراک‌گذاری پایگاه داده برای جلوگیری از اتلاف هزینه و زمان، به هنگام سازی سریع و هماهنگ و استفاده کارآمد از آن‌ها برای کاربردهای شهری، لازم و ضروری است.
ادارات و سازمان‌های شهری باید از طریق اینترنت یا اینترانت به این پایگاه‌های اطلاعات مکانی دسترسی داشته باشند. در جهت تسهیل این امر، کنسرسیومی تحت عنوان کنسرسیوم GIS باز (Open Geospatial Consortium (OGC)) برای پیشبرد اشتراک‌گذاری داده‌ها و خدمات مکانی به وجود آمده که هدف آن ایجاد محیطی است که در آن اطلاعات مکانی و خدمات مرتبط با آن از طریق شبکه‌ها، نرم‌افزارها و platformهای مختلف در دسترس باشند و هر فرد از اطلاعات و خدمات آن استفاده کند.
از سوی دیگر، بیش از 30 سال است که اینترنت به وجود آمده است و در سالهای اخیر به خاطر خدمات سخت‌افزاری ارزان و رشد فزاینده استفاده از www به‌صورت کاربردی، اینترنت رسانه مناسبی برای نشر و دسترسی کاربران به پایگاه داده مکانی شده است. بنابراین وارد نمودن داده‌های مکانی شهری به پایگاه‌های داده مکانی نظیر Oracle و DB2 بر اساس فن‌آوری GeoDatabase و در چارچوب استانداردهای OGC، امکان ذخیره داده‌های توصیفی و مکانی در یک محیط یکپارچه را فراهم میسازد و انتشار آن‌ها از طریق اینترنت میتواند ساختار مناسبی برای دسترسی کاربران به پایگاه‌های داده مکانی شهری باشد.
2- اجزای پایگاه داده مکانی شهری
اجزای تشکیل‌دهنده پایگاه داده مکانی شهری شامل داده‌های مکانی شهری، سخت‌افزار و نرم‌افزار پایگاه داده مکانی برای ذخیره اطلاعات مکانی شهری به‌منظور ارائه داده‌های مکانی به کاربران است.
در حال حاضر سخت‌افزار موردنیاز پایگاه داده مکانی شهری با پیشرفت‌هایی که درزمینهٔ رایانه و وسایل پیرامونی آن صورت گرفته، قابل تهیه است.
بنابراین به بیان دو موضوع پراهمیت آن می‌پردازیم:
- داده‌های مکانی
- پایگاه داده مکانی
1-2- داده‌های مکانی
قبل از هر اقدامی در مورد ایجاد پایگاه داده شهری، باید داده‌های مکانی موردنیاز برای کاربردهای شهری مشخص شوند. تهیه داده‌های مکانی، پرهزینه‌ترین قسمت فرآیند ایجاد پایگاه داده مکانی میباشد. اقلام اطلاعاتی مرجع که موردنیاز تمام کاربران GIS شهری است، توسط سازمان‌های تولیدکننده داده‌های مکانی مانند سازمان نقشه‌برداری کشور تولید و بهنگام شده است.
داده‌های مکانی تخصصی توسط یک سازمان یا شرکت کاربر GIS شهری برای رفع نیازش تولید و بهنگام می‌شود که البته میتواند موردنیاز سازمان‌ها یا دیگر شرکت‌های اجرایی کاربر GIS شهری نیز باشد.
2-2- پایگاه داده مکانی
داده‌های موردنیاز در GIS، نوعی از داده‌های رقومی هستند که ساختار آن‌ها پیچیده است. اغلب، این نوع از داده‌ها به همراه داده‌های موقعیتی، داده‌های توصیفی، ایندکس‌ها، توپولوژی، تصاویر، تاریخچه و متادیتا نیز ذخیره می‌شوند.
فایل‌ها، رایج‌ترین بسته‌های مورداستفاده برای نگهداری اطلاعات در رایانه‌های رومیزی است. ولی هنگامی‌که حجم داده خیلی زیاد می‌شود، یا تعدادی زیادی از کاربران بخواهند به‌صورت هم‌زمان به داده‌های مشخصی دسترسی داشته باشند، ذخیره اطلاعات در پایگاه داده به ذخیره آن در فایل‌ها ترجیح داده می‌شود.
سیستم‌ها به‌طور فزاینده‌ای، در حال استفاده از پایگاه به‌جای فایل‌ها هستند. شیوه خواندن اطلاعات از یک پایگاه داده مرکزی به‌صورت آنی از شبکه، جایگزین خواندن اطلاعات از فایل‌های ذخیره‌شده به‌صورت محلی می‌شود. یک پایگاه داده ابزاری است که میتواند مقدار زیادی از داده‌های پیچیده را با شیوه‌ای ساختاریافته در خود ذخیره نماید. پایگاه‌های داده نسبت به فایل‌ها مطمئن‌تر، قدرتمندتر و مقیاس‌پذیرتر هستند. دستیابی به دیسک‌های با ظرفیت بالا و ارزان‌قیمت به استفاده از پایگاه‌های داده بزرگ شتاب بخشیده است. معمولاً در سامانه‌های صنعتی نرم‌افزاری بزرگ، چندین پایگاه داده تحت سیستم مدیریت پایگاه داده باهم کار می‌کنند.
سه نوع پایگاه داده اصلی رابطه‌ای(Relational Database Management System (RDBMS))، شی‌ءگرا(Object Oriented Database Management System (OODBMS)) و رابطه‌ای شی‌ءگرا(Object Relational Database Management System (ORDBMS)) وجود دارد. پایگاه داده رابطه‌ای از دو نوع دیگر معمول‌تر میباشد.
در پایگاه داده رابطه‌ای، رکورد اطلاعات به‌صورت ردیف‌ها و ستون‌ها ساماندهی می‌شود که هر ردیف یک موجودیت(Entity) و هر ستون یک توصیف از مجموعه‌ای از موجودیت‌ها را ذخیره می‌کند. این ستون‌ها و ردیف‌ها در داخل جدولی قرار می‌گیرند و با یک زبان پرسش ساختاریافته(Standard Query Language (SQL)) که تقریباً در تمامی سیستمهای مدیریت پایگاه داده استفاده می‌گردد، میتواند مورد پرسش قرار گیرد. واژه رابطه‌ای این حقیقت را می‌رساند که پایگاه‌های داده رابطه‌ای، از چند جدول برای ذخیره اطلاعات استفاده می‌کنند و داده‌ها از طریق ارتباط بین جداول به یکدیگر متصل می‌شوند. با داشتن پایگاه داده، تمامی داده‌های مکانی و توصیفی مربوط به یک کشور یا یک شهر میتواند به‌طور یکپارچه (در یک پایگاه داده) ذخیره شود.
این نکته، استفاده از امکانات پیشرفته پایگاه‌های داده را برای مدیریت و نگهداری حجم زیاد داده‌های مکانی ممکن میسازد و همواره آخرین اطلاعات بهنگام شده را در اختیار کاربران قرار می‌دهد.
سیستم مدیریت پایگاه داده میتواند مزایایی از قبیل حفاظت داده‌ها، مدیریت حجم زیاد داده‌ها، دسترسی هم‌زمان کاربران و … را برای برنامه‌های کاربردی فراهم کند. این پایگاه‌های داده مکانی میتواند مورداستفاده بسیاری از سازمان‌ها و شرکت‌ها نظیر شرکت آب و فاضلاب، شرکت برق، سازمان مسکن و شهرسازی قرار گیرد. مثلاً برای شرکت آب و فاضلاب، اطلاعاتی نظیر شبکه خطوط لوله، مکان مشتری‌ها و مکان گروه‌های تعمیراتی میتواند در این پایگاه داده قرار گیرد. اطلاعات موجود در پایگاه‌های داده، به‌ویژه شهری باید به‌صورت مستمر بهنگام گردد. نحوه بهنگام‌سازی داده در پایگاه‌های داده به‌مراتب آسان‌تر از روش فایل‌هاست.
درنتیجه اینکه برای اتخاذ تصمیم صحیح، تصمیم‌گیری باید بر اساس اطلاعات انجام شود و سیستم اطلاعات مکانی با پایگاه داده حفاظت‌شده، بهنگام، شامل عوارض و داده‌های توصیفی موردنیاز و سازگار شهری و دسترسی آسان به داده‌های آن میتواند با آنالیزهای مکانی روی داده‌های مکانی و تولید اطلاعات به مدیران و تصمیم‌گیران کمک نماید.
برای تولید اطلاعات مکانی در هر زمینه‌ای در GIS، نیاز به داده‌های مکانی مناسب و دقیق است. اگر اطلاعاتی نظیر تأسیسات زیرزمینی شهری (آب، برق، گاز، مخابرات، کانال‌ها و …)، عوامل تشدیدکننده حادثه (سد، زندان، انبارهای مواد شیمیایی و …) و اطلاعات آماری (تعداد افراد ساکن در ساختمان‌ها، جنس ساختمان‌ها و …) به همراه داده‌های مکانی پایه در پایگاه داده مکانی شهری در دسترس کاربران قرار گیرد، امکان استفاده از این داده‌ها و تولید اطلاعات مناسب و تصمیم‌گیری سریع و دقیق توسط مدیران و تصمیم‌گیران میسر خواهد شد. بنابراین پایگاه داده شهری شیوه مناسبی برای ارائه اطلاعات مکانی به کاربران آن است.
3- مروری بر پیشینه GIS و پایگاه داده مکانی شهری
جهت آشنایی بهتر با مفاهیم GIS و SDI، نگاهی خواهیم داشت بر روند عملیات انجام‌شده درزمینه GIS و اطلاعات مکانی در طی سالهای گذشته. اگر یک مجموعه کاری متشکل از سازمان‌های مختلف در نظر بگیریم که ازنظر نوع کار باهم مرتبط هستند، قبل از استفاده از ابزارهای نقشه‌ای و GISی، هیچ نوع اطلاعات مکانی رقومی موجود نبود و کلیه اطلاعات به‌صورت کاغذی بودند. کم‌کم به‌وسیله نرم‌افزارها و امکانات مختلف، هر سازمان و نهاد یک نوع پایگاه داده مکانی ویژه و مختص به خود را به وجود آورد. اما این پایگاه‌های داده ازنظر ساختار و محیط کاری با یکدیگر متفاوت بودند، بعضی در محیط CAD، برخی در محیط Microstation، تعدادی در محیط ArcGIS و سایرین نیز در سایر محیط‌های مختلف، فعالیت‌های خود را راه‌اندازی می‌نمودند.
در حالت مذکور، نحوه ارتباط اطلاعات مکانی بین ادارات مختلف همان‌طور که در شکل زیر ملاحظه می‌گردد، اصطلاحاً به‌صورت مدل اسپاگتی -Spaghetti Model- بوده و از قاعده و نظم خاصی تبعیت نمی‌نمود. انتخاب روش و پروتکل، جهت ارتباط با پایگاه‌های داده مکانی با صلاحدید بهره‌برداران و با توجه به نوع داده‌های موردنظرصورت می‌گرفت و وحدت رویه‌ای وجود نداشت. به‌عنوان‌مثال درصورتی‌که شهرداری نیاز به برقراری ارتباط با شبکه بهداشت و درمان را داشته باشد، با برگزاری جلسات و توافقات داخلی میان خودشان، درباره چگونگی تبادل اطلاعات و داده با یکدیگر به تفاهم خواهند رسید.
امتیاز اصلی این روش این است که ارگان‌ها به‌جای به‌کارگیری روش‌های دستی و سنتی، سعی در بهره‌برداری حداکثری از امکانت رقومی و ذخیره و بازیابی اطلاعات می‌نمایند. از معایب این روش میتوان به اشکالات افزونگی داده‌ها و سختی تعامل با سایر ارگان‌ها اشاره کرد. در حقیقت به‌نوعی نمی توان این روش را مدل نامید چون نظام خاصی جز رقومی شدن سامانه‌ها در آن وجود ندارد.
با گذشت زمان و نیاز به ارتباطات گسترده‌تر در سطوح شهری، استانی و کشوری، بحث پایگاه داده‌های استانی و پایگاه داده مکانی شهری مطرح شد. در این پایگاه ها، اطلاعات مکانی ارگانهای مختلف به‌وسیله توافقات صورت گرفته، با شکل و سبک واحد آماده شده و جهت استفاده در سطح استانی یا شهری در اختیار کاربران قرار می‌گیرد. شکل زیر نمایی از این نوع پایگاه را نشان می‌دهد که برای سطوح استانی تعریف شده است، اما میتوان آن را به سطوح شهری نیز تعمیم داد. جهت رسیدن به پایگاه داده مکانی استانی یا پایگاه داده مکانی شهری، به جلسات مختلف بحث و گفتگو جهت رسیدن به توافقات موردنظر، احتیاج است. در این جلسات مشخص می‌گردد که هر اداره متولی چه داده و لایه‌هایی میباشد، احتیاج به چه داده‌هایی دارد، حق استفاده و دسترسی به کدام لایه‌ها و اطلاعات را دارد، داده‌های مورداستفاده با چه فرمت و استانداردی باید تهیه گردند، به چه فیلدهایی احتیاج است، و… تمامی این‌ها مواردی می‌باشند که برگزاری این نوع جلسات را طولانی و مشکل می‌سازند.
راه اندازی چنین پایگاه داده‌ای با مشکلاتی نیز همراه بود:
1- همان‌طور که مشاهده می‌شود برای شکل‌گیری چنین مجموعه‌ای، به جلسات متعددی نیاز است و هر چه وسعت مکانی حوزه کاری بیشتر گردد، هماهنگی جلسات و ارگان‌ها سخت‌تر و طولانی‌تر خواهد بود. به همین دلیل بحث پیاده‌سازی GIS و پایگاه‌های داده‌ی مکانی هرگز از سطح ملی فراتر نرفت و چه‌بسا در سطح ملی نیز پیاده‌سازی نگردید.
2- مشکل بعدی، مسئله به اشتراک‌گذاری داده‌ها میباشد. در این نوع از تعامل، اطلاعات باید در جایی خارج از ارگان‌ها متمرکز شده و در اختیار دیگران قرار بگیرند.
به‌طورکلی، موضوع به اشتراک‌گذاری داده نه‌تنها در ایران، بلکه در کل دنیا با حساسیت‌ها و مقاومت متولیان داده و موانع زیادی روبروست. این مشکل درباره اطلاعات مکانی که از حساسیت بیشتری برخوردار هستند، پررنگ‌تر میباشد. برای ملزم نمودن ارگان‌ها جهت به اشتراک گذاشتن داده، نیاز به استفاده از نفوذ و ابزارهای حاکمیتی مقامات بالاتر (به‌عنوان‌مثال، استاندار در سطح استانی) میباشد.
وجود چنین مشکلاتی، مانع از توسعه مجموعه‌های GISی در محدوده‌های گسترده گردیده است. پس از پایگاه داده متمرکز، از پایگاه داده توزیع یافته(Distributed Database) استفاده شد. در این حالت، به کمک امکانات و فن‌آوری های جدید نرم‌افزاری و سخت‌افزاری، دیگر نیاز نبود که همه داده‌ها به‌صورت متمرکز در یک پایگاه داده و در یک محل جغرافیایی خاص مستقر گردند.
همان‌گونه که در شکل زیر ملاحظه می‌گردد، با استفاده از این امکانات، هر دستگاه و متولی داده می‌توانست پایگاه داده مربوط به خود را در ارگان خود نگهداری نموده و از همان محل، عملیات به اشتراک‌گذاری داده را پشتیبانی نماید.
در صورت نیاز، ارگان‌هایی که فاقد دستگاه Server بودند می‌توانستند از یک Server مشترک و همگانی استفاده نمایند. در این نوع پایگاه داده، هر ارگان در صورت صلاحدید میتواند Server خود را که ازنظر فیزیکی در محل خود سازمان قرار دارد از مسیر اشتراک خارج نموده و برای این کار نیازی به درخواست از سایرین نخواهد داشت.
هرچند که ساختار پایگاه داده توزیع یافته نسبت به پایگاه داده متمرکز دارای مزیتی میباشد، ولی هنوز هم، متاسفانه، مشکل اصلی یعنی همان «به اشتراک‌گذاری داده‌ها» باقی می‌ماند. به امید روزی که با نگاه منطقی و آینده نگر بتوانیم به زودی این مشکلات را پشت سر بگذاریم.
