Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών

Τα Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών (Σ.Γ.Π. ή GIS – Geographic Information Systems) είναι ολοκληρωμένα πληροφοριακά συστήματα που επιτρέπουν τη συλλογή, αποθήκευση, διαχείριση, ανάλυση και απεικόνιση πληροφοριών σχετικών με φαινόμενα που εξελίσσονται στον χώροGoodchild 2016, 1.. Τα γεωγραφικά δεδομένα, τα οποία χωρίζονται σε χωρικά (θέση στον χώρο) και περιγραφικά (attribute)δεδομένα Longley et al. 2005, 31, μπορούν να χαρτογραφηθούν και να εντοπιστούν στον χώρο. Επιπλέον, τα Σ.Γ.Π. χρησιμοποιούνται σε πολλούς επιστημονικούς κλάδους — και ιδιαιτέρως στη Γεωγραφία — διότι συνδυάζουν χώρο και περιγραφικά δεδομένα, εμπλουτίζοντας την υλοποίηση της χωρικής ανάλυσηςLongley et al. 2005, 32–33.. Με τον τρόπο αυτό, οι χρήστες μπορούν να αποτυπώσουν τον πραγματικό κόσμο, να αναλύσουν τα χωρικά τους δεδομένα (spatial data), να τα επεξεργαστούν και να τα αποδώσουν χαρτογραφικάLongley et al. 2005,  33.

Τα συστήματα GIS αποτυπώνουν χωρικά δεδομένα σε γεωγραφικό, χαρτογραφικό ή καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων.
Βασικό χαρακτηριστικό των Σ.Γ.Π. είναι ότι τα χωρικά δεδομένα συνδέονται με περιγραφικά δεδομένα· για παράδειγμα, μια ομάδα σημείων που αναπαριστά θέσεις πόλεων συνδέεται με έναν πίνακα όπου κάθε εγγραφή, εκτός από τη θέση, περιέχει πληροφορίες όπως ονομασία και πληθυσμόLongley et al. 2005, 31–32..
Τα δεδομένα αυτά λέγονται γεωγραφικά ή χωρικά (spatial) και μπορούν να συσχετιστούν με περιγραφικά δεδομένα που τα χαρακτηρίζουν μοναδικά.

Η χαρακτηριστική δυνατότητα που παρέχουν τα GIS είναι η σύνδεση της χωρικής με την περιγραφική πληροφορία, η οποία δεν έχει από μόνη της χωρική υπόσταση .

Η τεχνολογία που χρησιμοποιείται για τη λειτουργία αυτή βασίζεται είτε στο σχεσιακό (relational) μοντέλο δεδομένων, όπου τα περιγραφικά δεδομένα αποθηκεύονται χωριστά και συνδέονται με τα χωρικά μέσω μοναδικών τιμών, είτε στο αντικειμενοστραφές (object-oriented) μοντέλο, όπου τα δύο είδη δεδομένων συγχωνεύονται σε ενιαία αντικείμενα που μοντελοποιούν πραγματικά φαινόμεναRichta & Žára 2005, 3–4.

Το αντικειμενοστραφές μοντέλο χρησιμοποιείται ολοένα και περισσότερο σε εφαρμογές GIS, λόγω της ευελιξίας του στην αναπαράσταση σύνθετων φυσικών φαινομένων και αντικειμένων με χωρική διάστασηGeo-relational and object-oriented data structure n.d..

Η ολοκληρωμένη έννοια των GIS (integrated GIS concept) επεκτείνεται για να περιλάβει όχι μόνο τα δεδομένα, αλλά και το λογισμικό, τον τεχνικό εξοπλισμό, τις διαδικασίες και το ανθρώπινο δυναμικό που συνεργάζονται στη διαχείριση και ανάλυση γεωγραφικής πληροφορίας Longley et al. 2005, 33..

 Διαδικασίες Σ.Γ.Π. 
Ένα Σ.Γ.Π., ως σύστημα, αποτελείται από τα παρακάτω στοιχεία:

 Εισαγωγή 
Το τμήμα του συστήματος που είναι υπεύθυνο για τροφοδότηση του συστήματος με δεδομένα. Αυτά πρέπει να είναι σε ψηφιακή δομή και συνήθως προκύπτουν με ψηφιοποίηση αναλογικών δεδομένων (π.χ. τυπωμένοι χάρτες) ή με τη συλλογή πρωτογενών δεδομένων με τη χρήση ψηφιακών μεθόδων αποτύπωσης χώρου (αποτύπωση με GPS, Τηλεπισκόπηση). Αυτό το στάδιο αφορά τόσο τη γεωγραφική όσο και την περιγραφική διάσταση των δεδομένων.

 Επεξεργασία 
Τα δεδομένα πρέπει να υποστούν εκείνη την επεξεργασία που τα καθιστά κατάλληλα για παραπέρα ανάλυση και χρήση. Αυτό μπορεί να αφορά την ορθή απόδοση του συστήματος συντεταγμένων, την δημιουργία σχέσεων μεταξύ των δεδομένων, τη διόρθωση σφαλμάτων, την μετάβαση από μια δομή σε μια άλλη.

 Ανάλυση 
Ο χρήστης - αναλυτής θέτει ερωτήσεις σύμφωνα με την δυνατότητα των ίδιων των δεδομένων. Οι ερωτήσεις μπορεί να είναι του τύπου :
 Πώς απεικονίζεται η περιοχή ενδιαφέροντος;
 Πού βρίσκεται το Α;
 Που βρίσκεται το Α σε σχέση με το Β;
 Τι θα συμβεί εάν...;
 Πόσο από το Α υπάρχει στην περιοχή Γ
 Ποιος είναι συντομότερος από το Α στο Β;
 Ποιος είναι ο οικονομικότερος δρόμος από το Α στο Β;

 Απόδοση 
Η απόδοση των αποτελεσμάτων της ανάλυσης γίνεται σε αναλογικά μέσα με την οργάνωση της εκτύπωσης χαρτογραφικών προϊόντων ή με την απόδοση σε ψηφιακές πλατφόρμες είτε με τη χρήση του διαδικτύου, μέσω διαδραστικών χαρτών (Web-based GIS), είτε σε μέσω εσωτερικών δικτύων οργανισμών μέσω εφαρμογών που υποστηρίζουν πολλαπλούς χρήστες με διακριτούς ρόλους (Enterprise GIS).

 Έλεγχος 
Κάθε σύστημα οφείλει να έχει μηχανισμούς ανάδρασης (feedback) ώστε να εξασφαλίζεται η ορθότητα και ακρίβεια των πληροφοριών. Αυτό μπορεί να γίνεται μέσω λογισμικού με διαδικασίες κανόνων επικύρωσης, με διαδικασίες ελέγχου ακρίβειας συντεταγμένων και γενικότερα με διαδικασίες ποιοτικών και ποσοτικών ελέγχων ανάλογα με τη φύση των δεδομένων.

 Μορφές Δεδομένων 
Γεωγραφικά δεδομένα είναι τα δεδομένα τα οποία μπορούμε να χαρτογραφήσουμε, δεδομένα που μπορούν να εντοπισθούν στον χώροWieczorek et al. 2009, 2..
Τα γεωγραφικά δεδομένα ενσωματώνουν τέσσερα στοιχεία: θέση στον χώρο, περιγραφή, χωρική σχέση και χρόνο. Ένα Σ.Γ.Π. χρησιμοποιεί χωρικά και περιγραφικά δεδομένα και λειτουργίες που καθιστούν δυνατή τη χωρική ανάλυσηWieczorek et al. 2009, 3..

Σε ένα Σ.Γ.Π. τα γεωγραφικά δεδομένα μπορούν να αναπαρίστανται με δύο βασικές μορφές: τα δεδομένα διανυσματικής μορφής (vector) και τα δεδομένα κανονικοποιημένης ψηφιδωτής μορφής (raster). Σε όλα τα Σ.Γ.Π. οι δύο μορφές αποδίδονται ταυτόχρονα σε κοινές απεικονίσεις ενώ πολλά λογισμικά GIS προσφέρουν τη δυνατότητα μετάβασης από τη μία μορφή στην άλλη GISGeography (vector vs raster): para “Vector vs Raster: Spatial Data Types”.

Διανυσματικά δεδομένα (vector) 
Τα διανυσματικά δεδομένα διακρίνονται σε:
• Χωρικά δεδομένα. Τα χωρικά δεδομένα μπορούν να αναπαρασταθούν με σημεία, γραμμές και πολύγωνα. Για παράδειγμα η απόδοση της θέσης μιας πόλης σε ένα χάρτη μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ένα σημείο, η αποτύπωση του οδικού δικτύου με μια γραμμή αποτελούμενη από πολλές κορυφές και η αποτύπωση μιας ιδιοκτησίας με ένα πολύγωνο. Η γεωμετρία που θα υιοθετηθεί για τον συμβολισμό ενός αντικειμένου εξαρτάται από την κλίμακα απεικόνισης και τον σκοπό της εφαρμογής που αναπτύσσεταιGISGeography “Vectors are points, lines and polygons”. Τέλος κάθε γεωμετρία συνδέεται με μια σχέση 1-1 με μια εγγραφή σε ένα πίνακα περιγραφικών χαρακτηριστικών.
 Περιγραφικά δεδομένα. Τα περιγραφικά δεδομένα έχουν να κάνουν με τους πίνακες ιδιοτήτων μίας γεωγραφικής οντότητας πάνω σε ένα επίπεδο. Κάθε γεωγραφικό δεδομένο έχει πάντα έναν πίνακα πληροφορίας.

Κανονικοποιημένης ψηφιδωτής μορφής δεδομένα (raster)
Τα raster αποτελούνται από κελιά τα οποία διαθέτουν είτε δεκαδικούς αριθμούς είτε ακέραιους. Χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις που το χωρικό φαινόμενο που αποτυπώνεται χαρακτηρίζεται ως συνεχής μεταβλητή (π.χ. το υψόμετρο του εδάφους, η εξέλιξη μίας πυρκαγιάς) ή σε περιπτώσεις που στο Σ.Γ.Π. θέλουμε να ενσωματώσουμε μια δορυφορική εικόνα ή μια σαρωμένη αεροφωτογραφίαWilder 2007, 11-12.. Τα κανονικοποιημένης ψηφιδωτής μορφής δεδομένα έχουν περιορισμένες δυνατότητες σύνδεσης με περιγραφικά χαρακτηριστικάWilder 2007, 14..

 Δομές Δεδομένων 
Οι δομές δεδομένων διακρίνονται σε επιμέρους κατηγορίες:

 Μη Τοπολογική Δομή-Σπαγγέτι (απλή σειριακή δομή). Σε αυτή τη κατηγορία δεν αναπτύσσονται χωρικές σχέσεις μεταξύ των γεωγραφικών δεδομένων στα επίπεδα (layers),αλλά πραγματοποιείται καταγραφή των γεωγραφικών συντεταγμένων αυτών των οντοτήτων.
Τοπολογία (χωρικές σχέσεις). Σε αυτή τη κατηγορία αναπτύσσονται οι σχέσεις μεταξύ των γεωγραφικών δεδομένων (είτε vector, είτε raster), τις οποίες αποθηκεύει ο υπολογιστής σε μορφή τόξου-κόμβου και πολυγώνου και χρησιμοποιεί η χωρική ανάλυση.

Οι σχέσεις μεταξύ των γεωγραφικών δεδομένων είναι οι εξής:

1) Συνδεσιμότητα

2) Περιεκτικότητα

3) Γειτνίαση

 Περιοχές που συνεισφέρουν τα Σ.Γ.Π. 
-Χωρική Στατιστική/Γεωγραφική Ανάλυση

-Βάσεις Γεωγραφικών Δεδομένων

-Υπολογιστική Γεωμετρία

-Χωρική γνώση/Αντίληψη

 Ελεύθερο Λογισμικό/Λογισμικό Ανοιχτού Κώδικα Σ.Γ.Π. 
Στην αγορά διακινούνται διάφορα πακέτα λογισμικού Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών που λειτουργούν σε διαφορετικά λειτουργικά συστήματα (όπως Windows, MacOS, Linux)Μερικά από αυτά, όπως το GRASS GIS και το QUANTUM GIS, διακινούνται ελεύθερα υπό το καθεστώς Άδεια Ελεύθερης Τεκμηρίωσης GNU και λειτουργούν σε όλα τα λειτουργικά συστήματα.

GDPR και Προστασία Προσωπικών Δεδομένων στα GIS
Η συλλογή προσωπικών χωρικών δεδομένων υπόκειται στον Κανονισμό GDPR (ΕΕ 2016/679). Τα χωρικά δεδομένα μπορεί να οδηγήσουν σε έμμεση ταυτοποίηση ατόμων. Οι βασικές αρχές του GDPR για GIS περιλαμβάνουν:

Ελαχιστοποίηση δεδομένων
Ανωνυμοποίηση / ψευδωνυμοποίηση
Διαφάνεια και συγκατάθεση
Δικαίωμα διαγραφής
Ασφάλεια και ελεγχόμενη πρόσβαση

Στην πράξη, οι εφαρμογές GIS πρέπει να χρησιμοποιούν στρογγυλεμένες ή γενικευμένες συντεταγμένες, αποσυνδεδεμένα μεταδεδομένα, ελεγχόμενη πρόσβαση και τεκμηρίωση νομικής βάσηςEuropean Data Protection Board 2020, 3..

 Σπουδές 
Διάφορα πανεπιστημιακά ιδρύματα σε όλο τον κόσμο προσφέρουν σπουδές σχετικά με το Σ.Γ.Π. Αυτές αφορούν τόσο προπτυχιακό, όσο και μεταπτυχιακό επίπεδο.

Συνήθως δεν πρόκειται για αυτόνομα προγράμματα σπουδών, αλλά για τμήματα ευρύτερων προγραμμάτων.

 Στην Ελλάδα 
Στην Ελλάδα παρέχονται σπουδές στα Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών από τα εξής ιδρύματα:

Στο Τμήμα Γεωγραφίας του Πανεπιστημίου Αιγαίου.
Στο Τμήμα Γεωγραφίας του Χαροκόπειου Πανεπιστημίου
Στη Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο.
Στο Τμήμα Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης.
Στο Τμήμα Μηχανικών Τοπογραφίας & Γεωπληροφορικής, της Σχολής Μηχανικών στο Διεθνές Πανεπιστήμιο Ελλάδας.
Στο Τμήμα Μηχανικών Τοπογραφίας & Γεωπληροφορικής, της Σχολής Μηχανικών στο Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής
Στο Τμήμα Μηχανικών Χωροταξίας, Πολεοδομίας και Περιφερειακής Ανάπτυξης της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας.
Στο Τμήμα Περιβάλλοντος Ζακύνθου του Ιονίου Πανεπιστημίου.
Στο Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών
Στο Τμήμα Γεωλογίας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης
Στο Τμήμα Ωκεανογραφίας και Θαλασσίων Βιοεπιστημών (ΤΩΘΒΕ), της Σχολής Περιβάλλοντος του Πανεπιστημίου Αιγαίου.
Στο τμήμα Χημικών Μηχανικών και Μηχανικών Περιβάλλοντος ( ΧΗΜΗΠΕΡ ) του Πολυτεχνείου Κρήτης
Στο τμήμα Μηχανικών Ορυκτών Πόρων ( ΜΗΧΟΠ ) του Πολυτεχνείου Κρήτης 
 Στο τμήμα Διοίκησης Τουρισμού του Πανεπιστημίου Πατρών
 Στο τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος της Πολυτεχνικής Σχολής του Δημοκριτείου Πανεπιστημίου Θράκης.

Παραπομπές

Βιβλιογραφία
European Data Protection Board (2020). Guidelines 3/2019 on processing of personal data through video devices. https://www.edpb.europa.eu/our-work-tools/our-documents/guidelines/guidelines-32019-processing-personal-data-through-video_en?utm_source=chatgpt.com
GISGeography. “Vector vs Raster in GIS: What’s the Difference?” https://gisgeography.com/spatial-data-types-vector-raster/ (Open Access)
“Geo-relational and Object-Oriented Data Structure.” Remote Sensing & GIS Applications in Environmental Science. http://ebooks.inflibnet.ac.in/esp06/chapter/geo-relational-and-object-oriented-data-structure/ (Open Access)
Goodchild, M. F. (2016) “GIS in the Era of Big Data.” Cybergeo: European Journal of Geography, article 812. https://journals.openedition.org/cybergeo/27647  (Open Access)
Longley, P. A., Goodchild, M. F., Maguire, D. J., & Rhind, D. W. (2005) Geographic Information Systems and Science, 2nd ed https://www.geos.ed.ac.uk/~gisteac/gis_book_abridged/ (Open Access abridged edition)
Richta, T., & Žára, J. (2005) “Object-Oriented Approach to GIS Data Management.” GIS Ostrava 2005 Conference Papers. https://dcgi.fel.cvut.cz/home/zara/papers/RichtaZara-GIS05.pdf (Open Access)
Wieczorek, W. F., et al. (2009). “Geographic Information Systems.” PMC – PubMed Central. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2921721/ (Open Access)
Wilder, B. T. (2007). Raster and Vector Map Images. Smithsonian Institution Repository. https://repository.si.edu/bitstreams/200393c8-7ba7-4c11-a867-12a1d05e02bc/download (Open Access)

 Περαιτέρω ανάγνωση 
 Bolstad, P. (2019). GIS Fundamentals: A first text on Geographic Information Systems, Sixth Edition. Ann Arbor: XanEdu, 764 pp.
 Burrough, P. A. and McDonnell, R. A. (1998). Principles of geographical information systems. Oxford University Press, Oxford, 327 pp.
 DeMers, M. (2009). Fundamentals of Geographic Information Systems, 4th Edition. Wiley, ISBN 978-0-470-12906-7
 Harvey, Francis (2008). A Primer of GIS, Fundamental geographic and cartographic concepts. The Guilford Press, 31 pp.
 Heywood, I., Cornelius, S., and Carver, S. (2006). An Introduction to Geographical Information Systems. Prentice Hall. 3rd edition.
 Ott, T. and Swiaczny, F. (2001) .Time-integrative GIS. Management and analysis of Spatio-temporal data, Berlin / Heidelberg / New York: Springer.
 Thurston, J., Poiker, T.K. and J. Patrick Moore. (2003). Integrated Geospatial Technologies: A Guide to GPS, GIS, and Data Logging. Hoboken, New Jersey: Wiley.

Κατηγορία:Γεωπληροφορική