De prof. Constantin SAVULESCU
Pentru a raspunde la aceasta întrebare ar trebui mai întâi sa vedem ce se întelege, sau ar trebui sa se înteleaga, prin GIS.
Un Sistem Informatic Geografic, prescurtat SIG sau GIS (Geographic Information System) este un ansamblu de persoane, echipamente, programe, metode si norme având ca scop culegerea, validarea, stocarea, analiza si vizualizarea datelor geografice. O data geografica sau "georeferita" (georeferenced data) este o caracteristica a unui anumit obiect sau fenomen din spatiul terestru (denumirea unui oras sau numarul sau de locuitori, limitele unui judet, înaltimea unui vârf de munte, traseul unui drum, aria unei parcele, etc.).
Forma traditionala de depozitare si vizualizare a datelor geografice este harta, pe care o putem considera un model al lumii înconjuratoare, utilizat în scopul efectuarii de analize geografice, cum ar fi: planificarea unui concediu, stabilirea traseelor masinilor care distribuie navetele cu racoritoare, gasirea amplasamentelor optime ale statiilor de pompieri dintr-un mare oras, identificarea tuturor parcelelor de teren care corespund unui anumit set de criterii prestabilite, determinarea directiilor de desfasurare a actiunilor unui corp de armata, etc. Pe harta, datele geografice sunt reprezentate sub forma de puncte, linii si suprafete desenate pe un suport plan (carton, material plastic, etc.) si codificate prin simboluri speciale (semne conventionale, hasuri, culori) explicate într-o legenda sau într-un text însotitor. Harta, împreuna cu elementele explicative necesare pentru interpretarea ei, constituie o baza de date geografice.
Evident, pe harta "clasica", cea pe care o cunoastem din primele ore de geografie, analizele mentionate mai sus, sau altele asemanatoare, nu pot fi facute decât de catre om, pe baza unei imagini personale a spatiului geografic formata privind modelul acestuia sub forma de reprezentare grafica. Corectitudinea deciziilor rezultate în urma unei analize geografice depinde atât de calitatea hartii disponibile (precizie, actualitate, completitudine, expresivitate, etc.), cât si de cunostintele si experienta acumulate, în domeniul specific studiului efectuat, de catre persoana care face acea analiza.
Principala problema pe care încearca (si de cele mai multe ori reuseste) s-o rezolve un GIS consta în realizarea automata a analizelor geografice, utilizând în acest scop calculatorul electronic. De altfel, o definitie simplificata a Sistemelor Informatice Geografice le considera ca fiind sisteme care se bazeaza pe calculatorul electronic pentru a stoca si prelucra date geografice .
Atunci, pornind de la cele aratate pâna acum, la întrebarea "cine are nevoie de un GIS?" se poate raspunde, fara a gresi, prin "oricine utilizeaza colectii de date geografice (harti) ca suport pentru analiza si decizie". Este usor sa ne dam seama ca aria posibililor utilizatori de GIS este extrem de larga, ceea ce si explica interesul deosebit pentru aceasta tehnologie.
Schematic, un GIS ar putea fi reprezentat sub forma din figura urmatoare.
În continuare, dintre elementele incluse în figura de mai sus, vom încerca sa privim mai de aproape Baza de Date a Sistemului Informatic Geografic si functiile programelor de manipulare si prelucrare a datelor geografice, lasând de o parte aspectele legate de modelarea cartografica a spatiului înconjurator, precum si cele referitoare la reprezentarea rezultatelor analizelor geografice, considerând ca au mai putina legatura cu profilul revistei de fata.
Baza de date a unui GIS este de fapt o harta digitala, adica o colectie de date geografice organizate într-o forma care sa faca posibila prelucrarea lor de catre calculatorul electronic. Încercând sa identificam elementele care definesc o entitate geografica, pentru a vedea cum ar putea fi acestea reprezentate sub forma numerica, putem enumera:
Pozitia (unde se afla...), exprimata prin coordonate. Aici intervine înca una dintre particularitatile GIS, care îl deosebesc de sistemele CAD, bazate si ele pe coordonate. Într-un GIS, coordonatele utilizate sunt fie geografice (latitudinea F si longitudinea L), fie plane (X,Y) dar deduse din cele geografice prin relatii de forma
X=fx(F,L) si Y=fy(F,L),
în care functiile fx si fy exprima o anumita modalitate de proiectie a obiectelor de pe suprafata curba a Pamântului pe suprafata plana a hartii. Aceasta modalitate se numeste proiectie cartografica si reprezinta o caracteristica definitorie a oricarei harti.
Atributele (ce este...), exprimate prin valori numerice, textuale sau logice (categorie de sol, denumire, înaltime, numar de pensionari, etc.).
Relatiile spatiale (care sunt relatiile cu celelalte entitati geografice din spatiul reprezentat) se refera în primul rând la pozitia relativa a entitatii fata de alte obiecte caracterizate în baza de date. Asemenea relatii se exprima de obicei prin cuvinte ca: învecinat (judetul Dobrogea se învecineaza cu Marea Neagra), prin (râul Dâmbovita trece prin orasul Bucuresti), în (orasul Bucuresti se afla în statul România), etc. În cazul hartii traditionale, relatiile respective sunt sesizate în mod oarecum inconstient de catre cel care efectueaza o analiza geografica, dar într-o harta digitala trebuie gasita o modalitate de exprimare a lor sub o forma care sa fie accesibila programelor de prelucrare, acest aspect constituind înca una dintre particularitatile GIS.
Timpul (când a fost observata existenta entitatii...) este o componenta importanta a datei geografice, având în vedere dinamica specifica a spatiului în care traim.
Exista doua modele principale sub care sunt stocate datele geografice în baza de date a unui GIS.
În primul dintre acestea, numit modelul vectorial, se considera ca orice entitate geografica poate fi reprezentata fie ca punct, fie ca linie (sau arc), fie ca suprafata. Prin puncte se reprezinta fenomene punctuale (de exemplu altitudini) sau entitati care sunt prea mici pentru a putea fi considerate linii sau suprafete (un oras pe o harta la scara mica, sau un stâlp pe o harta la scara mare). Liniile sunt formate dintr-o multime ordonata de puncte legate între ele si reprezinta entitati care teoretic nu au latime (de exemplu, limitele administrative sau cele dintre categorii diferite de sol). Tot prin linii se reprezinta acele obiecte care sunt prea înguste pentru a putea fi considerate suprafete (traseul unei cai ferate pe o harta la scara mica). O suprafata (sau poligon) este delimitata prin linii si se foloseste pentru a reprezenta entitati si fenomene pentru care aria este semnificativa (teritorii administrative, lacuri, zone poluate, tipuri de vegetatie, etc.).
Entitatilor geometrice enumerate mai înainte (puncte, linii sau suprafete), li se ataseaza mai multe atribute definite de utilizator, reprezentând caracteristici ale fenomenelor sau obiectelor reprezentate. Se constituie în acest mod o baza de date relationala, ilustrata schematic prin exemplul din figura care urmeaza. Se observa ca o asemenea baza de date este formata din fisiere cu date "geometrice", care contin coordonatele entitatilor geografice si din fisiere de atribute, care contin valorile ce caracterizeaza entitatile respective. Majoritatea pachetelor de programe GIS gestioneaza ultima categorie de fisiere cu ajutorul unor DBMS-uri "comerciale", ca dBase sau ORACLE.
Cel de al doilea model utilizat pentru stocarea hartii digitale, numit raster, împarte teritoriul de reprezentat într-o multime de celule, de regula patrate, având toate aceeasi dimensiune. Dat fiind un anumit atribut al teritoriului reprezentat, de exemplu, temperatura medie anuala, fiecarei celule i se atribuie o valoare care exprima marimea acestei caracteristici în zona acoperita de celula respectiva.
Valorile tuturor celulelor sunt aranjate pe linii si coloane corespunzatoare retelei prin care s-a divizat teritoriul, formând astfel o matrice, memorata într-un fisier, alaturi de alte date necesare pentru interpretarea datelor: dimensiunea celulei, coordonatele unuia dintre colturile matricei, semnificatia valorilor, data masurarii, etc. Evident, valorile atribuite celulelor pot reprezenta coduri, de exemplu 1 pentru secara, 2 pentru grâu, etc. Astfel în figura de mai jos, se poate vedea o reprezentare a tipurilor de sol din Africa împartite în 132 de clase numerotate de la 1 la 132. În aceasta imagine, fiecare celula este reprezentata printr-un pixel al carui nivel de gri este proportional cu valoarea celulei.
Modelul raster este adecvat pentru reproducerea fenomenelor care acopera relativ uniform o anumita suprafata (culturi agricole, altitudini medii, densitatea populatiei, raspândirea unei anumite nocivitati), în timp ce modelul vectorial este practic obligatoriu în cazul reprezentarii obiectelor liniare (retele: trasee de conducte si cabluri, linii de transport) si punctuale (noduri: posturi de transformare, vane, porturi, cabane turistice).
Indiferent de modelul utilizat (vector sau raster), datele geografice definitorii pentru teritoriul reprezentat sunt organizate în mai multe straturi (acoperiri) "tematice" (teritorii administrative, hidrografie, cai de comunicatie, parcele, categorii de folosinta a terenurilor, etc.). Fiecare asemenea strat constituie în baza de date a sistemului informatic geografic o anumita structura de fisiere, specifica pachetului de programe care gestioneaza sistemul si modelului utilizat.
Asa cum am mai aratat, principala calitate a unui GIS, mai exact a pachetului de programe care îl gestioneaza, este capacitatea sa de a efectua analize geografice, aceasta proprietate fiind cea care individualizeaza sistemele informatice geografice printre celelalte sisteme. Pentru a putea efectua aceste analize, utilizatorului i se pun la dispozitie un set de operatii spatiale cu ajutorul carora poate actiona asupra datelor unui strat (operatii "unare") sau poate combina datele a doua (sau mai multe) straturi (operatii "binare").
Astfel, toate pachetele de programe GIS includ operatii necesare pentru interogarea bazelor de date. În GIS aceasta functie, întâlnita în orice DBMS, este orientata pe pozitie (ce tip de cultura agricola exista în pozitia ...?) sau pe atribute (unde se gasesc parcele cultivate cu grâu?).
Algebra cartografica (map algebra). Sub acest nume sunt grupate functii care permit generarea de noi straturi de informatie geografica utilizând operatii matematice sau logice. De exemplu, fiind dat un strat care contine altitudini si o relatie prin care temperatura medie anuala este exprimata functie de cota, se poate genera pornind de la aceste date initiale un strat al temperaturilor medii anuale. Desigur, operatiile respective pot implica valori ale unor atribute preluate din doua straturi.
Frecvent, în analizele geografice este necesar sa se realizeze o suprapunere (overlay) a informatiilor din doua straturi. De exemplu, fiind date stratul tipurilor de sol si cel al culturilor agricole, se cere sa se genereze un strat al culturilor agricole pe tipuri de sol. Aceasta suprapunere se poate realiza prin mai multe operatii logice, ilustrate în figura care urmeaza.
Multe pachete GIS includ functii de interpolare a datelor spatiale, prin care, plecând de la masuratori discrete, se determina valori ale caracteristicii respective în puncte unde nu exista observatii.
De asemenea, majoritatea pachetelor bazate pe modelul vectorial includ functii de analiza a retelelor (transport, apa, canalizare, etc.) care permit rezolvarea unor probleme specifice cum ar fi determinarea traseelor optime în operatii de transport, colectare sau distributie, urmarind diferite criterii (timp minim, distanta minima, etc.) incluzând eventual o serie de constrângeri (gabarit, capacitate portanta, etc.).
Functiile mentionate mai sus si altele asemanatoare sunt cele care permit utilizatorilor GIS sa realizeze analize geografice oricât de complicate. Acestea determina marea atractivitate a acestei tehnologii si explica numeroasele aplicatii în cele mai diverse domenii, printre care agricultura, protectia mediului, exploatarile forestiere, administrarea localitatilor, cadastrul, transporturi si multe altele.