מערכת מידע גאוגרפי

מערכת מידע גאוגרפי או GIS (בראשי תיבות ממ"ג, ובאנגלית: Geographic Information System) היא מערכת מידע ממוחשבת המאפשרת ניהול, אחזור וניתוח מידע גאוגרפי תוך שילוב תכנים ממספר שכבות מידע, המבוססות ברובן על מערך מיפוי, אך גם על מאגרי מידע טבלאיים "רגילים". מערכות אלו משמשות הן בצד הקלט: קליטה, ארגון ובקרת איכות, והן צד הפלט: הפקה, מיון, שליפה ופילוח של מידע גאוגרפי.

צילום של מסך במערכת המידע "GRASS" הפועלת כתוכנה חופשית ברישיון גנו

דוגמה למפה וקטורית פשוטה העושה שימוש בשלושה אלמנטים וקטוריים: בארות מסומנות בנקודות, נחלים בקווים, ואגם בפוליגון

מערכות מסוג זה משמשות גורמים רבים, ובהם משרדי ממשלה, עיריות, תאגידי מים וביוב, מכוני מחקר, נותני שירותים, מתכנני ערים ותשתיות, חברות משלוחים ועוד. למערכות אלו יתרון בפישוט והמחשה של תופעות מרחביות, שיתוף המידע העדכני ביותר לרוחב הארגון, שילוב ויזואליות גרפית וטבלאית יחדיו, יכולת תשאול מידע באופן פשוט ונוח, יכולת שימוש במערכת ללא צורך בהכשרה ממושכת, יכולת להציג מידע במחשב ובהתקנים ניידים, חיסכון בניירת הדפסות וארכיונים, ביזור ידע לרוחב הארגון, ריכוז המידע בבסיס נתונים אחד עדכני, גיבוי מידע, העלאת חלופות יעילה למקבלי החלטות, יכולת המרת מידע בין פורמטים שונים, סטנדרטיזציה של המידע, חיסכון במספר רישיונות תוכנות עריכה גרפיות מקצועיות (תיב"ם) בארגון, העובדה כי למערכת WEB אין מגבלה ממשית על מספר המשתמשים, יכולת עדכון בו-זמנית של מספר משתמשים, יכולת לשתף מידע לציבור, שיפור איכות עדכון מידע מהשטח וביצוע סקרי שטח, ייעול תהליכי ושיטות עבודה ארגוניות, ואינטגרציה עם מערכות חיצוניות כגון מערכות גביה, מאגרי אוכלוסין ו-Google Street View.

מערכות ה-GIS מאפשרות שיתוף, יבוא ויצוא של מידע גרפי ואלפא-נומרי במגוון דרכים כגון באינטרנט באמצעות מערכות GIS מקוונות, בהתקנים ניידים ובתוכנות מקומיות (המותקנות על גבי מחשב מסוים).

מידע וקטורי ומידע ראסטרי

ממ"ג וקטוריות מחלקות את המידע הגאוגרפי למידע נקודתי (כגון בארות, עמודי חשמל), מידע קווי (כגון נחלים, דרכים) ומידע פוליגונלי (כגון תחומי שיפוט, אזורים בנויים, מדינות). כל ישות (נקודתית, קווית או פוליגונלית) שייכת לשכבה מסוימת. ניתן להצמיד לכל ישות מידע אלפא-נומרי (כגון ספיקת הבאר, שנת הסלילה של הכביש או מספר התושבים בשטח הבנוי), מאפיינים אלו נקראים שדות. כל ישות תהווה שורה אחת בבסיס הנתונים. לאחר הקמת בסיס הנתונים ניתן ליצור שאילתות כגון מציאת קטעי הכביש שנסללו לפני 1948, או השטח הבנוי שהאוכלוסייה בו חלקי שטחו (הצפיפות) היא פחות מ־5 תושבים לדונם.

במכוני מחקר קרימינולוגיים היו מבצעים שאילתות מבוססות מקום גאוגרפי כדי למצוא ריכוזי פשיעה מדווחת. דבר זה היה מאפשר לרשויות האכיפה למקם את כוחותיהן במקומות שבהם התרחשו הרבה שיעורי פשיעה - זאת לפי איתור הצפיפות של פרטי המידע והצלבתן עם ראסטר של מפה.

מלבד השאילתות על שכבה בודדת, ניתן לבצע פעולות בוליאניות בין שתי שכבות או יותר. דוגמה לפעולה כזו היא מציאת כל קטעי הכביש שמקיימים את שני התנאים הבאים: נסללו לפני שנת 1948 וגם עוברים בשטח בנוי שצפיפות האוכלוסייה בו היא מעל ל-20 תושבים לדונם.

מידע ראסטרי פועל באופן שונה ממידע וקטורי, הוא מיצג מידע על ידי תמונה בה כל פיקסל מייצג עוצמה של התופעה וכך מאפשר ניתוח תופעות רציפוֹת במרחב (כגון טופוגרפיה, איתור דליפות, שיעור הזיהום בקרקע). שכבה רסטרית מכונה גריד. יתרון עיקרי של הניתוח הראסטרי הוא המהירות בה ניתן לבצע עיבודים. אם לדוגמה היינו מחפשים את הנקודות המישוריות במפה טופוגרפית, היה על מערכת וקטורית ליצור חישוב מסובך ביותר, בעוד שמערכת ראסטרית מחפשת שני פיקסלים סמוכים בעלי אותו צבע.

תוכנות GIS

תוכנות GIS מאפשרות לצפות, להעביר, לערוך ולנתח מידע גאוגרפי. ישנן פלטפורמות מדף שונות המאפשרות לפתח באמצעותן אתרי GIS ומספקות כלים שונים לטיפול במידע גאוגרפי. כמה מהמובילות ביניהן: Orhitec GIS, Autodesk,QGIS, ESRI ,ArcGIS,Intergraph,Mapinfo ,Manifold System ,Smallworld ,MapGuide. בנוסף קיימות תוכנות שמותאמות לצרכים ייחודים במחלקות ממשל וצבא, ומוצרי קוד פתוח (כמו GRASS ,MapGuide או Generic Mapping Tools). אף על פי שקיימים כלים חופשיים לצפייה במידע גאוגרפי, גישה ציבורית למידע גאוגרפי נעשית לרוב דרך יישומים מקוונים כגון Google Earth ושירותים ברשת.

עד סוף שנות התשעים רוב מערכות המידע הגאוגרפיות התבססו על מחשבים מקומיים גדולים ששימשו להחזקת מידע פנימי, והתוכנות היו מוצר עצמאי. עם עליית השימוש באינטרנט וברשתות והעלייה בביקוש למידע גאוגרפי, תוכנות ה-GIS שינו את פניהן בהדרגה כדי לספק מידע מקוון. בעשור השני של המאה ה-21, תוכנות GIS נמכרות כתוכנות המשלבות מספר אפליקציות, או כ-API.

לצורך עדכון נתונים נהוג להשתמש בשילוב של תוכנה מקומית ואינטרנטית על מנת לנצל את החוזקות של התוכנות השונות

מערכת מידע גאוגרפי בשימוש ההוראה

מערכות מידע גאוגרפי (GIS) נמצאות בשימוש ההוראה מאז שנות ה-90. מחקרים רבים מצאו שמערכת המידע הגאוגרפית היא כלי אפקטיבי מאוד לפיתוח החשיבה המרחבית בקרב תלמידים; יכולת פתרון בעיות; חשיבה ביקורתית; לשיפור יכולות החשיבה שלהם. בנוסף לכך הכלי מייצר סביבת לימוד מבוססת חקר/ סביבת לימוד קונסטרוקטיביסטית. אחת המטרות המרכזיות בלימודי הגאוגרפיה היא לפתח אזרחים בעלי יכולת של חשיבה מרחבית ביקורתית. עולם התוכן של הגאוגרפיה מעניק לתלמידים ידע, ערכים, ומיומנויות שחלקן ייחודיות למקצוע כמו שימוש מושכל במפות. המקצוע מזמן שילוב חדשנות בפדגוגיה שבאה לידי ביטוי בפדגוגיה דיגיטלית משולבת מפה, ובכישורי חשיבה התורמים לפיתוח לומדים עצמאיים שיוכלו לתפקד בתבונה וביעילות כאזרחים וכעובדים בעולם המורכב של המאה ה-21.

משרד החינוך פרסם דו"ח בנושא "התאמת מערכת החינוך למאה ה-21" ובו מפורטות "מיומנויות המאה ה-21". הן כוללות את הנושאים הבאים: שימוש בכלי תקשוב; אוריינות מידע ותקשורת; חשיבה ביקורתית ויכולת לפתור בעיות; תקשורת שיתוף ועבודת צוות; לומד עצמאי; אתיקה ומוגנות ברשת. מקצוע הגאוגרפיה נבחר כאחד מחמשת מקצועות הליבה השותפים לתוכנית. הוראת הגאוגרפיה באמצעות כלי ה- GIS ממש את מטרות התוכנית.

יצרני מערכות ה-GIS המובילים בעולם פיתחו לאורך השנים פעילויות בתחום החינוך. כך למשל חברת ESRI חתמה עם מספר רב של מדינות בארצות הברית על הסכמי רישוי המאפשרים לבתי הספר באותן מדינות גישה לשירותי GIS תוצרת ESRI ללא תשלום נוסף. הדבר מאפשר למשרדי החינוך במדינות השונות בארצות הברית לפתח מערכי שיעור משולבים עם מפות GIS. במדינת מינסוטה למשל, מתקיימת תחרות מפות GIS שנתית בין בתי הספר במדינה.

משרד החינוך הישראלי פתח בשנת הלימודים תשע"ז מסלול לימוד חדש לבגרות. מסלול לימודים זה מתמקד במדעי הגאוגרפיה המשלבים את השימוש במידע מרחבי הנאסף, מעובד, מנותח ומוצג באמצעות מערכות מידע גאוגרפי. המסלול ממחיש את חשיבותן של טכנולוגיות מיקום ומידע מרחבי בעידן הדיגיטלי. בנוסף לכך, השימוש במערכות מידע גאוגרפי ישמש כחיזוק לנלמד בתחומי המתמטיקה והגאומטריה.

מערכת מידע גאוגרפי בשימוש ממשלתי/מוניציפלי

יצרני מערכות ה-GIS פיתחו לאורך השנים פעילויות בתחום הממשלתי והמוניציפלי כדי לנהל את כל מחלקות הרשות באופן היעיל והמתקדם ביותר (עיריות, מועצות, תאגידים, וועדות לתכנון ובניה וכו') כרעיון לייצר מערכת מודולרית הכוללת שכבות של מידע גאוגרפי מדיני\עירוני ואפשרות לנהל אותם. ישנה רק חברה אחת (Orhitec GIS) שהצליחה לייצר ולהקים 13 מערכות GIS אינטרנטיות שיושבות על בסיס נתונים אחד וכך מנהלת את כל המערכות והארגון על בסיס נתונים אחד ומעודכן לכלל המערכות.

ראו גם

• האגודה הישראלית לכרטוגרפיה ולמערכות מידע גאוגרפי
• הוועדה הבין-משרדית למערכות מידע גיאוגרפיות
• Google Earth
• גוגל מפות
• Govmap

לקריאה נוספת

• Bearman, N., Jones, N., André, I., Cachinho, H. A., & DeMers, M. (2016). The future role of GIS education in creating critical spatial thinkers. Journal of Geography in Higher Education, 40(3), 394-408.
• Bednarz, S. W. (2004). Geographic information systems: A tool to support geography and environmental education? GeoJournal, 60(2), 191-199.
• Hong, J. E. (2014). Promoting teacher adoption of GIS using teacher-centered and teacher-friendly design. Journal of Geography, 113(4), 139-150.
• Liu, Y., Bui, E. N., Chang, C. H., & Lossman, H. G. (2010). PBL-GIS in secondary geography education: Does it result in higher-order learning outcomes? Journal of Geography, 109(4), 150-158.
• National Research Council (2005), Learning to think spatially: GIS as a support system in the K-12 curriculum, National Academies Press.

קישורים חיצוניים

• מאיר ענתר, ‏GIS הוא הרבה יותר ממפה, מערכות 422, דצמבר 2008
• המעבדה למידע גאוגרפי באוניברסיטת בן-גוריון (אורכב 19.12.2005 בארכיון Wayback Machine)
• עיריית תל אביב-יפו, דוגמה לאתר המבוסס על טכנולוגיית GIS
• מפת ישראל שימושי הקרקע בישראל, באתר הלשכה המרכזית לסטטיסטיקה
• מחלקת ה־GIS במכון דש"א של החברה להגנת הטבע
• מרכז ה- GIS באוניברסיטה העברית בירושלים.
• עדי בן נון, מדריך למשתמש המתחיל בתוכנת ArcGIS 9.x, מרכז ה-GIS, האוניברסיטה העברית בירושלים, 2008
• govMap מפות ישראל, מערכת ממ"ג בפורטל הממשלתי
• אתר המפמ"ר "גאוגרפיה - אדם וסביבה" ו"מולדת, חברה ואזרחות", משרד החינוך
• סייבר גאוגרפיה, הפיקוח על הוראת "גאוגרפיה - אדם וסביבה" ו"מולדת, חברה ואזרחות", משרד החינוך
• אתר החינוך של ESRI
• תחרות מפות GIS במינסוטה, ארצות הברית
• התאמת מערכת החינוך למאה ה-21 מסמך אב, משרד החינוך
• תוכנית הלימודים ב"גאוגרפיה אדם וסביבה" לכיתות ה' - ט', משרד החינוך
• science/geography/Geographic-information-systems מערכת מידע גאוגרפי, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• מערכות מידע גאוגרפיות, דף שער בספרייה הלאומית