10. التحليل المكاني المتجهي (النطاقات العازلة)¶

	اهداف	فهم استخدام النطاقات العازلة في التحليل المكاني المتجهي.
	كلمات الدلالة	متجه، منطقة النطاق العازل، التحليل المكاني، مسافة النطاق العازل، دمج الحدود، النطاق العازل الخارجي والداخلي، النطاقات العازلة المتعددة

10.1. نظرة عامة¶

يستخدم التحليل المكاني المعلومات المكانية لاستخلاص معانٍ جديدة وإضافية من بيانات نظم المعلومات الجغرافية. وعادةً ما يُجرى التحليل المكاني باستخدام تطبيق لنظم المعلومات الجغرافية. تحتوي تطبيقات نظم المعلومات الجغرافية في العادة على أدوات تحليل مكاني لإحصاءات المعالم (مثل: كم رأسًا يتكوّن منه هذا الخط المتعدد؟) أو للمعالجة الجغرافية مثل إنشاء النطاقات العازلة حول المعالم. وتختلف أنواع التحليل المكاني المستخدمة باختلاف المجالات. فالعاملون في إدارة المياه وأبحاثها (الهيدرولوجيا) سيهتمون على الأرجح بتحليل التضاريس ونمذجة حركة المياه عبرها. وفي إدارة الحياة البرية يهتم المستخدمون بالوظائف التحليلية التي تتعامل مع المواقع النقطية للحياة البرية وعلاقتها بالبيئة. سنناقش في هذا الموضوع النطاقات العازلة مثالًا على تحليل مكاني مفيد يمكن إجراؤه على البيانات المتجهية.

10.2. النطاقات العازلة بالتفصيل¶

ينشئ النطاق العازل عادةً منطقتين: منطقة تقع ضمن مسافة محددة من معالم مختارة في العالم الحقيقي، ومنطقة أخرى تقع خارجها. تُسمّى المنطقة الواقعة ضمن المسافة المحددة منطقة النطاق العازل.

منطقة النطاق العازل هي أي منطقة تؤدي غرض إبقاء معالم العالم الحقيقي بعيدة بعضها عن بعض. كثيرًا ما تُنشأ مناطق النطاقات العازلة لحماية البيئة، أو لحماية المناطق السكنية والتجارية من الحوادث الصناعية أو الكوارث الطبيعية، أو لمنع العنف. ومن الأنواع الشائعة لمناطق النطاقات العازلة الأحزمة الخضراء بين المناطق السكنية والتجارية، والمناطق الحدودية بين الدول (انظر شكل 10.42)، ومناطق الحماية من الضوضاء حول المطارات، ومناطق الحماية من التلوث على امتداد الأنهار.

../../_images/buffer_zone.png — شكل 10.42 تفصل منطقة نطاق عازل الحدود بين الولايات المتحدة الأمريكية والمكسيك. (التقط الصورة SGT Jim Greenhill عام 2006).¶

في تطبيق نظم المعلومات الجغرافية، تُمثَّل مناطق النطاقات العازلة دائمًا على هيئة مضلعات متجهية تحيط بمعالم أخرى مضلعة أو خطية أو نقطية (انظر شكل 10.43 و شكل 10.44 و شكل 10.45).

../../_images/point_buffer.png — شكل 10.43 منطقة نطاق عازل حول نقاط متجهية.¶

../../_images/line_buffer.png — شكل 10.44 منطقة نطاق عازل حول خطوط متعددة متجهية.¶

../../_images/polygon_buffer.png — شكل 10.45 منطقة نطاق عازل حول مضلعات متجهية.¶

10.3. أشكال مختلفة من النطاقات العازلة¶

هناك عدة أشكال مختلفة من النطاقات العازلة. إذ يمكن أن تتفاوت مسافة النطاق العازل أو حجمه وفقًا لقيم رقمية موجودة في جدول البيانات الوصفية للطبقة المتجهية لكل معلم. ويجب أن تُعرَّف القيم الرقمية بوحدات الخريطة وفقًا لنظام الإحداثيات المرجعي (CRS) المستخدم مع البيانات. فمثلًا يمكن أن يتفاوت عرض منطقة النطاق العازل على امتداد ضفاف نهر تبعًا لكثافة استخدام الأراضي المجاورة. ففي حالة الزراعة المكثفة قد تكون مسافة النطاق العازل أكبر منها في حالة الزراعة العضوية (انظر الشكل شكل 10.46 و جدول 10.6).

../../_images/variable_buffer.png — شكل 10.46 إنشاء نطاقات عازلة حول الأنهار بمسافات مختلفة.¶

جدول 10.6 مسافات نطاقات عازلة مختلفة حول الأنهار بناءً على استخدام الأراضي المجاورة.¶
النهر	استخدام الأراضي المجاورة	مسافة النطاق العازل (بالأمتار)
نهر Breede	زراعة خضروات مكثفة	100
Komati	زراعة قطن مكثفة	150
Oranje	زراعة عضوية	50
نهر Telle	زراعة عضوية	50

لا يلزم أن تكون النطاقات العازلة حول معالم الخطوط المتعددة، مثل الأنهار أو الطرق، على جانبي الخطوط. فيمكن أن تكون على الجانب الأيسر أو الأيمن من المعلم الخطي فقط. وفي هذه الحالات يُحدَّد الجانب الأيسر أو الأيمن بالاتجاه من نقطة بداية الخط إلى نقطة نهايته أثناء الرقمنة.

10.3.1. مناطق النطاقات العازلة المتعددة¶

يمكن أن يكون للمعلم أيضًا أكثر من منطقة نطاق عازل واحدة. فقد تُنشأ حول محطة طاقة نووية نطاقات عازلة بمسافات 10 و 15 و 25 و 30 km، فتتشكّل بذلك حلقات متعددة حول المحطة ضمن خطة إخلاء (انظر شكل 10.47).

../../_images/multiple_buffers.png — شكل 10.47 إنشاء نطاقات عازلة حول معلم نقطي بمسافات 10 و 15 و 25 و 30 km.¶

10.3.2. النطاقات العازلة ذات الحدود السليمة أو المدموجة¶

كثيرًا ما تكون حدود مناطق النطاقات العازلة مدموجة بحيث لا توجد مناطق متداخلة بينها. لكن في بعض الحالات قد يكون من المفيد أيضًا أن تبقى حدود مناطق النطاقات العازلة سليمة، بحيث تكون كل منطقة نطاق عازل مضلعًا مستقلًا ويمكنك تحديد المناطق المتداخلة (انظر الشكل شكل 10.48).

../../_images/buffer_dissolve.png — شكل 10.48 مناطق نطاقات عازلة بحدود مدموجة (يسارًا) وبحدود سليمة (يمينًا) تُظهر المناطق المتداخلة.¶

10.3.3. النطاقات العازلة نحو الخارج ونحو الداخل¶

تمتد مناطق النطاقات العازلة حول المعالم المضلعة عادةً نحو الخارج من حدود المضلع، لكن من الممكن أيضًا إنشاء منطقة نطاق عازل نحو الداخل من حدود المضلع. لنفترض مثلًا أن إدارة السياحة تريد تخطيط طريق جديد حول جزيرة Robben، وأن القوانين البيئية تشترط أن يبعد الطريق 200 متر على الأقل نحو الداخل من خط الساحل. يمكنهم استخدام نطاق عازل داخلي لإيجاد خط الـ 200 m نحو الداخل، ثم تخطيط الطريق بحيث لا يتجاوز ذلك الخط.

10.4. المشاكل الشائعة / أشياء يجب أن تكون على علم بها¶

توفّر معظم تطبيقات نظم المعلومات الجغرافية إنشاء النطاقات العازلة كأداة تحليل، لكن خيارات إنشائها قد تختلف. فمثلًا لا تتيح لك جميع تطبيقات نظم المعلومات الجغرافية إنشاء نطاق عازل على الجانب الأيسر أو الأيمن فقط من معلم خطي، أو دمج حدود مناطق النطاقات العازلة، أو إنشاء نطاق عازل نحو الداخل من حدود مضلع.

يجب دائمًا تعريف مسافة النطاق العازل كعدد صحيح (integer) أو عدد عشري (قيمة فاصلة عائمة). وتُعرَّف هذه القيمة بوحدات الخريطة (الأمتار، الأقدام، الدرجات العشرية) وفقًا لنظام الإحداثيات المرجعي (CRS) للطبقة المتجهية.

10.5. مزيد من أدوات التحليل المكاني¶

يُعدّ إنشاء النطاقات العازلة أداة تحليل مكاني مهمة وكثيرة الاستخدام، لكن هناك أدوات أخرى كثيرة يمكن استخدامها في نظم المعلومات الجغرافية واستكشافها من قبل المستخدم.

التراكب المكاني عملية تتيح لك تحديد العلاقات بين معلمين مضلعين يشتركان في المنطقة نفسها كليًا أو جزئيًا. تكون الطبقة المتجهية الناتجة مزيجًا من معلومات معالم الإدخال (انظر شكل 10.49).

../../_images/overlay_operations.png — شكل 10.49 تراكب مكاني بطبقتي إدخال متجهيتين (a_input = مستطيل، b_input = دائرة). تُعرض الطبقة المتجهية الناتجة باللون الأخضر.¶

من الأمثلة النموذجية على التراكب المكاني:

التقاطع (Intersection): تحتوي الطبقة الناتجة على جميع المناطق التي تتداخل (تتقاطع) فيها الطبقتان.
الاتحاد (Union): تحتوي الطبقة الناتجة على جميع مناطق طبقتي الإدخال مجتمعة.
الفرق المتماثل (Symmetrical difference): تحتوي الطبقة الناتجة على جميع مناطق طبقتي الإدخال باستثناء المناطق التي تتداخل (تتقاطع) فيها الطبقتان.
الفرق (Difference): تحتوي الطبقة الناتجة على جميع مناطق طبقة الإدخال الأولى التي لا تتداخل (لا تتقاطع) مع طبقة الإدخال الثانية.

10.6. ماذا تعلمنا؟¶

لنختتم ما تناولناه في ورقة العمل هذه:

تصف مناطق النطاقات العازلة المناطق المحيطة بمعالم العالم الحقيقي.
مناطق النطاقات العازلة هي دائمًا مضلعات متجهية.
يمكن أن يكون للمعلم مناطق نطاقات عازلة متعددة.
يُحدَّد حجم منطقة النطاق العازل بواسطة مسافة النطاق العازل.
يجب أن تكون مسافة النطاق العازل قيمة عددًا صحيحًا أو فاصلة عائمة.
يمكن أن تختلف مسافة النطاق العازل من معلم لآخر داخل الطبقة المتجهية.
يمكن إنشاء نطاقات عازلة للمضلعات نحو الداخل أو نحو الخارج من حدود المضلع.
يمكن إنشاء مناطق النطاقات العازلة بحدود سليمة أو مدموجة.
إلى جانب النطاقات العازلة، يوفّر نظام المعلومات الجغرافية عادةً مجموعة متنوعة من أدوات التحليل المتجهي لحل المهام المكانية.

10.7. الآن تحاول!¶

إليك بعض الأفكار التي يمكنك تجربتها مع متعلميك:

بسبب الزيادة الكبيرة في حركة المرور، يريد مخططو المدينة توسيع الطريق الرئيسي وإضافة حارة ثانية. أنشئ نطاقًا عازلًا حول الطريق لإيجاد العقارات الواقعة ضمن منطقة النطاق العازل (انظر شكل 10.50).
للسيطرة على مجموعات المحتجين، تريد الشرطة إنشاء منطقة محايدة تُبقي المحتجين على بعد 100 متر على الأقل من مبنى ما. أنشئ نطاقًا عازلًا حول مبنى ولوّنه بحيث يرى منظمو الفعالية مكان منطقة النطاق العازل.
يخطط مصنع للشاحنات للتوسع. وتنص معايير اختيار الموقع على أن الموقع المحتمل يجب أن يقع ضمن 1 km من طريق مخصص للحمولات الثقيلة. أنشئ نطاقًا عازلًا على امتداد طريق رئيسي لترى أين تقع المواقع المحتملة.
تخيّل أن المدينة تريد إصدار قانون ينص على منع وجود أي متاجر للمشروبات الكحولية ضمن منطقة نطاق عازل نصف قطرها 1000 متر حول مدرسة أو كنيسة. أنشئ نطاقًا عازلًا بمسافة 1 km حول مدرستك، ثم اذهب وتحقق مما إذا كانت هناك متاجر من هذا النوع قريبة جدًا من مدرستك.

../../_images/buffer_road.png — شكل 10.50 منطقة نطاق عازل (بالأخضر) حول خريطة طرق (بالبني). يمكنك أن ترى المنازل الواقعة ضمن منطقة النطاق العازل، فتستطيع الآن التواصل مع المالك ومناقشة الوضع معه.¶

10.8. شيء لتفكر به¶

إذا لم يتوفر لديك حاسوب، فيمكنك استخدام خريطة طبوغرافية وفرجار لإنشاء مناطق نطاقات عازلة حول المباني. ضع علامات صغيرة بقلم الرصاص على مسافة متساوية على امتداد المعلم باستخدام الفرجار، ثم صِل بين العلامات باستخدام مسطرة!

10.9. قراءة متعمقة¶

كتائب:

Galati, Stephen R. (2006). Geographic Information Systems Demystified. Artech House Inc. الرقم الدولي ISBN: 158053533X
Chang, Kang-Tsung (2006). Introduction to Geographic Information Systems. الطبعة الثالثة. McGraw Hill. الرقم الدولي ISBN: 0070658986
DeMers, Michael N. (2005). Fundamentals of Geographic Information Systems. الطبعة الثالثة. Wiley. الرقم الدولي ISBN: 9814126195

يحتوي دليل مستخدم QGIS أيضًا على معلومات أكثر تفصيلًا حول تحليل البيانات المتجهية في QGIS.

10.10. ماذا بعد؟¶

سنلقي في القسم التالي نظرة أقرب على الاستيفاء مثالًا على التحليل المكاني الذي يمكنك إجراؤه على البيانات الشبكية (الرستر).