استخدام الجيز لدراسة النمو الحضري وشرعة المستوطنات البشرية

مقدمة: المرجعيات المكانية في الدراسات الحضرية

وقد أصبحت نظم المعلومات الجغرافية إطارا لا غنى عنه لتحليل الديناميات المعقدة للتحضر والمستوطنات البشرية، وبما أن السكان العالميين لا يزالون يركزون في المدن، فإن فهم المنطق المكاني للنمو لم يعد عملية أكاديمية بل هو شرط أساسي للتنمية المستدامة، ويوفر نظام المعلومات الجغرافية المحرك التحليلي لدمج مجموعات البيانات المتباينة، وتبصر التغير مع الزمن، والسيناريوهات المستقبلية النموذجية، مما يتيح للباحثين ومخططي المدن التحرك إلى أبعد من مجرد المراقبة.

فالنمو الحضري عملية متعددة الأبعاد تنطوي على تحولات في كثافة السكان، وتحويل استخدام الأراضي، وتوسيع الهياكل الأساسية، وثغرات التغذية البيئية، ويتيح نظام المعلومات الجغرافية اتباع نهج منظم إزاء هذه الظواهر، ويحول الصور الساتلية الخام، وسجلات التعداد، والخرائط التاريخية إلى معلومات عملية، ومن خلال إطالة هذه الطبقات من المعلومات، يمكن للمحللين أن يربطوا أنماط التنمية مع محركاتهم الكامنة.

وفي القرن الحادي والعشرين، يمثل حجم وسرعة التوسع الحضري تحديات كبيرة، ويحدث الكثير من هذا النمو في المستوطنات غير الرسمية أو غير المخطط لها، ولا سيما في المناطق النامية بسرعة، ويتيح نظام المعلومات الجغرافية وسيلة لتوثيق هذه الأنماط، ويبرز إلى المناطق التي قد تقع خارج أطر التخطيط الرسمية، ويدرس هذا النظام منهجيات المستوطنات الحضرية، من تتبع تحويل الأراضي الزراعية إلى تقييم مدى ضعف السكان في الفيضان أو الضغط الحراري.

مصادر البيانات الأساسية للتحليل الحضري المكاني

وتتوقف نوعية أي تحليل لنظام المعلومات الجغرافية اعتمادا كبيرا على البيانات التي تغذيه، وتتطلب الدراسات الحضرية بيانات تستوعب الشكل المادي للبيئة المبنية والأنشطة البشرية التي تشغلها، ولحسن الحظ، اتسع نطاق البيانات المكانية وإمكانية الوصول إليها بشكل كبير على مدى العقد الماضي، مدفوعا بمبادرات حكومية مفتوحة وتقدم في تكنولوجيا الاستشعار عن بعد.

الاستشعار عن بعد والتصوير الساتلي

ويوفر التصوير بالسواتل أحدث سجل ثابت وشامل لتغير الغطاء الأرضي الحضري، ويتيح برنامج لادسات، وهو جهد مشترك بين وكالة الفضاء الدولية ووكالة ناسا، محفوظات مجانية ومستمرة لبيانات رصد الأرض تمتد إلى عام 1972، وهذا المحفوظات قيمة بالنسبة لتحليل السلاسل الزمنية، مما يتيح للباحثين إعادة بناء التنمية الحضرية على مدى 50 عاما تقريبا، مع حل مكاني قدره 30 مترا، وللمزيد من التحليلات التفصيلية، يقدم المشغلون التجاريون للسواتل مثل مبانى.

وقد زادت بعثة هيئة الفضاء الأوروبية من إثراء مجموعة البيانات المتاحة، مما وفر فترات إعادة نظر عالية وفرق متعددة الأطياف مفيدة للتمييز بين مختلف أنواع الأسطح الحضرية، وصحة النباتات، وأجهزة المياه، ويمكن للمحللين تطبيق مؤشرات للتكاثر الطيفي، مثل مؤشر التكوين الموحّد للاختبارات الصناعية (التوسع الحضري) أو مؤشر التكيّف الموحّد.

التعداد، والبيانات الديمغرافية والإدارية

وفي حين أن الاستشعار عن بعد يلتقط البصمة المادية للمدينة، فإن بيانات التعدادات توفر البعد الإنساني، وتقوم وكالات التعداد الوطنية بجمع معلومات مفصلة عن عدد السكان، وتكوين الأسر المعيشية، ومستويات الدخل، وخصائص الإسكان على مختلف المستويات الإدارية، مثل انخفاض مساحات التعدادات، أو مجموعاتها، أو أجنحتها، وعندما تقترن بالحدود المكانية داخل نظام المعلومات الجغرافية، فإن هذه الخصائص تسمح للباحثين برسم خرائط الكثافة السكانية، والتغيير الديمغرافي، والعزل الاجتماعي والاقتصادي على نطاق جشع.

وبالإضافة إلى بيانات التعداد، فإن السجلات الإدارية مثل تصاريح البناء، وتقييمات ضريبة الملكية، وملفات تسجيل الناخبين توفر معلومات واضحة مكانيا عن الديناميات الحضرية، مثلا، يمكن أن يكون موقع وتوقيت تصاريح البناء مؤشرا رئيسيا للتوسع الحضري، مما يبرز مجالات التنمية الفعالة قبل ظهورها على الصور الساتلية، ويتيح إدماج هذه ناقلات البيانات في نظام المعلومات الجغرافية فهما أكثر ثراء لكيفية تفاعل القرارات المتعلقة بالسياسات العامة، وقوى السوق، والتحولات الديمغرافية.

الخرائط التاريخية والمحفوظات الخرائطية

وكثيرا ما يتطلب فهم النمو الحضري الطويل الأجل النظر إلى الوراء إلى ما بعد فترة المراقبة الساتلية، كما أن الخرائط التاريخية ودليل المدن والدراسات الاستقصائية المأساوية تعرض صورا سريعة للشكل الحضري منذ عقود أو حتى قبل قرون، ويكشف تصميم هذه الوثائق التاريخية وإحالتها إلى الأرض من صور ثابتة إلى مجموعات بيانات متناسقة من الناحية المكانية، ويكشف الباحثون عن طرق الانتقال السابقة للدوائر الصناعية أو الحديثة.

منهجيات تحليلية أساسية لتحليل أنماط الاستيطان

ولا تصبح البيانات الأولية مجدية إلا من خلال تطبيق التقنيات التحليلية المكانية، ويوفر نظام المعلومات الجغرافية مجموعة أدوات قوية لتحويل الملاحظات إلى أنماط وقياس العلاقات المكانية واختبار الافتراضات المتعلقة بأسباب توزيع المستوطنات.

تحليل وتقييم تغيرات الوقت

والكشف عن التغيير هو أحد أهم عمليات نظام المعلومات الجغرافية في دراسات النمو الحضري، إذ يمكن للمحللين، من خلال مقارنة الصور الساتلية المصنّفة من تواريخ أو أكثر، أن يولدوا خرائط تبين بالضبط ما حدث من تحول في الغطاء الأرضي (مثلاً من الغابات أو الزراعة إلى المناطق الحضرية) كما أن المقارنة بعد التصنيف تسمح بحساب مصفوفات الانتقال، وتحديد كمية الأراضي التي تم تحويلها من كل نوع على امتداد فترة معينة، هي ثغرات في المناطق الحضرية.

الإحصاءات المكانية ومقاييس الكثافة

وللتحرك إلى ما هو أبعد من مجرد رسم الخرائط ووصف الهيكل المكاني للمستوطنات، يستخدم محللو نظام المعلومات الجغرافية مجموعة من الإحصاءات المكانية، ويستخدم نطاق واسع في وضع قياس الكثافة الكثيفة في المناطق الحضرية، مثل تشكيلات الكثافة الكثيفة، أو حالات الإنشاء الجديدة، أو حوادث الجريمة، مما يساعد على تحديد مناطق التركز الحرفي الحضري أو مناطق التفشي في النشاط.

وهناك نهج قوي آخر ينطوي على استخدام نسخة شانون لقياس درجة التركيز المكاني أو تشتت الأراضي المبنيّة، وتدل القيمة الجاهزة العالية على نمط أكثر تفرقاً من التحضر، وخصائص التمدد، في حين يشير انخفاض النسيج إلى شكل إنمائي أكثر ترابطاً وتركيزاً، وتتيح هذه القياسات إجراء مقارنات موضوعية في شكل حضري عبر مدن مختلفة أو عبر فترات زمنية.

نموذج مناسب ومحاكاة النمو الحضري

ولا تقتصر نظم المعلومات الجغرافية على وصف الماضي أو الحاضر؛ بل هي أيضا أداة قوية للتنبؤ بالنمو الحضري في المستقبل من خلال نماذج الصلاحية والمحاكاة، وتستخدم نماذج الصلاحية إطارا تقييميا متعدد المعايير لتحديد المجالات التي يحتمل أن تشهد تنمية في المستقبل (أو أقلها)، وتشمل العوامل عادة القرب من الطرق القائمة، والمسافة إلى مراكز المدن، والمنحدرات، وملكية الأراضي، ولوائح تقسيم المناطق.

وتُدمج هذه الأسطح المناسبة مع قواعد انتقالية تحكم كيفية تغير استخدام الأراضي من دولة إلى أخرى على مر الزمن، ونموذج SLEUTH (التنمية، واستخدام الأراضي، والاستبعاد، والحجم الحضري، والنقل، والتلة)، وهو نموذج معروف جيداً من نماذج التخطيط المكاني المصممة خصيصاً لحفز النمو الحضري الصارم.

Understanding Urban Growth Dynamics: Sprawl, Densification, and Peripheral Expansion

وقد كان تحليل نظم المعلومات الجغرافية مفيدا في تحديد وقياس الأشكال المحددة التي يأخذها النمو الحضري، إذ إن النمط السائد في العديد من المدن في أواخر القرن العشرين وفي أوائل القرن الحادي والعشرين هو التفشي الحضري، الذي يتسم بانخفاض الكثافة، والتنمية المعتمدة على السيارات على هامش المناطق الحضرية، وباستخدام النظام العالمي للمعلومات الجغرافية، يمكن للباحثين أن يرسموا حدود التفشي عن طريق قياس نسبة الأراضي الحضرية الجديدة المستهلكة حسب تكاليف النمو الزراعي الجديدة.

وعلى النقيض من ذلك، تنطوي الكثافة على زيادة السكان أو الكثافة المبنية في إطار البصمة الحضرية القائمة، ويمكن أن يتخذ ذلك شكل تنمية ملاءة في الأماكن الشاغرة، وإعادة تطوير مواقع البني، أو إضافة وحدات سكنية، كما أن بيانات نظام المعلومات الجغرافية تتتبع استخدام الأراضي على مستوى الطوابق، ومجال البصمات البناء، ونسب النمو من القاعدة إلى المنطقة تسمح بإجراء تحليلات لتوسيعها على وجه الدقة.

فالتفاعل بين المناطق المحيطة بالمناطق الحضرية، وهو المنطقة الانتقالية بين المناطق الحضرية تماما والمناطق الريفية تماما، هو في كثير من الأحيان أكثر المشهد دينامية ومتنافسة، ونظام المعلومات الجغرافية مناسب بشكل فريد لدراسة هذه المنطقة حيث تكون استخدامات الأراضي مختلطة وتتغير بسرعة، ويمكن للصور الساتلية ذات الاستبانة العالية أن تلتقط التحويل الجزئي للأراضي الزراعية إلى أقسام فرعية سكنية أو إدخال مشاريع كبيرة في البنية التحتية، كما أن فهم ديناميات المخروط بالنظم الإيكولوجية الحضرية، والحفاظ على الهياكل الأساسية.

تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية في التخطيط والإدارة الحضريين الحديثين

وتترجم القوة التحليلية لنظام المعلومات الجغرافية مباشرة إلى تطبيقات عملية للمخططين الحضريين وواضعي السياسات والمهندسين المدنيين، حيث يفي التحليل المكاني باتخاذ القرارات.

تخطيط شبكة النقل والهياكل الأساسية

إن شبكات النقل هي هيكل المدينة، وتوجيه النمو والتمكين من التنقل، ونظام المعلومات الجغرافية أساسي لتحقيق أقصى قدر من هذه الشبكات، وأدوات تحليل الشبكات التي تُحسب أقصر الطرق، ومناطق الخدمات (مناطق الصيد حول محطات العبور)، ومؤشرات الوصول، ويستخدم المخططون هذه الأدوات لتقييم مدى تكافؤ الوصول عبر مختلف الأحياء، وتحديد الثغرات في شبكة الممرات الجانبية أو شبكة الطرق المستهدفة، وقيم نموذجية للطرق في المستقبل.

الحداد، وتنظيم استخدام الأراضي، والتنمية الاقتصادية

وتتوفر الخرائط الزجرية في جوهرها وثائق مكانية، وتوفر نظم المعلومات الجغرافية منبراً لإدارة هذه الخرائط وتحليلها وتحديثها، ويستخدم المخططون نظام المعلومات الجغرافية لتحليل مدى توافق الاستخدامات المقترحة للأراضي مع التنمية القائمة، وتقييم أثر طلبات إعادة تقسيم الأراضي، وتتبع مدى توافر الأراضي القابلة للتطور، ويمكن أن يكشف التحليل المكاني لبيانات تقييم الضرائب عن أنماط من الممتلكات غير المستخدمة أو الشاغرة، ويساعد المدن الجغرافية على استهداف حوافز التنمية الحيّة، فضلاً عن الجهود المبذولة في مجال الأراضي.

Environmental Impact Assessment and Heat Island Mitigation

كما أن النمو الحضري له عواقب بيئية عميقة، كما أن نظام المعلومات الجغرافية هو حجر الزاوية في التقييم البيئي، إذ يمكن رسم خرائط لمواقف سطح الأرض المستمدة من الصور الساتلية الحرارية لتحديد المناطق الحضرية ذات الأولوية في المناطق التي تستوعب فيها المياه السطحية وتعيد إشعالها، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة مقارنة بالمناطق الريفية المحيطة، كما أن تحليل نظم المعلومات الجغرافية يمكن أن يربط المناطق المرتفعة من حيث الغطاء الحرجي ونسبة عالية من الأسطح المزروعة.

التكنولوجيات المتقدمة والأدوات المستقبلية

ويتطور ميدان نظام المعلومات الجغرافية بالنسبة للدراسات الحضرية بسرعة، مدفوعاً بأوجه التقدم في جمع البيانات والتحليل الحاسوبي.

LiDAR and 3D Modeling

ويوفر الكشف عن النور وفرزه بيانات دقيقة للغاية عن الارتفاع، مما يتيح وضع نماذج مفصلة للمدن التي يبلغ عددها 3 دي، وهذه النماذج أكثر استنارة بكثير من خرائط الـ 2D، وتتيح إجراء حسابات دقيقة لحجم البناء، وإمكانات الإشعاع الشمسي على أسطح الأرض، وتحليل خط البصر للاتصالات السلكية واللاسلكية، كما أن بيانات " ليدار " لا تقدر بثمن في تحليل النباتات الحضرية ذات الأبعاد الثلاثة، وقياس طول الأشجار.

البيانات الضخمة، والحساب الإلكتروني المزدوج، والتحليلات في الوقت الحقيقي

إن انفجار البيانات الجغرافية من الهواتف المحمولة، ووسائط الإعلام الاجتماعية، وأجهزة الاستشعار من طراز IoT يوفر رؤية غير مسبوقة لنشاط الإنسان وأنماط التنقل داخل المدن، كما أن نظم إدارة المعلومات الجغرافية المتشابكة، مثل محرك الأرض أو شبكة المعلومات الاقتصادية والاجتماعية على الإنترنت، توفر البنية التحتية الحاسوبية لتخزين هذه البيانات وتجهيزها وتحليلها.

التعلم في مجال الآلات الأرضية الفضائية

إن التعلم في مجال الآلات يُحدث تغييرا سريعا في مشهد التحليلات الجغرافية المكانية، وقد أثبتت نماذج التعلم العميق، ولا سيما الشبكات العصبية الملتوية، فعاليتها العالية في استخراج آثار البناء وشبكات الطرق من الصور الجوية ذات الاستبانة العالية، مما يقلل بشكل كبير من الوقت والعمال اللازمين لوضع واستكمال مجموعات بيانات استخدام الأراضي في المناطق الحضرية.

التغلب على التحديات في التحليل الحضري المكاني

وعلى الرغم من قوتها، فإن التحليل الحضري القائم على نظام المعلومات الجغرافية لا يواجه تحديات كبيرة، إذ لا تزال هناك عقبات رئيسية في توافر البيانات ونوعيتها، وفي حين أن الصور الساتلية مكتملة في مناطق كثيرة، فإن البيانات المكماشية العالية الجودة، وبيانات التعدادات على نطاقات مكانية دقيقة، وخرائط حديثة لاستخدام الأراضي لا تزال تفتقر في كثير من الأحيان، ولا سيما في المدن المتنامية في الجنوب العالمي، كما أن عدم الاتساق المؤقت بين مجموعات البيانات يمكن أن يعقّد التحليل.

إن وحدة المناطق المتغيرة هي تحيز إحصائي معروف جيدا يؤثر على العديد من التحليلات المكانية، فالحدود المستخدمة في تجميع البيانات (مثل رموز الزبدة، وخطوط التعداد) هي في كثير من الأحيان عشوائية، ويمكن أن تؤدي الوحدات إلى تغيير كبير في نتائج الإحصاءات المكانية، مثل المضامين أو المعامل التراجعية، ويجب أن تكون المحللين متطورين بشأن حجم وتقسيم بياناتهم لتجنب الحصول على استنتاجات زائفة.

الاستنتاج: نظام المعلومات الجغرافية بوصفه مؤسسة للحضرية القائمة على الأدلة

ومع استمرار تدنيس العالم، فإن الحاجة إلى اتباع نهج صارمة قائمة على الأدلة في التخطيط لم تكن أكبر من أي وقت مضى، وتوفر نظم المعلومات الجغرافية الإطار الشامل اللازم لمواجهة هذا التحدي، وتوفر الأدوات اللازمة لقياس ورسم الخرائط ونموذجها وإدارة الديناميات المكانية المعقدة للنمو الحضري وأنماط المستوطنات البشرية، ومن الرصد الطويل الأجل لتغير الغطاء الأرضي بواسطة السواتل إلى التحليل الفعلي لتدفقات التنقل في المدن على نطاق واسع، فإن نطاق تطبيقات نظم المعلومات الجغرافية يتسم بالات المنصفة لا غنى عنه.