زبان‌های برنامه‌نویسی پر استفاده در GIS و RS کدامند؟

امروزه، سیستم‌های اطلاعات مکانی (GIS) به سمتی گرایش پیداکرده‌اند تا بتوانند علاوه بر تولید و طراحی نقشه، با مدل‌ها و تئوری‌های علوم مختلف به‌خوبی کار کرده و مسایل آن‌ها را به‌خوبی حل کنند. بخش‌های مختلفی از GIS، مانند زبان‌های برنامه‌نویسی، همیشه و همه‌جا همراه آن بوده و یار جدانشدنی آن محسوب می‌شدند.

برخی معتقدند، 90 درصد سیستم‌های اطلاعات مکانی را برنامه‌نویسی تشکیل می‌دهد و زبان‌های برنامه‌نویسی را مانند اسکلت‌بندی GIS می‌دانند.

یکی از بخش‌های مهم سامانه اطلاعات مکانی، همان زبان‌های برنامه‌نویسی هستند. بنابراین یکی از مواردی که برای متخصصان سیستم‌های اطلاعات مکانی ضروری به نظر می‌رسد، آگاهی داشتن از تازه‌های این حوزه و یادگیری زبان‌های برنامه‌نویسی مرتبط با فعالیت آن‌ها است.

در این جا به توضیح برترین زبان های برنامه نویسی GIS  و RS می پردازیم:

1- پایتون (Python)

پایتون یکی از زبان‌های برنامه‌نویسی محبوب و سطح بالا است که کاربران بسیاری داشته و برای اهداف مختلفی نیز مورداستفاده قرار می‌گیرد. یادگیری آن ساده بوده و متن دستورات آن روان و قابل‌فهم است. می‌توان گفت که پایتون زبانی همه‌کاره و با قابلیت انجام تحلیل‌ها و پردازش‌های پیچیده است.

پایتون زبان بسیار محبوب برای کار در محیط ESRI است و در ساهای اخیر، به عنوان زبان اصلی ArcGIS برای اجرای پردازش های مکانی مورد استفاده قرار گرفته است. به عبارت دیگر، پایتون به زبانی برای تحلیل، تبدیل و مدیریت داده و همچنین  خودکارسازی بسیاری از عملیات های مکانی در ArcGIS  تبدیل شده است.

• محبوب‌ترین زبان برنامه‌نویسی در حوزه GIS.

• اتوماتیک‌سازی (خودکارسازی) کارهای تکراری در GIS.

• مورد استفاده با کتابخانه‌هایی مانند GeoPandas، Rasterio، Shapely و GDAL.

• سازگاری بالا با نرم‌افزارهایی مثل ArcGIS Pro و QGIS

منابع آموزشی جهت یادگیری کامل پایتون:

• آموزش پردازش تصاویر ماهواره ای در پایتون – اولین و کامل ترین پکیج در ایران
• آموزش جامع کار با سری های زمانی با استفاده از پایتون – بدون مشابه داخلی و خارجی

2- جاوا اسکریپت

جاوا اسکریپت یک زبان برنامه‌نویسی سطح بالا است. در کنار HTML و CSS همیشه موضوعی که هسته برنامه‌نویسی وب را کامل می‌کند،  JavaScript بوده است و امروزه اکثر سامانه‌هایی که در فضای وب فعالیت می‌کنند با آن کار می‌کنند، حتی بدون نصب افزونه‌های جانبی.

بی شک Web GIS آینده خوبی در زمینه توسعه GIS و Big Data خواهد داشت که می توان به بصری سازی داده های حجیم تولیدی در شبکه های اجتماعی همچون Twitter اشاره کرد.جاوا اسکریپ دارای رابط کاربردی وب بوده که می تواند یک تجربه بزرگ در توسعه Web GIS با جاوا اسکریپ می باشد زیرا که توانمندی این زبان در دستیابی به اهداف کار GIS در بستر وب و نیز نرم افزارهای کاربردی تخت وب از اهمیت بالایی برخوردار است.

• ساخت نقشه‌های وب تعاملی (Interactive Web Maps).

• به‌طور معمول با کتابخانه‌های نقشه‌برداری مانند Leaflet و OpenLayers استفاده می‌شود.

• کاربردی برای توسعه وب جی‌آی‌اس (WebGIS).

3- زبان برنامه نویسی R

R  یک زبان برنامه ‌نویسی متن‌ باز است که برای انجام محاسبات آماری و گرافیکی توسعه داده شده است. زیرساخت محیط این زبان با استفاده از زبان‌های C و Fortran و خود R ایجاد شده است. این زبان برنامه‌نویسی برای انجام آنالیزهای زمین‌آمار، طراحی گرافیکی، علوم داده و آنالیزهای مکانی بسیار مناسب است. شما می‌توانید در نرم‌افزارهایی چون  ArcGIS و QGIS به‌خوبی اسکریپت نویسی کنید.

• فوق‌العاده برای آمار مکانی و بصری‌سازی داده‌ها (Data Visualization).

• محبوب در حوزه‌های پژوهشی، علوم محیطی و جغرافیا

منابع آموزشی جهت یادگیری کامل برنامه نویسی R:

• معرفی زبان برنامه نویسی R در علوم مکانی
• آموزش جامع نرم افزار R در علوم مکانی

4- SQL

بدون استفاده از یک پایگاه داده نمی‌توان سیستم‌های اطلاعات مکانی را شکل داد SQL یک زبان برنامه‌نویسی پایگاه داده در  GIS محسوب می‌شود و اکثر کسانی که با پایگاه داده کار می‌کنند می‌بایست بر این زبان مسلط باشند.

اگر شما بخواهید با پایگاه داده مکانی کار کنید، دانستن زبان SQL برای شما امری ضروری است. در حقیقت پرسش‌هایی که از یک پایگاه داده پرسیده می‌شود اغلب به‌صورت یک دستور SQL تبدیل شده و اجرا می‌گردد.  یک سیستم اطلاعات جغرافیایی بدون پایگاه داده ناقص می باشد و SQL نیز به طور قطع معروفترین زبان برای دسترسی و مدیریت پایگاه داده محسوب می شود. اکثر پایگاه های داده با SQL انطباق داشته و برای کارهای معمول یک زبان استاندارد است.

• حیاتی و ضروری برای مدیریت پایگاه‌های داده مکانی (Spatial Databases).

• مورد استفاده با افزونه‌های مکانی مانند PostGIS.

• ایده‌آل برای پرس‌وجو (Query) و تحلیل داده‌های جغرافیایی-مکانی

5-  سی پلاس پلاس (++C)

اکثریت قریب به اتفاق نرم افزارهایی که مورد استفاده قرار می گیرد با زبان برنامه نویسی ++C نوشته شده است. اکثر شرکت ها هنوز نیز برای توسعه برنامه های کاربردی خود این زبان را ترجیح می دهند. در واقع، GRASS GIS،  QGIS و بسیاری از نرم افزار GIS با استفاده از ( C++ و پایتون) نوشته شده است. اکثر گیرنده های GPS و فریم ورک آن با این زبان نوشته شده است.

• توسعه نرم‌افزارهای GIS با کارایی و سرعت بالا.

• استفاده شده در پشت صحنه (هسته) بسیاری از کتابخانه‌ها و برنامه‌های GIS.

با توجه به اینکه ماهیت پروژه‌های سنجش از دور (Remote Sensing) با سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) تفاوت‌های ساختاری دارد (یکی بیشتر با تصاویر ماهواره‌ای، ماتریس‌های بزرگ و پردازش پیکسل سر‌و‌کار دارد و دیگری با تحلیل‌های برداری، مدیریت پایگاه داده و وب‌مپ)، سهم استفاده از این زبان‌ها در آن‌ها کمی متفاوت است.

دو تفکیک و تحلیل کلی بر اساس ترندهای جامعه تخصصی ژئوماتیک برای شما آماده کرده‌ام:

1. سهم زبان‌های برنامه‌نویسی در سنجش از دور (RS)

در سنجش از دور، به دلیل حجم بالای داده‌های رستری و پردازش تصاویر ماهواره‌ای، زبان‌هایی که در پردازش موازی، یادگیری ماشین و آرایه‌های عددی قوی‌تر هستند، دست بالا را دارند.

• پایتون (Python): به دلیل کتابخانه‌های قدرتمندی مثل Rasterio، GDAL، کتابخانه‌های هوش مصنوعی (TensorFlow/PyTorch) و از همه مهم‌تر Google Earth Engine (GEE) Python API، پادشاه بی‌چون‌وچرای این حوزه است.

• آر (R): در محافل دانشگاهی و برای تحلیل‌های آماری سری‌های زمانی اقلیمی یا پوشش گیاهی بسیار محبوب است.

• سی‌پلاس‌پلاس (++C): هسته اصلی نرم‌افزارهای پردازش تصویر (مثل ENVI یا Erdas) را تشکیل می‌دهد، اما کاربران عادی کمتر با آن کد می‌زنند.

• جاوااسکریپت (JavaScript): عمدتاً به خاطر نسخه تحت وب Google Earth Engine در این رتبه قرار دارد.

2. سهم زبان‌های برنامه‌نویسی در جی‌آی‌اس (GIS)

در حوزه GIS، تمرکز بیشتر روی خودکارسازی فرآیندها، مدیریت پایگاه داده‌های بزرگ مکانی و توسعه برنامه‌های تحت وب (Web GIS) است.

• پایتون (Python): به عنوان زبان رسمی اسکریپت‌نویسی در ArcGIS Pro (با ArcPy) و QGIS (با PyQGIS) رتبه اول را دارد.

• اس‌کیوال (SQL): پایه و اساس مدیریت هر نوع پایگاه داده مکانی (مانند PostGIS) است؛ بدون SQL عملاً کار با داده‌های بزرگ برداری غیرممکن است.

• جاوااسکریپت (JavaScript): برای توسعه سرورها و فرانت‌اند نقشه‌های آنلاین (با Leaflet، OpenLayers و ArcGIS API for JS) حیاتی است و سهم بسیار بالایی در بازار کار GIS دارد.

به نمودار زیر توجه کنید ….

در این نمودار این 5 زبان را به تفکیک در حوزه های جی آی اس و سنجش از دور مقایسه کرده ایم. به عنوان مثال زبان SQL در حوزه GIS خیلی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد تا در حوزه RS

اگر بخواهیم وزن تقریبی استفاده از این 5 زبان را در دو حوزه مقایسه کنیم، نمودار فرضی زیر این تفاوت ساختاری را به خوبی نشان می‌دهد: