تحديد الموقع الجغرافي للعنوان

في عام 1960، اخترع الدكتور روجر توملينسون أول نظام معلومات جغرافية عملي، والذي سُمي بنظام المعلومات الجغرافية الكندي (CGIS)، ويُعتبر منذ ذلك الحين رائدًا في هذا المجال. استُخدم نظام CGIS لتخزين وتحليل البيانات التي جُمعت لجرد الأراضي الكندية ، والذي رسم خرائط معلوماتية عن الزراعة والحياة البرية والغابات بمقياس 1:50,000، بهدف تنظيم استخدام الأراضي في المناطق الريفية الكندية . مع ذلك، استمر نظام CGIS حتى تسعينيات القرن الماضي ، ولم يُطرح تجاريًا قط.

في الأول من يوليو عام 1963، اعتمدت إدارة البريد الأمريكية (USPOD) نظام الرموز البريدية المكون من خمسة أرقام على مستوى البلاد. وفي عام 1983، تم اعتماد نظام الرموز البريدية المكون من تسعة أرقام (ZIP+4) كمعرّف إضافي لتحديد العناوين بدقة أكبر.

في عام 1964، قام مختبر هارفارد للرسومات الحاسوبية والتحليل المكاني بتطوير برامج رائدة - على سبيل المثال GRID و SYMAP - والتي كانت جميعها مصادر للتطوير التجاري لنظم المعلومات الجغرافية.

في عام 1967، ابتكر فريقٌ في مكتب الإحصاء الأمريكي، ضمّ عالم الرياضيات جيمس كوربيت ^{[ 3 ]} ودونالد كوك ^{[ 4 ]} ، نظام ترميز الخرائط المستقل المزدوج (DIME)، وهو أول نموذج حديث لرسم الخرائط المتجهة، والذي قام بتشفير نطاقات العناوين وتحويلها إلى ملفات شبكة الشوارع، كما دمج خوارزمية الترميز الجغرافي "النسبة المئوية على طول" ^{[ 5 ]} . ولا تزال هذه الخوارزمية مستخدمة حتى اليوم في منصات مثل خرائط جوجل و MapQuest ، حيث تُشير إلى موقع العنوان المُطابق على طول معلم مرجعي كنسبة مئوية من طول هذا المعلم. صُمم نظام DIME خصيصًا لاستخدام مكتب الإحصاء الأمريكي، وشمل رسم خرائط دقيقة لأوجه المباني، وترقيم العقد التي تُمثل تقاطعات الشوارع، وتكوين العلاقات المكانية . وكانت مدينة نيو هيفن بولاية كونيتيكت أول مدينة في العالم تمتلك قاعدة بيانات لشبكة شوارع قابلة للترميز الجغرافي.

في أواخر سبعينيات القرن الماضي، كان يجري تطوير منصتين رئيسيتين للترميز الجغرافي متاحة للعموم : GRASS GIS وMOSS. وشهدت أوائل ثمانينيات القرن الماضي ظهور العديد من الشركات التجارية المتخصصة في برامج الترميز الجغرافي، مثل Intergraph و ESRI و CARIS و ERDAS و MapInfo Corporation . وقد دمجت هذه المنصات نهج الستينيات المتمثل في فصل المعلومات المكانية مع نهج تنظيم هذه المعلومات في هياكل قواعد البيانات.

في عام ١٩٨٦، أصبح نظام عرض وتحليل الخرائط (MIDAS) أول برنامج ترميز جغرافي مكتبي، مصمم لنظام التشغيل MS-DOS . انتقل الترميز الجغرافي من قسم الأبحاث إلى عالم الأعمال مع استحواذ شركة MapInfo على MIDAS. ثم استحوذت شركة Pitney Bowes على MapInfo ، التي كانت رائدة في دمج الترميز الجغرافي مع ذكاء الأعمال، مما أتاح لذكاء الموقع تقديم حلول للقطاعين العام والخاص .

شهدت نهاية القرن العشرين تحولاً في ترميز المواقع الجغرافية نحو مزيد من التوجه نحو المستخدم، لا سيما من خلال برامج نظم المعلومات الجغرافية مفتوحة المصدر. وأصبحت تطبيقات الخرائط والبيانات الجغرافية المكانية أكثر سهولة في الوصول إليها عبر الإنترنت.

نظراً لنجاح تقنية الإرسال والاستلام عبر البريد في تعداد عام 1980 ، تمكن مكتب الإحصاء الأمريكي من إنشاء قاعدة بيانات جغرافية مكانية ضخمة، باستخدام ترميز جغرافي للشوارع مُستكمل . ^{[ 6 ]} وقد أتاحت قاعدة البيانات هذه - إلى جانب التغطية الوطنية التي شملها التعداد للأسر - ظهور نظام الترميز والإحالة الجغرافية المتكاملة طوبولوجياً (TIGER).

يحتوي نظام TIGER على نطاقات عناوين بدلاً من عناوين فردية، وقد تم تطبيقه منذ ذلك الحين في جميع منصات برامج الترميز الجغرافي المستخدمة اليوم تقريبًا. وبحلول نهاية تعداد عام 1990 ، احتوى نظام TIGER على إحداثيات خطوط الطول والعرض لأكثر من 30 مليون نقطة تقاطع ونهاية للمعالم، وما يقرب من 145 مليون نقطة شكلية للمعالم، والتي حددت أكثر من 42 مليون مقطع من المعالم، والتي بدورها حددت أكثر من 12 مليون مضلع. ^{[ 7 ]}

كان برنامج TIGER بمثابة نقطة تحول في حلول البيانات الجغرافية المكانية "الضخمة".

شهدت أوائل العقد الأول من الألفية الثانية ظهور نظام دعم دقة الترميز (CASS) لتوحيد عناوين البريد. تُمنح شهادة CASS لجميع موردي البرامج وشركات الإعلان البريدي الراغبين في أن تقوم هيئة البريد الأمريكية (USPS) بتقييم جودة برامجهم لتوحيد العناوين. وتعتمد شهادة CASS، التي تُجدد سنويًا، على رموز نقاط التسليم ، والرموز البريدية (ZIP)، والرموز البريدية المُضافة إليها أربعة رموز (ZIP+4). يُمكّن اعتماد البرامج الحاصلة على شهادة CASS موردي البرامج من الحصول على خصومات على تكاليف البريد والشحن بالجملة. كما يُمكنهم الاستفادة من زيادة الدقة والكفاءة في عمليات البريد بالجملة، بعد امتلاك قاعدة بيانات معتمدة. في أوائل العقد الأول من الألفية الثانية، أصبحت منصات الترميز الجغرافي قادرة أيضًا على دعم مجموعات بيانات متعددة.

في عام 2003، أصبحت منصات الترميز الجغرافي قادرة على دمج الرموز البريدية مع بيانات الشوارع، التي يتم تحديثها شهريًا. أصبحت هذه العملية تُعرف باسم "الدمج".

ابتداءً من عام 2005، أُضيفت إلى منصات الترميز الجغرافي تقنية الترميز الجغرافي باستخدام مركز القطعة الأرضية. وقد أتاحت هذه التقنية دقة عالية في تحديد موقع العنوان. فعلى سبيل المثال، مكّنت هذه التقنية مُرمِّز الموقع من تحديد مركز مبنى أو قطعة أرض معينة. كما أصبحت المنصات قادرة أيضاً على تحديد ارتفاع قطع الأراضي المحددة .

شهد عام 2005 أيضًا استحداث رقم قطعة الأرض المُقَيِّم (APN). وبموجب هذا الرقم، أصبح بإمكان مُقَيِّم الضرائب في كل منطقة تخصيصه لقطع الأراضي العقارية، مما يُسهِّل عملية تحديدها وحفظ سجلاتها بدقة. ويُعدّ رقم قطعة الأرض المُقَيِّم (APN) مهمًا لتحديد الموقع الجغرافي للمناطق التي تشملها عقود استئجار الغاز أو النفط، ولفهرسة معلومات ضريبة الأملاك المُتاحة للجمهور.

في عام 2006، تم إدخال تقنية الترميز الجغرافي العكسي والبحث العكسي عن اسم نقطة الوصول (APN) إلى منصات الترميز الجغرافي. وقد تضمن ذلك ترميز موقع نقطة رقمية - مع خط طول وخط عرض - إلى عنوان نصي قابل للقراءة.

شهد عامي 2008 و2009 نموًا ملحوظًا في منصات تحديد المواقع الجغرافية التفاعلية سهلة الاستخدام، وتحديدًا MapQuest وخرائط جوجل وخرائط بينج وأنظمة تحديد المواقع العالمية (GPS). وقد أصبحت هذه المنصات أكثر سهولة في الوصول إليها للجمهور مع النمو المتزامن لقطاع الهواتف المحمولة، ولا سيما الهواتف الذكية.

شهد العقد الثاني من الألفية الجديدة دعمًا كاملًا من قِبل الموردين لخدمات تحديد المواقع الجغرافية، سواءً التقليدية أو العكسية، على مستوى العالم. وقد أتاحت واجهات برمجة تطبيقات تحديد المواقع الجغرافية السحابية، بالإضافة إلى أنظمة تحديد المواقع الجغرافية المحلية، معدلات مطابقة أعلى، ودقة أكبر، وسرعة فائقة. وباتت فكرة قدرة تحديد المواقع الجغرافية على التأثير في قرارات الأعمال رائجةً، وهو ما يُعرف بالتكامل بين عملية تحديد المواقع الجغرافية وذكاء الأعمال.

يشمل مستقبل الترميز الجغرافي أيضًا الترميز الجغرافي ثلاثي الأبعاد، والترميز الجغرافي الداخلي، وإمكانية الحصول على نتائج بلغات متعددة لمنصات الترميز الجغرافي.

البيانات المدخلة هي المعلومات الوصفية النصية (العنوان أو اسم المبنى) التي يرغب المستخدم في تحويلها إلى بيانات رقمية مكانية (خطوط الطول والعرض) من خلال عملية الترميز الجغرافي. غالبًا ما تُدرج هذه البيانات في جدول مع سمات أخرى للمواقع. تُصنف البيانات المدخلة إلى فئتين:

بيانات الإدخال النسبية

البيانات المدخلة النسبية هي أوصاف نصية لموقع ما، لا يمكنها بمفردها تحديد تمثيل مكاني لهذا الموقع، بل تعتمد جغرافيًا على مواقع أخرى. مثال على الترميز الجغرافي النسبي هو "مقابل مبنى إمباير ستيت". لا يمكن تحديد الموقع المطلوب دون تحديد مبنى إمباير ستيت. غالبًا لا تدعم منصات الترميز الجغرافي هذه المواقع النسبية، ولكن يجري العمل على تطويرها في هذا الاتجاه.

بيانات الإدخال المطلقة

بيانات الإدخال المطلقة هي أوصاف نصية لموقع ما، والتي يمكنها، بمفردها، إخراج تمثيل مكاني لهذا الموقع. يُخرج هذا النوع من البيانات موقعًا معروفًا بشكل مطلق، بغض النظر عن المواقع الأخرى. على سبيل المثال، يمكن الإشارة إلى الرموز البريدية الأمريكية (USPS ZIP)؛ والرموز البريدية الأمريكية (USPS ZIP+4)؛ والعناوين البريدية الكاملة والجزئية؛ وصناديق البريد الأمريكية (USPS PO Box)؛ والطرق الريفية؛ والمدن؛ والمقاطعات؛ والتقاطعات؛ والأماكن المسماة، جميعها، في مصدر بيانات بشكل مطلق.

لتحقيق أعلى دقة، يجب أن تكون إحداثيات المواقع الجغرافية في مجموعة البيانات المدخلة دقيقة قدر الإمكان، ومنسقة وفقًا للمعايير القياسية. لذا، من الشائع البدء بعملية تنظيف البيانات ، والتي تُعرف غالبًا باسم "تنقيح العناوين"، لاكتشاف أي أخطاء وتصحيحها. يُعدّ هذا الأمر بالغ الأهمية لقواعد البيانات التي يُدخل فيها المشاركون إحداثيات مواقعهم الجغرافية بأنفسهم، مما ينتج عنه في كثير من الأحيان أشكال مختلفة (مثل "Pennsylvania" و"PA" و"Penn.") وأخطاء إملائية.

تُحدد مجموعة البيانات الثانية الضرورية مواقع المعالم الجغرافية في نظام مرجعي مكاني مشترك ، وعادةً ما تُخزن بتنسيق ملف نظم المعلومات الجغرافية أو قاعدة بيانات مكانية . تشمل الأمثلة مجموعة بيانات نقطية للمباني، ومجموعة بيانات خطية للشوارع، ومجموعة بيانات مضلعية للمقاطعات. يجب أن تتضمن سمات هذه المعالم معلومات تتطابق مع الرموز الجغرافية في مجموعة بيانات الإدخال، مثل الاسم، أو المعرف الفريد، أو الرمز الجغرافي القياسي مثل رموز FIPS الأمريكية للمعالم الجغرافية. من الشائع أن تتضمن مجموعة البيانات المرجعية أعمدة سمات متعددة للرموز الجغرافية لزيادة المرونة أو معالجة الرموز الجغرافية المعقدة. على سبيل المثال، يجب أن تتضمن مجموعة بيانات الشوارع المُخصصة لترميز عناوين الشوارع ليس فقط اسم الشارع، بل أيضًا أي لواحق أو سوابق اتجاهية ونطاق أرقام العناوين الموجودة في كل جزء.

المكون الثالث هو برنامج يربط كل رمز جغرافي في مجموعة البيانات المدخلة بخصائص معلم مطابق في مجموعة البيانات المرجعية. بمجرد إتمام المطابقة، يمكن ربط موقع المعلم المرجعي بصف البيانات المدخلة. وتنقسم هذه الخوارزميات إلى نوعين:

تطابق مباشر

يتوقع نظام تحديد المواقع الجغرافية أن يتطابق كل عنصر مُدخل مباشرةً مع معلم كامل واحد في مجموعة البيانات المرجعية. على سبيل المثال، بلد أو رمز بريدي، أو مطابقة عناوين الشوارع مع بيانات مرجعية لنقاط المباني. يشبه هذا النوع من المطابقة عملية ربط الجداول العلائقية ، إلا أن خوارزميات تحديد المواقع الجغرافية عادةً ما تتضمن نوعًا من معالجة عدم اليقين للتعرف على المطابقات التقريبية (مثل اختلاف حالة الأحرف أو الأخطاء الإملائية الطفيفة).

تطابق مُستكمل

لا يحدد الترميز الجغرافي معلمًا فحسب، بل يحدد موقعًا داخل ذلك المعلم. المثال الأكثر شيوعًا (والأقدم) هو مطابقة عناوين الشوارع مع بيانات خطوط الشوارع. أولًا، يقوم مُرمِّز المواقع الجغرافية بتحليل عنوان الشارع إلى مكوناته (اسم الشارع، رقمه، بادئة/لاحقة الاتجاه). ثم يطابق هذه المكونات مع جزء شارع مطابق بنطاق رقمي يشمل القيمة المُدخلة. بعد ذلك، يحسب موقع الرقم المُعطى ضمن نطاق الجزء لتقدير موقع على طول ذلك الجزء. وكما هو الحال مع المطابقة المباشرة، تتضمن هذه الخوارزميات عادةً معالجةً لعدم اليقين للتعامل مع المطابقات التقريبية (خاصةً الاختصارات مثل "E" للدلالة على "شرق" و"Dr" للدلالة على "طريق").

نادراً ما تتمكن الخوارزمية من تحديد جميع بيانات الإدخال بدقة تامة؛ إذ قد تحدث حالات عدم تطابق نتيجةً لأخطاء إملائية أو بيانات إدخال غير مكتملة، أو بيانات مرجعية غير دقيقة (عادةً ما تكون قديمة)، أو أنظمة ترميز جغرافي إقليمية فريدة لا تتعرف عليها الخوارزمية. توفر العديد من برامج الترميز الجغرافي مرحلة متابعة لمراجعة وتصحيح حالات التطابق المشتبه بها يدويًا.

على سبيل المثال: 742 إيفرغرين تيراس

لنفترض أن هذا الجزء (على سبيل المثال، مبنى سكني) من شارع إيفرغرين تيراس يمتد من 700 إلى 799. تقع العناوين ذات الأرقام الزوجية على الجانب الشرقي من الشارع، بينما تقع العناوين ذات الأرقام الفردية على الجانب الغربي. من المرجح أن يقع المبنى رقم 742 في شارع إيفرغرين تيراس في منتصف المبنى تقريبًا، على الجانب الشرقي من الشارع. سيتم تحديد نقطة على الخريطة عند هذا الموقع على طول الشارع، ربما بإزاحة مسافة معينة شرق خط منتصف الشارع.

لكن هذه العملية ليست دائمًا بهذه البساطة كما في هذا المثال. تنشأ الصعوبات عندما

• التمييز بين العناوين الغامضة مثل 742 إيفرغرين تيراس و742 غرب إيفرغرين تيراس.
• محاولة تحديد الموقع الجغرافي لعناوين جديدة لشارع لم تتم إضافته بعد إلى قاعدة بيانات نظام المعلومات الجغرافية.

قد يوجد عنوان 742 إيفرغرين تيراس في سبرينغفيلد، وقد يوجد أيضًا عنوان 742 إيفرغرين تيراس في شيلبيفيل. يمكن حل هذه المشكلة بسؤال السكان عن اسم المدينة (والولاية، والمقاطعة، والبلد، وما إلى ذلك حسب الحاجة). يوجد في بوسطن ، ماساتشوستس ^{[ 8 ]} عدة مواقع تحمل عنوان "100 شارع واشنطن" لأن العديد من المدن ضُمت إليها دون تغيير أسماء الشوارع، مما يستلزم استخدام رموز بريدية أو أسماء أحياء فريدة للتوضيح. يمكن تحسين دقة تحديد الموقع الجغرافي بشكل كبير من خلال تطبيق ممارسات جيدة للتحقق من العناوين . سيؤكد التحقق من العنوان وجوده ويزيل أي لبس. بمجرد تحديد العنوان الصحيح، يصبح من السهل جدًا تحديد الموقع الجغرافي وتحديد إحداثيات خطوط الطول والعرض. أخيرًا، بعض التحذيرات المتعلقة باستخدام الاستيفاء:

• يفترض التوزيع النموذجي لقطاع الشارع أن جميع القطع الأرضية ذات الأرقام الزوجية تقع على جانب واحد من القطاع، وجميع القطع الأرضية ذات الأرقام الفردية تقع على الجانب الآخر. وهذا غالباً لا يكون صحيحاً في الواقع.
• يفترض الاستيفاء أن قطع الأراضي المعطاة موزعة بالتساوي على طول القطعة. وهذا نادرًا ما يكون صحيحًا في الواقع؛ فليس من النادر أن يكون العنوان المُحدد جغرافيًا خاطئًا بآلاف الأقدام.
• يفترض الاستيفاء أيضاً أن الشارع مستقيم. إذا كان الشارع منحنياً، فلن يتطابق الموقع الجغرافي المُحدد بالضرورة مع الموقع الفعلي للعنوان.
• تتضمن معلومات القطاعات (خاصةً من مصادر مثل TIGER ) حدًا أقصى للعناوين، ويتم استكمالها كما لو تم استخدام نطاق العناوين الكامل. على سبيل المثال، قد يكون لقطاع (كتلة) نطاق مُدرج من 100 إلى 199، ولكن آخر عنوان في نهاية الكتلة هو 110. في هذه الحالة، سيتم تحديد الموقع الجغرافي للعنوان 110 على بُعد 10% من المسافة داخل القطاع بدلاً من قرب نهايته.
• تُنتج معظم تطبيقات الاستيفاء نقطةً كموقع عنوان نهائي. في الواقع، يتوزع العنوان الفعلي على طول القطعة، أي لنأخذ مثالاً على تحديد الموقع الجغرافي لمركز تجاري - قد يمتد الموقع الفعلي لمسافة على طول قطعة الشارع (أو يمكن اعتباره مضلعًا ثنائي الأبعاد يملأ الفراغ وقد يطل على عدة شوارع مختلفة  - أو الأسوأ من ذلك، بالنسبة للمدن ذات الشوارع متعددة المستويات، شكلًا ثلاثي الأبعاد يلتقي بشوارع مختلفة على عدة مستويات مختلفة) لكن الاستيفاء يتعامل معه كنقطة واحدة.

من الأخطاء الشائعة جدًا تصديق تقييمات دقة خصائص الترميز الجغرافي لخريطة معينة. لا تُشير هذه الدقة، كما يُعلن عنها البائعون، إلى أي صلة بين العنوان والقطاع الصحيح أو الجانب الصحيح من القطاع، ولا إلى تحديد موقع دقيق على طول ذلك القطاع. في عملية الترميز الجغرافي المُستخدمة في مجموعات بيانات TIGER التابعة لمكتب الإحصاء الأمريكي ، قد تُنسب نسبة تتراوح بين 5% و7.5% من العناوين إلى منطقة إحصائية مختلفة ، بينما وجدت دراسة لنظام مشابه لنظام TIGER في أستراليا أن 50% من النقاط المُرمّزة جغرافيًا نُسبت إلى قطعة أرض خاطئة. ^{[ 9 ]} كما تؤثر دقة البيانات المُرمّزة جغرافيًا على جودة الأبحاث التي تستخدم هذه البيانات. فقد وجدت دراسة ^{[ 10 ]} أجراها فريق من الباحثين في ولاية أيوا أن الطريقة الشائعة للترميز الجغرافي باستخدام مجموعات بيانات TIGER، كما هو موضح أعلاه، قد تُؤدي إلى فقدان ما يصل إلى 40% من قوة التحليل الإحصائي. يتمثل البديل في استخدام بيانات الصور الجوية أو البيانات المشفرة بالصور مثل بيانات نقطة العنوان من هيئة المساحة البريطانية، ولكن مجموعات البيانات هذه عادة ما تكون مكلفة.

لذا، من المهم جدًا تجنب استخدام النتائج المُستنبطة إلا في التطبيقات غير الحرجة. عادةً ما يكون الترميز الجغرافي المُستنبط غير مناسب لاتخاذ قرارات حاسمة، على سبيل المثال إذا كان هذا القرار سيؤثر على سلامة الأرواح. فخدمات الطوارئ، على سبيل المثال، لا تتخذ قرارات حاسمة بناءً على استنباطاتها؛ إذ يتم إرسال سيارة إسعاف أو إطفاء دائمًا بغض النظر عما تُظهره الخريطة.