GIS，學的不只是畫地圖

從電影中走來的未來技術

前不久谷歌發布了一款虛擬成像眼鏡，這個源于《黑客帝國》系列電影，能在用戶眼前呈現虛擬影像的裝置，就是GIS（地理信息系統）專業中虛擬成像儀器的應用；在《變形金剛2》中，前“第七區”的探員通過與海軍通報坐標，指揮軍艦用電磁炮準確地擊中狂派的“大力神”，這個能精確確定坐標的儀器，就是有車一族必不可少的GPS定位儀；而在《碟中諜4》中，阿湯哥所駕駛的寶馬概念車的擋風玻璃不但可以顯示當前地圖的信息和自身位置，還能在肉眼未看到路況前，呈現出行人和障礙物的影像，這項技術則是基于GIS專業中的Telematics實現的——運用遠程衛星信號將附近路況傳到車載導航上并顯示出來。由此可見，GIS已經在我們的日常生活中發揮了很大的作用，當然，以上所述這些只是GIS的冰山一角，下面讓我們一起隨著筆者來領略GIS專業的魅力吧。

GIS是以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據，以提供管理、決策時所需信息的技術系統。

簡單地說，GIS系統是將描述位置（地方）的層信息結合在一起，通過這些信息可以使你更好地認識這個位置（地方）。你可以根據自己的需要選擇使用這些層信息，比如找一個更好的地段設立店鋪、分析環境危害、發現城市中的犯罪類型等等。

由于一些原因，我們常把GIS軟件稱為“繪圖軟件”，而我們也會經常把GIS所做的繪圖工作與繪制地圖聯系起來，其實GIS不只是能繪制地圖，還可以描繪任何你希望用圖形顯示的數據。比如人體，只要你把三圍、身高、四肢長度等信息輸進軟件，它就能繪制出你想要的模型。

以信息來指導行為的分析專業

想要深入了解什么是GIS，下面就來看看它在實際生活中的應用吧。

之前提到了GIS是提供決策信息的系統，而在決策前往往需要進行分析。GIS的分析通常是從明確你需要哪些信息開始的。比如：你想在從家走到學校的路上，從ATM里取一次錢，買一張火車票，怎樣可以走最少的路？問題越細越好，比如說去哪家銀行的ATM，到哪個代售點去買票等等，只有這樣，它才可以為你量身訂制結果。要知道，你應用的數據類型和數據特征決定著GIS用何種方法進行分析。

由于GIS的核心是一個地理數據庫。所以進行分析的第二步是將現實中的每個對象用數字數據的形式表現出來，你可以將印在紙上的數據通過電腦數字化，或是對地物進行實地測量，或是直接將衛星從空中得到的地面數字圖像直接帶入電腦。這里主要涉及測量學等課程的知識。你的需求和預算決定了使用何種數據以及如何得到它們。針對前面買票的問題，你需要的數據是：一定范圍內的道路數據、居民地數據、學校數據、ATM數據、火車票售票點數據等。

當你掌握了數據，就可以開始分析了，空間分析能力是GIS的主要功能，也是GIS與計算機制圖軟件相區別的主要特征。空間分析是從空間物體的空間位置、聯系等方面去研究空間事物，并對空間事物做出定量的描述。一般的講，它可以回答人們What（是什么？）、Where（在哪里？）和How（怎么樣？）等問題。空間分析需要復雜的數學工具，其中最主要的是空間統計學、圖論、拓撲學、計算幾何等，其主要任務是：①對空間構成進行描述和分析，以達到獲取、描述和認知空間數據的目的；②理解和解釋地理圖案的背景過程；③空間過程的模擬和預測；④調控地理空間上發生的事件等。

GIS空間分析的內涵極為豐富，包括空間查詢、空間量測、疊置分析、緩沖區分析、網絡分析、空間統計分類等多個方面。我們將在地理信息系統原理等課程中獲取這些分析的理論知識，并在GIS軟件應用實驗等課程中使用這些分析方法解決實際問題。有時候，我們還可以運用從計算機圖形學或GIS算法基礎等課程中學到的計算機知識，自己去寫這些分析方法所需要的算法，并根據具體的需求去調整它。在買票問題中我們可以用到空間查詢、空間量測、網絡分析等空間分析方法。

我們首先使用空間查詢確定家和學校的地理位置，以及ATM和火車票售票點的地理分布，再使用網絡分析選擇一條以家為起點，途經一個ATM及一個火車票售票點，以學校為終點的最短路徑。在這個問題中，網絡分析起到了至關重要的作用。網絡分析是依據網絡拓撲關系（線與線之間，線與點之間，點與點之間的連結、連通關系），通過考察網絡元素的空間、屬性數據，對網絡的性能特征進行多方面地分析計算，再由近及遠尋找起點到其他所有結點的最佳路徑，直至到達目標結點。

一旦選擇了分析方法，你就要按照你的需求處理數據。如果你想對某個事件的位置繪制地圖，那么你需要對你的數據賦予地理特征（比如經緯度或地址信息）以及屬性值。如賦予家和學校地理位置信息，賦予道路數據連通性的信息，賦予ATM屬于哪個銀行的信息等，這些信息將給我們的分析提供輔助。

最后一個步驟就是查看分析結果并且根據這個結果指導行為。這些結果既可以通過數字地圖顯示，并且打印成紙質地圖，也可以結合電子表格或圖表顯示，甚至可以通過文字描述出來。雖然許多GIS系統都強調制圖功能，但是軟件可以靈活地按照你的需要，以最佳的方式顯示分析結果。

以上簡單的例子告訴了我們GIS的幾個主要任務：輸入、處理、管理、查詢和分析、可視化等。除了在上述分析中提到的課程，我們還將在測量學基礎、自然/人文地理學基礎、地圖學原理、算法與程序設計、空間數據結構、空間數據分析與建模、數據挖掘、GIS設計與應用、GIS工程、GPS原理與應用、遙感地學分析與圖像處理、空間數據庫、地理信息系統技術等多門課程中深入地了解與學習GIS知識，并把它運用到我們的實際生活中去。

最具發展潛力的交叉學科

今天，GIS 已是一個在全球擁有數十萬從業人員和數百億美元的產業。每個領域里的專家也不斷地意識到按地理信息系統的觀點來思考和工作所帶來的優越性，于是GIS被用于全球環境變化動態監測、自然資源調查與管理、城市區域規劃和地籍管理及軍事等諸多領域。它既是管理和分析空間數據的應用工程技術，又是跨越地球科學、信息科學和空間科學的應用基礎學科。因此，在學習GIS的過程中有很多的技能等待我們去掌握。最基礎的應該數計算機等級考試，除此之外，引領GIS行業的公司們也給我們提供了很多提升自身能力的機會，如ESRI公司每年的制圖大賽、中國大學生GIS軟件開發競賽、超圖公司的全國高校GIS大賽、高德公司的中國位置應用大賽等，在參加這些競賽的過程中，我們不但可以獲得各種免費培訓的機會與學習資料，還可以得到資深工程師的指導和幫助，這為在象牙塔中的我們拉近了與GIS行業的距離，大大地提高了我們學習、應用和交流GIS技術的熱情。