GIS，學(xué)的不只是畫地圖

從電影中走來的未來技術(shù)

前不久谷歌發(fā)布了一款虛擬成像眼鏡，這個(gè)源于《黑客帝國》系列電影，能在用戶眼前呈現(xiàn)虛擬影像的裝置，就是GIS（地理信息系統(tǒng)）專業(yè)中虛擬成像儀器的應(yīng)用；在《變形金剛2》中，前“第七區(qū)”的探員通過與海軍通報(bào)坐標(biāo)，指揮軍艦用電磁炮準(zhǔn)確地?fù)糁锌衽傻摹按罅ι瘛?，這個(gè)能精確確定坐標(biāo)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(fēng)玻璃不但可以顯示當(dāng)前地圖的信息和自身位置，還能在肉眼未看到路況前，呈現(xiàn)出行人和障礙物的影像，這項(xiàng)技術(shù)則是基于GIS專業(yè)中的Telematics實(shí)現(xiàn)的——運(yùn)用遠(yuǎn)程衛(wèi)星信號(hào)將附近路況傳到車載導(dǎo)航上并顯示出來。由此可見，GIS已經(jīng)在我們的日常生活中發(fā)揮了很大的作用，當(dāng)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(lǐng)略GIS專業(yè)的魅力吧。

GIS是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供管理、決策時(shí)所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。

簡單地說，GIS系統(tǒng)是將描述位置（地方）的層信息結(jié)合在一起，通過這些信息可以使你更好地認(rèn)識(shí)這個(gè)位置（地方）。你可以根據(jù)自己的需要選擇使用這些層信息，比如找一個(gè)更好的地段設(shè)立店鋪、分析環(huán)境危害、發(fā)現(xiàn)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(huì)經(jīng)常把GIS所做的繪圖工作與繪制地圖聯(lián)系起來，其實(shí)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(shù)據(jù)。比如人體，只要你把三圍、身高、四肢長度等信息輸進(jìn)軟件，它就能繪制出你想要的模型。

以信息來指導(dǎo)行為的分析專業(yè)

想要深入了解什么是GIS，下面就來看看它在實(shí)際生活中的應(yīng)用吧。

之前提到了GIS是提供決策信息的系統(tǒng)，而在決策前往往需要進(jìn)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(xué)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(xì)越好，比如說去哪家銀行的ATM，到哪個(gè)代售點(diǎn)去買票等等，只有這樣，它才可以為你量身訂制結(jié)果。要知道，你應(yīng)用的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)特征決定著GIS用何種方法進(jìn)行分析。

由于GIS的核心是一個(gè)地理數(shù)據(jù)庫。所以進(jìn)行分析的第二步是將現(xiàn)實(shí)中的每個(gè)對(duì)象用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的形式表現(xiàn)出來，你可以將印在紙上的數(shù)據(jù)通過電腦數(shù)字化，或是對(duì)地物進(jìn)行實(shí)地測量，或是直接將衛(wèi)星從空中得到的地面數(shù)字圖像直接帶入電腦。這里主要涉及測量學(xué)等課程的知識(shí)。你的需求和預(yù)算決定了使用何種數(shù)據(jù)以及如何得到它們。針對(duì)前面買票的問題，你需要的數(shù)據(jù)是：一定范圍內(nèi)的道路數(shù)據(jù)、居民地?cái)?shù)據(jù)、學(xué)校數(shù)據(jù)、ATM數(shù)據(jù)、火車票售票點(diǎn)數(shù)據(jù)等。

當(dāng)你掌握了數(shù)據(jù)，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(jì)算機(jī)制圖軟件相區(qū)別的主要特征。空間分析是從空間物體的空間位置、聯(lián)系等方面去研究空間事物，并對(duì)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(fù)雜的數(shù)學(xué)工具，其中最主要的是空間統(tǒng)計(jì)學(xué)、圖論、拓?fù)鋵W(xué)、計(jì)算幾何等，其主要任務(wù)是：①對(duì)空間構(gòu)成進(jìn)行描述和分析，以達(dá)到獲取、描述和認(rèn)知空間數(shù)據(jù)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(yù)測；④調(diào)控地理空間上發(fā)生的事件等。

GIS空間分析的內(nèi)涵極為豐富，包括空間查詢、空間量測、疊置分析、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析、空間統(tǒng)計(jì)分類等多個(gè)方面。我們將在地理信息系統(tǒng)原理等課程中獲取這些分析的理論知識(shí)，并在GIS軟件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)等課程中使用這些分析方法解決實(shí)際問題。有時(shí)候，我們還可以運(yùn)用從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)或GIS算法基礎(chǔ)等課程中學(xué)到的計(jì)算機(jī)知識(shí)，自己去寫這些分析方法所需要的算法，并根據(jù)具體的需求去調(diào)整它。在買票問題中我們可以用到空間查詢、空間量測、網(wǎng)絡(luò)分析等空間分析方法。

我們首先使用空間查詢確定家和學(xué)校的地理位置，以及ATM和火車票售票點(diǎn)的地理分布，再使用網(wǎng)絡(luò)分析選擇一條以家為起點(diǎn)，途經(jīng)一個(gè)ATM及一個(gè)火車票售票點(diǎn)，以學(xué)校為終點(diǎn)的最短路徑。在這個(gè)問題中，網(wǎng)絡(luò)分析起到了至關(guān)重要的作用。網(wǎng)絡(luò)分析是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系（線與線之間，線與點(diǎn)之間，點(diǎn)與點(diǎn)之間的連結(jié)、連通關(guān)系），通過考察網(wǎng)絡(luò)元素的空間、屬性數(shù)據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能特征進(jìn)行多方面地分析計(jì)算，再由近及遠(yuǎn)尋找起點(diǎn)到其他所有結(jié)點(diǎn)的最佳路徑，直至到達(dá)目標(biāo)結(jié)點(diǎn)。

一旦選擇了分析方法，你就要按照你的需求處理數(shù)據(jù)。如果你想對(duì)某個(gè)事件的位置繪制地圖，那么你需要對(duì)你的數(shù)據(jù)賦予地理特征（比如經(jīng)緯度或地址信息）以及屬性值。如賦予家和學(xué)校地理位置信息，賦予道路數(shù)據(jù)連通性的信息，賦予ATM屬于哪個(gè)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(gè)步驟就是查看分析結(jié)果并且根據(jù)這個(gè)結(jié)果指導(dǎo)行為。這些結(jié)果既可以通過數(shù)字地圖顯示，并且打印成紙質(zhì)地圖，也可以結(jié)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(tǒng)都強(qiáng)調(diào)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(jié)果。

以上簡單的例子告訴了我們GIS的幾個(gè)主要任務(wù)：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(xué)基礎(chǔ)、自然/人文地理學(xué)基礎(chǔ)、地圖學(xué)原理、算法與程序設(shè)計(jì)、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)分析與建模、數(shù)據(jù)挖掘、GIS設(shè)計(jì)與應(yīng)用、GIS工程、GPS原理與應(yīng)用、遙感地學(xué)分析與圖像處理、空間數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)技術(shù)等多門課程中深入地了解與學(xué)習(xí)GIS知識(shí)，并把它運(yùn)用到我們的實(shí)際生活中去。

最具發(fā)展?jié)摿Φ慕徊鎸W(xué)科

今天，GIS 已是一個(gè)在全球擁有數(shù)十萬從業(yè)人員和數(shù)百億美元的產(chǎn)業(yè)。每個(gè)領(lǐng)域里的專家也不斷地意識(shí)到按地理信息系統(tǒng)的觀點(diǎn)來思考和工作所帶來的優(yōu)越性，于是GIS被用于全球環(huán)境變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測、自然資源調(diào)查與管理、城市區(qū)域規(guī)劃和地籍管理及軍事等諸多領(lǐng)域。它既是管理和分析空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用工程技術(shù)，又是跨越地球科學(xué)、信息科學(xué)和空間科學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科。因此，在學(xué)習(xí)GIS的過程中有很多的技能等待我們?nèi)フ莆?。最基礎(chǔ)的應(yīng)該數(shù)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試，除此之外，引領(lǐng)GIS行業(yè)的公司們也給我們提供了很多提升自身能力的機(jī)會(huì)，如ESRI公司每年的制圖大賽、中國大學(xué)生GIS軟件開發(fā)競賽、超圖公司的全國高校GIS大賽、高德公司的中國位置應(yīng)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(fèi)培訓(xùn)的機(jī)會(huì)與學(xué)習(xí)資料，還可以得到資深工程師的指導(dǎo)和幫助，這為在象牙塔中的我們拉近了與GIS行業(yè)的距離，大大地提高了我們學(xué)習(xí)、應(yīng)用和交流GIS技術(shù)的熱情。