GIS，学的不只是画地图

从电影中走来的未来技术

前不久谷歌发布了一款虚拟成像眼镜，这个源于《黑客帝国》系列电影，能在用户眼前呈现虚拟影像的装置，就是GIS（地理信息系统）专业中虚拟成像仪器的应用；在《变形金刚2》中，前“第七区”的探员通过与海军通报坐标，指挥军舰用电磁炮准确地击中狂派的“大力神”，这个能精确确定坐标的仪器，就是有车一族必不可少的GPS定位仪；而在《碟中谍4》中，阿汤哥所驾驶的宝马概念车的挡风玻璃不但可以显示当前地图的信息和自身位置，还能在肉眼未看到路况前，呈现出行人和障碍物的影像，这项技术则是基于GIS专业中的Telematics实现的——运用远程卫星信号将附近路况传到车载导航上并显示出来。由此可见，GIS已经在我们的日常生活中发挥了很大的作用，当然，以上所述这些只是GIS的冰山一角，下面让我们一起随着笔者来领略GIS专业的魅力吧。

GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策时所需信息的技术系统。

简单地说，GIS系统是将描述位置（地方）的层信息结合在一起，通过这些信息可以使你更好地认识这个位置（地方）。你可以根据自己的需要选择使用这些层信息，比如找一个更好的地段设立店铺、分析环境危害、发现城市中的犯罪类型等等。

由于一些原因，我们常把GIS软件称为“绘图软件”，而我们也会经常把GIS所做的绘图工作与绘制地图联系起来，其实GIS不只是能绘制地图，还可以描绘任何你希望用图形显示的数据。比如人体，只要你把三围、身高、四肢长度等信息输进软件，它就能绘制出你想要的模型。

以信息来指导行为的分析专业

想要深入了解什么是GIS，下面就来看看它在实际生活中的应用吧。

之前提到了GIS是提供决策信息的系统，而在决策前往往需要进行分析。GIS的分析通常是从明确你需要哪些信息开始的。比如：你想在从家走到学校的路上，从ATM里取一次钱，买一张火车票，怎样可以走最少的路？问题越细越好，比如说去哪家银行的ATM，到哪个代售点去买票等等，只有这样，它才可以为你量身订制结果。要知道，你应用的数据类型和数据特征决定着GIS用何种方法进行分析。

由于GIS的核心是一个地理数据库。所以进行分析的第二步是将现实中的每个对象用数字数据的形式表现出来，你可以将印在纸上的数据通过电脑数字化，或是对地物进行实地测量，或是直接将卫星从空中得到的地面数字图像直接带入电脑。这里主要涉及测量学等课程的知识。你的需求和预算决定了使用何种数据以及如何得到它们。针对前面买票的问题，你需要的数据是：一定范围内的道路数据、居民地数据、学校数据、ATM数据、火车票售票点数据等。

当你掌握了数据，就可以开始分析了，空间分析能力是GIS的主要功能，也是GIS与计算机制图软件相区别的主要特征。空间分析是从空间物体的空间位置、联系等方面去研究空间事物，并对空间事物做出定量的描述。一般的讲，它可以回答人们What（是什么？）、Where（在哪里？）和How（怎么样？）等问题。空间分析需要复杂的数学工具，其中最主要的是空间统计学、图论、拓扑学、计算几何等，其主要任务是：①对空间构成进行描述和分析，以达到获取、描述和认知空间数据的目的；②理解和解释地理图案的背景过程；③空间过程的模拟和预测；④调控地理空间上发生的事件等。

GIS空间分析的内涵极为丰富，包括空间查询、空间量测、叠置分析、缓冲区分析、网络分析、空间统计分类等多个方面。我们将在地理信息系统原理等课程中获取这些分析的理论知识，并在GIS软件应用实验等课程中使用这些分析方法解决实际问题。有时候，我们还可以运用从计算机图形学或GIS算法基础等课程中学到的计算机知识，自己去写这些分析方法所需要的算法，并根据具体的需求去调整它。在买票问题中我们可以用到空间查询、空间量测、网络分析等空间分析方法。

我们首先使用空间查询确定家和学校的地理位置，以及ATM和火车票售票点的地理分布，再使用网络分析选择一条以家为起点，途经一个ATM及一个火车票售票点，以学校为终点的最短路径。在这个问题中，网络分析起到了至关重要的作用。网络分析是依据网络拓扑关系（线与线之间，线与点之间，点与点之间的连结、连通关系），通过考察网络元素的空间、属性数据，对网络的性能特征进行多方面地分析计算，再由近及远寻找起点到其他所有结点的最佳路径，直至到达目标结点。

一旦选择了分析方法，你就要按照你的需求处理数据。如果你想对某个事件的位置绘制地图，那么你需要对你的数据赋予地理特征（比如经纬度或地址信息）以及属性值。如赋予家和学校地理位置信息，赋予道路数据连通性的信息，赋予ATM属于哪个银行的信息等，这些信息将给我们的分析提供辅助。

最后一个步骤就是查看分析结果并且根据这个结果指导行为。这些结果既可以通过数字地图显示，并且打印成纸质地图，也可以结合电子表格或图表显示，甚至可以通过文字描述出来。虽然许多GIS系统都强调制图功能，但是软件可以灵活地按照你的需要，以最佳的方式显示分析结果。

以上简单的例子告诉了我们GIS的几个主要任务：输入、处理、管理、查询和分析、可视化等。除了在上述分析中提到的课程，我们还将在测量学基础、自然/人文地理学基础、地图学原理、算法与程序设计、空间数据结构、空间数据分析与建模、数据挖掘、GIS设计与应用、GIS工程、GPS原理与应用、遥感地学分析与图像处理、空间数据库、地理信息系统技术等多门课程中深入地了解与学习GIS知识，并把它运用到我们的实际生活中去。

最具发展潜力的交叉学科

今天，GIS 已是一个在全球拥有数十万从业人员和数百亿美元的产业。每个领域里的专家也不断地意识到按地理信息系统的观点来思考和工作所带来的优越性，于是GIS被用于全球环境变化动态监测、自然资源调查与管理、城市区域规划和地籍管理及军事等诸多领域。它既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。因此，在学习GIS的过程中有很多的技能等待我们去掌握。最基础的应该数计算机等级考试，除此之外，引领GIS行业的公司们也给我们提供了很多提升自身能力的机会，如ESRI公司每年的制图大赛、中国大学生GIS软件开发竞赛、超图公司的全国高校GIS大赛、高德公司的中国位置应用大赛等，在参加这些竞赛的过程中，我们不但可以获得各种免费培训的机会与学习资料，还可以得到资深工程师的指导和帮助，这为在象牙塔中的我们拉近了与GIS行业的距离，大大地提高了我们学习、应用和交流GIS技术的热情。