在很多人眼里GIS是做什么的?多數(shù)人可能會說“GIS就是畫地圖的”。然而事實上,GIS不只是畫地圖。
谷歌發(fā)布的虛擬成像眼鏡,能在用戶眼前呈現(xiàn)虛擬影像,這個源于《黑客帝國》系列電影的裝置,就是GIS(地理信息系統(tǒng))專業(yè)中虛擬成像儀器的應(yīng)用。
票房8.3億的《變形金剛2》中,前“第七區(qū)”的探員通過與海軍通報坐標(biāo),指揮軍艦用電磁炮準(zhǔn)確地?fù)糁锌衽傻摹按罅ι瘛保@個能精確確定坐標(biāo)的儀器,就是有車一族必不可少的GPS定位儀。
電影《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。
這些從電影中走來的未來技術(shù),則是基于GIS專業(yè)中的Telematics實現(xiàn)的——運(yùn)用遠(yuǎn)程衛(wèi)星信號將附近路況傳到車載導(dǎo)航上并顯示出來。
2016年Esri全球用戶大會,Lauren Bennnett女士展示的一段關(guān)于電影、關(guān)于未來智慧城市的視頻中有這么一段話:
“我們可以回望過去,也可以展望未來,對于未來,我們有過驚鴻一瞥。
GIS在我們周圍無處不在,你將看到的是使用ArcGIS創(chuàng)建的一些絕美的3D可視化場景,可能你會想到電影《獨立日2:復(fù)活》《瘋狂動物城》?!?/span>
可見,GIS在我們?nèi)粘I钪邪l(fā)揮了很大的作用,“GIS無處不在”是一句大實話。當(dāng)然,從電影中看到這些只是GIS的冰山一角,下面讓我們一起來領(lǐng)略GIS的魅力吧。
GIS是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),在計算機(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、決策時所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。
簡單地說, GIS系統(tǒng),即地理信息系統(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)識這個位置(地方)。你可以根據(jù)自己的需要選擇使用這些層信息,比如找一個更好的地段設(shè)立店鋪、分析環(huán)境、在城市里給你帶路等等。
基于某些原因,GIS軟件常被稱為“繪圖軟件”,GIS所做的繪圖工作也會常與繪制地圖聯(lián)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(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,又比如我們昨天微信公眾號上分享的四大名著地圖。
GIS是提供決策信息的系統(tǒng),而在決策前往需要進(jìn)行分析。GIS的分析通常是從明確你需要哪些信息開始的。
GIS在生活中的應(yīng)用實例
想深入了解GIS是什么?我們舉個生活中的簡單例子:
試想,在你從家走到學(xué)校的路上,通過ATM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,到哪個代售點去買票等等,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的核心是一個地理數(shù)據(jù)庫。
所以,進(jìn)行分析的第二步是將現(xiàn)實中的每個對象用數(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,或是對地物進(jìn)行實地測量,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。
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)、居民地數(shù)據(jù)、學(xué)校數(shù)據(jù)、ATM數(shù)據(jù)、火車票售票點數(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與計算機(jī)制圖軟件相區(qū)別的主要特征??臻g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。
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)計分類等多個方面。
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和火車票售票點的地理分布,再使用網(wǎng)絡(luò)分析選擇一條以家為起點,途經(jīng)一個ATM及一個火車票售票點,以學(xué)校為終點的最短路徑。
在這個問題中,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,線與點之間,點與點之間的連結(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),對網(wǎng)絡(luò)的性能特征進(jìn)行多方面地分析計算,再由近及遠(yuǎn)尋找起點到其他所有結(jié)點的最佳路徑,直至到達(dá)目標(biāo)結(jié)點。
一旦選擇了分析方法,你就要按照你的需求處理數(shù)據(jù)。如果你想對某個事件的位置繪制地圖,那么你需要對你的數(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(jié)果并且根據(jù)這個結(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。
GIS在各領(lǐng)域的應(yīng)用
目前,每個領(lǐng)域里的專家也不斷地意識到按地理信息系統(tǒng)的觀點來思考和工作所帶來的優(yōu)越性,于是GIS在眾多領(lǐng)域都將扮演重要角色,不僅能幫助人們解決全球環(huán)境變化和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展等重大問題。
一、自然資源調(diào)查與管理
以土地利用類型為例,可輸出不同土地利用類型的分布和面積、按不同高程帶劃分的土地利用類型、不同坡度區(qū)內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀及不同類型的土地利用變化等,為資源的合理利用、開發(fā)和科學(xué)管理提供依據(jù)。
二、自然災(zāi)害監(jiān)測
借助遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)和GIS技術(shù)可有效地進(jìn)行森林火災(zāi)的預(yù)測預(yù)報、洪水災(zāi)情監(jiān)測和洪水淹沒損失的估算及抗震救災(zāi)等工作,為救災(zāi)搶險和決策提供及時準(zhǔn)確的信息。
此外,RS與GIS技術(shù)在抗震救災(zāi)中也有廣泛應(yīng)用。我國是地震多發(fā)國家之一,為了盡可能減少在未來地震中的生命和財產(chǎn)損失,必須建立一套地震應(yīng)急快速響應(yīng)信息系統(tǒng)。
三、對環(huán)境管理
傳統(tǒng)的環(huán)境管理方式已不斷受到挑戰(zhàn),逐漸落后于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。而GIS技術(shù)可為環(huán)境評價、環(huán)境規(guī)劃管理等工作提供有力工具,如環(huán)境監(jiān)測和數(shù)據(jù)收集、建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和環(huán)境動態(tài)數(shù)據(jù)庫、建立環(huán)境污染的有關(guān)模型、提供環(huán)境管理的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和報表輸出、環(huán)境作用分析和環(huán)境質(zhì)量評價、環(huán)境信息傳輸和制圖等。
四、城市管理
在城市公共基礎(chǔ)設(shè)施管理中,GIS可幫助管理人員查詢設(shè)施管線、管網(wǎng)(包括供水、排水、供電、供氣及電纜系統(tǒng)等)的分布,追蹤流量信息和運(yùn)行質(zhì)量監(jiān)控;
在城市公共事業(yè)管理中,GIS主要用于公共事業(yè)設(shè)施的分布及需要公共事業(yè)服務(wù)的特殊人群的分布分析等;
在城市資源與生態(tài)環(huán)境管理中,GIS的職能主要體現(xiàn)在資源清查與管理、土地調(diào)查和地籍管理、災(zāi)害監(jiān)測和環(huán)境管理等方面;
在城市經(jīng)濟(jì)空間結(jié)構(gòu)管理方面,GIS主要處理各經(jīng)濟(jì)要素的空間分布,如產(chǎn)業(yè)空間布局、商貿(mào)中心的分布、城市功能區(qū)的范圍等,并分析其規(guī)模、形態(tài)和位置是否符合城市空間擴(kuò)張的規(guī)律;
在城市社會管理中,GIS主要進(jìn)行城市社會因素的空間特征的管理,如人口分布、不同人口密度的地區(qū)顯示、社區(qū)服務(wù)設(shè)施分布、影響社會治安因素的分布分析及犯罪嫌疑人追蹤等。
五、輔助決策
GIS利用特有的數(shù)據(jù)庫,通過—系列決策模型的構(gòu)建和比較分析,可為國家宏觀決策提供依據(jù)。例如,系統(tǒng)支持下的土地承載力研究,可解決土地資源與人口容量的規(guī)劃。在我國三峽地區(qū),通過利用GIS和機(jī)助制圖方法建立的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),為三峽宏觀決策提供了建庫前后環(huán)境變化的數(shù)量、速度和演變趨勢等可靠的數(shù)據(jù)。
六、作戰(zhàn)指揮
通過利用GpS(全球定位系統(tǒng))、GIS、RS(遙感)等高新尖端技術(shù)迅速集結(jié)部隊及武器裝備,以較低的代價取得了極大的勝利。
綜上所述,告訴了我們GIS的幾個主要任務(wù):輸入、處理、管理、查詢和分析、可視化等,GIS是最具發(fā)展?jié)摿Φ慕徊鎸W(xué)科,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。
未來,GIS將無處不在,由GIS開啟的未來也將充滿無限可能。
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