2. 地理信息系统简介

	目标：	了解什么是地理信息系统以及它可以用来做什么。
	关键词：	地理信息系统、计算机、地图、数据、信息系统、空间、分析

2.1. 概述

就像我们使用文字处理器在计算机上编写文档和处理单词一样，我们可以使用 GIS application 要处理 spatial information 在电脑上。地理信息系统代表 'Geographical Information System' 。

地理信息系统由以下部分组成：

Digital Data -您将使用计算机硬件和软件查看和分析的地理信息。
Computer Hardware -用于存储数据、显示图形和处理数据的计算机。
Computer Software -在计算机硬件上运行并允许您处理数字数据的计算机程序。构成地理信息系统一部分的软件程序称为地理信息系统应用程序。

使用地理信息系统应用程序，您可以在您的计算机上打开数字地图，创建新的空间信息添加到地图，创建根据您的需要定制的打印地图，并执行空间分析。

让我们来看一个小例子，说明地理信息系统是如何有用的。想象一下，你是一名卫生工作者，你记下了你治疗的每个病人的日期和居住地。

经度	纬度	疾病	日期
26.870436	-31.909519	流行性腮腺炎	13/12/2008
26.868682	-31.909259	流行性腮腺炎	24/12/2008
26.867707	-31.910494	流行性腮腺炎	22/01/2009
26.854908	-31.920759	麻疹	11/01/2009
26.855817	-31.921929	麻疹	26/01/2009
26.852764	-31.921929	麻疹	10/02/2009
26.854778	-31.925112	麻疹	22/02/2009
26.869072	-31.911988	流行性腮腺炎	02/02/2009
26.863354	-31.916406	水痘	26/02/2009

如果你看上面的表格，你很快就会发现1月和2月有很多麻疹病例。我们的卫生工作者通过在表格中记录每个病人的房子的经度和纬度来记录他们家的位置。在GIS应用程序中使用这些数据，我们可以快速了解更多关于疾病模式的信息：

../../_images/patterns_of_illness.png — 图 2.10 在地理信息系统应用程序中显示疾病记录的示例。很容易看出，腮腺炎患者都住得很近。

2.2. 有关地理信息系统的更多信息

地理信息系统是一个相对较新的领域-始于20世纪70年代的S。过去，计算机化的地理信息系统只适用于拥有昂贵计算机设备的公司和大学。如今，任何拥有个人电脑或笔记本电脑的人都可以使用地理信息系统软件。随着时间的推移，地理信息系统应用程序也变得更容易使用-过去使用地理信息系统应用程序需要大量培训，但现在即使对于业余用户和临时用户来说，开始使用地理信息系统也容易得多。如上所述，地理信息系统不仅仅是软件，它涉及管理和使用数字地理数据的方方面面。在接下来的教程中，我们将重点介绍地理信息系统软件。

2.3. 什么是地理信息系统软件/地理信息系统应用？

You can see an example of what a GIS Application looks like 图 2.10. GIS Applications are normally programs with a graphical user interface that can be manipulated using the mouse and keyboard. The application provides menus near to the top of the window (Project, Edit, etc.) which, when clicked using the mouse, show a panel of actions. These actions provide a way for you to tell the GIS Application what you want to do. For example you may use the menus to tell the GIS Application to add a new layer to the display output.

../../_images/menus.png — 图 2.11 当用鼠标单击时，应用程序菜单展开以显示可以执行的操作列表。

Toolbars (可以用鼠标点击的小图片行)通常位于菜单的正下方，提供了一种更快捷的方式来使用经常需要的操作。

../../_images/toolbars.png — 图 2.12 工具栏提供了对常用功能的快速访问。将鼠标放在图片上通常会告诉你当你点击它时会发生什么。

GIS应用程序的一个常见功能是显示 map layers 。地图图层以文件形式存储在磁盘上，或以记录形式存储在数据库中。通常，每个地图层都代表真实世界中的某些内容-例如，Roads层将包含有关街道网络的数据。

When you open a layer in the GIS Application it will appear in the map view. The map view shows a graphic representing your layer. When you add more than one layer to a map view, the layers are overlaid on top of each other. Look at figures 图 2.13, 图 2.14, 图 2.15 and 图 2.16 to see a map view that has several layers being added to it. An important function of the map view is to allow you to zoom in to magnify, zoom out to see a greater area and move around (panning) in the map.

../../_images/map_view_towns.png — 图 2.13 添加了多个层的地图视图。添加到地图视图的Townes图层。

../../_images/map_view_schools.png — 图 2.14 添加了多个层的地图视图。添加到地图视图中的学校图层

../../_images/map_view_railways.png — 图 2.15 添加了多个层的地图视图。添加到地图视图中的铁路图层

../../_images/map_view_rivers.png — 图 2.16 添加了多个层的地图视图。添加到地图视图中的Rivers图层

Another common feature of GIS Applications is the map legend. The map legend provides a list of layers that have been loaded in the GIS Application. Unlike a paper map legend, the map legend or 'layers list' in the GIS Application provides a way to re-order, hide, show and group layers. Changing the layer order is done by clicking on a layer in the legend, holding the mouse button down and then dragging the layer to a new position. In figures 图 2.18 and 图 2.19 the map legend is shown as the area to the left of the GIS Application window. By changing the layer order, the way that layers are drawn can be adjusted –-- in this case so that rivers are drawn below the roads instead of over them.

../../_images/symbology1.png — 图 2.17 使用地理信息系统软件，您可以轻松更改符号系统-信息的显示方式。

../../_images/map_legend_before.png — 图 2.18 通过更改层顺序，可以调整层的绘制方式。在更改图层顺序之前，会在道路顶部绘制河流

../../_images/map_legend_after.png — 图 2.19 通过更改层顺序，可以调整层的绘制方式。更改了层顺序后，河流被绘制到道路下方

2.4. 为自己的计算机获取地理信息系统应用程序(S)

有许多不同的地理信息系统应用程序可用。有些拥有许多复杂的功能，每个拷贝的价格为数万兰特。在其他情况下，您可以免费获得一个地理信息系统应用程序。决定使用哪个地理信息系统应用程序是一个你能负担得起多少钱和个人偏好的问题。对于这些教程，我们将使用QGIS应用程序。QGIS是完全免费的，你可以复制它并与你的朋友分享你喜欢的程度。如果您收到了本教程的印刷版，您应该已经收到了一份QGIS的副本。如果没有，如果你能上网，你可以随时访问https://www.qgis.org/下载你的免费副本。

2.5. 地理信息系统数据

既然我们已经了解了什么是地理信息系统以及地理信息系统应用程序可以做些什么，让我们来谈谈 GIS data 。数据是另一个词，表示 information 。我们在地理信息系统中使用的信息通常有地理方面的因素。想想我们上面的例子，关于医疗保健工作者。她创建了一个表格来记录疾病，看起来是这样的：

经度	纬度	疾病	日期
26.870436	-31.909519	流行性腮腺炎	13/12/2008

经度和纬度列保持 geographical data 。疾病和日期列保持 non-geographical data 。

地理信息系统的一个共同特征是，它们允许您将信息(非地理数据)与地点(地理数据)相关联。事实上，地理信息系统应用程序可以存储许多与每个地方相关的信息-纸质地图不太擅长的东西。例如，我们的医护人员可以将患者的年龄和性别存储在她的桌子上。当GIS应用程序绘制层时，您可以告诉它根据性别或疾病类型等绘制层。因此，使用地理信息系统应用程序，我们可以轻松地更改基于与地点相关的非地理数据创建的地图的外观。

GIS Systems work with many different types of data. Vector data is stored as a series of X, Y coordinate pairs inside the computer's memory. Vector data is used to represent points, lines and areas. Illustration 图 2.20 shows different types of vector data being viewed in a GIS application. In the tutorials that follow we will be exploring vector data in more detail.

../../_images/vector_data.png — 图 2.20 矢量数据用于表示点(例如城镇)、线(例如河流)和多边形(例如市政边界)。

Raster data are stored as a grid of values. There are many satellites circling the earth and the photographs they take are a kind of raster data that can be viewed in a GIS. One important difference between raster and vector data is that if you zoom in too much on a raster image, it will start to appear 'blocky' (see illustrations 图 2.21 and 图 2.22). In fact these blocks are the individual cells of the data grid that makes up the raster image. We will be looking at raster data in greater detail in later tutorials.

../../_images/raster_data.png — 图 2.21 栅格数据通常是卫星拍摄的图像。在这里我们可以看到东开普省的山脉。

../../_images/raster_data_zoomed.png — 图 2.22 相同的栅格数据，但这次放大了。可以看出数据的网格性质。

2.6. 我们学到了什么？

让我们总结一下我们在此工作表中介绍的内容：

A GIS 是一个由计算机硬件、计算机软件和地理数据组成的系统。
A GIS Application 允许您查看地理数据，是地理信息系统的重要组成部分。
一个GIS应用程序通常由 menu bar ， toolbars 一种 map view 以及一个 legend 。
Vector 和 raster 数据是在地理信息系统应用程序中使用的地理数据。
Geographical 数据可以关联到 non-geographical 数据。

2.7. 现在你来试试吧！

以下是一些建议，可供您尝试与您的学习者：

Geography: 向您的学员描述本教程中概述的地理信息系统概念。让他们试着想出3个理由，说明为什么使用地理信息系统而不是纸质地图可能会很方便。以下是我们可以想到的一些：
- 地理信息系统应用程序允许您从相同的数据创建多种不同类型的地图。
- 地理信息系统是一个很棒的可视化工具，它可以向你展示关于你的数据的东西，以及它们在空间中是如何相关的(例如，我们之前看到的那些疾病爆发)。
- 纸质地图需要归档，查看起来很耗时。地理信息系统可以保存大量的地图数据，使您可以快速轻松地找到您感兴趣的地方。
Geography: 您和您的学员能想到来自卫星的栅格数据是如何有用的吗？以下是我们的一些想法：
- 在自然灾害期间，栅格数据可用于显示受影响区域的位置。例如，最近在洪水期间拍摄的一张卫星图像可以帮助显示人们可能需要救援的地方。
- 有时，人们会做一些对环境有害的事情，比如倾倒会杀死动植物的危险化学品。使用来自卫星的栅格数据可以帮助我们监控这些类型的问题。
- 城市规划者可以使用来自卫星的栅格数据来查看非正式住区的位置，并帮助规划基础设施。

2.8. 一些值得思考的事情

如果您没有可用的计算机，我们在本教程中涵盖的许多主题都可以使用开销和透明度进行复制，因为它使用了相同的分层信息技术。然而，要正确理解地理信息系统，最好是用计算机来学习。

2.9. 进一步阅读

Book: 桌面地理信息系统：使用开源工具绘制地球地图。 Author: 加里·谢尔曼。 ISBN: 9781934356067

《QGIS用户指南》还提供了有关使用QGIS的更多详细信息。

2.10. 下一步是什么？

在接下来的几节中，我们将进入更多细节，向您展示如何使用地理信息系统应用程序。所有的教程都将使用QGIS完成。接下来，让我们来看看向量！