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2.7 地理信息系统
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地理学的主要进展是使用计算机帮助制图与空间分析。过去25年内，计算机已经几乎变成每个制图过程都必不可少的一部分——从数据收集与记录到地图的编制与修订。尽管设备的最初成本较高，但是投资能以更高效的方式、更精确的地图编制和修订而得到回报。
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计算机被认为是地理信息系统（geographic information system，GIS）的核心，基于计算机的程序组用以组合、储存、处理、分析和展示与地理相关的信息。任何能够被空间定位的数据都能进入GIS。以下是GIS的5个主要组成部分：
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数据输入部分：把地图和其他数据从其现存形式转变为数字形式或计算机可读的形式；
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数据管理部分：用以储存和提取数据；
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数据操作功能：允许来自异源的数据能同时被使用；
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分析功能：能够从数据中提取有用信息；
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数据输出部分：使形象化的地图和表格显示在计算机显示器或硬拷贝上（如打印在纸上）。
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地理数据库
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开发GIS的第一步是创建地理数据库（geographic database），它是地理信息的数字记录，信息来自地图、野外观测、航空摄影和卫星影像等信息源。只要是与地理有关的数据——来自许多不同来源、各种形式——GIS就能够利用。研究目的决定了进入数据库的数据。对于研究一个特定地区湿地对伤害的敏感性的自然地理学家来说，源数据可能包括各地点的降水量图、土壤类型图、植被覆盖图、水污染源图、等高线图以及河水流向图等。另一方面，对城市地理学家和区域规划师而言，要使用的GIS数据集可能包括美国人口普查局收集出版的大量地方专门信息，包括政治界线、人口普查街区、人口分布、建筑物清册、人种、种族划分、收入、住房、就业等等。
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数字形式的地理信息一旦进入计算机，就可以对数据进行运算、分析和展示，其速度与精度无可比拟。因为计算机可以在几秒钟之内处理上百万的数据，所以对需要同时分析许多变量的研究者特别有用。地理信息系统的开发降低了用地图储存信息的重要性，同时使研究人员能够专注于地图分析与传送空间信息。利用适当的软件，计算机操作员就能展示数据的任何组合，几乎立即就可以显示各变量之间的关系（图2.25）。在这种意义上，GIS使操作人员能够编制各种地图或进行空间分析，而在几十年前这几乎是不可能做到的。
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图 2.25 信息图层是GIS的精髓。转化为数字资料的地图信息以不同的“图层”被储存在计算机中。GIS让使用者能够把想用的那些图层进行叠合，编成一幅合成地图，借以分析那些变量是如何相互联系的。
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资料来源：Reprinted by permission of Shaoli Huang.
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GIS运算有几种输出类型：展示在计算机显示器、数据清单或硬拷贝上。当需要编制地图时，地图学家就能够迅速提取想要得到的数据。地理信息系统对现有地图的修订特别有用，因为过时的数据——例如人口数量——很容易被修改或替换。此外，GIS还能通过一次操作迅速改变一些变量和（或）模型参数，并能使用多重空间尺度，有助于进行探索性分析。
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GIS的应用
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谁使用地理信息系统？各领域成千上万人士为各种不同目的使用此类系统。环境系统研究所公司（Environmental System Research Institute, Inc.，简称ESRI）出版的月刊ArcNews① 记述了许多领域“GIS在行动”的无数实例。在人文地理方面，数量巨大且日益增长的大批空间数据促进了利用GIS来研究区域经济与社会结构模型、交通系统和城市发展格局、选举行为模式等等。对自然地理学家来说，要了解自然环境中的过程与相互关系，GIS的分析与建模能力是十分重要的。
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除了地理学家以外，从考古学到动物学等各领域的研究人员，都使用地理信息系统，下面仅举几例。
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生物学家和生态学家利用GIS研究环境问题，包括空气污染和水污染、地景保护、野生动物管理和濒危物种保护等。
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流行病学家需要精确的地图信息来研究疟疾、非典型肺炎、艾滋病和登革热等疾病的传播，以及昆虫学的风险因素。
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GIS软件使政治学家能够利用紧密度和邻接度等标准对现行的立法区进行评估，并提出重新划定区域边界的方法。
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社会学家利用GIS软件识别不同种族的人群，并研究种族隔离结构随时间的变化。
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许多私营公司也使用计算机绘图系统。其中油气公司、连锁酒店、软饮料灌装企业以及租车公司依靠GIS系统完成各种任务，例如确定井位、为新特许经营权企业选址、分析销售区域，以及计算最佳驾驶路线等。
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