Geografinen tietojärjestelmä (GIS) on tietokonejärjestelmä, jonka avulla voidaan kerätä, tallentaa, tarkastaa ja näyttää tietoja, jotka liittyvät sijainteihin maan pinnalla. Yhdistämällä näennäisesti toisiinsa liittymättömiä tietoja GIS voi auttaa yksilöitä ja organisaatioita ymmärtämään paremmin alueellisia kuvioita ja suhteita.

GIS-teknologia on olennainen osa paikkatietoinfrastruktuuria, jonka Valkoinen talo määrittelee ”teknologiaksi, politiikoiksi, standardeiksi, henkilöresursseiksi ja niihin liittyviksi toimiksi, joita tarvitaan paikkatietojen hankkimiseen, käsittelyyn, jakeluun, käyttöön, ylläpitoon ja säilyttämiseen”.

GIS voi käyttää mitä tahansa tietoa, joka sisältää sijainnin. Sijainti voidaan ilmaista monella eri tavalla, kuten leveys- ja pituusasteella, osoitteella tai postinumerolla.

GIS:n avulla voidaan verrata ja asettaa vastakkain monia erityyppisiä tietoja. Järjestelmä voi sisältää tietoja ihmisistä, kuten väestöstä, tuloista tai koulutustasosta. Se voi sisältää tietoja maisemasta, kuten purojen sijainnista, erilaisista kasvillisuustyypeistä ja erilaisista maaperätyypeistä. Se voi sisältää tietoja tehtaiden, maatilojen ja koulujen sijaintipaikoista tai sadevesiviemäreistä, teistä ja sähkölinjoista.

GIS-tekniikan avulla ihmiset voivat vertailla eri asioiden sijainteja selvittääkseen, miten ne liittyvät toisiinsa. Esimerkiksi GIS-järjestelmän avulla yhdelle kartalle voidaan sisällyttää saasteita tuottavia paikkoja, kuten tehtaita, ja saastumiselle herkkiä paikkoja, kuten kosteikkoja ja jokia. Tällainen kartta auttaisi ihmisiä määrittämään, missä vesivarannot ovat suurimmassa vaarassa.

Tiedonkeruu

Tietomuodot

GIS-sovellukset sisältävät sekä laitteisto- että ohjelmistojärjestelmiä. Nämä sovellukset voivat sisältää kartografisia tietoja, valokuvatietoja, digitaalisia tietoja tai taulukkolaskentataulukoissa olevia tietoja.

Kartografiset tiedot ovat jo karttamuodossa, ja ne voivat sisältää esimerkiksi jokien, teiden, kukkuloiden ja laaksojen sijaintia. Kartografiset tiedot voivat sisältää myös kartoitustietoja ja kartoitustietoja, jotka voidaan syöttää suoraan GIS-järjestelmään.

Kuvatulkinta on tärkeä osa GIS-järjestelmää. Valokuvatulkinnassa analysoidaan ilmakuvia ja arvioidaan niissä esiintyviä piirteitä.

GIS:ään voidaan syöttää myös digitaalista tietoa. Esimerkkinä tällaisesta tiedosta ovat satelliittien keräämät tietokonetiedot, jotka osoittavat maankäytön – maatilojen, kaupunkien ja metsien sijainnin.

Kaukokartoitus tarjoaa toisen työkalun, joka voidaan integroida GIS:ään. Kaukokartoitus sisältää satelliiteista, ilmapalloista ja lennokeista kerättyjä kuvia ja muita tietoja.

Loppujen lopuksi GIS-tietojärjestelmään voidaan sisällyttää myös taulukko- tai taulukkomuodossa olevia tietoja, kuten väestötiedot. Väestötiedot voivat vaihdella iästä, tuloista ja etnisestä alkuperästä viimeisimpiin ostoksiin ja internetin selausmieltymyksiin.

GIS-tekniikan avulla kaikki nämä erityyppiset tiedot, riippumatta niiden lähteestä tai alkuperäisestä muodosta, voidaan asettaa päällekkäin yhdelle kartalle. GIS käyttää sijaintia keskeisenä indeksimuuttujana näiden näennäisesti toisiinsa liittymättömien tietojen yhdistämiseen.

Tiedon siirtämistä GIS-järjestelmään kutsutaan tiedonkeruuksi. Jo digitaalisessa muodossa olevat tiedot, kuten useimmat taulukot ja satelliittien ottamat kuvat, voidaan yksinkertaisesti ladata GIS:ään. Kartat on kuitenkin ensin skannattava tai muunnettava digitaaliseen muotoon.

Kaksi tärkeintä GIS-tiedostomuotoa ovat rasteri ja vektori. Rasterimuodot ovat solujen tai pikseleiden ruudukkoja. Rasterimuodot ovat hyödyllisiä vaihtelevien GIS-tietojen, kuten korkeus- tai satelliittikuvien, tallentamisessa. Vektorimuodot ovat monikulmioita, joissa käytetään pisteitä (joita kutsutaan solmuiksi) ja viivoja. Vektorimuodot ovat käyttökelpoisia tallennettaessa GIS-tietoja, joilla on kiinteät rajat, kuten koulupiirit tai kadut.

Tilasuhteet

GIS-tekniikkaa voidaan käyttää tilasuhteiden ja lineaaristen verkkojen esittämiseen. Paikkasuhteet voivat näyttää topografian, kuten maatalouspellot ja purot. Ne voivat myös näyttää maankäyttömalleja, kuten puistojen ja asuinalueiden sijainnin.

Lineaarisia verkkoja, joita joskus kutsutaan geometrisiksi verkoiksi, edustavat GIS-järjestelmässä usein tiet, joet ja yleishyödylliset verkot. Viiva kartalla voi merkitä tietä tai valtatietä. GIS-kerroksissa tuo tie voi kuitenkin osoittaa koulupiirin, julkisen puiston tai muun väestö- tai maankäyttöalueen rajan. Käyttämällä monipuolista tiedonkeruuta joen lineaarinen verkosto voidaan kartoittaa GIS-tietojärjestelmään eri sivujokien virtausten osoittamiseksi.

GIS:n on saatava kaikkien eri karttojen ja lähteiden tiedot vastaamaan toisiaan, jotta ne sopivat yhteen samassa mittakaavassa. Mittakaava on kartalla olevan etäisyyden ja maapallolla todellisen etäisyyden välinen suhde.

Usein GIS:n on käsiteltävä tietoja, koska eri kartoilla on erilaiset projektiot. Projektio on menetelmä, jolla tieto siirretään maapallon kaarevalta pinnalta tasaiselle paperille tai tietokoneen näytölle. Erityyppiset projektiot toteuttavat tämän tehtävän eri tavoin, mutta kaikki aiheuttavat jonkin verran vääristymiä. Kaarevan kolmiulotteisen muodon siirtäminen tasaiselle pinnalle edellyttää väistämättä joidenkin osien venyttämistä ja toisten puristamista.

Maailmakartta voi näyttää joko maiden oikean koon tai niiden oikean muodon, mutta se ei voi tehdä molempia. GIS ottaa tietoja kartoista, jotka on tehty eri projektioilla, ja yhdistää ne niin, että kaikki tiedot voidaan näyttää yhdellä yhteisellä projektiolla.

GIS-kartat

Kun kaikki halutut tiedot on syötetty GIS-järjestelmään, ne voidaan yhdistää ja tuottaa monenlaisia yksittäisiä karttoja riippuen siitä, mitkä tietokerrokset ovat mukana. Yksi GIS-tekniikan yleisimmistä käyttötavoista on luonnonpiirteiden ja ihmisen toiminnan vertailu.

GIS-kartoilla voidaan esimerkiksi näyttää, mitä ihmisen tekemiä piirteitä on tiettyjen luonnonpiirteiden läheisyydessä, esimerkiksi mitkä kodit ja yritykset ovat tulville alttiilla alueilla.

GIS-tekniikan avulla käyttäjät voivat myös ”kaivautua syvälle” tiettyyn alueeseen monenlaisten tietojen avulla. Yksittäistä kaupunkia tai kaupunginosaa koskevat kartat voivat kertoa sellaisia tietoja kuin keskimääräiset tulot, kirjojen myynti tai äänestyskäyttäytyminen. Samaan karttaan voidaan lisätä tai vähentää mitä tahansa GIS-tietokerrosta.

GIS-karttoja voidaan käyttää lukumääriä ja tiheyttä koskevien tietojen esittämiseen. GIS-kartat voivat esimerkiksi näyttää, kuinka monta lääkäriä naapurustossa on verrattuna alueen väkilukuun.

GIS-tekniikan avulla tutkijat voivat tarkastella myös ajallista muutosta. He voivat käyttää satelliittitietoja tutkiakseen esimerkiksi jääpeitteen etenemistä ja vetäytymistä napa-alueilla ja sitä, miten jääpeite on muuttunut ajan myötä. Poliisipiirissä voitaisiin tutkia rikostietojen muutoksia, jotta voitaisiin määrittää, mihin poliiseja tulisi sijoittaa.

Yksi tärkeäksi aikapohjaisen GIS-teknologian käyttökohteeksi muodostuu aikakuvaus, joka näyttää laajoilla alueilla ja pitkien ajanjaksojen aikana tapahtuvia prosesseja. Esimerkiksi tiedot, jotka osoittavat nesteen liikkumista valtameressä tai ilmavirroissa, auttavat tutkijoita ymmärtämään paremmin, miten kosteus ja lämpöenergia liikkuvat maapallolla.

GIS-tekniikan avulla käyttäjät voivat joskus saada lisätietoja tietyistä alueista kartalla. Henkilö voi osoittaa digitaalisen kartan kohtaa ja löytää muita GIS-järjestelmään tallennettuja tietoja kyseisestä paikasta. Käyttäjä voi esimerkiksi napsauttaa koulua saadakseen selville, kuinka monta oppilasta on kirjoilla, kuinka monta oppilasta on yhtä opettajaa kohden tai mitä urheilutiloja koululla on.

GIS-järjestelmiä käytetään usein kolmiulotteisten kuvien tuottamiseen. Tästä on hyötyä esimerkiksi geologeille, jotka tutkivat maanjäristyksiä.

GIS-tekniikan avulla karttojen päivittäminen on paljon helpompaa kuin manuaalisesti luotujen karttojen päivittäminen. Päivitetyt tiedot voidaan yksinkertaisesti lisätä olemassa olevaan GIS-ohjelmaan. Uusi kartta voidaan sitten tulostaa tai näyttää näytöllä. Näin ohitetaan perinteinen kartan piirtäminen, joka voi olla aikaa vievää ja kallista.

GIS-työpaikat

GIS-tekniikkaa käyttävät monilla eri aloilla työskentelevät ihmiset. GIS-tekniikkaa voidaan käyttää tieteellisiin tutkimuksiin, resurssien hallintaan ja kehityssuunnitteluun.

Monet vähittäiskaupan yritykset käyttävät GIS-tekniikkaa auttaakseen niitä määrittämään, mihin uusi myymälä tulisi sijoittaa. Markkinointiyritykset käyttävät GIS-järjestelmää päättäessään, kenelle myymälöitä ja ravintoloita markkinoidaan ja missä markkinoinnin tulisi tapahtua.

Tutkijat käyttävät GIS-järjestelmiä vertaillakseen väestötilastoja resursseihin, kuten juomaveteen. Biologit käyttävät GIS-tietokantoja eläinten muuttomallien seuraamiseen.

Kaupunkien, osavaltioiden tai liittovaltion virkamiehet käyttävät GIS-tietokantoja auttaakseen suunnittelemaan vastatoimia luonnonkatastrofin, kuten maanjäristyksen tai hurrikaanin, sattuessa. GIS-kartat voivat näyttää näille virkamiehille, mitkä asuinalueet ovat suurimmassa vaarassa, minne sijoitetaan hätäsuojat ja mitä reittejä ihmisten tulisi käyttää päästäkseen turvaan.

Insinöörit käyttävät GIS-teknologiaa tukemaan käyttämiemme puhelinten viestintäverkkojen suunnittelua, toteutusta ja hallintaa sekä internet-yhteyden edellyttämää infrastruktuuria. Toiset insinöörit voivat käyttää GIS-tekniikkaa tieverkkojen ja liikenneinfrastruktuurin kehittämiseen.

GIS-tekniikan avulla analysoitaville tiedoille ei ole rajoja.