Geografski informacijski sistem (kratica GIS, angl. Geographic(al) information system) je računalniško podprt podatkovno procesni sistem za učinkovito zajemanje, shranjevanje, vzdrževanje, obdelavo, analize, porazdeljevanje in prikazovanje prostorskih (geografskih) podatkov. Radoš Šumrada, Strukture podatkov in prostorske analize, FGG, Ljubljana, 2005, ISBN 961-6167-66-9 Definicije Kratica GIS se včasih uporablja za geografsko informacijsko znanost ali geoprostorske informacijske študije, kot akademsko disciplino ali delo z geografskimi informacijskimi sistemi. Ali preprosto, GIS je tehnologija za združevanje kartografije, statističnih analiz in podatkovnih baz.
GIS lahko obravnavamo kot digitalni sistem, ki ustvarja in "manipulira" s prostorskimi območji, ki so lahko pravna, ciljna ali uporabna. Na splošno je GIS izdelan po meri uporabnika (naročnika). Zato je GIS razvit za konkreten primer, pristojnost, podjetje ali namen in ni nujno interoperabilen ali združljiv z drugimi GIS-i, ki so bili razviti za druge namene, pristojnosti ali podjetja. Gre torej za GIS prostorske podatkovne infrastrukture in koncepte, ki nimajo omejitev.
V splošnem se izraz uporablja za vsak informacijski sistem, ki povezuje, ureja, analizira, deli in prikazuje geografske podatke za potrebe informiranja pri sprejemanju odločitev. GIS aplikacije so orodja, ki omogočajo uporabnikom, da ustvarijo interaktivne poizvedbe (ki jih ustvarjajo uporabniki poizvedb), analizirajo prostorske podatke, urejajo kartografske podatke in predstavljajo rezultate vseh teh aktivnosti.
Geografska informacijska znanost je znanost, ki obravnava geografske pojme, aplikacije in sisteme.
GIS je relativno širok pojem in se lahko nanaša na številne tehnologije in procese, zato je uporaben na številnih področjih od inženiringa, načrtovanja, upravljanja, vzdrževanja, prometa / logistike in analiziranja.
Zgodovina razvoja Ena prvih aplikacij za prostorsko analizo je bila izdelana ob epidemiji leta 1832 "Rapport sur la marche et les effets du kolere dans Paris et le département de la Seine". Francoski geograf Charles Picquet je predstavil 48 okrožij mesta Pariz z barvnimi toni glede na odstotek umrlih za kolero na 1.000 prebivalcev. Leta 1854 je John Snow upodobil izbruh kolere v Londonu z uporabo točk glede na zastopanost lokacij posameznih primerov. Njegova študija o porazdelitvi kolere je pripeljala na vir bolezni, to je do onesnažene vodne črpalke. Ko so črpalko zaprli, so omejili epidemijo.
Medtem ko so osnovni elementi topografije in kartografije obstajali že prej, je bil zemljevid Johna Snowa edinstven, saj je z uporabo kartografskih metod ne samo prikazal, temveč tudi za analiziral geografsko odvisne pojave.
Začetku 20. stoletja prišlo do razvoja fotozincografije, kar je omogočilo zemljevid razdeliti na plasti (na primer eno plast za vegetacijo in drugo za vodo,...). To je bilo še posebej dobrodošlo pri tiskanju kart. Najprej so za to uporabljali steklene plošče, kasneje pa plastično folijo, ki je bila lažja, manj krhka in je potrebovala manj prostora za shranjevanje. Ko so bili izdelani vsi sloji, so združeni predstavljali eno sliko. Ko so izumili barvno tiskanje, je bila ideja plasti uporabna tudi za izdelavo posamezne plošče za tisk za vsako barvo posebej. Uporaba plasti je mnogo pozneje postala ena glavnih značilnosti sodobnih GIS sistemov.
Razvoj jedrskega orožja v začetku leta 1960 je spodbudil razvoj računalniške opreme in aplikacij za izdelavo zemljevidov.
Leta 1960 prišlo do razvoja prvega pravega uporabnega GIS sistema na svetu in sicer v Ottawi, Ontario, Kanada, na Zveznem uradu za gozdarstvo in razvoj podeželja. Dr. Roger Tomlinson ga je poimenoval Kanadski geografski informacijski sistem (CGIS) in je bil uporabljen za shranjevanje, analizo in upravljanje podatkov zbranih s popisom zemljišč, s katerimi so pridobili informacije o rabi tal, rekreacijskih površinah, naravi, pticah, gozdnih površinah in jih prikazali v merilu 1:50.000. Dodana je bila tudi ocena stanja, kar je omogočilo analiziranje.
CGIS je vseboval računalniško kartiranje z aplikacijo, ki je omogočila prekrivanje, merjenje in digitalizacijo / skeniranje. Vsi podatki so bili v državnem koordinatnem sistemu, razdeljeni v poligone, linije in točke, s pravo topologijo in atributi ter lokacijskimi informacijami v ločenih datotekah. Tako je Tomlinson postal znan kot "oče" GIS.
CGIS se je do leta 1990 zgradil v veliko računalniško bazo podatkov z zemljiškimi viri. Postal je okvir sistema za podporo zvezni in deželnim vladam pri načrtovanju in upravljanju. CGIS nikoli ni bil na voljo na trgu.
Leta 1964 Howard T. Fisher ustanovi Laboratorij za računalniško grafiko in prostorske analize na Harvard Graduate School of Design (LCGSA 1965-1991), kjer so bili razviti številni pomembni teoretični koncepti prostorske obdelave podatkov, ki so bili do leta 1970 razdeljeni na programsko kodo in sisteme, kot so SYMAP, GRID in ODYSSEY, in so služili kot vir za nadaljnji komercialni razvoj na univerzah, v raziskovalnih centrih in družbah po vsem svetu.
Do leta 1980 so v M & S Computing (kasneje Intergraph) skupaj z BentleySystem Incorporated za platformo CAD, Environmental Systems Research Institute (ESRI), CARIS (Computer Aided Resource Information System) in ERDAS (Earth Resource Data Analysis System), razvili komercialno programsko opremo GIS, ki je vsebovala številne funkcije CGIS-a in kjer so bili ločeni prostorski in atributni podatki. V poznih 1970-ih in zgodnjih 1980 letih sta se vzporedno razvijala tudi dva javno dostopna sistema (MOSS in GRASS GIS.
Do konca 20. stoletja je bila rast različnih sistemov hitra, sistemi so se standardizirali in uporabniki so začeli uporabljati pogled v GIS podatke prek interneta. V zadnjem času narašča število brezplačnih odprtokodnih GIS paketov, ki delujejo v različnih operacijskih sistemih in jih je mogoče prilagoditi za opravljanje posebnih nalog. Preko svetovnega spleta je na voljo vse več geoprostorskih podatkov in kartografskih aplikacij.Fu, P., and J. Sun. 2010. Web GIS: Principles and Applications. ESRI Press. Redlands, CA. ISBN 1-58948-245-X.
O zgodovini GIS-a so bili objavljeni številni članki.
GIS tehnike in tehnologije Sodobne GIS tehnologije uporabljajo digitalne informacije, pridobljene z različnimi metodami za ustvarjanje digitaliziranih podatkov. Najpogostejši način ustvarjanja podatkov je digitalizacija, kjer se papirnat zemljevid ali podatki prenesejo v digitalni medij z uporabo programa CAD in lokacijskih koordinat. Široka dostopnost ortofoto posnetkov (tako satelitskih kot iz drugih virov) je glavni vir geografskih podatkov. Heads-up digitalizacija zajema geografske podatke neposredno iz posnetkov, namesto po klasični metodi iz posebnih tabel (heads-down digitalizacija).
GIS uporablja prostorsko in časovno lokacijo kot ključne spremenljivke za vse druge informacije. Tako kot lahko relacijska podatkovna baza vsebuje besedilo ali številke, ki se nanašajo na različne tabele s skupnimi ključnimi indeksi spremenljivk, lahko GIS poveže nepovezane informacije, ki določajo lokacijo kot ključne indeksirane spremenljivke. Ključ je lokacija in / ali obseg v prostoru in času.
V GIS lahko prikažemo vsako spremenljivko, ki ima podatek o lokaciji in vsebuje tudi čas. Lokacije se lahko evidentirajo kot datumi / časi nastanka, z X, Y in Z koordinatami, ki predstavljajo dolžine, širine in nadmorske višine (v tem zaporedju). Te GIS koordinate lahko predstavljajo tudi druge prostorske sisteme (na primer film, številko posnetka, avtocestno kilometražo, geodetsko točko, naslov, križišče ulic, vhodna vrata, globina vode, POS in CAD risbo,...). Enote, ki se uporabljajo za snemanje časovno-prostorskih podatkov, se lahko zelo razlikujejo, vse pa temeljijo na zemljini prostorsko-časovni lokaciji in pravi fizični lokaciji ali obsegu v prostoru in času.
Zanesljivost GIS Natančnost GIS-a je odvisna od vira podatkov in kako so ti podatki kodirani. Geodeti so sposobni zagotoviti visoko raven položajne natančnosti izkoriščajoč GPS pozicioniranje. Digitalni teren visoke ločljivosti in posnetki iz zraka, zmogljivost računalnikov in spletne tehnologije se kakovostno hitro spreminjajo, zato so pričakovanja, da GIS služi družbi, velika. Obstajajo pa še drugi viri podatkov, ki imajo vpliv na točnost GIS-ov kot so: papirnati zemljevidi, ki so zelo primerni za doseganje želene natančnosti, vendar je pri tem potrebno upoštevati staranje, ki vpliva na njihovo dimenzijsko stabilnost.
Pri razvoju digitalne topografske podatkovne baze za GIS, so glavni vir topografske karte, posnetki iz zraka (ortofoto) in satelitske slike pa so dodatni viri za zbiranje podatkov in identifikacijo lastnosti, ki se jih lahko preslika v plasteh nad lokacijo. Merilo za upodabljanje zemljevidov in geografskega območja ter način prezentacije so tudi zelo pomembni elementi, saj so vsebine informacije odvisne predvsem od merila in posledično natančne predstavitve na zemljevidu. Da bi lahko digitalizirali zemljevid, je treba preveriti teoretične dimenzije, nato sledi skeniranje v rastrski obliki.
Kvantitativna analiza zemljevidov je za točnost najbolj pomembna. Elektronska in druga oprema uporabljena pri merjenju za potrebe GIS je mnogo bolj natančna, kot so naprave za klasične analize zemljevidov. Vsi geografski podatki so po pravilu nenatančni, te nenatančnosti pa se potem širijo prek GIS postopkov na načine, ki jih je težko predvideti.
Podatki Prostorski podatki so podatki o opisnih, lokacijskih in kartografskih lastnostih in razmerjih med geografskimi elementi podanimi v georeferenčnem sistemu. V GIS organizirana taka podatkovna baza se imenuje grafična podatkovna baza. Podatki so organizirani v podatkovnih slojih, ki obravnavajo določeno lastnost območja.
Podatki so v bazah GIS običajno organizirani po projektih, saj le tako lahko organiziramo poljubne povezave za konkretno uporabo. V projektu lahko hranimo rastrske, vektorske, CAD in druge podatkovne sloje, opisne in časovne podatke, oznake, besedila, postopke in drugo.
Sestava grafične baze podatkov Lastnosti prosotorskih pojavov (objekti, dogodki) so locirani nekje na povšini Zemlje, so v 3D prostoru in se s časom spreminjajo. Vrste prostorskih pojavov so: opisi (tematski podatki ali opis lastnosti objektov); geometrija (podatki o lokaciji, metrične vrednosti o obliki, velikosti, položaju, itd.); topologija (povezljivost, odnosi med objekti); grafična predstavitev; čas (trenutek ali trajanje objekta); posebnosti (slike, zvok, ...); metode (procesne funkcije, pravila,...); relacije (odnosi med objekti).
Prikazovanje podatkov
GIS podatki predstavljajo realne predmete (kot so ceste, raba tal, nadmorska višina, drevesa, vodne poti, itd.) in digitalne podatke. Realne predmete lahko razdelimo na osnovne (enostavne - točkovni predmeti (npr. hiša)) in sestavljene (linijski elementi ali poligoni). V splošnem obstajata dve metodi, ki se uporabljata za shranjevanje podatkov v GIS: rastrski in vektorski podatki. Vsi podatki so končno pretvorjeni v točke, linije in poligone. Po vsebini objekte delimo na: grafične (lokacija, prikaz, geometrija): točka, linija, poligon; topološke (lokacija, prikaz, geometrija, topologija): vozlišče, segmenti, robni poligon, površina; geografski (lokacija, prikaz, geometrija, topologija, opis): točkovni, linijski, ploskovni in objekti tip.
Zajem podatkov Zajemanje podatkov je dejansko pridobivanje dejstev o stvarnosti ter njihova organizacija in fizično shranjevanje v podatkovne baze. V zadnjem desetletju so se razmišljanja in metode reševanja geodetskih problemov zelo spremenila. Na voljo so nove tehnologije kot: digitalna elektronika in omrežna tehnologija; tehnologija GPS in GIS; daljinsko zaznavanje in radarska tehnologija; uporaba radijskih povezav in mobilna telefonija; mobilna avtonomna elektronska merska oprema in robotizacija; prenosni, majhni in terenski računalniki, itd.