Geografski informacijski sustav (GIS) je sustav za upravljanje prostornim podacima i osobinama pridruženih njima. U najstrožem smislu to je računalni sustav sposoban za integriranje, spremanje, uređivanje, analiziranje i prikazivanje geografskih informacija. U općenitijem smislu GIS je oruđe "pametne karte" koje dopušta korisnicima stvaranje interaktivnih upitnika (istraživanja koja stvara korisnik), analiziranje prostornih informacija i uređivanje podataka.
Tehnologija geografskog informacijskog sustava može se koristiti za znanstvena istraživanja, upravljanje resursima, imovinsko upravljanje, planiranje razvoja, kartografiju i planiranje puta. GIS bi na primjer mogao dopuštati planerima u slučaju opasnosti da lako izračunaju vrijeme potrebno za odgovor u slučaju prirodne katastrofe ili bi se pak mogao koristiti za pronalaženje močvara koje trebaju zaštitu od onečišćenja.
Povijest razvoja thumb|right|Spiljski crtež iz Lascauxa U 18. stoljeću provele su se suvremene geodetske tehnike za topografsko kartiranje uz ranije verzije tematskog kartiranja, npr. za znanstvene podatke ili podatke popisa stanovništva.
Rano 20. stoljeće doživjelo je razvoj "fotografske litografije" u kojoj su karte bile odvojene u slojeve. Razvoj računalnog hardvera potaknutog istraživanjem nuklearnog oružja vodio je primjenama računalnog "kartiranja" opće namjene u ranim 1960-im.
Godine 1967. razvoj prvog pravog svjetskog operacijskog GIS-a u Ottawi, Ontario potaknulo je federalno Ministarstvo energije, rudarstva i resursâ. Razvio ga je Roger Tomlinson, a nazvan je "Kanadskim GIS-om" (Canadian GIS; CGIS) i koristio se za spremanje, analiziranje i rukovanje podacima prikupljenima za Kanadski zemljišni inventar (Canadian Land Inventory; CLI)—inicijativa za određivanje sposobnosti zemlje u ruralnoj Kanadi kartiranjem informacija o tlu, poljoprivredi, rekreaciji, divljini, vodenim pticama, šumarstvu i upotrebi zemljišta u mjerilu 1:250,000. Klasifikacijski faktor procjene također je dodan kako bi dopustio analizu.
CGIS je bio prvi svjetski "sustav" kao i poboljšanje nad primjenama "kartiranja" pošto je dopuštao mogućnosti preklapanja, mjerenja, digitaliziranja/skeniranja, a podržavao je nacionalni koordinatni sustav koji se proširio kontinentom, kodirane linije poput "lukova" imale su pravu ugrađenu topologiju, te je spremao osobine i lokacijske informacije u odvojene datoteke. Njegov osnivač, geograf Roger Tomlinson, postao je poznat kao "otac GIS-a".
CGIS, koji je trajao do 1990-ih, izgradio je najveću digitalnu bazu podataka o zemljišnim resursima u Kanadi. Razvio se kao glavni baziran sustav u potpori federalnog i provincijskog planiranja i upravljanja resursima. Njegova snaga je bila u analizi kompleksnih podatkovnih skupova širom kontinenta. CGIS nikad nije bio dostupan u komercijalnom obliku. Njegov početni razvoj i uspjeh potaknuo je različite komercijalne primjene kartiranja koje su prodavali prodavači poput Intergrapha. Razvoj mikroračunalnog hardvera proširili su prodavači poput ESRI-a, MapInfo-a i CARIS-a kako bi uspješno unijeli mnoga obilježja CGIS-a, povezujući pristup 1. generacije na odvajanje prostornih i atributnih informacija s pristupom 2. generacije na organiziranje atributnih podataka u strukture baza podataka. Rast industrije tijekom 1980-ih i 1990-ih ubrzan je rastućom upotrebom GIS-a na UNIX-ovim radnim stanicama te osobnim računalima. Do kraja 20. stoljeća brzi rast u različitim sustavima učvrstio se i standardizirao na relativno malo platformi pa su korisnici počeli izvoziti koncept gledanja GIS podataka preko Interneta, tražeći oblikovanje podataka i prijenosne standarde.
Tehnike korištene u GIS-u
Srodne informacije iz više izvora Ako se mogu povezati informacije o oborinama neke države sa zračnim snimcima određene regije u toj državi, moglo bi se reći koje će se močvare osušiti u određeno vrijeme u godini. GIS, koji koristi informacije iz različitih izvora u različitim oblicima, može pomoći pri takvim analizama. Primarni zahtjev za izvorne podatke sastoji se od poznavanja položaja za varijable. Položaj se može označiti x, y i z koordinatama zemljopisne dužine, širine i nadmorske visine ili drugim geokodnim sustavima poput ZIP Codea ili cestovnim miljokazima. Svaka varijabla koja se može prostorno smjestiti može se pohraniti u GIS-u. Nekoliko računalnih baza podataka koje se izravno mogu unijeti u GIS trenutno stvaraju vladine agencije i nevladine organizacije. Različite se vrste podataka u obliku karte mogu unijeti u GIS.
GIS također može pretvarati postojeće digitalne informacije, koje možda još nisu u obliku karte, u oblike koje može prepoznati i koristiti. Na primjer, digitalne satelitske slike stvorene daljinskim snimanjem mogu se analizirati kako bi stvorile karti sličan sloj digitalnih informacija o vegetacijskom pokrivaču. Drugi poprilično razvijen izvor za imenovanje GIS objekata je Gettyjev leksikon geografskih imena (Getty Thesaurus of Geographic Names; GTGN) (GLGI), koja je strukturiran rječnik koji sadrži oko 1,000,000 imena i drugih informacija o mjestima.
Jednako se tako podaci o popisu stanovništva ili hidrološki tablični podaci mogu pretvoriti u oblik karte, služeći kao slojevi tematskih informacija u GIS-u.
Prikaz podataka GIS podaci predstavljaju objekte u stvarnom svijetu(ceste, upotrebu zemljišta, visinu) pomoću digitalnih podataka. Objekti u stvarnom svijetu mogu se podijeliti u dvije apstrakcije: zasebni objekti (kuće) i neprekinuta polja (količina oborina ili visina). Za obje apstrakcije postoje dvije široke metode korištene u spremanju podataka u GIS-u: rasterska i vektorska metoda.
Tip rasterskih podataka sastoji se od redova i stupaca ćelija gdje se u svakoj ćeliji sprema pojedinačna vrijednost. Vrlo često su rasterski podaci slike (rasterske slike), ali uz samu boju, vrijednost zapisana za svaku ćeliju može biti zasebna vrijednost, poput zemljišne upotrebe, neprekinuta vrijednost, poput oborina, ili nikakva vrijednost ako nije dostupan nijedan podatak. Dok rasterska ćelija sprema pojedinačnu vrijednost, ona se može proširiti upotrebom rasterskih pruga za prikaz RGB (zelene, crvene i plave) boja, obojenih karata (kartiranje između tematskog koda i RGB vrijednosti) ili proširene atributne tablice s jednim redom za svaku jedinstvenu vrijednost ćelije. Razlučivost rasterskog skupa podataka je njegova širina ćelije u zemljišnim jedinicama. Na primjer, jedna ćelija rasterske slike predstavlja jedan metar na zemlji. Obično ćelije predstavljaju kvadratna područja zemlje, ali se mogu koristiti i ostali oblici.
Tip vektorskih podataka za prikaz objekata koristi geometriju poput točaka, linija (serije točkastih koordinata) ili poligona, također zvanih područjima (oblici omeđeni linijama). Primjeri uključuju granice posjeda za stambenu podjelu prikazane poligonima i položaje izvora prikazane točkama. Vektorska se obilježja mogu napraviti kako bi poštivala prostorni integritet kroz primjenu topoloških pravila poput onoga da se 'poligoni ne smiju preklapati'. Vektorski se podaci mogu također koristiti za prikaz neprekinuto varirajućih pojava. Izolinije i triangulirane nepravilne mreže (TNM; eng. triangulated irregular networks ili TIN) koriste se za prikazivanje visine ili drugih neprestano promjenjivih vrijednosti. TNM-ove zapisane vrijednosti na točkastim položajima, koje su povezane pravcima kako bi oblikovale nepravilnu mrežu trokuta. Lice trokutova prikazuju površinu terena.
Postoje prednosti i nedostaci upotrebe rasterskih ili vektorskih podatkovnih modela za prikazivanje stvarnosti. Rasterski podatkovni skupovi zapisuju vrijednost svih točaka na pokrivenom području koje može zahtijevati više mjesta za spremanje podataka nego što prikazuje podatke u vektorskom obliku koji može spremiti podatke samo ondje gdje je potrebno. Rasterski podaci također dopuštaju lako provođenje preklapajućih operacija, koje su mnogo teže s vektorskim podacima. Vektorski se podaci mogu prikazati kao vektorska grafika korištena na tradicionalnim kartama za razliku od rasterskih podataka koji će se pojaviti kao slika koja bi mogla imati blokirajući izgled za granice objekata.
Dodatni se neprostorni podaci također mogu pohraniti osim prostornih podataka predstavljenih koordinatama vektorske geometrije ili položajem rasterske ćelije. U vektorskim podacima dodatni su podaci obilježja objekta. Na primjer, poligon šumskog inventara može imati i identifirajuću vrijednost i informacije o vrstama stabala. U rasterskim podacima vrijednost ćelije može pohraniti atributnu informaciju, ali se može koristiti i kao identifikator koji se može povezati sa zapisima u drugoj tablici.
Snimanje podataka Snimanje podataka—unos informacija u sustav—oduzima velik dio vremena GIS tehničarima. Stoga postoje različite vrste metoda koje se koriste za unošenje podataka u GIS u kojemu se spremaju u digitalnom obliku.
Postojeći podaci otisnuti na papiru ili mylar kartama mogu se digitalizirati ili skenirati radi proizvodnje digitalnih podataka. Digitalizator proizvodi vektorske podatke dok operator bilježi točke, linije i poligonske granice s karte. Skeniranje karte rezultira u rasterskim podacima koji se dalje mogu obrađivati za stvaranje vektorskih podataka.
Geodetski podaci mogu se izravno unijeti u GIS iz sustavâ prikupljanja digitalnih podataka na geodetskim instrumentima. Položaje s globalnog pozicijskog sustava (GPS), drugog geodetskog alata, također se mogu izravno unijeti u GIS.
Daljinsko snimljeni podaci igraju važnu ulogu u prikupljanju podataka, a sastoje se od senzora pričvršćenih na platformi. Senzori uključuju kamere, digitalne skenere i LIDAR, dok se platforme obično sastoje od letjelica i satelita.
U ovom trenutku većina digitalnih podataka dolazi iz fotografske interpretacije zračnih snimaka. Radne stanice meke kopije koriste se za digitaliziranje obilježja izravno sa stereo para digitalnih fotografija. Ti sustavi dopuštaju da se podaci snime u 2 ili 3 dimenzije s visinama izmjerenima izravno sa stereo para upotrebom fotogrametrijskih principa. Trenutno se analogni zračni snimci skeniraju prije nego što se unesu u sustav meke kopije, ali kako digitalne kamere visoke kvalitete postaju sve jeftinijima taj će se korak ubuduće preskakati.
Satelitsko daljinsko snimanje omogućuje drugi važni izvor prostornih podataka. Ovdje sateliti koriste različite senzorne pakete da pasivno izmjere refleksiju iz dijelova elektromagnetskog spektra ili radio valova koji su poslani s aktivnog senzora kao što je radar. Daljinsko snimanje prikuplja rasterske podatke koji se dalje mogu obrađivati radi identificiranja objekata i razreda zanimanja, poput zemljišnog pokrivača.
Kada se podaci snime, korisnik bi trebao uzeti u obzir da li bi se podaci trebali snimiti ili s relativnom ili s apsolutnom pouzdanosti, pošto to ne utječe samo na način interpretacije informacija već i na cijenu snimanja podataka.
Pored prikupljanja i unošenja prostornih podataka, atributni se podaci također unose u GIS. Za vektorske podatke to uključuje dodatne informacije o objektima prikazanima u sustavu.
Nakon unošenja podataka u GIS on obično zahtijeva uređivanje, radi uklanjanja pogrešaka, ili daljnje obrađivanje. Za vektorske se podatke GIS mora napraviti "topološki ispravnim" prije nego što se koristi u naprednoj analizi. U cestovnoj se mreži, primjerice, linije moraju povezati s čvorištima na raskrižju. Pogreške poput prelaženja ispod ili iznad također se moraju ukloniti. Za skenirane se karte greške na izvornoj karti možda moraju ukloniti od rezultirajućeg rastera. Tako na primjer mrlja nečistoće može povezati dvije linije koje ne bi trebale biti povezane.
Rukovanje podacima