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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。
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：
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。
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。
图 2.25 信息图层是GIS的精髓。
资料来源： Reprinted by permission of Shaoli Huang.
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。
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
ArcNews
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。
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。
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。
全国级部门与州、县等地方各级政府部门都使用地理信息系统，如公路与交通管制、公用设施规划等部门。执法部门利用基于空间的软件包来分析犯罪模式、确定犯罪活动的“热点”，从而重新部署警察的储备力量。
政府官员还利用GIS帮助制定对龙卷风、飓风、地震、洪水和森林火灾等自然与人为诱发灾害的应急措施。由于这些威胁人类和建筑物的灾害往往是突然发生的，因此会造成混乱和惊慌。GIS技术日益用于帮助社会制定防灾与应急的计划。例如，规划人员可以将有关道路类型、消防队位置、预期对火灾发生与救援队的反应时间等方面的信息结合起来，编绘撤退地带、疏散路线以及避难场所的地图。一旦灾难降临——无论是亚利桑那州的森林火灾还是俄克拉何马州的龙卷风，在进行房屋定位、产权确认、帮助救援负责人决定把野外工作队和救援人员派往何处、设置野战医院和救护基地等任务时，用GIS编绘的地图已被证明是极其有价值的。灾害发生之后，此类地图还用于圈定受损的建筑物、评估财产损失，以及为清理瓦砾垃圾做准备。
关于GIS应用最具戏剧性的实例之一是2001年9月11日世贸中心遭到袭击之后的几天。应急与重建队伍需要了解瓦砾与残余建筑物的稳定性、哪里的地铁遭毁损、自来水总水管位于何处，以及何处的公共设施运转中断等方面的情况。在受袭地点大火仍在燃烧，市长的计划办公室被毁时，GIS专家就立即开始收集用于编制该地点高精度地图所需的数据。这些不断更新的地图帮助紧急事件负责人跟踪地下火灾扩大与灭火的情况，使他们能够决定如何把救援装备运抵现场，何处能安全地布设大型修复设备，以及经由什么路线清运瓦砾垃圾（图2.26）。
图 2.26 世贸中心现场的三维激光雷达影像。
资料来源： NOAA / U.S. Army JPSD.
由于GIS在各种公共与私人空间查询中的重要性日益增长，就业市场对擅长此项技术的人才的需求也在增长。许多大学的GIS课程也在相关地理部门教授，而且“GIS / 遥感”是许多主修地理学的本科生和研究生力图具备的首要职业特长。
章节摘要 |
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我们并未试图在本章讨论地图学领域的所有方面。我们有意省略绘图法与地图设计、土地调查系统、地图编绘，以及地图复制技术等主题。本章的意图是介绍有助于地图阅读与判读的那些方面，同时提示地图创作与设计的新技术，以及地理信息系统的用途。
地图是最古老、最基本的沟通工具之一。对地理学家而言，地图就像文字、照片和定量分析技术那样不可或缺。地理学家不是唯一依赖地图的人。这个时代涉足分析与解决各种问题的人们同样依赖地图。需要对地球表面各要素进行精确描绘的问题很多，全球变暖、污染、全球化、能源供应、国家安全、犯罪以及公共卫生等仅是其中的几个例子。
现代地图绘制源自17世纪。有3项关键性进展使编制地表特征的地图既能令人满意又有可操作性，就是重新发现古希腊地球科学家的著作、越洋航行，以及印刷机的发明。
经纬度网格系统被用以定位地表地点。纬度是赤道南北距离的量度，而经度是本初子午线东西的角距离。经度和纬度二者均以度数表示，度又更精确地细分为分和秒。全球定位装置使用者能够确定他们在地球上的位置。
把曲面的地球表现在平面地图上的所有系统都会使一种或更多的地球特征失真。任何一种投影都会使面积、形状、距离和（或）方向失真。制图员选择最适合其目的的投影，他们可能选用等积投影、正形投影、等距投影，或者选用能表示从一点到所有其他点方向都正确的投影。不过，许多有用的投影都不具备这些特性。
大比例尺地图中最精确、最有用的是国家主要地图机构出版的地形图方。这些图方信息丰富——包含自然景观与文化景观的信息，可应用于多种目的。
近年来，遥感技术使我们能够更快、更精确地编绘世界地图。航空摄影和卫星影像二者能够分辨光谱的可见光和近红外波段。遥感的应用包括编绘地图、环境监测和资源调查。遥感所获取的海量数据的储存、处理与提取推动了地理信息系统的开发。计算机和相关软件日益增强的性能与灵活性，使GIS制图在寻求各种问题答案方面的价值无法估量。
你在阅读本书后面的章节时，注意地图的各种不同用途。例如，你会在第3章看到地图对理解大陆漂移理论是多么重要；第7章，地图怎样帮助地理学家识别文化区；第8章，地理学家如何用地图记录人们对空间的感受。
问题与讨论 |
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延伸阅读 |
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@万维网上和地理学有关的网站极其丰富。与本章主题有关的网站请见与本书有关的在线学习中心的“Web Links”部分。网址：www.mhhe.com/getis11e.