Roger Tomlinson 关于GIS 问题的分析

Roger Tomlinson 关于GIS 问题的分析
大家早上好！我是罗杰•汤姆林森（Roger Tomlinson），我是一个地理学家，非常荣幸能在这里发言。大家都称我为“GIS之父”，你们是否意识到，何宁先生是我儿子辈的人，这么说来，在座的各位恐怕都是我孙子辈的了。天哪！我为我们这样一个大家庭感到自豪。 今天我要讲的是地理信息系统，为了便于大家理解，首先我会和大家谈一谈地理信息系统中经常用到的几个词，因为这些词在地理信息系统中对于所有人来说都是通用的。大家看到屏幕上我的发言会有英文和中文两个版本，此外同声传译还会将我的英文翻译成中文。
第一个词是数据。数据被输入到地理信息系统中，请注意，被输入到地理信息系统中的，是数据！数据可以是硬拷贝的，也可以是数字化的。先来谈谈硬拷贝的数据吧。它可以以地图的形式表达，展示出不同面状区域及其属性。属性信息存储在一个单独的表格中，描述的只是这个面内的相关信息。
第二种是线数据，指穿过地球表面的各种线，它描述的只是这些线本身的属性，与其所穿过的表面无关。第三种是点数据，比如：油井、火车站、汽车站。该数据类型描述的只是与这些点相关的信息，与其所在的线或面无关。 这就是我们所说的三种数据类型，世界上的一切实体都可以用点、线、面来表达。谢天谢地数据只有这三种类型，不然在早期，设计系统就几乎不可能了。现在，复合数据也是基于点、线、面这三种类型的数据生成的。
地图上的点、线、面数据及其属性信息都可以进行数字化的表达。这些数据多来源于其它的系统，通过格式转换、互联网、企业内部网、服务器、无线或移动设备获取。数据内容包括:地图及其属性、测绘数据、摄影测量、影像、GPS数据以及VGI，即自发提供的地理信息。 这些通过移动方式或公众自发提供地理信息的方式，未来将会大大改变地理信息系统的面貌。人们只需在iphone中键入他们所看到的事物，或是直接拍个照片，就能将信息传送到服务器中。
在澳大利亚，考拉熊将濒临灭绝。每位市民只要一发现考拉熊的踪迹，就可以用iphone来拍照，因其具备GPS功能，就能连同位置信息一起传送到服务器上。通过这样的地理信息系统，我们就能了解到在澳大利亚，哪些地方还存活有考拉熊。
这就是一种自发提供的地理信息，它也可以成为一种权威数据，很大程度上改变了我们获取数据的传统方式。再比如，人们可以用手机记录下某段路面出现的坑洞，然后拍下照片将其反馈给市政部门。市政部门会在地图上将有洞的位置标绘成红色的点。当相关部门采取措施前往维修时，点的颜色会变成橙色，而当洞被填平后，又会从橙色变为绿色。这样一来，通过GIS，人们自发提供的信息就能从政府部门得到及时的反馈。所以，自发式地理信息将会改变GIS的本质，请相信我！
下面我要介绍的另外一个词，是GIS。GIS有两个功能，数据存储和数据分析。GIS以地图分层的方式很好地存储数据，并与其相关的属性信息一起存储在数据库中。GIS平台可以是桌面端的、服务器端的，现在的趋势是向云计算发展。很多组织已经开始租用大量的服务器，所以现在人们仅花5美元就能短期租用到一台服务器，而无须大价钱长期购买使用。所以当你有使用GIS的需求，而一些零售商的业务也正处淡季时，就可以到云端来租用更多的基础设施，将你的软件部署到云端来使用。今后对于组织来说，这种灵活的使用计算机和网络的服务模式将会越来越普遍。
以上我们讲述的是“存储”;这个关键词，下面要说说“分析”，GIS具有强大的分析功能。有时候人们问我，我也问人们，为什么要将数据输入到GIS中。为什么我们这么费事要在GIS中输入数据。因为将数据输入到GIS的过程需要很多YUAN（人民币，即：钱），用英文讲就是M-O-N-E-Y。将数据输入到GIS是需要很多钱的。
为了能在系统中使用数据，我们往往需要在不同格式之间进行数据转换。更重要的是，我们在构建一个数据库时，首先要为不同数据集的数据元素之间创建逻辑联系，因为我们在开发一个信息产品时，会用到多种不同的数据。
我会问人们，既然将数据输入到GIS的过程要付出如此昂贵的代价，为什么还一定要这样做呢？他们会说，这样的话我们就可以把这些数据重新输出。天哪，那干脆买个计算器不是便宜得很多。输入数据就能得到计算结果，如此简单。而在GIS中，输入数据绝不仅为了存储它。我们把数据放到GIS中，是为了分析它，利用这些分析结果，或将这个数据与其它的数据进行比较。这样的话，我们就能从数据中挖掘出更多的信息，而这些信息对于你们的组织来说将是非常有用的。
事实上，我们要做的是生成各种信息产品。数据输入到GIS后，经过存储和分析，最终生成的结果是信息产品。这些产品可以是新的地图，显示哪个地方可以喝到最好的咖啡，哪个地方有新的医院等一些你关心的内容；也可以是图表的形式，甚至通过输出流程图来帮助你更好的制定决策；或者借助电脑进行快速查询，并将结果打印输出。GIS能生成很多与数字相关的信息，比如在距离溢油地点500码的居住范围内，到底是哪些人住在那里，他的电话号码是多少。这种类型的列表信息与地图一样重要。当我们制定决策时，我们常常会发现，这些列表信息可能会成为解决问题的突破口。大家还可以看到一些照片或三维图，事实上，GIS中的计算和分析功能也同样适用于二维或三维图。
分析操作一般是由工作人员在交互环境下，借助软件的各种功能来完成。工作人员使用各种功能对数据进行分析，然后生成各种信息。这听起来好像很简单，但要想完全掌握还是非常重要的。为什么？我来给大家解释一下。 GIS的唯一收益就体现在它所生成的信息产品中，只有在这个环节你能获得收益。在其它所有的环节中，数据本身要花钱、数据输入要花钱、搭建系统要花钱、人力成本要花钱、购买软件更是要花钱。在图中的绿线以前都是需要成本的，只有在信息产品中才能有所回报，也就是绿线以后的部分。
只有当你了解到自己需要得到什么样的信息，只有当你认识到通过GIS系统想要生成哪些信息产品，只有当你真正考虑到这些，明确自己的目的所在，然后才知道该输入哪些数据。 数据有两种,一种是有用的数据,一种是无用的数据。有用的数据是指那些在系统中可用来生成信息产品的数据，它可以是各种类型的数据。数据本身并没有好坏之分，只要是可以生成信息产品、并能为你的组织带来收益的数据，就都是有用的。当你清楚了要得到什么样的信息产品，就能明确需输入什么样的数据、也就知道不同的数据集之间要做哪些格式转换、知道数据在你的系统中、软件中发挥了怎样的作用，并通过对数据进行分型，得到你想要的信息。你会发现如果你不明确自己想要的信息产品是怎样的，也就不曾考虑过在项目实施之前都要干些什么、你不清楚在系统中该输入哪些数据、不确定需要具备哪些分析的功能、不知道需要多少存储空间、也不知道将数据发布到网络供公众使用时，所需的软硬件负载能力。这样一来，一切都是盲目的！而消除这种盲目的最好方式，就是你要明确自己需要什么样的信息产品。
所以，我希望今天在座的各位都能领会到这个观念，就是当你一开始筹备你的GIS系统时，就比须清楚地意识到你要从中得到什么，要生成怎样的信息产品，然后再重点投入到能为你的组织带来收益的产品生成过程中。
关于对信息产品的介绍及其生产过程，在《Thinking About GIS》（第3版）的中文版《地理信息系统规划与实施》中有详细的描述。就产品生产而言，如果需要在地图上描绘草图，就要考虑地图输出的要求；如果需要列出清单，就要考虑列表输出的要求；如果需要查找图片、文档的内容及其存储路径，就要考虑文档检索的要求；如果需要绘制反映地下管线分布和联接状况的示意图，就要考虑图表输出的要求；如果需要演示复杂分析，就要对复杂度有所描述，简单的说明高、中、低即可，比如这是一个低复杂度的信息产品，无需太多投入；或者这是一个高复杂度的信息产品，需要大量精力和财力。接下来是产品的生产步骤。你也许会说，如果我一个人在房间里，就只有笔和纸，该如何生成信息产品，需要哪些步骤呢？当你将两幅地图的比例尺调整一致并进行叠加分析，得出感兴趣的信息时，其实这就是一个生成信息产品的过程。相信我，这些步骤对于任何使用GIS的人来说都是适用的，这是一个根据不同需求生成相应的信息产品的过程。
此外，我们还知道一个GIS系统需要具备多种功能，比如：比例尺转换、叠加分析、裁剪功能等。在《地理信息系统规划与实施》这本书的最后列举了一些常用的功能。如果说GIS有800个功能的话，那么我认为可将其整合或简化为80个，事实上很多描述都可以简单化。处理复杂性分析是指你在系统中使用了多少个复杂性分析的功能，在《地理信息系统规划与实施》的最后也同样列出了对这些功能的描述和适用场景的介绍，比如：网络分析、拓扑叠加分析。 接下来要说的系统设计。当你已经清楚要得到什么样的信息产品，知道要经过哪些步骤，比如所需的数据、实现的功能，下面要考虑的就是产品的使用频率。意思就是说，生成一个信息产品，我们既可能花一年的时间，也可能在一秒钟内就要完成，例如在应急响应的情况下，或者我们还可能折中一下，在一周内完成。
再来看下响应时间和等待时长，即在系统中从加载数据、分析处理、到生成最终信息产品所需的时间。关于响应时间，我们举一个火灾救援的例子。当加拿大西部的一个公园发生火灾时，飞机会先对火线的状况进行航拍，再将影像发回给GIS办公室。相关工作人员会生成火灾的专题图，为救援行动提供决策支持。这里所需的响应时间大概是四、五个小时，而如果我们有更好的、更敏锐的支持系统，就可以把响应时间缩短为两个小时。一旦我们处于紧急状况，救援的时间是争分夺秒的。
 逻辑连接也是非常重要的，它衔接了信息产品生成过程中的各个步骤。当我们说到GIS时，有一个必须要考虑的问题，就是容差。我们可以容忍的错误是多少呢？你随便问一个人，这幅地图中有多少错误呢？很多时候大家典型的回答是：堪称完美，100%精确。但其实这个回答是不准确的，因为即便是花再多的钱生成的地图，也没有任何一幅是完美无误的。地图是允许有误差的，而我们要做的是确定信息产品的容差范围。误差只可能来自四个方面：参考、相关性、绝对精度、拓扑。参考说明了对事物的定义是否准确；拓扑描述了网络中节点原本是如何相连的；相关性定义了事物之间相互关系的程度，比如这条管道是属于这边的街道还是属于那边的街道，将决定我们在哪条路上钻洞找到它；绝对精度是指物体在全球尺度下的准确位置，在使用GPS时这点很重要的。
最后一部分是成本和收益。我们必须考虑到现有的成本，要花多少钱才能使信息产品投入使用。另一方面是有了该信息产品后，比没有之前为你的组织带来多少收益。请好好思考这个问题，因为归根结底，在我们清楚自己想要什么产品后，最关心的是它能为我们带来什么好处、是否改善了工作流程、辅助了决策制定。我举个很好的例子来说明，在加拿大杰士伯国家公园栖息着很多的熊。熊是珍稀物种，但有时候也会对人类的活动造成威胁，特别当它们在哺乳期保护幼崽时尤为敏感。工作人员决定在美丽的峡谷中开辟一条新的路径，这样游人在观赏熊栖息活动的同时，还能领略沿途的美好风光。最初，人们只是用GIS对熊的栖息地进行分析，就将这条新的路径选择在熊主要栖息地的正中间，而这里偏偏是母熊最易受外界环境干扰的地方。结果，这条路径不得不被废弃，而另辟道路将意味着巨额的资金耗费。如果人们在三、四年前用GIS进行缓冲区分析的话，就不会将路选择在那里了。不过工作人员有一个决定是正确的，就是避免了让人们在不知情的状况下，冒险穿越这片危险的区域。以金钱的代价换取游客的人身安全，还是值得的。
下面要说的是成本利益分析。
GIS的优势可以总结为三个方面：
第一，节约成本。新的信息产品可以降低当年开支、缩短当前投入的劳动力时间。如果开支降低，再加上有了新的信息产品，那么做同样的事情就能更好、更快、更低廉。这是极有可能实现的，事实上当我们回顾信息技术在过去二、三十年来的发展历程，就不难发现正是新的信息产品的出现，让我们的业务变得更好、更快、更低廉。GIS作为一项信息产品，也同样如此。GIS所带来的成本节约是完全值得期待的，尤其是对于那些渴望新的信息产品的人来说。如果你对你的老板提出要构建GIS的需求，并且说明它能为你的组织提高效率、改善工作、还能每年节省大量的资金，在事实面前，老板一定会同意你的建议并给予相应的预算支持，而这些支持也必将会有力地推动项目的发展。
第二，对政府部门的意义。GIS能提供更多的新信息；改进操作流程；促进预算资金的高效利用；增加收益，假如我们为人们提供更多关于公园的景区和营地信息，方便人们更好地规划假期时，来公园的游客自然就会增加了；降低投资风险；减少亏空；制定更好的决策。以上所有这些GIS带来的好处，都与信息产品带来的收益密切相关。这就是为什么我强调，清楚你要什么样的信息产品，明确它所带来的各项收益。归根结底，你要知道自己要的是什么。
第三，长远及外部利益。GIS不仅能为使用它的机构带来收益，还能有利于其他部门或公众。你的部门使用GIS的成果可能对于另外一个部门来说也是有用的。而别人基于你的工作所作的成果，也是你部门收益和价值的一种体现。
所以我们可以对GIS的优势做些规划。从能够使业务开展的更好、更快、更低廉或更高生产力的角度出发，考虑GIS有哪些优势；对于每一个信息产品，尤其是那些有优势的产品，必须让这个信息产品的拥护者来对其进行描述；能够体现优势的指标必须很明确，而且还要把这些指标用具体的金额与机构内的财政背景联系起来，例如当前的预算情况；这些金额数据必须是由拥护者中的管理层来提供；建议成立一套监测机制来追踪优势指标，即把监测流程融入到相关的预算机制中，并且在预算报告形成之前就进行优势回顾。GIS必将成为组织管理体系中的一部分，各种成功的GIS系统都证明了它为组织带来的各种收益。现在请大家想象一下，如果当你从购买GIS系统时就在思考，用它来做些什么，怎样做，那么最终一定会带来收益，因此你自始至终都在思考。
上周有人问题，GIS今后的发展如何？我的回答是你随处去看看就明白了，这是真的。我按照字母顺序列举了GIS的典型应用。农业、考古、航空、可达性分析、生物学、商业分析、基础制图、动植物保护、犯罪分析、气候变化、矿业应用、国防、物流、人口统计等等太多了。唯一一个我想不到的，是以字母X开头的应用，但除此以外，GIS还有上百种应用。全球有500多万人、30多万个机构、123个国家在使用GIS。
对于我们GIS人来说，你可以在全球的任何国家找到一份与GIS相关的工作，在满足自己兴趣的同时，也在做着对这个国家有利的事。GIS的从业人员正在从事着一份有巨大潜力的职业，我也很荣幸成为其中的一员，非常感谢你们。