Paikkatietojärjestelmä

Paikkatietojärjestelmän avulla voidaan tuottaa, tallentaa, hallita, analysoida ja/tai esittää paikkatietoa. Paikkatietojärjestelmä koostuu laitteistoista, ohjelmistoista, paikkatietoaineistoista, käyttäjistä ja käytänteistä.
"Paikkatietojärjestelmä" on suomenkielinen käännös englanninkieliselle termille GIS ("geographic information system").
Paikkatietojärjestelmät voidaan jakaa käyttötarkoituksen perusteella tapahtuma- ja tiedonhallintapainotteisiin tietojärjestelmiin sekä analyysipainotteisiin päätöksenteon tukijärjestelmiin.
Paikkatietojärjestelmään voi kuulua
Paikkatietojärjestelmän ja paikkatieto-ohjelmiston välinen ero ei ole aina selvä. Järjestelmä on kuitenkin isompi kokonaisuus ja sisältää yleensä erilaisia käyttäjiä ja se koostuu useasta tietokoneohjelmasta. Järjestelmä on usein myös tiettyyn organisaatioon sen tarpeiden mukaan rakennettu ja siihen on tallennettu kyseisen organisaation käsittelemiä tietoja. Paikkatieto-ohjelmisto on nimensä mukaisesti vain ohjelmisto eli yhden tai useamman tietokoneohjelman muodostama kokonaisuus. Paikkatieto-ohjelmistoja myydään tai jaetaan muilla tavoin, ja tällaiset ohjelmistot ovat yleensä geneerisiä eli suunniteltu yleispäteviksi. Paikkatieto-ohjelmistojen pohjalle voidaan yleensä rakentaa paikkatietojärjestelmä tai paikkatietosovellus. Paikkatietosovellus käsittelee jotain tiettyä paikkatietoa tietyillä menetelmillä ja jolla on kyseiseen tarkoitukseen suunniteltu käyttöliittymä.
Paikkatietojärjestelmien suunnittelua, toteuttamista ja käyttöä tutkii geoinformatiikka.
Paikkatiedon tuottaminen paikkatietojärjestelmällä.
Paikkatiedon tuottamiseen liittyy geometriatiedon ja ominaisuustietojen tuottaminen.
Vanhoja karttoja voidaan siirtää tietokoneelle kuvanlukijalla eli skannerilla ja saada siten aikaan rasteriaineistoja.
Rasteriaineisto on skannauksen tai muun tuotantotavan jälkeen mahdollisesti oikaistava eli korjattava sen geometriset virheet ja kiinnitettävä maantieteelliseen tai karttakoordinaatistojärjestelmään, jotta sitä voidaan hyödyntää paikkatietojärjestelmässä. Koordinaatistoon kiinnittäminen tapahtuu yleensä etsimällä kuvasta referenssipisteitä, joiden koordinaatit tunnetaan. Kun pisteitä on riittävästi, muodostetaan matemaattinen yhteys (estimoidaan jonkin yhteyttä kuvaavan mallin parametrit) kuvakoordinaattien ja karttakoordinaattien välille. Mallin avulla kuvaa muokataan, sitä esimerkiksi kierretään niin, että pohjoinen on ylös, ja sille luodaan koordinaattireferenssitieto.
Uutta tietoa kerättäessä voidaan käyttää hyväksi GPS-tekniikkaa. Tällöin kerätään maastosta GPS-laitteen avulla koordinaattipisteitä, jotka siirretään paikkatietojärjestelmään pisteinä tai murtoviivoina. Järjestelmässä niistä muodostetaan uutta paikkatietoa järjestämällä niitä ja liittämällä niihin ominaisuustietoa. Tällä tavoin voidaan koota hyvinkin suuria paikkatietoaineistoja, hyvä esimerkki on OpenStreetMap.
Paikkatietoa voidaan tuottaa myös digitointipöydän ja sen ohjelmiston avulla.
Paikkatiedon tallentaminen paikkatietojärjestelmässä.
Paikkatieto on teknisesti käytännössä joko ns. rasterimuodossa tai vektorimuodossa. Rasteriaineisto muistuttaa rasterikuvaa mutta pikseleihin liittyvät luvut voivat olla myös reaalilukuja, aineistossa voi olla useita kerroksia ja aineisto on sidottu johonkin maantieteelliseen tai karttakoordinaatistoon. Rasteriaineiston kerrokset, jos sellaisia on, liittyvät yleensä kaukokartoitussatelliittien kuviin, joissa eri aallonpituusalueilla toimivat sensorit tuottavat aina samasta kohdasta useita havaintoja. Rasterikuvissa kerrokset yleensä liittyvät väriarvoihin, esimerkiksi yksi kerros on punaisen värin arvo, toinen vihreän ja kolmas sinisen. Vektorimuodossa oleva aineisto muodostuu kohteista, jotka edelleen muodostuvat kohteen geometriatiedoista ja ominaisuustiedoista. Geometriatiedot tarkoittavat koordinaattipisteitä ja tietoa geometrian muodosta (piste, murtoviiva, polygoni tai näiden joukko).
Rasteriaineisto saattaa olla jopa yksi ainoa tiedosto, mutta usein siihen liittyy useita tiedostoja. Rasteriaineistossa varsinainen datatiedosto (pikselitiedot) voi olla hyvinkin suuri. Rasteriaineistokin voi olla tallennettu tietokantaan mutta yleensä se on tiedostoja tiedostojärjestelmässä.
Vektoriaineisto on useimmiten useita toisiinsa liittyviä tiedostoja tai sitten aineisto on tallennettu tietokantaan.
Paikkatietoaineistoa voi tallentaa tavalliseen tietokantaan, mutta yleensä on järkevää käyttää tietokantajärjestelmän paikkatietolaajennusta, jos käytetylle tietokantajärjestelmälle on tehty sellainen. Tietokannan paikkatietolaajennus määrittelee yleensä oman tietotyypin geometriatiedolle ja operaatioita näille. Standardin aseman on saavuttanut Open Geospatial Consortiumin yksinkertaisten kohteiden malli relaatiotietokannoille.
Paikkatietoanalyysit paikkatietojärjestelmissä.
Paikkatietoanalyyseihin kuuluu iso joukko taustaltaan hieman erilaisia menetelmiä. Tärkeimpiä taustatieteitä ovat (spatiaalinen) tilastotiede, laskennallinen geometria ja graafien teoria. Analyysit on toteutettu paikkatietojärjestelmissä aliohjelmina, ohjelmien lisämoduuleina, erillisinä ohjelmina, osana paikkatietokantaa tai esimerkiksi verkkopalveluina, ja ne on yleensä toteutettu joko rasteriaineistoille tai vektoriaineistoille, s.o. kyseinen analyysi vaatii aineiston joko rasteri- tai vektoriaineistona.
Epäsuoran sijaintitiedon muuttamista suoraksi (koordinaatteihin perustuvaksi) sijaintitiedoksi kutsutaan geokoodaukseksi.
Tietoa voidaan myös yhdistää ja siten saada uutta ominaisuustietoa, esimerkiksi jos kunnan väkiluvun jakaa kunnan pinta-alalla neliökilometreinä, saadaan uusi tieto, joka kertoo kuinka monta asukasta on neliökilometrillä.
Paikkatietojen esittäminen paikkatietojärjestelmissä.
Perinteinen tapa esittää paikkatietoa on kartta. Kartta on paikkatiedosta muodostettu kuva. Paikkatietojärjestelmä voi tuottaa kartan näytölle, kuvatiedostoon tai tulostimelle.
Paikkatietojärjestelmissä kartta tai muu geospatiaalinen visualisointi muodostetaan paikkatietoaineistoista piirtämällä ne päällekkäin (kerroksittain). Alimmaksi, taustalle, voidaan esimerkiksi laittaa ilmakuvarasteri ja piirtää sen päälle vaikka tiesuunnitelma, joka on järjestelmän tietokannassa vektoriaineistona. Paikkatietojärjestelmän käyttäjä pystyy yleensä määrittelemään hyvinkin tarkkaan miten mikin kerros piirretään. Kerrokseen kokonaisuutena liittyy sen läpinäkyvyys, lisäksi tapaa millä kukin kerroksen kohde tai kohdetyyppi piirretään voidaan yleensä säätää.
Kohteeseen (myös rasterin pikseli voidaan ymmärtää tässä mielessä yhdeksi kohteeksi) liittyy geometriatieto ja ominaisuustieto. Kohdetta piirrettäessä järjestelmä noudattaa sille annettuja ohjeita, jotka voivat liittyä siihen miten geometria piirretään tai ollaan piirtämättä tai siihen piirretäänkö esimerkiksi ominaisuustietona oleva teksti geometrian sijasta tai lisäksi. Jos geometria on piste, voidaan piirtää esimerkiksi jokin symboli, jonka tyyppi, väri, koko jne. päätellään kohteen ominaisuustiedoista. Jos geometria on murtoviiva, voidaan ko. viiva piirtää esimerkiksi kahtena ohuena mustana viivana, joiden väli värjätään punaiseksi. Edelleen väri, viivan paksuus tms. voi riippua ominaisuustiedosta.
Geospatiaalinen visualisointi on visualisoinnin yksi alalaji, jota voidaan käyttää muun muassa viestinnässä ja tutkimuksessa.