地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有時(shí)又稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。位置與地理信息既是LBS的核心，也是LBS的基礎(chǔ)。一個(gè)單純的經(jīng)緯度坐標(biāo)只有置于特定的地理信息中，代表為某個(gè)地點(diǎn)、標(biāo)志、方位后，才會(huì)被用戶認(rèn)識(shí)和理解。用戶在通過(guò)相關(guān)技術(shù)獲取到位置信息之后，還需要了解所處的地理環(huán)境，查詢和分析環(huán)境信息，從而為用戶活動(dòng)提供信息支持與服務(wù)。地理信息系統(tǒng)（GIS，Geographic Information System）是一門綜合性學(xué)科，結(jié)合地理學(xué)與地圖學(xué)以及遙感和計(jì)算機(jī)科學(xué)，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，是用于輸入、存儲(chǔ)、查詢、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，隨著GIS的發(fā)展，也有稱GIS為“地理信息科學(xué)”（Geographic Information Science），近年來(lái)，也有稱GIS為"地理信息服務(wù)"（Geographic Information service）。GIS是一種基于計(jì)算機(jī)的工具，它可以對(duì)空間信息進(jìn)行分析和處理（簡(jiǎn)而言之，是對(duì)地球上存在的現(xiàn)象和發(fā)生的事件進(jìn)行成圖和分析）。 GIS 技術(shù)把地圖這種的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫(kù)操作（例如查詢和統(tǒng)計(jì)分析等）集成在一起。

GIS可以分為以下五部分：

人員，是GIS中最重要的組成部分。開發(fā)人員必須定義GIS中被執(zhí)行的各種任務(wù)，開發(fā)處理程序。 熟練的操作人員通?？梢钥朔礼IS軟件功能的不足，但是相反的情況就不成立。軟件也無(wú)法彌補(bǔ)操作人員對(duì)GIS的一無(wú)所知所帶來(lái)的負(fù)作用。

數(shù)據(jù)，精確的可用的數(shù)據(jù)可以影響到查詢和分析的結(jié)果。

硬件，硬件的性能影響到軟件對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度，使用是否方便及可能的輸出方式。

軟件，不僅包含GIS軟件，還包括各種數(shù)據(jù)庫(kù)，繪圖、統(tǒng)計(jì)、影像處理及其它程序。

地理信息系統(tǒng)的組成過(guò)程，GIS 要求明確定義，一致的方法來(lái)生成正確的可驗(yàn)證的結(jié)果。

GIS屬于信息系統(tǒng)的一類，不同在于它能運(yùn)作和處理地理參照數(shù)據(jù)。地理參照數(shù)據(jù)描述地球表面(包括大氣層和較淺的地表下空間)空間要素的位置和屬性，在GIS中的兩種地理數(shù)據(jù)成分：空間數(shù)據(jù)，與空間要素幾何特性有關(guān)；屬性數(shù)據(jù)，提供空間要素的信息。

地理信息系統(tǒng)（GIS）與定位系統(tǒng)(GPS)、遙感系統(tǒng)(RS)合稱3S系統(tǒng)。

地理信息系統(tǒng)(GIS) 是一種具有信息系統(tǒng)空間專業(yè)形式的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。在嚴(yán)格的意義上, 這是一個(gè)具有集中、存儲(chǔ)、操作、和顯示地理參考信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。例如，根據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的位置對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別。實(shí)習(xí)者通常也認(rèn)為整個(gè)GIS系統(tǒng)包括操作人員以及輸入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)能夠應(yīng)用于科學(xué)調(diào)查、資源管理、財(cái)產(chǎn)管理、發(fā)展規(guī)劃、繪圖和路線規(guī)劃。例如，一個(gè)地理信息系統(tǒng)(GIS)能使應(yīng)急計(jì)劃者在自然災(zāi)害的情況下較易地計(jì)算出應(yīng)急反應(yīng)時(shí)間，或利用GIS系統(tǒng)來(lái)發(fā)現(xiàn)那些需要保護(hù)不受污染的濕地。

地理數(shù)據(jù)和地理信息

信息與數(shù)據(jù)既有區(qū)別，又有聯(lián)系。數(shù)據(jù)是定性、定量描述某一目標(biāo)的原始資料，包括文字、數(shù)字、符號(hào)、語(yǔ)言、圖像、影像等，它具有可識(shí)別性、可存儲(chǔ)性、可擴(kuò)充性、可壓縮性、可傳遞性及可轉(zhuǎn)換性等特點(diǎn)。信息與數(shù)據(jù)是不可分離的，信息來(lái)源于數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是信息的載體。數(shù)據(jù)是客觀對(duì)象的表示，而信息則是數(shù)據(jù)中包含的意義，是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理（運(yùn)算、排序、編碼、分類、增強(qiáng)等）就是為了得到數(shù)據(jù)中包含的信息。數(shù)據(jù)包含原始事實(shí)，信息是數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，是把數(shù)據(jù)處理成有意義的和有用的形式。

地理信息作為一種特殊的信息，它同樣來(lái)源于地理數(shù)據(jù)。地理數(shù)據(jù)是各種地理特征和現(xiàn)象間關(guān)系的符號(hào)化表示，是指表征地理環(huán)境中要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征及其規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像等的總和。地理數(shù)據(jù)主要包括空間位置數(shù)據(jù)、屬性特征數(shù)據(jù)及時(shí)域特征數(shù)據(jù)三個(gè)部分。空間位置數(shù)據(jù)描述地理對(duì)象所在的位置，這種位置既包括地理要素的位置（如大地經(jīng)緯度坐標(biāo)），也包括地理要素間的相對(duì)位置關(guān)系（如空間上的相鄰、包含等）。屬性數(shù)據(jù)有時(shí)又稱非空間數(shù)據(jù)，是描述特定地理要素特征的定性或定量指標(biāo)，如公路的等級(jí)、寬度、起點(diǎn)、終點(diǎn)等。時(shí)域特征數(shù)據(jù)是記錄地理數(shù)據(jù)采集或地理現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)刻或時(shí)段。時(shí)域特征數(shù)據(jù)對(duì)環(huán)境模擬分析非常重要，正受到地理信息系統(tǒng)學(xué)界越來(lái)越多的重視?？臻g位置、屬性及時(shí)域特征構(gòu)成了地理空間分析的三大基本要素。

地理信息是地理數(shù)據(jù)中包含的意義，是關(guān)于地球表面特定位置的信息，是有關(guān)地理實(shí)體的性質(zhì)、特征和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的表征和一切有用的知識(shí)。作為一種特殊的信息，地理信息除具備一般信息的基本特征外，還具有區(qū)域性、空間層次性和動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)。

當(dāng)今社會(huì)，人們非常依賴計(jì)算機(jī)以及計(jì)算機(jī)處理過(guò)的信息。在計(jì)算機(jī)時(shí)代，信息系統(tǒng)部分或全部由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持，因此，計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶是信息系統(tǒng)的四大要素。其中，計(jì)算機(jī)硬件包括各類計(jì)算機(jī)處理及終端設(shè)備；軟件是支持?jǐn)?shù)據(jù)信息的采集、存貯加工、再現(xiàn)和回答用戶問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)；數(shù)據(jù)則是系統(tǒng)分析與處理的對(duì)象，構(gòu)成系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)；用戶是信息系統(tǒng)所服務(wù)的對(duì)象。

從20世紀(jì)中葉開始，人們就開始開發(fā)出許多計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)，這些系統(tǒng)采用各種技術(shù)手段來(lái)處理地理信息，它包括：

○ 數(shù)字化技術(shù)：輸入地理數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字化形式的技術(shù)；

○ 存儲(chǔ)技術(shù)：將這類信息以壓縮的格式存儲(chǔ)在磁盤、光盤、以及其他數(shù)字化存儲(chǔ)介質(zhì)上的技術(shù)；

○ 空間分析技術(shù)：對(duì)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析，完成對(duì)地理數(shù)據(jù)的檢索、查詢，對(duì)地理數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度、面積、體積等的量算，完成位置的選擇或路徑的分析以及其他許多相關(guān)任務(wù)的方法；

○ 環(huán)境預(yù)測(cè)與模擬技術(shù)：在不同的情況下，對(duì)環(huán)境的變化進(jìn)行預(yù)測(cè)模擬的方法；

○ 可視化技術(shù)：用數(shù)字、圖像、表格等形式顯示、表達(dá)地理信息的技術(shù)。

這類系統(tǒng)共同的名字就是地理信息系統(tǒng)（GIS , Geographic Information System），它是用于采集、存儲(chǔ)、處理、分析、檢索和顯示空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。與地圖相比，GIS具備的先天優(yōu)勢(shì)是將數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)的表達(dá)進(jìn)行分離，因此基于相同的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)能夠產(chǎn)生出各種不同的產(chǎn)品。

由于不同的部門和不同的應(yīng)用目的，GIS的定義也有所不同。當(dāng)前對(duì)GIS的定義一般有四種觀點(diǎn)：即面向數(shù)據(jù)處理過(guò)程的定義、面向工具箱的定義、面向?qū)ｎ}應(yīng)用的定義和面向數(shù)據(jù)庫(kù)的定義。Goodchild把GIS定義為“采集、存貯、管理、分析和顯示有關(guān)地理現(xiàn)象信息的綜合技術(shù)系統(tǒng)”。Burrough認(rèn)為“GIS是屬于從現(xiàn)實(shí)世界中采集、存儲(chǔ)、提取、轉(zhuǎn)換和顯示空間數(shù)據(jù)的一組有力的工具”，俄羅斯學(xué)者也把GIS定義為“一種解決各種復(fù)雜的地理相關(guān)問(wèn)題，以及具有內(nèi)部聯(lián)系的工具集合”。面向數(shù)據(jù)庫(kù)是定義則是在工具箱定義的基礎(chǔ)上，更加強(qiáng)調(diào)分析工具和數(shù)據(jù)庫(kù)間的連接，認(rèn)為GIS是空間分析方法和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的結(jié)合。面向?qū)ｎ}應(yīng)用的定義是在面向過(guò)程定義的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)GIS所處理的數(shù)據(jù)類型，如土地利用GIS、交通GIS等；我們認(rèn)為地理信息系統(tǒng)它是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。它和其他計(jì)算系統(tǒng)一樣包括計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶四大要素。只不過(guò)GIS中的所有數(shù)據(jù)都具有地理參照，也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)通過(guò)某個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)與地球表面中的特定位置發(fā)生聯(lián)系。

地理信息系統(tǒng)簡(jiǎn)稱GIS，多數(shù)人認(rèn)為是Geographical Information System（地理信息系統(tǒng)），也有人認(rèn)為是Geo-information System（地學(xué)信息系統(tǒng)）等等。人們對(duì)GIS理解在不斷深入，內(nèi)涵在不斷拓展，“GIS”中，“S”的含義包含四層意思：

一是系統(tǒng)（System），是從技術(shù)層面的角度論述地理信息系統(tǒng)，即面向區(qū)域、資源、環(huán)境等規(guī)劃、管理和分析，是指處理地理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)，但更強(qiáng)調(diào)其對(duì)地理數(shù)據(jù)的管理和分析能力，地理信息系統(tǒng)從技術(shù)層面意味著幫助構(gòu)建一個(gè)地理信息系統(tǒng)工具，如給現(xiàn)有地理信息系統(tǒng)增加新的功能或開發(fā)一個(gè)新的地理信息系統(tǒng)或利用現(xiàn)有地理信息系統(tǒng)工具解決一定的問(wèn)題，如一個(gè)地理信息系統(tǒng)項(xiàng)目可能包括以下幾個(gè)階段：

（1）定義一個(gè)問(wèn)題；

（2）獲取軟件或硬件；

（3）采集與獲取數(shù)據(jù)；

（4）建立數(shù)據(jù)庫(kù)；

（5）實(shí)施分析；

（6）解釋和展示結(jié)果。

這里的地理信息系統(tǒng)技術(shù)（Geographic information technologies）是指收集與處理地理信息的技術(shù)，包括定位系統(tǒng)（GPS）、遙感（Remote Sensing）和GIS。從這個(gè)含義看，GIS包含兩大任務(wù)，一是空間數(shù)據(jù)處理；二是GIS應(yīng)用開發(fā)。

二是科學(xué)（Science），是廣義上的地理信息系統(tǒng)，常稱之為地理信息科學(xué)，是一個(gè)具有理論和技術(shù)的科學(xué)體系，意味著研究存在于GIS和其它地理信息技術(shù)后面的理論與觀念（GIScience）。

三是代表著服務(wù)（Service），隨著遙感等信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的應(yīng)用和普及，地理信息系統(tǒng)已經(jīng)從單純的技術(shù)型和研究型逐步向地理信息服務(wù)層面轉(zhuǎn)移，如導(dǎo)航需要催生了導(dǎo)航GIS的誕生，的搜索引擎Google也增加了Google Earth功能，GIS成為人們?nèi)粘Ｉ钪械囊徊糠?。?dāng)同時(shí)論述GIS技術(shù)、GIS科學(xué)或GIS服務(wù)時(shí)，為避免混淆，一般用GIS表示技術(shù)，GIScience或GISci表示地理信息科學(xué)，GIService或GISer表示地理信息服務(wù)。

四是研究（Studies），即GIS= Geographic Information Studies，研究有關(guān)地理信息技術(shù)引起的社會(huì)問(wèn)題（societal context），如法律問(wèn)題（legal context），私人或機(jī)密主題，地理信息的經(jīng)濟(jì)學(xué)問(wèn)題等。

因此，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System,GIS）是一種專門用于采集、存儲(chǔ)、管理、分析和表達(dá)空間數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)，它既是表達(dá)、模擬現(xiàn)實(shí)空間世界和進(jìn)行空間數(shù)據(jù)處理分析的“工具”，也可看作是人們用于解決空間問(wèn)題的“資源”，同時(shí)還是一門關(guān)于空間信息處理分析的“科學(xué)技術(shù)” [1]   。

特點(diǎn)

公共的地理定位基礎(chǔ)；

具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力；

系統(tǒng)以分析模型驅(qū)動(dòng)，具有的空間綜合分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)能力，并能產(chǎn)生高層次的地理信息；

以地理研究和地理決策為目的，是一個(gè)人機(jī)交互式的空間決策支持系統(tǒng)。

分類

按功能

專題地理信息系統(tǒng)(Thematic GIS)

區(qū)域地理信息系統(tǒng)(Regional GIS)

地理信息系統(tǒng)工具(GIS Tools)

按內(nèi)容

城市信息系統(tǒng)

自然資源查詢信息系統(tǒng)

規(guī)劃與評(píng)估信息系統(tǒng)

土地管理信息系統(tǒng)等

GIS中使用的技術(shù)

建模系統(tǒng)

數(shù)據(jù)建模

將濕地地圖與在機(jī)場(chǎng)、電視臺(tái)和學(xué)校等不同地方記錄的降雨量關(guān)聯(lián)起來(lái)是很困難的。然而，GIS能夠描述地表、地下和大氣的二維三維特征。

例如，GIS能夠?qū)⒎从辰涤炅康挠炅烤€迅速制圖。

這樣的圖稱為雨量線圖。通過(guò)有限數(shù)量的點(diǎn)的量測(cè)可以估計(jì)出整個(gè)地表的特征，這樣的方法已經(jīng)很成熟。 一張二維雨量線圖可以和GIS中相同區(qū)域的其它圖層進(jìn)行疊加分析。

拓?fù)浣?/p>

在過(guò)去的35年，在濕地邊上是否有任何加油站或工廠經(jīng)營(yíng)過(guò)？是否任何滿足在2英里內(nèi)且高出濕地的條件的這類設(shè)施？GIS可以識(shí)別并分析這種在數(shù)字化空間數(shù)據(jù)中的這種空間關(guān)系。這些拓?fù)潢P(guān)系允許進(jìn)行復(fù)雜的空間建模和分析。地理實(shí)體間的拓?fù)潢P(guān)系包括連接（什么和什么相連）、包含（什么在什么之中）、還有鄰近（兩者之間的遠(yuǎn)近）。

網(wǎng)絡(luò)建模

如果所有在濕地附近的工廠同時(shí)向河中排放化學(xué)物質(zhì)，那么可以通過(guò)GIS模擬出足以破壞環(huán)境的污染物數(shù)量 [1]   。GIS能模擬出污染物沿線性網(wǎng)絡(luò)(河流)的擴(kuò)散的路徑。諸如坡度、速度限值、管道直徑之類的數(shù)值可以納入這個(gè)模型使得模擬得更精確。網(wǎng)絡(luò)建模通常用于交通規(guī)劃、水文建模和地下管網(wǎng)建模。

GIS

地理信息只是一堆數(shù)記錄，需要有合適的軟件去把它表示出來(lái)；與此同時(shí)，地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，亦有賴合適軟件的幫助，把地理數(shù)據(jù)信息化?，F(xiàn)時(shí)在工商界方面的市場(chǎng)普遍被兩大地理資訊系統(tǒng)ESRI及Mapinfo所壟斷，但他們亦能夠提供一套整全的地理資訊系統(tǒng)，以供客戶使用。政府及機(jī)構(gòu)往往用到特別打造的軟件，例如開源的GRASS或其他專門的系統(tǒng)，以配合他們的特殊需要。雖然現(xiàn)時(shí)有不少自由的閱覽GIS資料的工具，一般大眾可以輕易取得的地理信息，還得依靠Google Earth或微軟的Virtual Earth之類的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)所提供的資料更往往偏重地域中心，例如：你可以清楚找到一個(gè)位于美國(guó)偏遠(yuǎn)小鎮(zhèn)的停車位，但卻不能看得清楚一條位于首爾江南區(qū)的大街。

互聯(lián)網(wǎng)連結(jié)編程界面

在互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)普及的今天，不少地理資訊系統(tǒng)都提供編程界面，讓用戶通過(guò)這些界面及其系統(tǒng)建立各自的地理資訊信息頁(yè)面。這些編程界面，有利用VBA或JavaScript的。讓用戶很容易就可以提供衛(wèi)星圖片或地圖的連結(jié)頁(yè)面，甚至加上行車路線或地理位置等信息。

移動(dòng)GIS

通過(guò)與流動(dòng)裝置的結(jié)合，地理資訊系統(tǒng)可以為用戶提供即時(shí)的地理信息。一般汽車上的導(dǎo)航裝置都是結(jié)合了衛(wèi)星定位設(shè)備(GPS)和地理資訊系統(tǒng) (GIS)的復(fù)合系統(tǒng)；在香港曾經(jīng)很流行的地圖王，則是一套可以安裝在PDA或手提電話上的即時(shí)地圖系統(tǒng)。

汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是地理資訊系統(tǒng)的一個(gè)特例，它除了一般的地理資訊系統(tǒng)的內(nèi)容以外，還包括了各條道路的行車及相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)利用矢量表示行車的路線、方向、路段等信息，又利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母拍顏?lái)決定行走路線。地理數(shù)據(jù)文件(GDF)是為導(dǎo)航系統(tǒng)描述地圖數(shù)據(jù)的ISO標(biāo)準(zhǔn)。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)組合了地圖匹配、GPS定位和來(lái)計(jì)算車輛的位置。地圖資源數(shù)據(jù)庫(kù)也用于航跡規(guī)劃、導(dǎo)航，并可能還有主動(dòng)安全系統(tǒng)、輔助駕駛及位置定位服務(wù)(Location Based Services, LBS)等高級(jí)功能。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用了地圖資源數(shù)據(jù)庫(kù)管理。

RTK

移動(dòng)定位系統(tǒng)，精確定位誤差厘米級(jí)。