地理信息系统（Geographic Information Systems）是在计算机软硬件支持下，以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据，并且回答用户问题等为主要任务的计算机系统。[3]简言之，GIS就是用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统。[4]
地理信息系统（GIS）主要由四个部分构成，即：计算机硬件系统、计算机软件系统（包括计算机系统软件、GIS软件和应用分析软件）、地理空间数据和系统开发、管理和使用人员。其中，计算机软件系统包括计算机系统软件、GIS软件和应用分析软件三个部分；GIS软件又包含五类基本模块：数据输入和校验、数据存储和管理、数据变换、数据显示和输出、用户接口。地理空间数据是地理信息系统（GIS）的操作对象，是指以地理表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据，主要包括数字、文字、图形、图像和表格等。[5]
地理信息系统（GIS）包含以下5项基本功能：数据采集与输入、数据编辑与更新，数据存储与管理、空间查询与分析、数据显示与输出。[6]也有学者认为有6项基本功能，即：数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理和变换、空间分析和统计、产品制作与显示、二次开发与编程。[7]不过，综合看来，空间分析（亦包括对空间数据的查询、统计和空间模型等的分析）始终是地理信息系统（GIS）的核心和最重要的功能。
2．地理信息系统（GIS）产生和发展的历史
地理信息系统（GIS）作为一门边缘学科，是传统科学和现代技术相结合的产物，体现出多学科基础理论融合的特征，这些学科主要包括地理学、地图学、测量学、数学、统计学、计算机科学以及一切与获取、处理和分析空间数据有关的学科和技术。从20世纪60年开始，GIS兴起并逐步发展至今，大致分为五个阶段，即：开拓期（60年代）、巩固发展期（70年代）、大发展时期（80年代）、用户时代（90年代）、开放交互的网络化时代（21世纪初至今）。
1963年，加拿大测量学家P．F．Tomlinson首次提出了“地理信息系统”这一术语，并建立了世界上第一个实用的地理信息系统——加拿大地理信息系统（CGIS），主要用于自然资源的管理和规划。接着，出现了一些基于栅格系统的软件包，比如SYMAP、MANS、GRID、MLMIS系统软件等，着重空间数据的地学处理，体现出GIS的机助制图色彩。同时，在这一时期，很多运用地理信息系统（GIS）的组织和机构纷纷建立，比如1966年美国成立的城市和区域信息系统协会（URISA），1968年国际地理联合会（IGU）成立的地理数据收集委员会（CGDSP），1969年美国又成立州信息系统全国协会（NASIS），这些组织和机构的先后建立为传播和发展地理信息系统（GIS）的知识技术起了重要的指导作用。
随着资源开发利用和环境保护等问题而产生急切的技术需要、数据处理速度加快和内存容量增大等技术的进步，以及专业化人才的不断增加，都促使了地理信息系统（GIS）的迅速发展。处理空间数据的许多软件系统也逐渐建立了统一和完善的标准，以有利于空间地理信息的管理。在这一阶段中，地理信息系统受到了政府、学校和商业公司的普遍重视。美国、加拿大、英国、德国、瑞典和日本等国政府对地理信息系统的研究均投入了大量的人力、物力、财力，研究不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统。许多大学培养了这方面的人才，创建了地理信息系统实验室（比如纽约州立大学布法罗校区创建的GIS实验室），关于地理信息系统的学术讨论也多次召开（比如在联邦德国的达姆斯塔特工业大学召开的第一次讨论会）。一些商业化公司也开始从事地理信息系统的工作，比如美国环境系统研究所（ERSI）在1969年建立。
20世纪80年代，随着新一代计算机的迅速发展和普及应用，以及许多地理信息系统的基础软件（比如ARC／INFO、GENAMAP等）的出现，使得该系统走向大发展时期。这一时期，商业化的实用地理信息系统软件陆续进入市场，使得地理信息系统更加注重于空间决策支持分析，并在资源管理、环境规划、商业服务等领域得到广泛应用。同时，许多国家制定了本国地理信息系统的发展规划，启动了若干科研项目，建立了一些政府性、学术性机构。我国于1985年成立了资源与环境信息系统国家重点实验室，美国于1987年成立国家地理信息与分析中心（NCGIA），英国于同年成立地理信息协会。
20世纪90年代，计算机的软硬件均得到飞速发展，网络开始进入千家万户，地理信息系统逐渐地成为人们生产、生活和学习中必不可少的一种重要工具，其应用范围也不断扩大与深化。在此时期中，地理信息系统已逐渐成为许多机构必备的工作系统，政府决策部门也在一定程度上受地理信息系统影响，改变了现有机构的运行方式和设置；社会对地理信息系统的认识普遍提高，需求大幅度增加。比如美国将地理信息系统列入“信息高速公路”计划中，前副总统戈尔提出的“数字地球”战略也包括地理信息系统；我国的“21世纪议程”和“三金工程”（金桥、金关、金卡）中也包含地理信息系统的建设。
从21世纪初至今这一段时期，地理信息系统开始逐渐沿着集成化、产业化和开放交互的网络化方向发展。首先，地理信息系统已经成为一门综合性的信息技术。它不但与全球定位系统（GPS）、遥感（RS）相结合，构成3S集成系统，而且与计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD）、多媒体、通信、因特网、办公自动化、虚拟现实等技术相结合，其自身系统功能和支持功能在不断完善，从而为数字地球的建设和广泛应用提供了可靠的技术保证。其次，地理信息系统产业化的发展势头愈来愈强劲。这种发展势头已经受到各国的普遍关注。这一新兴产业市场前景广阔，产值以千亿计算，而且增量惊人；特别是地理信息系统软件产品的开发，从功能处理模块到组件式地理信息系统（ComGIS）和网络式地理信息系统（WebGIS），成为中外众多商业公司开发和竞争的方向。第三，传统的地理信息系统的封闭性导致的信息无法共享和交流，对其新的发展形成严重的障碍，同时互联网的兴起和广泛应用对该系统也提出社会化、大众化的客观需求。基于这两方面因素的相互影响，地理信息系统迅速地走向了开放交互式的发展道路，在互联网的基础上形成的网络式地理信息系统，催化了一个开放、交互且网络化的新的平台（比如Cloud GIS）蓬勃兴起，极大地拓展了地理信息系统的功能，也使其愈来愈社会化、大众化、智能化，对地理信息系统发展具有极其广阔深远的影响。特别是网络式地理信息系统中的移动系统（Mobile GIS）的设置，更是给大众的智能化生活带来越来越多的便利。当然，从可视化的角度来看，正因为有了上述新平台，由虚拟现实技术（Virtual Reality）和地理信息系统相结合而发展出的三维立体图像（three-dimensional）与四维立体图像（four-dimensional）地理信息系统也成为这一时期一个充满发展潜力的分支，而且其应用范围也正在稳步扩大。正因为地理信息系统在这一时期的发展，包括理论研究的丰富和技术实践的深厚，使其不再被看成是一门技术，而是已逐渐被发展和确认为一门科学，即地理信息科学或GIS（Geographic Information Science）。
在我国，地理信息系统的发展状况大致可以分为四个发展阶段。第一阶段，从1978年到1980年为准备阶段，主要进行舆论准备，正式提出倡议，开始组建队伍、组织个别实验研究。第二阶段，从1980年到1985年为起步阶段。这一阶段主要是对地理信息系统进行理论探索和区域性实验研究，并在此基础上制定国家地理信息系统规范。从1984年开始，国家测绘局测绘科学研究所着手组建中国国土基础信息系统；1985国家资源与环境信息系统实验室成立。第三阶段，从1985年到1995年为发展阶段。GIS研究作为政府行为被列入国家攻关计划，并开始展开有计划、有组织、有目标的科学研究。如“七五”国家攻关项目“三北防护林遥感调查”“黄土高原遥感调查”等都开展了地理信息系统在资源管理方面的研究。“八五”期间国家攻关项目包括“重大自然灾害监测与评估系统”“重点产粮区主要农作物估产”“国家基础地理信息系统建设”。第四阶段，1995年至今为我国地理信息系统产业化、社会化和大众化的发展阶段。地理信息系统产业在北京、上海和武汉等地兴起并稳健和强劲地发展，许多相关国产软件纷纷占领市场，同时国家也从政策规划和具体措施方面鼓励和扶植这一产值惊人的新兴产业，使得大众的工作、生活与地理信息系统的广泛应用之间的联系愈来愈紧密。(www.xing528.com)
3．地理信息系统的应用领域
地理信息系统的应用领域非常广泛，具体表现在资源管理、国土检测、环境保护、生物保护、城乡规划、城市管理、宏微观决策、精细农业、虚拟外交（边界谈判）、作战指挥、教育科研、商业活动等许多方面。从行业服务分类来看，涉及国土、地质矿产、水利地灾、气象、农林、电力、测绘、市政（包括园林绿化）、公共安全、通信、广电、邮政、财税、统计、房地产、环保、教育、军事、外交等方面。特别是从教育科研来看，地理信息系统的应用已经从自然科学研究（比如地理科学等）向人文社会科学（比如文化地理学、民俗学等）快速扩张。
在资源管理方面，有关资源的清查、管理和分析是地理信息系统应用最广泛的领域，也是目前趋于成熟的主要应用领域，具体包括森林和矿产资源的管理、野生动植物的保护、土地资源潜力的评价和土地利用规划，以及水资源的时空特征研究等。将地理信息系统的方法和多时相的遥感数据相结合，可以有效地用于森林火灾的预测预报（比如大兴安岭地区）、洪水的灾情监测和淹没损伤估算（比如黄河三角洲地区），土地利用动态变化分析等领域。土地利用动态变化分析是以土地调查情况为基础的。土地调查包括土地的登记、统计、使用和评价，而土地调查的数据涉及土地的位置、名称、面积、类型、等级、权属、质量、地价、税收等要素。利用地理信息系统强大的数据管理和分析功能，就可以高效地掌握土地利用的现状，为土地利用动态分析提供极其重要的依据。
在环境保护方面，随着经济的飞速发展，带来大量的环境污染、环境质量下降等问题，而环境保护的管理却相当落后，这严重制约了经济可持续发展。借助于地理信息系统，建立覆盖全国的环境管理信息系统，可以大大提高环境保护管理效率和力度，为经济建设健康持续发展创造绿色的生态环境。
在城乡规划方面，城乡规划具有高度的综合性，牵涉资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等要素，利用地理信息系统强大的数据处理与分析功能，可以为规划的科学化提供重要的保证。
在城市管理方面，利用地理信息系统，可以为城市管网的规划和建设的管理提供强有力的工具。再比如交通系统管理、社区管理、城区治安管理（包括预防和打击罪犯）、天气预报等，装备地理信息系统可以使其智能化水平得到很大的提升。现在许多省市，依靠和广泛应用该系统于市政管理，积极建设“智慧城市”，对市民日常生活朝安全便利化方向发展产生了广泛而深刻的影响。
在作战指挥方面，利用3S集成系统（GPS、GIS、RS）可以为军事决策提供全天候的实时信息服务，使战略部署、兵力快速集结和打击目标的动态定位提供强有力的保障。比如美国之所以能在海湾战争中成功地对伊拉克萨达姆政府武装进行精准的军事打击，与其借助地理信息系统的强大功能有密切关系。
在宏观决策方面，利用地理信息系统自身所形成的丰富的数据库，通过一系列决策模型的构建和比较分析，可以为国家或地方的宏观决策提供多方面的依据。比如通过该系统，对三峡水库建设前后环境的变化及趋势进行模型分析，为三峡水电工程的宏观决策提供科学依据。
在商业决策方面，可以利用地理信息系统拥有的数据库系统和互联网传输技术，通过对与商业活动有关的大量地理数据进行空间可视化分析，为企业寻找商机提供最佳决策支持系统和威力强大的商战武器。
在人文科学研究方面，运用地理信息系统对相关内容进行研究也愈来愈成为一种新趋势。比如文化地理学中的物质文化景观和非物质文化景观的研究等。较为具体的案例有关于历史文化遗址的空间分布研究、传统聚落的景观模式研究、蔚县剪纸空间分布（特别是传承人的时空分布）研究、三官信仰地域分布研究[8]、手工纺织技艺、木版年画、少数民族音乐、书法地理的地域空间研究、三大史诗（《江格尔》《格萨尔王传》《玛纳斯》）、民间体育项目的地域分布研究等。以上这些研究成果，都是地理信息系统的方法在人文科学研究方面的具体例证。
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