地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS，又名地学信息系统）是一种以计算机软硬件系统为基础支持，将计算机技术与地理信息技术相结合的空间信息系统。它是现代科学技术发展的产物，是一门包括地理学、测绘学、计算机和数学等多门学科的综合性技术。在各学科理论及技术的支持下，地理信息系统能够高效实现地球表面（包括大气层）空间中和地理分布有关的数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述等功能，在地理研究中起到了重要的作用。

1963年，加拿大测量学家Roger Tomlison首次提出了“Geographic Information System”这一术语后，众多学者和工程师不断对其进行深入研究和开拓创新，GIS逐步成为一项重要的信息系统。20世纪60年代以来，地理信息系统取得了较大的发展成效。实现了空间数据的地学处理、空间地理信息的管理、空间决策支持分析等功能发展，并作为必备工作系统进入用户时代，成为现代社会最基本的服务系统。

随着科学技术的不断进步，地理信息系统逐步突破在土地利用规划、自然资源管理和环境保护等传统应用领域，开始融入智慧城市建设治理、疾病预防控制及校园安全防卫等场景中。

地理信息系统（GIS）是指依托于计算机硬件，结合软件开发系统，以地理概念空间为收集范围，汇总、整合一定时间内的海量地理数据，并依此进行决策的一种重要地理研究工具，也是一项重要的技术手段。该系统通过将地理信息与计算机数据库存储的该位置相关信息结合，实现综合性分析空间数据信息功能，帮助人们更加高效地处理空间数据，获取实效信息。借助GIS，不仅能够获取到某一点精准的地理位置，还能够模拟出该点附近地区的道路长度、湖泊面积、城市建筑等信息，并且通过三维可视化等技术将其绘制成图，实现空间信息的直观展示。

GIS的重要进步是其采用的数据分层技术，即按照数据存储要求和数据使用要求，把具有一定逻辑联系的一组地理特征按其属性分成不同的组，使之成为一个图层的分层原则和分层结果。通过分层，某点的相关全部空间信息将会被筛选划归为不同层级类型的数据，不同身份的用户可根据需求进行设置，地理信息系统将根据要求添加相关层级的数据信息，达到精准服务。其以地理研究和地理决策为目的，是人机交互式的空间决策支持系统。

地理信息系统是依托计算机软件开发及硬件支持，与地理信息技术相结合，具有着诸多与传统地学信息系统不同的特点。

以计算机系统为支撑：地理信息系统建立在计算机系统架构之上，该系统由若干相互关联的子系统构成，包括数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等。随着计算机网络技术的发展和信息共享的需求，地理信息系统逐渐向网络地理信息系统发展。

以地理空间数据为操作对象：地理信息系统的主要数据来源是地理空间数据，这类数据依据地理坐标进行编码，实现对其定位、定性和定量描述，具有分布性，能够帮助实现空间数据的空间位置、属性和时态三种基本特征的统一。

以地理模型为分析方法：

以地理相关应用为目的：地理信息系统通过计算机软硬件系统对三维空间数据的收集、存储、分析及相关处理，将客观世界所包含的信息按照用户希望的方式抽象为具体的专业化地理模型，方便用户通过该模型实现其对客观世界中某一地区、现象或自然过程的目的性观测；另外，帮助其在取得自然过程的分析和预测信息后，辅助用户对问题或现象做出正确判断和相关决策。

具有分布特性：地理信息本身的分布性决定了地理数据的获取、存储和管理、地理分析应用具有地域上的针对性；计算机系统的分布性决定了地理信息系统具有分布式框架地理信息系统也具有分布特性。因此，地理信息系统也具有分布特性。

地理信息系统源起于“机助地图制图系统”（计算机aided cartography，CAC），最早可以上溯到18世纪中期地图学发展中第一张精确的基础地图的绘制。P.Parent 等学者也认为“1838年出现的爱尔兰铁路专员的报告附图集可能是最早的地理信息系统”。

1955年，底特律市区（位于美国密歇根州）进行的一项未来交通规划研究中，研究组把底特律分成0.4km见方的坐标格网，然后调查每个网格中的交通流，进而运用统计分析预测未来的交通容量。这一研究中用到的全新方法为地理信息系统的出现提供了思路。社会经济和交通运输的需要刺激更多城市开展类似的研究，1959年芝加哥的一项相关研究中，大规模使用了电子计算机进行了城市分割操作，最早的电子地理信息系统初具模型，同时也决定了地理信息系统的决策工具属性。

1962年，美国华盛顿大学民用工程系的E.Horwoob领导研究小组开发出一个名为ROMTRAM的系统，该系统将计算机统计制图技术与住房和城市发展部门相结合，功能定位是评价城市更新的目标。该项目的实践开启了地理数据处理研究的相关发展。同年，加拿大土地调查部门的测量学家Roger Tomlison开发了世界最早的地理信息系统，但当时GIS这一专业名词还未被正式提出。

19世纪60年代，地理信息系统经历了开拓创新时期。

1963年，Roger Tomlison首次提出了“Geographic Information System（GIS）”这一术语，地理信息系统（GIS）概念正式问世；加拿大于1965年以CGIS（Canada Geographic Information System）命名了世界上首个地理信息系统。CGIS以一种容易理解的数据格式存储了整个加拿大的数字化地图资料和土地基本属性，同时还设计了检索功能；此外，该系统还可以进行属性重新分类、改变比例尺、结合和形成新多边形等操作。

而后，研究人员及学者们以空间数据的地学处理为重要目标对地理信息系统进行了接续开创。许多大学研制出基于栅格系统的软件包，如哈佛大学开创的SYMAP、马里兰大学建立的MANS等。初期地理信息系统发展的动力来自于诸多方面，如学术探讨、新技术的应用、大量空间数据处理的生产需求等。该时期专家兴趣以及政府的推动对地理信息系统的发展起着积极引导作用，但大多数研究开创工作局限于政府和大学内部，也很少有国际间的交流与合作。

20世纪70年代，世界各地开始对地理信息系统的全面研究。

各国政府为解决资源开发利用及环境保护等棘手问题，需要一种能有效地分析、处理空间信息的技术、方法与系统，加大了对地理信息系统研究开发的资金投入。计算机技术的发展使快速数据处理成为可能，同时计算机硬件价格的下降，也使企业、高校及科研机构等能够配置相应计算机系统进行研发工作。另外，各国开始重视人才培养。许多大学开始提供地理信息系统培训，部分商业性咨询服务公司也开始从事地理信息系统工作，如美国环境系统研究所（美国环境系统研究所公司）。

该时期GIS的发展中政府影响更进一步，不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统开始在全球范围内出现。美国森林调查局发展了全国林业统一使用的资源信息显示系统RIDS；国土地理院从1974年开始建立数字国土信息系统，为国家和地区土地规划服务；瑞典在中央、区域和市三级上建立了斯德哥尔摩地理信息系统等多个信息系统。这些系统的研发都注重空间地理信息的管理，但系统的应用与开发多限于某个机构。同时，许多学者开始聚焦于遥感（remote sensing，指非接触的，远距离的探测技术）数据在地理信息系统中的应用可能。

20世纪80年代，以空间决策支持分析为目标，地理信息系统经历了扩大发展时期。该时期GIS的应用领域迅速扩大，从资源管理、环境规划到应急反应，从商业服务区域划分到政治选举分区，涉及到了许多的学科与领域，如古人类学、景观生态规划、森林管理、土木工程以及计算机科学等。

许多国家纷纷制定本国的地理信息发展规划，并以此为指引启动科研项目，建立更具专业性的政府、学术机构。如中国于1985年成立了资源与环境信息系统国家重点实验室；1987年，美国成立了国家地理信息与分析中心（NCGIA）；1987年，英国成立了地理信息协会。同时，商业性的咨询公司，软件制造商大量涌现，并提供系列专业性服务。这一时期地理信息系统发展最显著的特点是商业化实用系统进入市场。

20世纪90年代，地理信息系统已成为政府、企业等许多机构必备的工作系统，同时社会对地理信息系统的认识普遍提高，需求大幅度增加，GIS的发展开始注重用户垂直化、精准化相关服务。

1992年，美国迈克尔·杰克逊 Goodchild为解答包括“Where？What？When？ How change？ How many？ Spatial Relation？”的WWW-HHSR问题提出了“Geographic Information Science”；1993年，Steve Putz第一次在Internet上基于扩展的HTTP服务 器发布简单的地图服务，揭开了“Geographic Information Service（GIS）”的序幕。

自进入20世纪90年代后，互联网的发展使世界联系愈加紧密，不同国家在GIS发展方面开始重视国际合作。全球性的地理信息系统已成为公众最关心和关注的问题，各国开始提出相关政策和提案。如美国政府决定将地理信息系统列入“信息高速公路”计划；在中国，GIS也逐渐出现产业萌芽，虽起步较晚但发展迅速，如中地数码于1991年推出中国第一套彩色地图编辑出版系统MapCAD，开创了中国计算机制图新纪元；此外，美国副总统戈尔提出的“数字地球”战略、中国的“21世纪议程”和“三金工程”中也包括了地理信息系统相关问题。这些发展使得地理信息系统走向产业化和社会化，并且逐步成为现代社会最基本的服务系统。

21世纪初期，GIS全面进入空间信息网格（Spatial Information Grid，SIG）与云计算时代。随着GIS技术更加广泛和深入的应用，地理空间信息分布式存取、共享与交换、互操作、系统集成等在网络环境下的实现成为GIS的新发展方向。空间信息网格是一种汇集和共享地理分布海量空间信息资源，对其进行一体化组织与处理，从而具有按需服务能力的空间信息基础设施；云计算是网格的延伸。

在云计算等新技术的支持下，GIS系统开始具有海量空间数据处理能力，能够存储、访问和管理从TP到PB量级的海量数据；同时可对数据进行效的分析和处理，并且提供可视化、多媒体的空间信息服务，以及高速度、高效率、实时、及时的计算与信号处理功能；此外，还能实现应用层面的互连互通和各种异构资源共享，从而提高空间资源利用率。另外，新兴GIS系统还提供了集成现有系统功能，可以使GIS保持更高的延续性、继承性，保护用户投资；异地协同工作功能为远程访问提供了稳定的数据与服务。

一个完整的地理信息系统的组成主要包括计算机硬件系统、计算机软件系统与应用模型、地理空间数据库，以及管理人员和用户四部分。计算机软硬件系统是地理信息系统的核心部分；空间数据库反映了地理信息系统的地理内容；管理人员和用户决定了系统的工作方式和信息表达方式。

计算机硬件系统是计算机系统中有形物理装置的总称，该部分是地理信息系统的物理外壳。该硬件系统包括计算机主机；数字化仪、扫描仪、键盘、通讯端口等数据输入设备；软盘、HDD、盒式录音磁带、光盘及相应驱动设备等数据存储设备；以及显示器、绘图仪、打印机等数据输出设备。这些硬件是实现GIS软件运行所需的一切计算机资源。地理信息系统支持在单机或网络环境中运行，能够在中央计算机服务器、桌面计算机等多种类型的硬件系统上实现操作。

计算机软件系统包含了GIS运行必需的各种程序，由计算机系统软件、地理信息系统软件和应用分析模型库三部分构成。

计算机系统软件通常包括操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序等；地理信息系统软件提供存储、分析和显示地理信息的功能和工具，如GIS工具系统或GIS开发专门软件包，以及数据库管理系统、CAD（计算机 Aided 设计，计算机辅助设计）、图像处理系统等；应用分析模型库是系统开发人员或用户据实际应用需要编写的特定应用分析程序，以解决实际问题。

GIS能够利用现有计算机模型，通过与应用目的相结合，制定出相应的可行性方案，应用于地理勘测、城市建设、安全系统构建等领域，对于资源清查、灾害评价与防控、物流调度、交通管控等都有着积极意义。通过计算机软件系统能够实现地理信息的输入和处理，支持地理查询、分析和可视化显示，方便实现各类功能及用途，也能够简化应用界面方便用户学习和使用。

地理空间数据是一个GIS应用系统的最基础的组成部分，也是GIS的操作对象。这类数据包括以地球表面空间位置为参照的自然、社会、人文经济相关数据，能够以地图、影像、表格、文档等多种形式表示。地理空间数据是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。

数据来源包括室内数字化和野外采集，以及从其他数据的转换。数据包括空间数据和属性数据，空间数据的表达可以采用栅格和矢量两种形式；空间数据表现了地理空间实体的位置、大小、形状、方向以及几何拓扑关系。

地理信息系统中包含管理人员和用户两类操作者。

由于地理信息系统是一种动态进行的客观模型，因此需要专业人员进行组织、管理、维护和数据更新，才能保证GIS相关服务的正常提供。因此，地理信息系统的管理人员不仅要对GIS的技术和功能有足够的了解，还要具备组织管理能力。管理人员团队由各种技术人员混合组成，高级人员着重于系统的正常运行、程序编写、数据处理、模型建立、系统功能开发等工作；低级技术人员负责数据输入、结果输出、检查等工作。

而用户需求则是管理人员运用技术更新系统信息及功能的导向和决定性因素之一，用户的需求与对地理信息系统功能的期望，是管理人员评价、维护和修改地理信息系统的重要依据。

地理信息系统功能的实现需要计算机软硬件系统的支持，同时对地理信息数据的采集、处理、分析和输出，也是维持地理信息系统正常运行的重要环节。

地理信息系统的数据获取主要通过对外部的原始数据进行加工整理的过程。在此过程中，GIS会将需使用的数据转换为计算机可识别的数据形式，即可以应用到实际中的形式。通过该过程，外界诸多数据能够形成以系统形式存储在于数据库中的形态。

地理信息系统所需的数据依照形态可分为两大类，即空间数据和属性数据。空间数据以图形方式存在，一般采用键盘输入或通过相关仪器扫描至数据库中的数据输入法； 属性数据是一种对空间实体特征进行具体描述的数据形式，通常采用的输入法为键盘输入。

20世纪80年代开始，遥感技术逐步应用于地理数据的测量中，互联网技术的发展也使全球定位系统日趋完善，这些技术正在与地理信息系统相融合。如GPS（Global Positioning System，全球定位系统）技术能够全面展现实体三维坐标，并且可以针对不同场景及需求设定所需精度，它在地理信息系统中的应用，为GIS获取地理原始数据提供了更加便捷的手段，推动地理信息系统不断发展。

地理信息系统中存储的数据需建立逻辑顺序，才能在用户使用时灵活、高效地进行数据访问。在数据存储时最常使用的方式是GIS分层技术。此技术将地图分成若干个层，并通过不同关键词筛选数据，然后关键词与地图的不同层级结合，这些层叠加起来可以还原完整的地图。用户即可通过设置不同关键词搜索相关地图层中包含的数据信息，系统可根据图层的关键特征进行操作，实现精准服务。

在数据信息管理方面，GIS主要依据数据采集工具形式进行分类管理，主要分为对图形数据和属性数据的管理。 在图形数据库中，GIS将数据按照图形特征分为点、线、面和混合四种形式进行管理，以实现地图数据间所具备的关系能够反映地理实体间的关系。属性数据的管理一般采用表格的方式表达，用关系式数据库进行管理。

地理信息系统的数据处理包括两方面：一是对输入的数据进行质量检查与纠正，包括图形数据和属性数据的编辑、图形数据和属性数据之间对应关系的校验、空间数据的误差校正等；二是对输入的图形数据进行整饰处理，使其满足地理信息系统的各种应用要求，如对矢量数据的压缩与光滑处理、拓扑关系的建立、矢量栅量数据的相互转化、地图裁减及拼接等。

在数据处理过程中，地理信息系统使用矢量数据和栅格数据对地理空间数据进行表达。也常将两种表达方式混用，即令矢量数据和栅格数据建立在相同地图投影和坐标系上，方便地理空间信息可同时以两种不同方式呈现；或者用栅格数据对矢量数据建立索引，便于用户快速查询用矢量数据所表达的地理空间目标。

地理信息系统的数据显示与输出是与用户实现直接连接的环节。该环节通过图文一体化、三维可视化等技术将用户所需的图形、 数据报表、文字报告、数学数据等，以用户能够识别的形式灵活显示出来。用户可选择计算机显示器、打印机、绘图仪、照排机等作为输出设备进行结果接收和呈现。

在地理信息系统的开发中，常会使用到关于数据库管理、数据可视化和组件开发等相关技术，以实现GIS在更多场景的垂直精细化功能。

图文一体化技术主要是为了有效解决地理信息系统设计过程中需要对多种数据的集成管理问题，如实体的属性数据、声音、视频、数据以及图形数据等不同多媒体数据。较常使用的是基于文件关系数据库的数据管理和基于对象关系数据库的数据管理两类。

基于文件关系数据库的数据管理模式，主要利用文件系统管理对图形数据库进行储存，通过关系型数据库对属性数据和多媒体数据进行储存。数据关联方式的重要核心为属性数据，应用多媒体数据通过二进制的方法在数据库中存储信息数据，同时将与关键字段相关的数据增加至属性数据库中，将属性数据作为连接点对两者进行关联，可促进与空间数据库之间的连接

基于对象关系数据库的数据管理基于能够对大二进制对象类型提供有力支持的数据库，这种数据库管理为不同数据提供了一致的访问接口，不仅能共享数据信息，还能将空间信息与多种信息进行连接，包括属性、多媒体信息，从而实现统一管理与维护，形成图文并茂的良好效果。

地理信息系统所要输出的空间数据信息需要采用三维可视化技术才能以清晰直观、较易理解的形式展示给用户。因为空间体数据是真正意义上的三维数据，能够透视空间坐标的各个数值及空间属性，可以直接利用空间三维体取代数据的作用，完成相应的表达。三维可视化技术是多种技术整合的过程，在地理信息深度调查中提供强有力的数据支持。

地理信息系统用户可利用三维可视化技术建立符合具体空间数值的空间体模型，模型建立后，利用模型切片获取实际应用过程中需要的不同类型的数据，切片主要是指根据某个空间方向的空间数据进行投影，从而充分表达出同一空间内不同的信息数据，进一步提高空间内部可视化的效果。

组件技术主要是面向对象技术后续发展起来的一种新型软件工程技术，也可以说是面向对象技术的一种延伸和创新。通过组件化思想将复杂GIS功能按照不同层次进行分解，将其分成可以相互操作、自我管理的不同组件。这些组件具有面向对象、语言中立、位置透明等特性。

例如，组件式GIS可以把GIS的各大功能模块划分成多功能需求的多个控件，每个GIS控件之间、GIS控件与其他非GIS空间之间都可以利用可视化软件开发技术进行集成处理，从而形成高效化的GIS应用。这些特性为GIS基本功能模块能够独立存在于各种开发语言过程中，对于加快开发速度，提高开发效率及降低开发过程中的难度系数和成本具有极大的促进作用。

通过OLE（Object Linking and Embedding，对象连接与嵌入）技术，可以实现对地图对象与系统的集成。这种方法能够采用可视化技术制作具有商业化的界面，达到优化功能的目的。虽然有着运行速度比较慢，对硬件的需求较高，且仅适用于本地的缺点，但通过该技术开发出的软件具有较好的用户界面、强大的数据库功能和数据处理功能，具有较强的可靠性，而且容易移植，便于后期工作人员进行维护。

地理信息系统能够完成地理、空间等相关数据的输入、编辑处理、储存管理及可视化输出功能。

数据输入方面，地理信息系统可接受多种形式、多种来源的信息，实现多种方式的数据输入。如图形数据输入、栅格数据输入、GPS测量数据输入、属性数据输入等。通过使用数字化仪的手扶跟踪数字化技术，以及使用扫描仪的扫描技术，地理信息系统可完成空间数据采集工作。

数据编辑处理方面，地理信息系统主要通过对图形和属性进行相关编辑以实现数据的处理。属性编辑与数据库管理结合在一起实现；图形编辑主要包括拓扑关系建立、图形编辑、图形整饰、图幅拼接、图形变换、投影变换、误差校正等功能。

数据存储管理方面，地理信息系统主要提供了空间与非空间数据的存储、查询检索、修改和更新能力。矢量数据结构、光栅数据结构、矢栅一体化数据结构是存储GIS的主要数据结构。数据结构的选择在相当程度上决定了系统所能执行的功能。

可视化输出方面，地理信息系统通常以人机交互方式来选择显示的对象与形式，对于图形数据，根据要素的信息密集程度，可选择放大或缩小显示。GIS不仅可以输出全要素地图，也可以根据用户需要，分层输出各种专题图、各类统计图、图表及数据等。

空间查询与分析方面，地理信息系统可实现空间查询、空间检索、空间拓扑叠加分析以及空间模型分析等功能。

空间查询系统内容包括数据操作运算、数据查询检索与数据综合分析等部分。数据查询检索主要是根据应用，对相关数据进行查找，通过对数据文件、数据库或存储装置记忆搜索，查找和选取用户需要的有用信息和数据。

空间检索包括从空间位置检索空间物体及其属性、从属性条件检索空间物体；空间拓扑叠加分析能够实现空间特征（点、线、面或图像）的相交、相减、合并等，以及特征属性在空间上的连接；空间模型分析功能可进行数字地形高程分析、BUFFER分析、网络分析、图像分析、三维模型分析、多要素综合分析及面向专业应用的各种特殊模型分析等。

空间分析功能涉及空间选择、空间连接、合并分析、几何量算等模块。空间选择模块可以完成空间叠加分析、缓冲区分析、临近分析等空间操作；空间连接功能主要用于对多种空间实体进行综合分析，根据空间位置关系，将不同的图层或同一图层的要素按位置连接起来，从而进行多种空间分析；空间合并功能是将多个同一类型的空间实体合并为一个空间实体，同时还可以对空间实体的特征进行合并计算，一般用于空间实体的重新分类；通过几何量算可以测量包括距离和面积在内的数值。最后通过综合分析功能，全面保证系统评价、管理和决策能力的正确实现。

地理信息系统的空间决策支持功能通过利用各种手段形成数据处理和变换，提取隐含在空间数据中的关联，从而找到真实事物间的关系，实现对应用空间系统的全面分析。最终将结果以图形和文字形式展示给决策者，为其对真实世界做出正确合理的决策提供信息支撑。

例如，地理信息系统为用户提供了精确、实时的地理空间数据。通过整合各种数据源，包括遥感影像、测量数据、人口统计数据等，GIS地图能够呈现出地理空间的多个维度，用户可以轻松查找地点、了解地理特征、探索地域关系等。同时，借助其携带的工具和算法，用户还可以对地理数据进行深入分析和挖掘。如通过空间插值技术能够预测和模拟地理现象，如气候变化、土壤质量等；通过热力图、流向图等可视化方法，用户可以发现数据中的潜在规律和趋势。这些都为决策制定提供了数据支持，帮助人类更好地理解和应对各种地理挑战。

根据地理信息系统的数据结构及绘图仪的类型，用户可绘制矢量地图或栅格地图。用户使用GIS平台进行制图时，地图的绘制建立在已有地理数据基础上，因此制图者只需关注数据规范和符号化规则就能够快速完成地图制作。

同时，地理信息系统在为用户输出全要素地图的同时，可以根据用户需要分层输出各种专题地图。绘图过程中绘图者也可以随时对任意地图图元的细节进行绘制和修改，生产过程速度较快，还能够完成多个专题地图的共线生产。如行政区划图、土壤利用图、道路交通图等高城图等。还可以通过空间分析得到一些特殊的地球科学分析用图，如坡度图、坡向图、剖面图等。

通过地理信息系统的设备管理功能，能够实现系统以及所有相关的功能的同时运行。例如，在进行工程测量过程中，可以实现对问题数据进行检修和处理。在此功能应用过程中，通过确定工程测量的范围，根据时间情况选择相应的设备，便可启用模糊检索功能。此外，地理信息系统技术还具有图形打印和标表功能，一定程度简化了工程测量的流程，提升了工程测量的工作效率。

地理信息系统按服务内容和功能可分为三类，分别是专题地理信息系统（Thematic GIS）、区域信息系统（Regional GIS）及地理信息系统工具（GIS Tools）。

专题地理信息系统是具有有限目标和专业特点的地理信息系统，为特定的专门目的服务。例如，森林动态监测信息系统、水资源管理信息系统、矿业资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统等。

区域信息系统主要以区域综合研究和全面的信息服务为目标，可以有不同的规模，如国家级的、地区或省级的、市级和县级等为各不同级别行政区服务的区域信息系统；也可以按自然分区或流域为单位的区域信息系统。区域信息系统如加拿大国家信息系统、中国黄河流域信息系统等。许多实际的地理信息系统是介于上述二者之间的区域性专题信息系统，如北京市水土流失信息系统、海南岛土地评价信息系统、河南省冬小麦估产信息系统等。

地理信息系统工具是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。它们或者是专门设计研制的，或者在完成了实用地理信息系统后抽取掉具体区域或专题的地理系空间数据后得到的，具有对计算机硬件适应性强、数据管理和操作效率高、功能强且具有普遍性的实用性信息系统，也可以用作GIS教学软件。

利用地理信息系统能够搜集到相关数据，以数据为基准建立健全相对应的地理信息数据库，通过这样的方法能够更有效地进行某地区的深入地理分析，而这些数据也会有利于为具体的分析过程提供参考依据，通过数据的对比，使具体情况得到有效呈现，并比较出相关优势和不足。

资源清查是地理信息系统基本功能，该系统能够通过信息汇集，使资源情况一目了然。通过对各种来源数据汇集的分析判断，形成统计覆盖分析功能；另外还可以根据边界和属性条件，提取数据有用信息，形成区域多种组合，使现有资源情况快速再现。

2018年南充市曾借助地理信息系统相关技术，结合高分辨率遥感卫星地图、野外地面调查和入户访问，进一步掌握了南充草地资源状况、生态状况、利用状况、草地退化状况、草地生态气候、土壤状况等方面的第一手资料。此次清查为南充市全面落实强牧惠牧政策、严格依法治草和提高草地精细化管理水平奠定坚实基础。

通过地理信息系统各项功能，能够满足土地调查需求，保证土地资源的合理利用与保护。地理信息能够为人类提供土地相关的重要信息，在土地调查、土地登记、面积统计、资源评价和土地利用等方面起到重要支撑，通过地理信息能够形成土地的分项管理，保证土地产权清晰。

人们在对土地开发和利用过程中，产生的土地位置、房产地界、土地名称、总体面积、土地类型、权责权属、土地价格、税收政策、地理要素及设施建设等内容，均能够借助地理信息系统完成，可以帮助人们全面实现权责清晰。GIS为人们提供了可靠的地理信息支持，有利于维持社会稳定。另外，精准的地理信息数据能够全面满足地籍数据操作，为用户查询提供便利，实现了土地调查全过程的精准科学。

利用GIS地理信息系统可以良好地完成包括地质灾害预测、地质灾害绘图、地质灾害制图分析在内的多项工作，在地质灾害调查核实领域的应用十分广泛且非常重要。GIS在地质灾害调查领域中的应用，能够辅助相关工作人员做好预防、监控、抢险和灾后重建等环节相关的决策，帮助完成制定地震防灾减灾的相关策略，实现地质灾害的有效减少。

在地质监测预报方面，地理信息系统可以完成地质构造、地质分布、潜在震源、历史地质以及地质灾害的有效划分，实现地理地质灾害的良好处理，对地质灾害的爆发进行预测；在地质灾害损失预测分析方面，地理信息系统的高精度数据采集以及数据分析能力能够帮助解决传统的地质灾害损失和风险预测存在数据精度不足的问题；地质灾害调查实施方面，可以利用地理信息系统内部的RS（remote sensing ，遥感）功能完成灾区现场图片的精准绘制，包括现场的房屋定位、建筑定位、河流以及湖泊的定位，在地质灾区进行有效监测。

地理信息系统在海洋渔业方面的应用较为广泛，其中涉及了大洋渔业与环境关系、近海渔业与环境关系、渔政管理系统建设、渔情预报、渔场图绘制，以及海洋渔业数据采集工具与处理分析等多个方面。

借助地理信息系统相关功能可以实现渔船GIS动态跟踪、轨迹回放、违规报警、安全报警等；通过建立渔船监控和GIS监测航行轨迹系统，也可实现对渔船位置的实时监控，并结合三证管理信息，即可对渔船捕捞的违法行为进行判断；另外，以GIS空间数据库为基础，利用空间决策支持系统，可构建渔业资源预测预警辅助决策支持系统，为近海实时监控海上渔船作业情况奠定基础。利用地理信息系统空间局部插值法构建景观分析模型，还可以绘制海洋各类动物的分布格局图等相关渔场图。

中国航天科技集团五院航天恒星公司曾于2015年提出，依托统一的业务协同平台及地理信息系统，可构建全局数据模型并形成统一的数据库，实现省级业务的“一张图”管理，构建形成全新理念的智慧海洋与渔业整体解决方案。

利用地理信息系统本身所具有的数据收集、处理及分析管理功能，能够将获取的普通数据整理为符合考古研究需求的数据，如空间定位功能可以赋予考古数据空间特性；还可以借助数字化制图功能绘制遗址分布图、文物保护图、文化传播与迁移图、聚落演化图、文化与环境关系图等图件。

同时，可以利用空间数据库技术对考古数据进行科学、有效地组织与管理。如缓冲区分析、叠置分析等基本功能可直接应用于考古研究进行遗址保护区划定遗址时空分布规律总结等研究工作。

意大利布林迪西市与GeoMarketing合作部署和配置保护其城内古建筑不受破坏的解决方案。通过将三维空间数据归类并存储到webgis中，就能够在同一地图上，同时显示128层基于位置的数据，这使得布林迪西的用户能够创建独特的视图，以满足各种保护需求和地理应用。

城乡规划是地理信息系统在城市建设应用领域最主要的能力。通过地理信息整合，可以提供直观有效的数据，带动产业发展，实现良好城乡规划。数据显现不同性质和不同特点的多项问题，主要能够体现资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等变量信息，通过地理信息系统数据库分析，可以使各种复杂的信息更加直观可视，形成统一的格式与输出，为城市建设与区域规划，提供多目标和多选择。

地理信息系统对城镇总体规划、城市建设用地适宜性评价、环境质量评价、道路交通规划、公共设施配置及城市环境的动态监测等均能提供有价值的数据。要想保证城市功能良好发挥，则需要地理信息支撑，以地理信息系统空间搜索方法、多种信息叠加处理和分析软件评估，推动中心城市科学规划，强化城市管理能力。

地理信息在交通规划方面起着重要作用，地理信息系统在交通领域的应用能够帮助人们进行合理的协调与规划。地理信息系统能够为交通部门提供正确的数据，通过编辑、制图显示及测量等功能，把交通展示出来的数据实现输入、存储、编辑及制图，通过交通地理信息叠加、动态分段、地形分析、栅格显示等，实现交通分流和路径优化。

美国联邦陆地高速路管理办公室利用GIS提供给公众道路服务机构更多的资源和资金。利用GIS在线服务工具能够监控道路信息，并服务于基础设施投资计划。同时，交通网络部通过国家公路网络系统展示了在结构上存在问题的桥梁信息，以提醒国会以及公众问题桥梁的位置。

地理信息系统在环境治理中的应用，能够帮助实现环境污染状况的显示, 以提升环境数据信息监控的有效性。通过相关技术的使用，可以实现对大气环境污染的动态化监测，系统的对空气污染的位置、污染物体等因素进行综合分析, 提高环境污染治理的整体质量，满足现代大气环境的生态化改革需求；同时，该系统还可以对水环境进行监测，为水污染治理信息的数据处理以及水资源信息的查询提供参考，帮助人们实现水环境治理的最终目的。

2018年，南宁市面临着黑臭水体黑臭污染反弹严重的问题，市政府在全区建立水环境治理城市排水设施地理信息系统，通过运用现代化信息技术手段，确保信息及时更新、实时共享，实现全市黑臭水体信息“一张图”。此次GIS在污水治理中的应用助力了南宁城市黑臭水体治理攻坚战顺利完成。

电子政务的信息特点是以公文为主，涉及到公文的起草、报批、审核、成文、下发、存档等诸多环节，它要求以电子文档的方式模拟再现传统办公的过程。

政府许多部门的工作内容中会涉及到有关地理空间的数据及信息，地理信息系统中实时更新且准确度较高的数据存储为电子政务的顺利办公提供了信息基础。同时，GIS与电子政务的融合，还能实现对非空间数据的空间定位、空间分析和空间辅助决策。在现代电子政务建设中融入日益成熟的GIS技术，可以有效的实现城市基础地理信息的数据共享、动态更新、实时查询和发布，有力的保证空间数据的现势性，为企业及公众，也为政府各职能部门，提供准确、及时、有效和权威的信息服务。

2006年，中国就完成了首套全国产化电子政务GIS系统，实现了GIS软件、操作系统和数据库三大基本部分全部全国产化，为后续数字政府建设提供了技术和平台基础。

在公安行业，地理信息系统的应用十分广泛。在该领域，地理信息系统中各项技术与公安信息系统相结合。GIS提供空间信息基础数据，也支持多种方式的设备选择。当报警发生，通过PGIS（警用GIS）地图，公安部门就可以第一时间确定发生事件的位置，可以精确到经纬度对应急联动和指挥调度起到了更有效的支持。针对不同业务需求, 在GIS侧边栏可对视频设备、卡口设备、路口、道路、重点单位、门牌号等GIS图元信息进行搜索，便于公安部门的作战指挥。同时，也可以对城市路面状况进行监控，准确了解车祸、塌方等安全事故的发生地点，便于警力布控。

地理信息系统在禁毒领域的应用，可以帮助公安系统建立毒品样本数据库，为禁毒部门从战术角度比对不同时间、空间的样本间的异同来挖掘案件线索，从战略角度根据毒品来源研判区域毒品形势，从战略角度根据毒品来源研判区域毒品形势，为禁毒工作提供背景情报、线索分析和数据支持等服务。GIS利用空间地理地标信息和时间参数来集成各类禁毒信息，进而实现自动、快速地关联、分析、筛选和排除各类信息。另外，GIS的应用还可以实现“数字化、可视化”的毒品案件侦查和管理，提高禁毒工作效率，提高快速反应能力、综合侦控能力，节约警力，提升工作效率。

根据GIS所需的数据收集、处理及分析，图像绘制及呈现，要素创建及编辑等因素，GIS的相关开发软件及工具也在不断更新，在各领域中应用最广泛的GIS开发软件是ArcGIS；常用的开发组建工具有ArcView和ArcScene。

ArcGIS是美国环境系统研究所（美国环境系统研究所公司）在全面整合了GIS与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其它多方面的计算机主流技术之后，成功推出的代表GIS最高技术水平的全系列GIS产品。它是一款基于云的用于创建和共享交互式web地图的软件，具有制作地图、共享地图和应用程序、协作、分析数据和处理数据五大功能。

该功能可以根据用户提供的数据构建解释数据型交互式地图，将数据动态可视化的同时还能够进行颜色、动态细节等元素的修改，从而帮助用户更加直观清晰地、以自己最舒适的方式浏览该地图。

该功能使用户能够与特定组或选定成员共享指定地图，通过使用生成的地图创建Web应用程序，并将其嵌入到网站、社交媒体或博客文章中，他人便可以通过不同渠道共享地图。

该功能提供了在组织中方便与同事协作的各类性能，如组织内每位成员均有唯一的用户身份，分别为创造者、观察者、移动工人、编辑和专业用户。每位成员对内容的访问由管理员或内容创建者决定，并由唯一的用户身份控制。用户必须进行身份验证才能查看或编辑内容。同时，协作功能还保证了组织成员能够随时随地查看共享数据视图来共同处理项目。此外，不同的ArcGIS 组织间也可实现协作。例如，整个县或州的应急响应机构可以使用相同的数据。

该功能能够将各类地理数据与实际需求相结合，完成用户所需的分析过程。如在商业版图扩展方面，ArcGIS能够根据用户提供的需求发现符合要求的地点，同时通过识别与该地点具有相似特征的其他场所；另外，通过分析及可视化潜在客户和现有客户的人口分布，以确定最佳站点，最终实现最大化利润。在行驶路径优化方面，它可以快速按时间和距离计算旅行费用以确定最佳路线，同时能够根据组织要求或车辆限制选择方向，为每辆车规划停车和路线来获得最大效率。此外，ArcGIS还能够获取用户所在的城市周边相关设施及事件信息，为其提供专属信息服务，执行实时和大数据分析也是ArcGIS 的技能之一。

该功能将输入数据带入一个可以进行地理启用、托管和扩展的强大系统。该系统可接受来自包括电子表格、地理空间文件、图像和服务的数据信息，并在其基础上添加位置，实现按预定义的地理区域（如邮政编码）汇总数据，还能够通过加入绘制地点周围的人员、住房和企业数据，丰富数据包含的内容，更新字段值和完全覆盖数据集等性能也保证了数据处于最新状态。

ArcView是ArcGIS桌面应用的基础组件，能够帮助用户对地理信息进行组织与储存、编辑修改、查询、分析以及直观显示，并提供交互式制图和分析功能的地理信息系统开发工具。它采用可扩充的结构设计，由基本模块和可扩充模块组成，最主要的插件有两个，分别是ArcMap和ArcCatalog。 ArcMap中提供了许多方便用户与地图交互操作的功能，ArcCatalog用于数据存储及相关管理。

ArcView可实现跨平台运行，如能够在Windows和Unix上运行；面向对象丰富多元，视图、表格、统计图和图版等对象，以及可以将二次开发过程中的每个程序作为对象完成相应操作；同时能够保持包括系统用户界面、程序运行环境和数据管理的开放性。

ArcScene是一个适合于展示三维透视场景的平台，可以支持用户在三维场景中漫游并于三维矢量与栅格数据进行交互。在显示场景时，ArcScene会将所有数据加载到场景中，因此适用于精细场景展示。

其功能主要包括显示3D Analyst工具条，以TIN（Triangular Irregular Network，不规则三角网）作为高程数据，显示TIN，可呈现动态山影效果，接收三维模型数据，支持VRML（Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实建模语言）的导入及导出。

ArcEngine是ESRI于2004年发布的基于核心组件库ArcOjects搭建的，可以在ArcGIS桌面框架之外使用的组件开发包。分为ArcEngine开发包（ArcGIS Engine Developer Kit）和ArcEngine运行时（ArcGIS Engine Runtime），它们的作用分别是支持开发人员开发GIS 应用程序的工具，以及Arc Engine核心组件的工具及扩展模块。ArcEngine还支持跨平台、跨语言的开发，能够为用户运行开发系统提供稳定的环境。

2023年9月4日，在西安市西咸会议中心首届陕西省北斗时空信息论坛成功举办。会上，中共陕西省委网信办二级巡视员王创表示，遥感技术、全球导航卫星系统、地理信息系统等先进技术的不断突破为地理信息产业的发展提供了强大的支持。要不断加强地理信息产业与北斗卫星导航应用的深度有机融合，携手推进北斗+地理信息产业在能源交通、自然资源、城市建设、生态保护、大众消费等领域的深度应用。

随着计算机软件、硬件技术和通信技术的高速发展，以GIS和RS为代表的3S技术得到了迅速的发展和广泛的应用，并日趋与主流IT技术深度融合，成为信息技术发展的全新方向。GIS技术的不断创新发展，使其普适化特征愈发明显，从信息中心、测绘院到新华社、国家博物馆，GIS的应用不断在创新与普适。未来，地理信息系统将在国土、测绘学、土地整治、生态环境、智慧城市、工程设计、农林、教育、商业企业、水利、交通等更多行业中得到应用。同时，GIS人才的培养也将提上日程，各大高校将开启针对新兴GIS技术的垂类课程，帮助相关专业学生学习行业前沿技术操作技能，主力人才教育及培养。