古往今来，几乎人类所有活动都是发生在地球上，都与地球表面位置（即地理空间位置）息息相关。随着计算机技术的日益发展和普及，地理信息系统以及在此基础上发展起来的“数字地球”、“数字城市”等在人们的生产和生活中起着越来越重要的作用，正日益引起科技界、企业界、政府部门乃至全社会的广泛关注。

地理信息系统（英文为Geographic Information System，简称GIS，）是一门结合了地理学与地图学以及遥感和计算机科学与技术的综合性学科，已经广泛地应用在不同的领域（图1-1）。随着GIS的发展，也有称GIS为地理信息科学（Geographic Information Science）、地理信息服务（Geographic Information service）。

什么是GIS？对于不同的部门和不同的应用目的，其定义也不尽相同。如美国学者Parker认为“GIS是一种存贮、分析和显示空间与非空间数据的信息技术”；Goodchild把GIS定义为“采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统”；Burrough认为“GIS属于从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力的工具”；俄罗斯学者把GIS定义为“一种解决各种复杂的地理相关问题，以及具有内部联系的工具集合”。纵观这些定义，有的侧重于GIS的技术内涵，有的则是强调GIS的应用功能。为了能更具体地认识和真正了解GIS的概念，推荐美国联邦数字地图协调委员会（FICCDC）关于GIS的定义，即“GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题”。

通过对GIS的定义分析，可提出如下的基本概念：

（1）GIS的物理外壳是计算机化的技术系统。该系统又由若干个相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、可视化表达与输出子系统等。这些子系统的构成直接影响着GIS的硬件平台、系统功能和效率、数据处理的方式和产品输出的类型。

（2）GIS的对象是地理实体，其操作对象是地理实体的数据。所谓地理实体指的是在人们生存的地球表层（大气圈、水圈、岩石圈、生物圈）中可相互区分的事物和现象，即地理空间中的事物和现象。在地理信息系统中，所操作的只能是关于这些地理实体的数据，它们都有描述其质量、数量、时间特征的属性数据，也有其非属性的数据——空间数据，即以点、线、面方式编码，并以（X，Y）坐标串储存管理的离散型空间数据，或者以一系列栅格单元表达的连续型空间数据。地理实体数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性、定量和拓扑关系的描述。这些空间特征数据和属性特征数据统称为地理数据。GIS以地理实体数据作为处理和操作的主要对象，这是它区别于其他类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在。

（3）GIS的技术优势在于它的混合数据结构和有效的数据集成、独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形创造和可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能等。其中，通过地理空间分析可以产生常规方法难以获得的重要信息，实现在系统支持下的地理过程动态模拟和决策支持，这既是GIS的研究核心，也是GIS的重要贡献。

（4）GIS与地理学和测绘学有着密切的关系。地理学是一门研究人与地相互关系的科学，研究自然界的生物、物理、化学过程，以及探求人类活动与资源环境间相互协调的规律，这为GIS提供了有关空间分析的基本观点与方法，成为GIS的基础理论依托。测绘学不但为GIS提供各种不同比例尺和精度的定位数据，而且其理论和算法可直接用于空间数据的变换和处理而将GIS引入地学界。GIS是以一种全新的思想和手段来解决复杂的规划、管理和地理相关问题，例如城市规划、商业选址、环境评估、资源管理、灾害监测、全球变化，甚至在现代企业中作为制定科学经营战略的一种重要手段，因为企业对外界的认知能力和信息处理能力提高了，就能创造空间上的竞争优势。解决这些复杂的空间规划和管理问题，这是GIS应用的主要目标。

地理信息系统根据其研究范围，可分为全球信息系统、区域信息系统和国家信息系统；根据其研究内容，可分为专题信息系统和综合信息系统；根据其使用的数据模型，可分为矢量信息系统、栅格信息系统和混合型信息系统。信息系统分类如图1-2所示。