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GIS是地理信息系统的简称，关于它确切的全称，多数人认为是Geographical Information System，也有人认为是Geo－information System。国际上现发行的两种主要的专业杂志，就是各自采用不同的全称。前者是英国出版的季刊的全称；后者是德国出版的季刊的全称。在加拿大和澳大利亚，则称为“土地信息系统”（Land Information System）。在我国，通常称为“资源与环境信息系统”（Resources and Environmental Information Systems）。名称虽各有出入，内容则大同小异。
那么，什么是GIS呢？对于不同的部门和不同的应用目的，其定义也不尽相同。例如，美国学者Parker认为“GIS是一种存储、分析和显示空间信息和非空间信息的信息技术”。Goodchild把GIS定义为“采集、存储、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统”。加拿大的Tomlinson认为“GIS是全方位分析和操作地理数据的数字系统”。Barrough认为“GIS是具有从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一种工具”。俄罗斯学者也把GIS定义为“一种解决各种复杂的地理相关问题，具有内部联系的工具集合”。纵观这些定义，有的侧重于GIS的运作过程，有的则是强调GIS的基本功能。为了能更具体地认识和真正了解GIS的内涵，笔者推荐美国联邦数字地图协调委员会（FICCDC）关于GIS的定义及概念框架（图1）。该定义认为“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获取、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”。根据这个定义以及它的概念框架，我们得出GIS的如下基本认识：
（1）GIS的物理外壳是计算机化的技术系统。该系统是由若干相互关联的子系统所组成的，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以及数据产品输出子系统等，它直接影响着地理信息系统的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。
图1 GIS概念框架和构成
（2）GIS的操作对象是空间数据。所谓空间数据，是指点、线、面或三维要素等地理实体的位置及相关的属性数据。空间数据最根本的特点是每一个数据都按统一的地理坐标来编码，即首先是定位，然后才是定性和定量。地理信息系统处理和操作空间数据，这是它区别于其他类型信息系统的根本标志，同时也是它最大特点和技术的难点之所在。
（3）GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析的能力。它不但集空间数据的获取、管理、处理、分析、建模和显示于共同的数据流程，而且可以通过地理空间分析产生常规方法难以得到的重要信息，以及实现在系统支持下的空间过程演化模拟和预测，这既是GIS的研究核心，也是GIS的重要贡献。
（4）GIS与地理学有着密切的关系。地理学是地理信息系统的理论依托，而地理信息系统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，例如设施布局、用地选址、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问题，这是GIS应用的主要目标。
GIS技术是20世纪60年代初期以后逐渐发展起来的，作为专门的科学术语最早出现于1963年，但是GIS的前身可以追溯到早期的由模拟地图、读图人员和一些简单的工具（例如立体镜、求积仪等）组成的简易系统，称为人工地理信息系统或模拟地理信息系统。这种早期的GIS虽然功能很有限，使用不方便，但是在当时的资源管理和规划中却发挥了很大的作用。
随着20世纪50年代电子计算机科学和航测技术的发展以及政府部门对土地利用规划与资源管理的需求，逐渐产生利用计算机汇总和存储各种来源的数据，借助计算机处理和分析这些数据，最后输出规划与管理所需的信息，这就促成了计算机化地理信息系统的问世。例如，1956年奥地利测绘部门首先建立了地籍数据库，1963年加拿大开始建立世界上第一个地理信息系统（CGIS），1968年国际地理联合会设立了地理数据收集和处理委员会（CGDSP）。这一时期GIS发展的特点表现为：计算机化GIS技术处于萌芽阶段，系统应用主要是基于栅格的操作方法，机助制图功能较强，空间分析能力较弱，数据存储和处理的能力也较为有限，但是数据获取和编辑方法取得了突破，一些全国与国际组织或机构的建立也为GIS知识的传播和GIS技术的发展起了重要的推动作用。
20世纪70年代是GIS发展的巩固阶段。这时，计算机发展到了第三代，尤其是大容量随机存取设备——磁盘的使用，为地理数据的录入、存储、检索和输出提供了强有力的手段。人机对话的使用，可以由屏幕直接监视数字化的操作和进行图形的实时编辑。一些发达国家先后建立了专题性的GIS，据统计，在20世纪70年代有300多个系统投入使用，软件在市场上受到欢迎。1980年美国地质调查局出版了《空间数据处理计算机软件》三卷一套的报告，基本总结了1979年以前世界各国GIS发展的概貌。与此同时，D.F.Marble等拟定了处理空间数据的计算机软件登录的标准格式，对全部软件进行了系统的分类，提出GIS今后发展应着重研究空间数据处理的算法、数据结构和数据库管理系统三个方面。这期间许多大学和研究机构开始注意GIS人才的培养和GIS的应用。例如，美国纽约州立大学布法罗校区创建了GIS实验室，后来在1988年发展成为包括加州大学和缅因州大学在内的由美国国家科学基金支持的国家地理信息和分析中心（NCGIA）。说明在这一时期，GIS技术已经受到了政府部门、商业公司和大学的普遍重视，成为一个引人注目的领域。
国际著名的GIS专家R.F.Tomlinson认为，如果20世纪70年代是这个领域发展的巩固时期，那么20世纪80年代则是GIS发展具有突破性的年代。主要特点是：随着计算机技术的迅速发展和普及，GIS技术已在世界范围内进入推广应用阶段；由于GIS系统软件和应用软件的发展，使得它的应用从解决基础设施的规划转向解决更加复杂的区域开发问题，例如土地的多目标规划、城市发展战略研究及投资环境决策研究等；计算机网络的建立，地理信息传输时效性获得极大的提高，使GIS由单功能和单用户发展成为多功能和用户共享的重要工具；与卫星遥感技术相结合，GIS开始用于解决全球性的难题，例如全球沙漠化、全球可居住区的评价、厄尔尼诺现象及酸雨、核扩散及核废料以及全球海面变化与监测等；涌现了不少有代表性的GIS软件，例如ARC/INFO、TIGER、GENAMAP等，使GIS在国际上已成为一个大型的工业部门，并拥有自己广阔的市场。
进入20世纪90年代，由于高性能低价格的工作站和微机充斥市场，计算机网络技术的推广应用，以及UNIX操作系统、X－Window和并行处理机技术的不断发展，使GIS技术的应用领域更加扩大，社会对GIS的认识更加广泛，多层次的GIS系统不断投入运行，国际上以GIS为主题的学术讨论会十分活跃。1990年北京第二届国际GIS会议上，日本科学家在谈到GIS的特殊意义时意味深长地提出“博大·智能·微笑”（GentlemenLike·Intelligence·Smile），这三个名词的第一个字母的缩写也为GIS，说明GIS技术与GIS工作者业务素质之间的相关关系，其意味发人深思！
在我国，GIS研究与应用起步于20世纪80年代初，经历了准备、起步和初步发展三个阶段，目前在GIS的理论、技术、方法、应用模式、地理模型、软件开发和专家系统的建立等方面取得了重要进展，许多大学和研究生院开设了GIS课程，一个发展和推广GIS的新高潮正在我国掀起。1994年春，中国GIS协会将正式成立，这个协会将指导、协调和推动我国GIS技术和事业的全面发展。
GIS是传统科学与现代技术相结合的边缘科学（图2），因此它明显地体现出多学科交叉的特征，这些学科包括地理学、地图学、计算机科学、摄影测量学、遥感技术、数学和统计学以及一切与处理和分析空间数据有关的学科和技术。
前面已经提到，在GIS的相关学科中首先是地理学。地理学是以地域为单元研究人类环境的结构、功能、演化以及人地相互关系。它广泛涉及人类居住的地球和世界，这与GIS的研究对象是一致的。地理学中的空间分析历史悠久，而空间分析正是GIS的核心，地理学作为GIS的理论依托，为GIS提供引导空间分析的方法和观点。因此美国学者把地理学称为GIS之父，这是不为过的。
图2 GIS的相关学科技术
其次，测绘学和遥感与GIS的关系也十分密切。因为GIS的主要操作对象是空间信息，而测绘学和遥感不但为GIS提供快速、可靠和廉价的信息源，而且它们中的许多算法可直接用于空间数据的处理。同样，GIS的发展将有力地推进数字化测绘生产体系的建立，进一步支持遥感信息的综合开发与利用。
还有，既然GIS是计算机技术与空间数据相结合的产物，那么GIS与计算机科学、数学、运筹学和统计学之间也具有密不可分的关系。例如，计算机辅助设计提供了GIS数据输入和图形显示的基础软件；数据库管理系统为GIS数据库的设计和大量数据的处理，特别是有关数据的表示、存取和更新等，提供了方法论的依据。数学的许多分支学科，尤其是几何学和图论，已经广泛地应用于GIS空间数据的分析，例如路径和网络分析等。此外，GIS应用模型和决策优化方法也离不开与数学、统计学和运筹学等学科之间的交叉和渗透。总之，GIS与上述学科之间，不但有联系，更有挑战，它们相互推动，共同发展。
由于GIS具有数据存储、空间分析和地理建模等功能，使它具有广泛的用途，可用于任何涉及空间数据分析处理的领域，包括资源管理、区域策划、国土监测和环境评价等。
（1）资源管理。资源的清查、管理和分析是GIS应用最广泛的领域，包括土地和森林资源的管理、野生动物的保护、土地资源潜力的评价和土地利用规划等，系统的主要任务是将各种来源的数据和信息有机地汇集在一起，并通过系统的统计和叠置分析等功能，按多种边界和属性条件，提供区域多种条件组合形式的资源统计和资源状况分析，以便为资源的合理利用、开发和规划提供依据。
（2）区域规划。城市与区域规划具有高度的综合性，涉及资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等因素，GIS的数据库有利于对这些复杂的因素进行统一的管理。GIS的空间搜索算法、多种信息的叠置处理、设施管理方法和网络分析功能，可以完成街道地址的匹配、道路交通的规划、公共设施的配置、城市建设用地的适宜性评价、商业布局、区位分析和地址选择等。因此，利用GIS作为区域规划的工具，是实现区域规划科学化的重要保证。
（3）国土监测。GIS方法和多时相的遥感数据，可以有效地用于森林火灾的预测预报、洪水灾情监测和淹没损失的估算。例如黄河三角洲地区的防洪减灾研究表明，在ARC/INFO地理信息系统的支持下，通过建立大比例尺数字高程模型和获取有关的信息，包括土地利用、水系、居民点、油井、工厂、工程设施和有关的社会经济统计信息等，利用GIS的叠置操作和空间分析等功能，可以计算出若干个泄洪区域内的土地利用及其面积，比较不同泄洪区内房屋和财产损失等，可以确定最佳的泄洪区域，以及制定出泄洪区内人员撤退、财产转移和救灾物资供应的最佳路线等。
（4）环境评价。为保护和优化人类生存的环境，需要对环境状况进行调查、监测、统计、评价、预测和规划管理，其中应用GIS技术是最有效的方法。应用GIS开展环境评价的内容包括：环境监测和数据收集；建立基础数据库和环境动态数据库；提供环境管理的数据统计和报表输出；建立环境污染的有关模型，为环境管理决策提供支持；环境作用分析和质量评价；环境信息传输和制图等。
（5）宏观决策。GIS利用拥有的数据库，通过一系列决策模型的构建和比较分析，为国家宏观决策提供科学依据。例如系统支持下的土地承载力研究，可以解决土地资源潜力与人口容量的规划等。
总之，建立在系统论、信息论与控制论这些现代化科学理论方法基础上的GIS，通过充分发挥它自身具有的理论、技术与应用三结合的优势，已经跻身于世界高新技术领域，独立形成自己的学科——地学信息工程学（Geoinformatics）。目前，人们议论的不再是是否要GIS，而是如何使它发挥最大的效益，如何使这门新学科更快地茁壮成长，为人类造福。