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地理信息科学是20世纪90年代兴起的科学，是在信息科学和地球科学基础上，由卫星遥感、全球定位系统、地理信息系统、计算机制图与电子地图、数字通信网络、多媒体技术与虚拟技术等高度集成的科学技术体系，是20世纪70年代发展起来的信息科学和20世纪80年代兴起的地球系统科学交叉形成的一门新兴科学，是地理科学的重要分支学科之一，是地理信息科学专业最主要的支撑学科之一。
地理信息科学产生、形成和发展的背景主要有：①系统科学关于系统的科学认识、理论和方法是地理信息科学产生、形成和发展的重要方法论背景；②包括遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）组成的“3S”科学技术完善和提高，数字地图体系完善和提高，计算机网络完善和提高，国家信息基础设施完善和提高等在内的一系列现代信息技术在全世界范围内迅猛发展，是地理信息科学产生、形成和发展的科学技术基础；③全球变化、区域可持续发展等人类的人文、社会、经济发展和地理环境保护等是地理信息科学产生、形成和发展的社会需求基础。
地理信息科学思想和理论的发展与演变有一般规律，齐清文等编著的《地理信息科学方法论》阐述如下：①地图和地图学——地理信息科学的核心基础和前身学科；②地理信息系统——地理信息科学的核心技术支撑；③遥感——地理信息科学的重要信息采集和监测手段；④空间决策支持系统——地理信息科学的智能化决策技术和手段；⑤地理信息科学——上述分支学科集成和整合基础上的新学科；⑥地理信息科学的现代思想和理论体系。
地理信息科学已形成了科学方法系统，《地理信息科学方法论》阐述如下：①图形—图像思维方法，包括一般图形-图像思维方法、地图思维方法、遥感图像思维方法；②数学模型方法，包括空间分布与格局的数学模型方法、地理空间过程的数学模型方法、地理时空演化的数学模型方法、空间优化和决策的数学模型方法；③地学信息图谱方法；④智能分析与计算方法，包括地理信息知识推理方法、地理空间决策方法、地理知识发现方法、神经网络空间分析方法；⑤模拟和仿真方法，包括地理信息模拟方法、地理信息仿真方法、地理信息虚拟现实方法；⑥综合集成方法，包括还原与整体集成方法、定性与定量集成方法、归纳与演绎集成方法、逻辑思维与非逻辑思维集成方法、复杂性科学集成方法。