通過以上分析和定義，可以提出GIS的以下基本概念:
1，地理信息系統的物理外殼是壹個計算機化的技術系統，由若幹個相互關聯的子系統組成，如數據采集子系統、數據管理子系統、數據處理與分析子系統、圖像處理子系統、數據產品輸出子系統等。這些子系統的質量和結構直接影響GIS的硬件平臺、功能、效率、數據處理方式和產品輸出類型。
2.GIS的操作對象是空間數據，即具有點、線、面、體等三維要素的地理實體。空間數據最根本的特點是每壹個數據都按照統壹的地理坐標進行編碼，實現了其定位、定性和定量描述。這是GIS區別於其他類型信息系統的根本標誌，也是技術難點。
3.GIS的技術優勢在於其數據綜合、模擬、分析和評價能力，可以獲得常規方法或普通信息系統難以獲得的重要信息，實現地理空間過程演化的模擬和預測。
4.GIS與測量學和地理學密切相關。大地測量、工程測量、礦山測量、地籍測量、航空攝影測量、遙感技術為GIS中的空間實體提供各種不同比例尺、不同精度的定位號；電子測速儀、GPS全球定位技術、解析或數字攝影測量工作站、遙感影像處理系統等現代測繪技術的使用，可以直接、快速、自動地獲取空間目標的數字信息產品，為GIS提供豐富、更加實時的信息源，推動GIS向更高層次發展。地理學是地理信息系統的理論支撐。
有學者斷言“地理信息系統和信息地理學是地理科學第二次革命的主要工具和手段。”如果說GIS的興起和發展是地理科學信息革命的壹把鑰匙，那麽信息地理學的興起和發展將是地理科學信息革命的壹扇大門，必將為地理科學的發展和完善開辟壹個嶄新的天地。“GIS被稱為地球科學的第三代語言——以數字形式描述空間實體。地理信息系統的分類根據研究範圍，地理信息系統可分為全球、區域和局部。根據研究內容的不同，可分為綜合性和專題性。同級各類專業應用系統可在相應區域集中形成同級區域性集成系統。在規劃和建立應用系統時，要統壹規劃這兩個系統的開發，減少重復浪費，提高數據的觀賞性和實用性。延伸:配電地理信息系統地理信息系統(GIS)是配電自動化系統中的重要內容:由於配電網節點多，設備分散，其運行管理工作往往與地理位置有關，配電地理信息系統的引入可以使運行管理更加直觀；其內容主要包括:設備管理(FM)，在地理背景圖上反映變電站、饋線、變壓器、開關、電桿等設備的技術數據；客戶信息系統(CIS)是指對大量用戶信息的處理，如用戶名、地址、賬號、電話號碼、用電量和負荷、供電優先級、停電記錄等。，借助GIS，便於快速判斷故障的影響範圍，用電量和負荷的統計信息也可作為網絡分析的依據；停電管理系統(OMS)是指GIS接到停電投訴後，通過調用CIS和SCADA功能，快速查找故障位置和影響範圍，選擇合理的操作順序和路徑，顯示處理過程中的進度，並自動將相關信息傳送到用戶投訴電話應答系統；此外，GIS還可以具有輔助配電網發展規劃和設計的功能。我國地理信息系統的發展起步稍晚，但發展勢頭相當迅猛，大致可分為以下三個階段。
首先是起步階段。20世紀70年代初，中國開始在測量、測繪和遙感領域普及電子計算機的應用。隨著國際遙感技術的發展，我國於1974開始引進美國地球資源衛星影像，開展遙感影像處理與解譯。1976召開第壹次遙感技術規劃會，形成了遙感技術實驗和應用蓬勃發展的新局面，相繼在京津唐地區開展了紅外遙感實驗。新疆哈密航空遙感試驗、天津渤海灣環境遙感研究、天津農業土地資源遙感清查。長期以來，國家測繪局系統地開展了壹系列的航空攝影測量和地形測繪工作，為建立地理信息系統數據庫奠定了堅實的基礎。解析制圖與數字制圖、計算機輔助制圖和數字高程模型的研究與應用也同步進行。1977年，第壹張由計算機輸出的全要素地圖誕生了。1978年，國家計委在黃山召開了第壹次全國數據庫座談會。這些都為地理信息系統的發展和應用做了技術準備。
第二個是實驗階段。進入80年代後，中國實施“六五”和“七五”計劃，國民經濟全面發展，迅速對“信息革命”做出了熱烈的回應。在大力發展遙感應用的同時，GIS也進入了實驗階段。在典型實驗中，主要研究了數據規範和標準、空間數據庫的構建、數據處理和分析算法以及應用軟件的開發。以農業為對象，研究質量評價和動態分析預測的模型和軟件，並將其應用於水庫淹沒損失、水資源估算、土地資源清查、環境質量評價和人口趨勢分析的實驗研究。在專題試驗和應用方面，在全國大地測量和建立數字地面模型的基礎上，建成了全國1: 1萬土地數據庫系統、全國土地信息系統、全國1:40萬資源環境信息系統和1:250萬水土保持信息系統，開展了黃土高原信息系統和洪澇災害預測分析系統的專題研究試驗。用於輔助城市規劃的各種小型信息系統也得到了城市建設和規劃部門的認可。
學術交流和人才培養取得長足進展。許多關於地理信息系統的國際學術研討會在中國舉行。1985中國科學院成立資源與環境信息系統國家重點開放實驗室，1988、1990武漢測繪大學相繼成立信息工程專業和測繪遙感信息工程國家重點開放實驗室。中國許多大學開設了不同層次的遙感課程和講習班，培養了大批從事地理信息系統研究和應用的博士和碩士。
三是GIS的全面發展階段。自20世紀80年代末和90年代以來，隨著社會主義市場經濟的發展，中國地理信息系統進入了全面發展階段。國家測繪局正在全國範圍內建立數字測繪信息產業。1: 1萬地圖數據庫已公開發售，魏:25萬地圖數據庫也已建成，全國1: 1萬地圖數據庫生產建設工作已經啟動。省測繪局正在努力建立1: 1萬的省級基礎地理信息系統。數字攝影測量和遙感的應用已逐漸從典型的實驗轉向業務系統，可以確保向地理信息系統持續提供地形和專題信息。20世紀90年代以來，沿海和沿江經濟開發區的發展、土地有償使用和引進外資都迫切需要GIS服務，有力地推動了城市地理信息系統的發展。中國許多城市都建立了城市規劃、土地管理、交通、電力和各種基礎設施管理的城市信息系統。
在基礎研究和軟件開發方面，科技部將“遙感、地理信息系統和全球定位系統的綜合應用”列入“九五”計劃，並在該項目中投入相當大的研究經費，支持武漢測繪科技大學、北京大學、中國地質大學、中國林科院、中國科學院地理研究所開發具有我國自主版權的基礎GIS軟件。經過幾年的努力，我國GIS基礎軟件與國外的差距迅速縮小，湧現出GeoStar、MapGIS、OityStar、ViewGIS等壹批GIS軟件。在遙感方面，在本項目的支持下，建立了基於IK4遙感影像土地分類結果的全國土地動態監測信息系統。這壹重大國家項目的實施極大地促進了我國遙感和地理信息系統的發展。國內外專家對地理信息系統的定義不同(國外對地理信息系統的壹些定義摘自David J. Maguire，1991)。
1、DoE(1987:132)
壹種用於捕獲、存儲、檢查、處理、分析和顯示地球空間參考數據的系統。
2、阿羅諾夫(1989:39)
用於存儲和操作地理參考數據的任何手動或基於計算機的程序集。
3、卡特(1989:3)
壹個機構整體，反映了壹個組織結構，它將技術與數據庫、專業知識和持續的財務支持相結合。
4、帕克(1988:1547)
壹種存儲、分析和顯示空間和非空間數據的信息技術。
5、杜克(1979:106)
信息系統的壹種特殊情況，其中數據庫由對空間分布的特征、活動或事件的觀察組成，這些特征、活動或事件在空間上可定義為點、線或面。GIS處理關於這些點、線和區域的數據，以檢索數據用於特殊查詢和分析。
6、史密斯等人(1987:13)
壹種數據庫系統，其中大部分數據都是按空間索引的，並在此基礎上運行壹組過程，以回答有關數據庫中空間實體的查詢。
7、奧澤莫伊、史密斯和西切爾曼(1981:92)
壹組自動化功能，為專業人員提供存儲、檢索、操作和顯示地理位置數據的高級功能。
8、巴勒(1986:6)
壹套強大的工具，用於收集、存儲、隨意檢索、轉換和顯示真實世界的空間數據。
9、考恩(1988:1544)
壹種決策支持系統，涉及在問題解決環境中空間參考數據的集成。
10、科什卡廖夫、蒂庫諾夫和特羅菲莫夫(1989:256)
具有高級地質建模能力的系統。
11、Devine和Field(1986:18)
MIS[管理信息系統]的壹種形式，允許壹般信息的地圖顯示。
12，陳等(1999，地理信息系統概論):
它由計算機系統、地理數據和用戶組成。它通過對地理數據的集成、存儲、檢索、操作和分析，生成和輸出各種地理信息，從而為政府部門的土地利用、資源管理、環境監測、交通運輸、經濟建設、城市規劃和行政管理提供新的知識，服務於工程設計、規劃和管理決策。工科是地圖學和地理信息工程，屬於測繪，重在測量。兩者沒有本質區別。根據自己的喜好，工科壹般設置在理工科院校，理科壹般在綜合性大學或者師範類大學。理科方面，武漢大學資源與環境科學學院的地理信息系統相當強大，尤其是地圖學方向。GIS的發展背景35000年前，法國的克魯馬儂族獵人在拉斯科附近的洞壁上畫出了他們獵殺的動物的圖案。與這些動物圖片相關的是壹些描述遷徙路線和軌跡的線條和符號。這些早期記錄符合現代地理信息系統的二元結構:壹個圖形文件對應壹個屬性數據庫。18世紀地形圖的現代測量技術已經實現，同時出現了早期版本的專題制圖，如科學方面或普查數據。20世紀初，發展了將圖片分層的“光刻術”。直到60年代初，隨著核武器研究的推進，計算機硬件的發展帶動了通用計算機“繪圖”的應用。
1967世界上第壹個實用的GIS系統是由安大略省渥太華的聯邦能源、礦產和資源部開發的。該系統由羅傑·湯姆林森開發，被稱為“加拿大地理信息系統”(CGIS)。它用於存儲、分析和處理收集的關於加拿大土地調查(CLI)的數據。CLI通過以1: 250，000的比例繪制有關土壤、農業、休閑、野生動物、水禽、林業和土地利用的各種信息來測量加拿大農村的土地容量，並添加等級分類因子進行分析。
CGIS是世界上第壹個“系統”，並在“繪圖”的應用中得到改進。它具有覆蓋、測量和數字化/掃描數據的功能，支持跨洲國家坐標系，將線編碼成具有真實嵌入拓撲結構的“弧”，並將屬性和位置的信息存儲在單獨的文件中。它的開發者、地理學家羅傑·湯姆林森被稱為“地理信息系統之父”。
CGIS直到20世紀70年代才完成，但它花了很長時間，所以在其最初的發展時期，它無法與銷售各種商業地圖應用程序的供應商競爭，如Intergraph。隨著微型計算機硬件的發展，ESRI和卡裏斯等廠商已經成功地合並了大多數CGIS特征，並將用於分離空間和屬性信息的1生成方法與用於將屬性數據組織到數據庫結構中的第二代方法相結合。20世紀80年代和90年代的工業發展刺激了使用GIS的UNIX工作站和個人電腦的快速增長。到20世紀末，各種系統中的快速增長使其在少數相關平臺中得到鞏固和標準化。並且用戶開始提出在互聯網上查看GIS數據的概念，這就要求數據格式和傳輸的標準化。GIS中使用的技術從不同來源獲取相關信息。
如果妳能把妳所在州的降雨量和妳所在縣的照片聯系起來，妳就能確定哪塊濕地會在壹年中的某個時候幹涸。地理信息系統可以進行這種分析，它可以以不同的形式應用來自不同來源的信息。對源數據的基本要求是確定變量的位置。位置可以由經度、緯度和海拔的X、Y和Z坐標來標記，或者由其他地理編碼系統來表示，例如郵政編碼或公路裏程標誌。任何可以定位和存儲的變量都可以反饋給GIS。壹些政府機構和非政府組織正在制作可以直接訪問GIS的計算機數據庫。您可以將地圖中不同類型的數據格式導入GIS。同時，GIS系統可以將非地圖形式的數字信息轉換成可以識別和使用的形式。例如，通過分析遙感生成的數字衛星圖像，可以生成類似於地圖的關於植被覆蓋的數字信息層。同樣，人口調查或水文表的數據也可以轉換成地圖的形式，作為GIS系統中的主題信息層。
數據顯示
GIS數據以數字數據的形式表示現實世界的客觀對象(公路、土地利用、海拔高度)。現實世界中的客觀對象可以分為兩個抽象概念:離散對象(如房屋)和連續對象區域(如降雨量或海拔)。這兩種抽象在GIS系統中存儲數據的方法主要有兩種:網格和矢量。柵格(grid)數據由保存唯壹值存儲單元的行和列組成。它類似於網格(grid)圖像。除了使用適當的顏色，每個單元記錄的值也可以是壹個分類組，如土地利用、連續值或降雨量，或者在數據不可用時記錄的空值。柵格數據集的分辨率取決於地面單位的格網寬度。通常，存儲單元表示地面的正方形區域，但它也可以用於表示其他形狀。柵格數據可用於表示區域或對象，存儲為...矢量數據使用點、線(壹系列點坐標)或面(形狀取決於線)等幾何圖形來表示客觀對象。比如房屋細分，用多邊形表示房產邊界，用點精確表示位置。向量也可以用來表示具有連續可變性的場。使用等高線和不規則三角網(TIN)來表示海拔或其他不斷變化的值。TIN的記錄評估連接成由三角形組成的不規則格網的這些點。三角形的面代表地形表面。用柵格或矢量數據模型表達現實，有利也有弊。柵格數據設置為記錄平面內所有點的值相同，而矢量格式只在需要的地方存儲數據，這使得前者比後者需要更多的存儲空間。覆蓋柵格數據很容易，但對於矢量數據就困難得多。矢量數據可以像傳統地圖上的矢量圖形壹樣顯示，而柵格數據顯示為圖像時，顯示對象的邊界會模糊。除了用幾何矢量坐標或網格單元位置表示的空間數據，還可以存儲其他非空間數據。在矢量數據中，這些附加數據是客觀對象的屬性。例如，森林資源的多邊形可能包含標識符值和有關樹種的信息。柵格數據中的像元值可以存儲屬性信息，但也可以用作與其他表中的記錄相關的標識符。
資料檢索
數據檢索——將數據輸入系統——占用了GIS從業者的大部分時間。將數據輸入GIS有多種方式，其中數據是以數字格式存儲的。印刷在紙張或聚酯薄膜地圖上的現有數據可以被數字化或掃描以生成數字數據。數字化儀從地圖生成矢量數據，作為操作員軌跡點、線和多邊形的邊界。掃描地圖可以生成柵格數據，這些數據可以進壹步處理以生成矢量數據。測量數據可以從測量儀器上的數字數據采集系統直接輸入GIS。從另壹種測量工具全球定位系統(GPS)獲得的位置也可以直接輸入GIS。遙感數據在數據收集中也發揮著重要作用，由附著在平臺上的多個傳感器組成。傳感器包括相機、數字掃描儀和激光雷達，而平臺通常由飛機和衛星組成。目前，大多數數字數據來自照片判讀和航拍照片。軟拷貝工作站用於數字化從數字圖像的立體圖像對中直接獲得的特征。這些系統允許以二維或三維方式獲取數據，並基於攝影測量直接從立體圖像對中測量它們的高度。現在的模擬航拍照片都是先掃描再輸入軟拷貝系統，但隨著高質量數碼相機越來越便宜，這壹步可以省略。衛星遙感提供了空間數據的另壹個重要來源。在這裏，衛星使用不同的傳感器封裝來被動測量雷達等主動傳感器發射的電磁波頻譜或部分無線電波的反射系數。可以對遙感數據進行進壹步處理，以識別感興趣的對象和類別，如土地覆蓋的柵格數據。除了收集和輸入空間數據，屬性數據也要輸入GIS。對於矢量數據，這包括關於系統中表示的對象的附加信息。數據輸入GIS後，通常會進行編輯以消除錯誤或進行進壹步處理。對於壹些高級分析，矢量數據必須是“拓撲正確的”。例如，在道路網絡中，線必須與交叉點處的節點相連。還必須消除反沖或過沖等誤差。對於掃描的地圖，可能需要從生成的柵格中移除源地圖上的汙點。例如，汙垢點可能會連接兩條不應該連接的線路。
數據操作
GIS可以執行數據重構，將數據轉換成不同的格式。例如，GIS可以將衛星圖像轉換為矢量結構，方法是在所有具有相同分類的單元周圍生成線，並確定單元的空間關系，如鄰接和包含。
因為數字數據是以不同的方式收集和存儲的，所以這兩種數據源可能不完全兼容。因此，GIS必須能夠將地理數據從壹種結構轉換到另壹種結構。
投影系統、坐標系和變換
財產所有權圖和土壤分布圖可能以不同的比例顯示數據。必須對GIS中的地圖數據進行操作，以與從其他地圖獲得的數據保持壹致或進行協作。在分析數字數據之前，它們可能需要經過其他過程才能集成到GIS中，例如投影和坐標轉換。地球可以用許多模型來表示。對於地球表面的任何給定點，每個模型可能會給出壹組不同的坐標(如緯度、經度和高度)。最簡單的模型是假設地球是壹個理想球體。隨著地球測量數據的逐漸積累，地球模型變得越來越復雜和精確。事實上，壹些模型應用於地球的不同區域，以提供更高的精度(如北美坐標系，1983-NAD83-僅適用於美國，不適用於歐洲)。
投影是制作地圖的基礎部分。這是壹種從地球模型轉換信息的數學方法。它將三維曲面轉化為二維介質(如紙張或電腦屏幕)。不同類型的地圖應該使用不同的投影系統，因為每個投影系統都有自己合適的用途。例如，可以準確反映大陸形狀的投影會扭曲大陸的相對大小。
GIS空間分析
空間分析能力是GIS的主要功能，也是GIS區別於計算機繪圖軟件的主要特征。空間分析是從空間對象的空間位置和聯系等方面來研究空間事物，對空間事物進行定量描述。壹般來說只回答什麽(是什麽？)，哪裏(哪裏？怎麽樣？)等問題，而不是(能)回答為什麽(為什麽？)。空間分析需要復雜的數學工具，其中最重要的有空間統計學、圖論、拓撲學、計算幾何等。[1].它的主要任務是描述和分析空間構成，以獲取、描述和識別空間數據。理解和解釋地理模式的背景過程；空間過程的模擬和預測；調節地理空間中事件的目的[2]。
空間分析技術涉及多個學科，地理學、經濟學、區域科學、大氣、地球物理學、水文學等專業學科為其提供知識和機制。
除了GIS軟件捆綁的空間分析模塊，還有壹些專門的空間分析軟件，如GISLIB、SIM、PPA、Fragstats等。
數據建模
很難把濕地地圖和機場、電視臺、學校等不同地方記錄的降雨量聯系起來。然而，GIS可以描述地表、地下和大氣的二維和三維特征。
例如，GIS可以快速繪制反映降雨量的雨量線。
這樣的地圖被稱為雨量圖。整個表面的特征可以通過測量有限數量的點來估計，這種方法已經非常成熟。在GIS中，二維雨量圖可以與同壹區域的其他圖層進行疊加和分析。
拓撲建模
在過去的35年裏，濕地附近有沒有加油站或工廠？有沒有這樣的設施滿足在濕地上方2英裏以內的要求？GIS可以識別和分析數字空間數據中的這種空間關系。這些拓撲關系允許復雜的空間建模和分析。地理實體聲音的拓撲關系包括連接(什麽與什麽連接)、包含(什麽在什麽中)和鄰近(兩者之間的距離)。
網絡建模
如果濕地附近的所有工廠同時向河流中排放化學物質，那麽排放到濕地中的汙染物數量需要多久才能達到破壞環境的數量？GIS可以模擬汙染物沿線性網絡(河流)的擴散路徑。諸如坡度、速度限制和管道直徑的數值可以並入該模型中，以使模擬更加精確。網絡建模通常用於交通規劃、水文建模和地下管網建模。