地理信息系統（GIS）是被設計為捕獲、存儲、操縱、分析、管理和本空間或系統的地理數據。GIS應用程序是允許用戶創建交互式查詢（用戶創建的搜索），分析空間信息，編輯地圖中的數據以及顯示所有這些操作的結果的工具。GIS有時是指地理信息科學（GIScience），它是地理概念，應用和系統的基礎。自1980年代中期以來，地理信息系統已成為用于支持各種城市和區域規劃功能的有價值的工具。

GIS可以指許多不同的技術、過程、技術和方法。它涉及許多業務，并具有與工程、計劃、管理、運輸/物流、保險、電信和業務有關的許多應用程序。因此，GIS和位置智能應用程序可以成為許多依賴分析和可視化的支持位置的服務的基礎。

GIS可以通過使用位置作為關鍵索引變量來關聯不相關的信息。地球時空中的位置或范圍可以記錄為發生的日期/時間，并且x，y和z?坐標分別表示經度，緯度和海拔。所有基于地球的時空位置和范圍參考都應相互關聯，并最終與“真實”物理位置或范圍相關。GIS的這一主要特征已經開始為科學探究開辟新的途徑。

現代的GIS技術使用數字信息，為此使用了各種數字化數據創建方法。數據創建的最常用方法是數字化，其中通過使用CAD程序和地理參考功能將硬拷貝地圖或勘測計劃轉移到數字介質中。隨著正射影像（來自衛星、飛機、Helikite和無人機）的廣泛使用，平視數字化正成為提取地理數據的主要途徑。平視數字化涉及直接在航拍圖像上跟蹤地理數據，而不是通過傳統方法在單獨的數字化平板電腦上跟蹤地理形式（平視數字化）。

地理處理是用于處理空間數據的GIS操作。典型的地理處理操作將獲取輸入數據集，對該數據集執行操作，然后將操作結果作為輸出數據集返回。常見的地理處理操作包括地理要素疊加，要素選擇和分析、拓撲處理、柵格處理以及數據轉換。地理處理允許對用于形成決策的信息進行定義、管理和分析。

GIS使用時空位置作為所有其他信息的關鍵索引變量。正如包含文本或數字的關系數據庫可以使用公共鍵索引變量來關聯許多不同的表一樣，GIS可以通過使用位置作為鍵索引變量來關聯其他不相關的信息。關鍵是時空的位置和/或程度。

可以使用GIS引用可以在空間上以及在時間上也可以在位置上定位的任何變量。地球時空中的位置或范圍可以記錄為發生的日期/時間、并且x、y和z 坐標分別表示經度、緯度和海拔。這些GIS坐標可以表示其他量化的時空參考系統（例如，膠卷幀號、水位計站，高速公路英里標記、測量師基準、建筑物地址、街道交叉口、入口大門、水深探測、POS或CAD圖）來源/單位）。應用于記錄的時空數據的單位可能相差很大，但理想情況下，所有基于地球的時空位置和范圍參考都應該相互關聯，并最終與時空上的“真實”物理位置或范圍相關。

與準確的空間信息相關聯，可以分析、解釋和表示令人難以置信的各種現實世界以及預計的過去或將來的數據。GIS的這一關鍵特征已經開始為科學查詢的新途徑開辟新渠道，而這些查詢和行為以前是沒有系統關聯的現實世界信息的行為和模式。

GIS的準確性取決于源數據，以及如何進行編碼以引用數據。土地測量師已經能夠利用GPS衍生的位置提供高水平的位置精度。高分辨率數字地形和航空影像，功能強大的計算機和Web技術正在改變GIS的質量，實用性和期望，以便為社會大規模服務，但是盡管如此，還有其他影響整個GIS的源數據像紙質地圖一樣的精度，盡管這些在實現所需精度方面用途有限。

在開發用于GIS的數字地形數據庫時，地形圖是主要來源，而航空攝影和衛星圖像是用于收集數據和識別可在比例尺位置的各個圖層中映射的屬性的額外來源。地圖的比例尺和地理繪制區域表示類型是非常重要的方面，因為信息內容主要取決于比例尺集和地圖表示位置的可定位性。為了數字化地圖，必須在理論尺寸內檢查地圖，然后將其掃描成柵格格式，并且必須通過橡膠布?/翹曲技術流程。

對地圖的定量分析使準確性問題成為焦點。用于GIS測量的電子設備和其他設備要比傳統地圖分析的機器精確得多。所有地理數據本質上都是不準確的，并且這些不準確度將以難以預測的方式在GIS操作中傳播。

GIS數據代表真實對象（例如道路、土地用途、高程、樹木、水路等），而數字數據則確定了混合對象。真實對象可以分為兩種抽象：離散對象和連續字段（例如降雨量或海拔）。傳統上，有兩種廣泛的方法可用于在GIS中為兩種抽象映射參考存儲數據：柵格圖像和vector。點，線和面是映射的位置屬性引用的內容。一種新的混合數據存儲方法是識別點云，該點云將三維點與每個點的RGB信息結合在一起，返回“?3D彩色圖像”。GIS主題地圖將越來越直觀地描述它們打算顯示或確定的內容。

數據捕獲-將信息輸入系統-占用了GIS從業人員的大量時間。有多種方法可用于將數據輸入GIS，并以數字格式存儲。

可以將打印在紙質或PET膠片地圖上的現有數據進行數字化或掃描，以生成數字數據。當操作員從地圖上跟蹤點，線和多邊形邊界時，數字化儀會生成矢量數據。掃描地圖會生成可進一步處理以產生矢量數據的柵格數據。

使用稱為坐標幾何（COGO）的技術，可以將測量數據從測量儀器上的數字數據收集系統直接輸入到GIS中。來自全球導航衛星系統（GNSS）的位置（如全球定位系統）也可以被收集，然后導入到GIS中。數據收集的當前趨勢使用戶能夠使用現場計算機，并能夠使用無線連接或斷開的編輯會話來編輯實時數據。低成本的，具有分米精度的實時地圖級GPS單位的可用性得到了增強。這樣一來，便無需在收集了現場工作后就在辦公室發布數據，導入和更新數據。這包括合并使用激光測距儀收集的位置的能力。新技術還允許用戶直接在現場創建地圖和進行分析，從而使項目更高效，地圖更準確。

遙感數據在數據收集中也起著重要作用，它由連接到平臺的傳感器組成。傳感器包括照相機，數字掃描儀和激光雷達，而平臺通常由飛機和衛星組成。在1990年代中期，在英國，稱為helikites的混合風箏/氣球首次率先使用小型機載數碼相機作為機載地理信息系統。精確到0.4毫米的飛機測量軟件用于鏈接照片和測量地面。Helikite價格便宜，并且比飛機收集更準確的數據。Helikite可以在禁止無人駕駛飛機（UAV）的道路，鐵路和城鎮上使用。

最近，使用微型無人機可以進行空中數據收集。例如，Aeryon Scout僅在12分鐘內就繪制了一個50英畝的區域，地面采樣距離為1英寸（2.54厘米）。

當前，大多數數字數據來自航空照片的照片解釋。軟拷貝工作站用于直接從立體聲數碼照片對中對特征進行數字化。這些系統允許以二維和三維形式捕獲數據，并使用攝影測量原理從立體對直接測量高程。在將模擬航拍照片輸入軟拷貝系統之前，必須先對其進行掃描，對于高質量的數碼相機，將跳過此步驟。

衛星遙感提供了空間數據的另一個重要來源。在這里，衛星使用不同的傳感器套件來被動地測量從諸如雷達之類的有源傳感器發出的電磁頻譜或無線電波的反射率。遙感收集的柵格數據可以使用不同的波段進行進一步處理，以識別感興趣的物體和類別，例如土地覆蓋。

捕獲數據時，用戶應考慮應以相對準確度還是xxx準確度捕獲數據，因為這不僅會影響信息的解釋方式，還會影響數據捕獲的成本。

將數據輸入GIS后，通常需要對數據進行編輯，以消除錯誤或進行進一步處理。對于矢量數據，必須先使其在“拓撲上正確”，然后才能用于某些高級分析。例如，在公路網中，線必須與交叉點處的節點連接。還必須消除下沖和過沖等錯誤。對于掃描的地圖，可能需要從生成的柵格中消除源地圖上的瑕疵。例如，污點斑點可能會連接不應連接的兩條線。

很難將濕地地圖與在機場，電視臺和學校等不同地點記錄的降雨量聯系起來。但是，可以使用GIS從信息點描述地球表面，地下和大氣的二維和三維特征。例如，GIS可以快速生成具有等值線或等高線的地圖表示降雨量不同。這樣的圖可以被認為是降雨等高線圖。許多復雜的方法可以通過有限的點測量來估計表面的特性。由降雨點測量的表面建模創建的二維等高線圖可以與覆蓋相同區域的GIS中的任何其他圖進行疊加和分析。然后，此GIS派生地圖可以提供其他信息-例如水電潛力作為可再生能源的可行性。同樣，GIS可用于比較其他可再生能源，以找到某個地區的最佳地理潛力。

此外，還可以從一系列三維點或數字高程模型生成代表高程輪廓的等值線，以及坡度分析，陰影浮雕和其他高程積。通過計算從任何給定興趣點開始的所有連續和上坡區域，可以輕松地為任何給定范圍定義流域。同樣，預期河谷底線的，其表面的水將要在間歇性和xxx性的流行程可以從GIS高程數據來計算。

GIS可以識別和分析數字存儲的空間數據內存在的空間關系。這些拓撲關系允許執行復雜的空間建模和分析。幾何實體之間的拓撲關系傳統上包括鄰接關系，包含關系和接近度。