從表現形式上看，GIS是計算機軟硬件系統，其核心是對地理坐標位置信息和相關位置的屬性信息進行管理、計算和分析的數據庫系統。它表達空間位置和所有與位置相關的信息。因此，GIS是地球空間實體的表示和綜合，其信息的基本表達形式是各種二維或三維電子地圖。因此，GIS也可以簡單地定義為“收集、模擬、處理、檢索、分析和表達地理空間數據的計算機信息系統”。
(地理信息系統發展簡史
GIS起源於20世紀60年代“將地圖變成數字地圖，供計算機處理和分析”的目的。1963年，加拿大測量員R.F.Tomlinson首先提出了GIS這個術語，並建成了世界上第壹個用於自然資源管理和規劃的GIS(加拿大地理信息系統，CGIS)。當時，GIS側重於空間數據的地理處理。
20世紀70年代以來，隨著計算機軟硬件水平的提高，以及政府部門在自然資源管理、規劃和環境保護等方面對空間信息進行分析和處理的需求，GIS得到了鞏固和發展。
20世紀80年代，GIS的應用領域迅速擴大，商業軟件開始進入市場。其應用從基礎信息管理和規劃轉向空間決策支持分析，地理信息產業雛形初具。
20世紀90年代以來，隨著計算機技術和網絡技術的快速發展，地理信息系統的應用不斷深入和廣泛，已經成為國土資源、農業、氣象、環境和城市規劃等領域的壹項經常性工作制度。特別是1998提出“數字地球”概念後，GIS在世界範圍內迅速發展，並廣泛應用於各個領域，產生了巨大的經濟效益和社會效益。
中國GIS的發展始於20世紀80年代初，以1980中國科學院遙感應用研究所成立中國第壹個GIS實驗室為標誌，經歷了籌建(1980 ~ 1985)、發展(1985 ~ 1995)和產業化(1995)。特別是近幾年，國內出現了很多優秀的GIS軟件。
(二)地理信息系統的最新發展
1.日益與計算機信息技術相結合。
近年來，隨著計算機軟硬件技術和通信技術的飛速發展，GIS技術也得到了迅速發展和廣泛應用，並日益與主流IT技術相融合，成為信息技術發展的新方向。
壹方面，GIS發展的驅動力來自於GIS在日益廣泛的應用領域中日益增長的需求；另壹方面，計算機科學的快速發展為GIS提供了先進的工具和手段。計算機領域的許多新技術，如面向對象技術、三維技術、圖像處理和人工智能技術，都可以直接應用於GIS。同時，由於空間技術的快速發展，特別是遙感技術的發展，提供了地球空間環境中不同階段的數據，使得GIS的作用日益突出，GIS不斷升級，能夠提供存儲、處理和分析海量地理數據的環境。
隨著組件式GIS技術的發展，它可以與其他計算機信息系統無縫集成，跨語言使用，並提供了無限擴展的數據可視化表達形式。
2.動態、多源、多維、網絡化
最新的GIS技術將逐步擺脫以往靜態、二維和數字地圖技術的束縛，從傳統的靜態地圖和電子地圖發展到空間信息的可視化、動態分析和動態模擬，支持動態、可視化、交互式環境處理、分析和顯示多維、多源地理空間數據。其中，視景仿真技術可以使人直接與三維圖形世界中的形態信息實時交互；虛擬現實技術主要是以三維圖形為基礎，結合網絡、多媒體、立體視覺和新型傳感技術，可以創建壹個虛擬的數字地球或數字城市，讓人沈浸其中。
先進的對地觀測技術、互操作技術、海量數據存儲和壓縮技術、網絡技術、分布式技術、面向對象技術、空間數據倉庫、數據挖掘等技術的發展為GIS的發展和創新創造了新的手段。
第四代地理信息系統技術
隨著計算機硬件性能的提高和面向對象、網絡、數據挖掘等主流IT技術的發展，目前，在科技部相關部門的倡導下，國內學術界提出了第四代GIS技術的概念。第四代GIS技術將主要具有以下特點:
(1)支持“數字地球”或“數字城市”概念的實現，從二維向多維發展，從靜態數據處理向動態數據處理發展，具有時序數據處理能力。
(2)基於網絡分布式數據管理和計算、WebGIS和B/S架構，用戶可以實現遠程空間數據的調用、檢索、查詢和分析，並具備在線事務管理(OLTP)和在線分析(OLAP)能力。
(3)面向空間實體及其關系的數據組織與融合，具備矢量、遙感影像數據交互等多源數據的加載與融合能力，可實現多尺度數據的無縫融合與交互。
(4)具有海量數據存儲、查詢、分析處理、基於空間數據的數據挖掘和強大的模型支持的統壹能力。
(5)具備與其他計算機信息系統的整體集成能力。比如與MIS、ERP、OA等企業信息系統的無縫集成；微型嵌入式GIS集成了各種手持終端設備，如PDA、手機、GPS接收設備等。
(6)具有虛擬現實表達和自適應可視化能力，針對不同用戶出現不同的用戶界面、地圖和虛擬現實效果。
地理信息系統的應用
人類使用的信息80%與地理位置和空間分布有關，因此GIS的應用範圍非常廣泛。目前，GIS已應用於軍事、自然資源管理、土地和城市管理、電力、電信、石油和天然氣、城市規劃、交通、環境監測和保護、110和120快速反應系統等。
未來，GIS的應用將廣泛應用於市場分析、企業客戶關系管理、銀行、保險、人口統計、房地產開發、個人位置服務等領域，這將是GIS產業發展的新增長點。事實上，GIS的應用將加速到人們工作和生活的方方面面。GoogleEarth的流行證明了GIS技術已經滲透到日常生活的每壹個角落。
由於地理信息在人類生活和國民經濟中的重要作用，GIS將在未來幾十年保持快速發展的勢頭，成為IT高科技領域的核心技術。
近年來，隨著移動通信技術的發展，GIS的應用範圍迅速擴展到人們的日常生活中。集成GIS、GPS和GSM的技術已廣泛應用於車輛安全防範系統和調度系統，為人們提供防劫、防盜、報警、道路引導、醫療救援以及基於該系統平臺拓展各種電子商務增值服務。
以醫療救援為例，當患者向監控中心請求急救時，監控中心可以從GIS電子地圖上查詢患者的具體位置，同時搜索最近的急救車輛，讓最近的車輛接送患者。患者進入救護車後，監控中心可以通過雙向呼叫功能，引導救護車上的醫生進行搶救治療，同時通過GIS的最優路徑功能，將救護車引導到道路上，使其以最快的速度到達醫院或急救中心。在救護車移動的同時，患者家屬可以立即通過互聯網在線查詢救護車的移動位置和患者的狀態信息。通過GIS，結合GPS和GSM無線通信和網絡，在患者及其家屬、救護車和醫生之間建立了壹個無縫的通信系統，最終使患者得到快速及時的治療。
如果在車輛的移動目標、家中的固定目標、重點防護單位甚至路燈上安裝GPS、GSM或其他無線通信設備，我們就可以在城市生活中通過GIS、GPS、互聯網和無線通信技術組成的綜合服務系統獲得急救、報警和各種業務服務，真正使我們生活在壹個立體的、全方位的數字生活中，體驗數字空間的高科技價值。
由GIS、RS和GPS組成的空間信息技術將是未來發展最快、最令人興奮的領域之壹。它融合了通信和其他IT技術，為人類展現了壹種全新的工作和生活方式(A.R.Mermut，H.Eswaran，2001)。當城市、國家乃至整個地球通過最新的GIS技術高度集中在電腦屏幕上，人類將對自己的命運和未來有更充分的把握。
(E)地理信息系統和土地管理
GIS長期以來壹直局限於地理研究和應用領域，與各行各業和我們的日常生活有著千絲萬縷的聯系。更重要的是，它的應用領域還在不斷拓展，甚至觸及到了企業信息化的進程。
GIS應用於土壤科學的研究，是對現實世界的壹種模型和模擬實現。在GIS系統中，土壤資源信息可以在對話中訪問、轉換和操作，是土壤資源分類、評價、規劃、管理和利用的基礎，為土壤資源的可持續利用服務。GIS應用於土壤科學研究的各個方面，包括:①土壤制圖技術和土壤取樣技術；②土壤侵蝕預測與評價；③土壤資源的汙染與防治；④土壤養分流失評價；⑤土壤資源評價與管理；⑥作物生長模擬等。如1983，美國水土保持局開發了農用地評價和土地利用估算系統，其中農用地評價包括土壤生產力分級、土壤適宜性評價和土壤生產力潛力評價。從65438年到0989年，美國水土保持局利用土壤信息系統保護土壤生態環境，控制土壤汙染。1990土壤侵蝕預報模型已成功應用於土壤信息系統，主要分析方法有土壤侵蝕諾模圖、微機軟件圖和溪岸侵蝕諾模圖。
1.建立農業生產應用體系。
如日本農業用地土地資源信息系統，包括土壤信息系統、作物栽培試驗信息系統、農業氣象信息系統等子系統。保加利亞的計算機綜合農業管理系統自1980年代初開始運行。
20世紀90年代，GIS在土壤科學領域的應用不斷擴大，其作用和地位日益受到關註。在1994年開始的15、16和17國際土壤大會上，持續討論了土壤信息系統在可持續農業和全球變化中的應用、土壤數據庫的結構和聯網等相關問題。同時，應用進壹步趨向於農業生產實際，直接服務於農場管理和經營，如農業技術咨詢、牧場水源選擇、作物生產管理、機械化施肥等。
20世紀80年代中期，中國土壤工作者開始建立土壤數據庫，開發和應用土壤信息系統。1986年底，北京大學遙感中心主持了土壤侵蝕信息系統研究，建立了區域土壤侵蝕信息系統，是國內較早的土壤信息系統研究。從65438到0989，南京土壤研究所花了兩年時間研究東北三江平原土壤信息系統土壤圖和數據庫的建立。在1990中，研究了1 ∶ 5萬江西紅壤生態站土壤信息系統的土壤侵蝕圖；1991在“利用信息系統技術編制土壤退化圖”的研究中，應用了從土壤土地數據庫的建立到土壤退化評價方法等壹系列現代信息系統技術，編制了試驗區土壤水蝕風蝕評價圖；從65438到0992，海南島土壤與土地利用信息庫及信息系統制圖基本完成。1991，中國科學院沈陽應用生態研究所主持研究“區域微機土壤信息系統的建立與應用”。在吉林省農安縣的試驗結果表明，這是壹個簡單實用的土壤信息系統。從65438到0999，胡月明等人利用基礎土壤數據庫建立了紅壤分類評價信息系統。
2.預測土壤的空間變化和分布。
由於GIS技術在土壤制圖中的深入應用，如何從有限的單點原始數據中更準確地分析土壤屬性的空間分布成為人們關註的焦點。具體來說，由於土壤數據庫的信息來源於土壤分類、分色制圖和制圖的綜合，土壤空間分異類型發生了位移，而現代GIS技術又需要大量的信息源，所以許多土壤學家把興趣集中在土壤空間變異性的正確表達(即土壤圖在GIS中的正確表達)上。
(1)地形分析。Morre、Bourennane、Gessier和Oden的研究都表明，某壹地區的土壤性質與該地區的地形地貌和景觀位置有明顯的關系，即與土壤的形成過程密切相關，可用下式表示:
中國耕地質量等級調查與評價(廣東卷)
其中:
矽-土壤特性，如土壤厚度、pH值等。
I——由氣候、母質、地貌歷史、植被等因素決定的壹個區域的原始地形數據，如海拔、坡度、凹凸坡形、水流長度、特定流域面積等，可由DEM計算出壹定精度，復合地形數據可憑經驗判斷或根據描述下墊面物理發生過程的方程進行簡化。GIS技術可以生成DEM，因此應用GIS和地形分析可以提高土壤性質空間分布預測的精度。
(2)地質統計學與GIS的結合。GIS在存儲、查詢和顯示地理數據方面發展迅速，但在提供空間分析模塊方面發展緩慢。由於缺乏通用的空間分析模塊，GIS在解決壹些空間問題上的應用受到了很大的限制。
地質統計學是由南非礦山地質學家D.G .克裏格於1951年提出的，所以這壹理論也以克裏格命名，並由法國地質學家馬瑟隆博士於1962年完善和創立。這門學科在礦產儲量研究中發揮了巨大作用。這是壹種尋找最優、線性、無偏插值估計值的方法(藍色)。在充分考慮信息樣本的形狀、大小及其與待估塊段的空間分布位置、品位的空間結構等幾何特征後，以變差圖為工具，對每個樣本值賦予壹定的權重系數，通過加權平均來估計塊段的品位。
克裏金法已被國內外土壤學家廣泛用於預測非采樣點的土壤性質。常用的方法有普通克立格法(OK)、泛克立格法(UK)、指示克立格法(IK)、合作克立格法(CK)、回歸克立格法(RK)、點克立格法(PK)和塊克立格法(BK)。他們的研究還表明，在使用克裏金法建立模型時，綜合應用土壤和土地信息，如土壤分類、參考區土壤性質、坡度和高程等，可以大大提高克裏金法的插值精度，降低測量大量樣本所需的成本，減少樣本點過少帶來的誤差。我國從20世紀80年代開始使用克立格法研究土壤參數的空間變異性，2000年以後這方面的報道越來越多。
近年來，壹些學者開始研究地質統計學與GIS的關系，並在GIS軟件中提供了壹些空間分析功能。例如，美國聖巴巴拉NCGIA的SAN模型在ArcGIS軟件中提供了計算和顯示空間自相關和其他空間量的功能。壹方面，兩者的結合可以大大加強GIS的分析功能，使大量數據中隱含的空間信息得以表達，發揮更大的作用；另壹方面也可以增強空間分析能力。隨著空間分析技術的飛速發展和新理論的不斷湧現，空間分析模塊已經成為GIS中必不可少的模塊。