ГИС, компьютерная система для проведения географического анализа. ГИС состоит из четырех интерактивных компонентов: входной подсистемы для перевода в цифровой вид (оцифровки) карт и других пространственных данных; подсистемы хранения и поиска; подсистемы анализа; выходной подсистемы для создания карт, таблиц и ответов на географические запросы. ГИС часто используются специалистами по экологическому и городскому планированию, маркетологами, аналитиками торговых площадок, специалистами по водным ресурсам и другими профессионалами, чья работа основана на использовании карт.
ГИС частично развились из работы картографов, которые создают два типа карт: карты общего назначения, содержащие множество различных тем, и тематические карты, посвященные одной теме, такой как почва, растительность, зонирование, плотность населения или дороги. Тематические карты являются основой ГИС, поскольку они позволяют хранить большое количество довольно специфических тематических материалов, которые впоследствии можно сравнивать. Например, в 1950 году британский градостроитель Жаклин Тирвитт объединил четыре такие тематические карты (рельеф, геология, гидрология и сельскохозяйственные угодья) в одну карту с помощью прозрачных накладок, расположенных одна на другой. Эта относительно простая, но универсальная техника позволила картографам создавать и одновременно просматривать несколько тематических карт одного географического района. В своей эпохальной книге «Дизайн с природой» (1967) американский ландшафтный архитектор Ян Макхарг описал использование картографических наложений в качестве инструмента для городского и экологического планирования. Эта система наложений является важнейшим элементом ГИС, в которой используются цифровые слои карт, а не прозрачные пластиковые листы времен Макхарга.
Появление компьютера в 1950-х годах стало еще одним важным компонентом ГИС. К 1959 году американский географ Уолдо Тоблер разработал простую модель использования компьютера в картографии. Его система MIMO («map in-map out») позволила преобразовывать карты в пригодную для использования на компьютере форму, манипулировать файлами и создавать на выходе новую карту. Это нововведение и его первые потомки обычно классифицируются как компьютерная картография, но они заложили основу для ГИС.
В 1963 году канадский географ английского происхождения Роджер Томлинсон начал разрабатывать то, что в итоге станет первой настоящей ГИС, чтобы помочь канадскому правительству в мониторинге и управлении природными ресурсами страны. (Из-за важности своего вклада Томлинсон стал известен как «отец ГИС»). Томлинсон опирался на работу Тоблера и других авторов, которые создали первое картографическое устройство цифрового ввода (дигитайзер) и компьютерный код, необходимый для поиска и анализа данных; они также разработали концепцию явной связи между географическими данными (сущностями) и их описаниями (атрибутами).
Два наиболее распространенных формата компьютерной графики — векторный и растровый, оба используются для хранения графических элементов карты. Векторные ГИС представляют местоположение точечных объектов как пары координат в географическом пространстве, линии — как множество точек, а области — как множество линий. Топографические поверхности часто представляются в векторном формате в виде серии непересекающихся треугольников, каждый из которых представляет собой равномерный уклон. Такое представление известно как триангулированная иррегулярная сеть (TIN). Описания карт хранятся в виде табличных данных с указателями на сущности. Это позволяет ГИС хранить более одного набора описаний для каждого объекта графической карты.
Растровые ГИС представляют точки в виде отдельных однородных участков Земли, обычно квадратов, называемых ячейками сетки. Коллекции ячеек сетки представляют собой линии и области. Поверхности хранятся в растровом формате в виде матрицы значений высоты точек, по одному на каждую ячейку сетки, в формате, известном как цифровая модель рельефа (ЦМР). При необходимости данные ЦМР могут быть преобразованы в модели TIN. Растровые или векторные данные хранятся в виде коллекции тематических карт, называемых по-разному: слои, темы или покрытия.
Компьютерные алгоритмы позволяют оператору ГИС манипулировать данными в рамках одной тематической карты. Пользователь ГИС может также сравнивать и накладывать данные с нескольких тематических карт, как это делали планировщики вручную в середине 1900-х годов. ГИС также может находить оптимальные маршруты, определять лучшие места для размещения предприятий, устанавливать зоны обслуживания, создавать карты прямой видимости, называемые видовыми площадками, и выполнять широкий спектр других статистических и картографических манипуляций. Операторы ГИС часто объединяют аналитические операции в картографические модели с помощью процесса, называемого картографическим моделированием. Опытные пользователи ГИС разрабатывают весьма сложные модели для моделирования широкого спектра задач по решению географических проблем. Некоторые из наиболее сложных моделей представляют потоки, такие как движение транспорта в час пик или движение воды, которые включают в себя временной элемент.
