ГІС оперує просторовими даними, які звичайно складаються з двох взаємопов' язаних частин: координатних і атрибутивних даних. Установлення зв' язку між цими частинами називають геокодуванням. Координатні дані визначають позиційні характеристики просторового об'єкта. Вони описують його місцеперебування в деякій системі координат у вигляді послідовності координат точок. Атрибутивні дані — це сукупність непозиційних характеристик (атрибутів) просторового об'єкта. Атрибутивні дані визначають смисловий зміст (семантику) об' єкта і можуть містити як якісні, так і кількісні значення.
ГІС включає можливості системи управління базами даних (СУБД), редакторів растрової і векторної графіки й аналітичних засобів.
Растрове (або цифрове) зображення — це файл даних або структура, зображена у вигляді прямокутної сітки пікселів або точок кольорів на комп'ютерному моніторі, папері або інших відображувальних пристроях і матеріалах. Растрова графіка дає змогу створити (відтворити) практично будь-яке зображення. До недоліків можна віднести великий розмір файлів та втрату якості зображення при збільшенні картинки.
Векторна графіка (або геометричне моделювання) — це використання геометричних примітивів, таких як точки, лінії, сплайни і многокутники, для створення зображень в комп'ютерній графіці.
За територіальною ознакою розрізняють глобальні, субконтинентальні, національні, регіональні, субрегіональні і локальні (місцеві) ГІС.
ГІС різняться предметною основою інформаційного моделювання, наприклад, міські (або муніципальні) ГІС (urban GIS), природоохоронні ГІС (environmental GIS) тощо. Особливо широке застосування мають земельні інформаційні системи. Проблемна орієнтація ГІС визначається тими завданнями (науковими чи прикладними), що в ній розв'язуються, серед них інвентаризація ресурсів (у тому числі кадастр), аналіз, оцінка, моніторинг, управління і планування, підтримка прийняття рішень. Інтегровані ГІС суміщають функціональні можливості ГІС і систем цифрової обробки зображень (даних дистанційного зондування) в єдиному інтегрованому середовищі.
Полімасштабні, або масштабно-незалежні, ГІС (multiscale GIS) базуються на множинних, або полімасштабних, зображеннях просторових об'єктів, забезпечуючи графічне або картографічне відтворення даних на будь-якому з обраних рівнів масштабного ряду на основі єдиного набору даних із найбільшою просторовою роздільністю. Просторово-часові ГІС (spatio-temporal GIS) оперують просторово-часовими даними. Реалізація геоінформаційних проектів, створення ГІС в широкому смислі включає такі етапи:
^ передпроектне дослідження, в тому числі вивчення вимог користувача і функціональних можливостей програмних засобів ГІС, техніко-економічне обґрунтування, оцінку відношення «затрати/прибуток»;
> системне проектування ГІС, включаючи стадію пілот-проекту, розробка ГІС;
> тестування ГІС на невеликому територіальному фрагменті або тестовому майданчику, створення дослідного зразка або прототипу;
^ експлуатація і використання ГІС.
Наукові, технічні, технологічні і прикладні аспекти проектування, створення та використання ГІС вивчаються геоінформатикою.
До сучасних геоінформаційних систем належать такі структурні елементи:
^ просторові дані, які поділяються на позиційні (географічні), що визначають місцеперебування об'єкта на земній поверхні), та непозиційні (атрибутивні), що описують об'єкт;
^ апаратне забезпечення (ЕОМ, мережі, накопичувачі, сканер, дигитайзери тощо);
^ програмне забезпечення;
> технології (методи, порядок дій тощо); ^ спеціалісти.
Сучасна ГІС розв'язує такі завдання:
> визначення місця об'єкта;
> просторовий аналіз об'єкта;
> визначення змін у часі на певній площі;
^ аналіз просторових структур на певній площі;
^ моделювання при зміні структури об'єкта.
В історії розвитку ГІС можна виділити певні періоди.
1. Піонерський період (кінець 50-х — початок 70-х років минулого століття), для якого характерне дослідження принципових можливостей, межових областей знань і технологій, напрацювання емпіричного досвіду, перші великі проекти і теоретичні роботи. Цьому сприяла поява електронних обчислювальних машин (у 50-х роках), плотарів, графічних дисплеїв та інших периферійних пристроїв (у 60-х роках), створення програмних алгоритмів і процедур графічного відображення інформації на дисплеях та за допомогою плоте¬рів, створення формальних методів просторового аналізу і програмних засобів управління базами даних.
2. Період державних ініціатив (початок 70-х — початок 80-х років минулого століття). Державна підтримка стимулювала розвиток експериментальних робіт у сфері ГІС, що базувалися на використанні баз даних вуличних мереж: автоматизованої системи навігації, руху транспортних засобів у надзвичайних ситуаціях, системи вивозу міських відходів та сміття.
3. Період комерційного розвитку (початок 80-х років — дотепер), для якого характерно розширення ринку різноманітних програмних засобів, розвиток настільних ГІС і розширення сфери їх застосування за рахунок інтеграції з базами непросторових даних, створення мережевих прикладних програм, поява значної кількості непрофесійних користувачів.
4. Період широкого використання (кінець 80-х років — дотепер). Підвищена конкуренція серед комерційних виробників геоінформа-ційних технологій надає переваги користувачам ГІС, доступність та відкритість програмних засобів дає змогу використовувати і модифікувати програми. Потреба в геоданих зростає на всіх рівнях, що приводить до початку формування світової геоінформаційної структури.