در زمان گذشته برای کار با نقشه ها از نقشه‌های کاغذی که اغلب بسیار عریض و طویل بودند استفاده می‌‌شد و کاربران مجبور بودند برای اینکه نقشه ای با جزئیات کامل داشته باشند، یا شهر ها را به مناطق مختلف تقسیم کنند و نقشه هر یک را به صورت جداگانه داشته باشند و یا نقشه ای با ابعاد بزرگ تولید کنند که در هر دو حالت یک نقشه کامل با تمام جزئیات در دسترس نبود و اگر هم بود قابل حمل نبود و مشکلات خاص خود را داشت.
با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی و به وجود آمدن رایانه پنجره جدیدی برای کار با نقشه ها باز شد که مزایای بسیاری را در اختیار کاربران قرارداد برای مثال، یک نقشه کامل با تمام جزئیات قابل نگهداری بر روی یک رایانه کوچک قابل حمل بود اما همیشه این چالش وجود داشت که به جای استفاده یک نفر از یک نقشه، چندین نفر از سراسر جهان از همین نقشه و اطلاعاتی که سایر کاربران بر روی نقشه در ج کرده اند استفاده کنند.برای مثال در یک کشور یک نقشه واحد وجود داشته باشد و در هر شهر و در هر منطقه نیروهای پلیس و سایر دستگاه‌های ذیربط اطلاعات تصادفات و مرگ ومیر ناشی از تصادفات همان منطقه بر روی نقشه ثبت کنند و تمام نیروهای پلیس از سراسر کشور تصادفات ثبت شده را لحظه به لحظه از روی نقشه ملاحظه نمایند و مدیران جهت بهبود امور تصمیمات مقتضی را اتخاذ نمایند با به وجود آمدن اینترنت بسیاری از مقاصد فوق قابل محقق شدن است بدین صورت که باید ابزاری تولید نمود که نقشه ها را تحت وب نمایش داده و امکانات مختلف را در اختیار کاربر قرار دهد. در راستای نیل به این هدف کشورهای خارجی گام‌های بلندی برداشته اند اما در داخل کشور به صورت بومی بر روی این مورد تمرکزی صورت نگرفته و اغلب جهت مقاصد مختلف از همان ابزار تولید شده توسط کشورهای خارجی استفاده می‌‌گردد.
در این فصل یافتهای دیگر محققان در خصوص سیستم اطلاعات جغرافیایی وجزئیات آن که شامل مفاهیم تئوری است، ارائه می‌‌گردد.
۱-۲- سیستم اطلاعات جغرافیایی
۱-۲-۱- تعریف سیستم اطلاعات جغرافیایی
سیستم اطلاعات جغرافیایی که از این به بعد آنرا GIS می‌‌نامیم مجموعه ای سازمان یافته از سخت افزار، نرم افزارهای کامپیوتری، داده‌های مکان مرجع شامل داده‌های توصیفی مکانی، افراد متخصص و الگوریتم هاست که به منظور گردآوری، ذخیره سازی، به هنگام سازی، پردازش، بازیافت، تجزیه وتحلیل و ارائه شکل‌های مختلف اطلاعات مکان مرجع طراحی وایجاد شده و به بیان مشخصات و ویژگی‌های جغرافیایی داده ها می‌‌پردازد.
۱-۲-۲- تاریخچه
اولین نمونه از یک GIS ملی GIS کانادا است که از اواخر ۱۹۶۰ به این طرف به صورت پیوسته مورد استفاده قرار گرفته است در ده‌های ۱۹۷۰ و۱۹۸۰ میلادی پیشرفت‌های قابل ملا حظه ای در فناوری GIS به وجود آمده به طوری که عبارت سیستم اطلاعات جغرافیایی در مورد مجموعه ابزارهایی برای تحلیل و نمایش نقشه ها و ادغام فنون و شیوه‌های آماری و نقشه ای و کاربرد فراگیر تر ان به ویژه برای تحلیل تاثیرات وخط مش‌های دولتی به کار گرفته شده در حالی که سابقه فناوری در کشورهای غربی از جمله کانادا و امریکا به بیش از ۴۰ سال می‌‌رسد. این فناوری در اغلب کشور‌های جهان سوم بسیار جوان می‌‌باشد.
در ایران اولین مرکزی که به صورت رسمی استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی را آغز کرد سازمان نقشه برداری کشور بود که در سال ۱۳۶۹ بر اساس مصوبه مجلس عهده دار طرح بکارگیری این سیستم شد. این سازمان در حال حاضر توپوگرافی ۱۲۵۰۰۰از عکس‌های هوایی با مقیاس ۱۴۰۰۰۰ می‌‌باشد و این فرصتی است برای تبدیل این نقشه ها به ساختارهای رقومی و تاسیس پایگاه توپوگرافی ملی که نیاز‌های کاربران را در زمینه GIS بر آورده می‌‌کند در همین راستا شورای ملی کاربران GIS به منظور سیاست گذاری برنامه ریزی و هماهنگ سازی فعالیت ها در زمینه GIS، تحلیل نیازمندی ها و همچنین بهره برداری شایسته از کلیه ظرفیت‌های علمی، فنی و نیروی انسانی در راستای ایجاد و بکارگیری GIS وبا توجه به وظایف سازمان نقشه برداری کشور در خصوص تدوین و ایجاد سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی ملی در دی ما ه ۱۳۷۲ تاسیس گردید.
۱-۲-۳- عناصر کلیدی برای توسعه GIS
اصولا ۵ زمینه کلی زیر به عنوان عناصر کلیدی برای توسعه GIS از دیگر موارد بصورت برجسته تر وجود دارد.
۱٫ معماری چشم انداز
۲٫ علوم کامپیوتری
۳٫علوم جغرافیا
۴٫سنجش از دور
۵٫ کارتوگرافی معماران
۱-۲-۴ – وظیفه سیستم اطلاعات جغرافیایی ( GIS):
وظیفه اصلی یک سیستم اطلاعاتی نوعی عملیات بر روی داده هاست که به کمک آن بتوان سریعتر، دقیق تر و بهینه تر بر روی مسائل مربوط به این داده هاتصمیم گیری کرد.این مراحل از جمع آوری داده ها، تغییر فرمت و ذخیره سازی آنها آغاز شده و شامل مسائل مدیریت، تجزیه و تحلیل و مدلسازی می‌گردد و مارا در جستجو وتهیه فضای پرسش و پاسخ بر روی حجم بالای اطلاعات و نمایش داده های توصیفی در مدت زمان بسیار کوتاه یاری می‌کند. یک سیستم اطلاعات جغرافیایی به دو دسته تقسیم می‌شوند: داده های مکانی که نشان دهنده موقعیت و شکل عوارض بوده و داده های توصیفی که بیانگر ویژگی ها و خصوصیات عوارض می‌باشد.۱-۳- اجزای سیستم اطلاعات جغرافیایی:
۱-۳-۱ نیروی متخصص:
نیروی متخصص وظیفه طراحی و پیاده سازی و همچنین بهنگام سازی داده ها و اطلاعات را بر عهده دارد.
۱-۳-۲ کامپیوتر:
کامپیوتر شامل سخت افزار و نرم افزار مناسب است که جهت ذخیره سازی، بهنگام سازی و تجزیه و تحلیل داده ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
۱-۳-۳ داده:
منظور از داده، داده های مکانی و توصیفی می‌باشد.
۱-۴- داده های مکانی در GIS:
نظیر کیلومتراژ و موقعیت عوارضی چون ریل بالاست، تراورس، یابند، سوزن، ایستگاه، تونل، پل، تراشه، شیب و فراز، قوس، دیزل، واگن انشعاب برق وتلفن ومخزن سوخت،ساختمان اداری وغیره.سیستم اطلاعات جغرافیایی وکامپیوتر ها را نمی توان به طور مستقیم برای جهان واقعی بکار برد، زیرا کامپیوتر های دیجیتالی بر اساس اعداد یا کاراکتر هایی که در درون خود به صورت اعداد دو رقمی نگهداری می‌کنند، عمل می‌نمایند. بنابراین پدیده های مورد نظر در جهان واقعی در یک سیستم کامپیوتری باید به شکل نمادین عرضه شوند.پس ابتدا باید مرحله جمع آوری داده ها انجام گیرد و سپس فرایند فشرده سازی گستره زمین شناسی، ساختار،خواص ژئو فیزیکی یا هر ویژگی از سطح زمین که اطلاعات آن گرد آوری شده بود،به شکل قابل دستیابی در کامپیوتر با استفاده از مدلهای نمادین صورت گیرد.
۱-۴-۱-داده های برداری:
در این مدل اشیاء یا موقعیتها در جهان واقعی به وسیلهنقاط و خطوطی که مرز های آنها را تعیین می‌کنندنمایش داده می‌شوند.مکان عوارض با استفاده از سیستم مختصات کارتزین(X,Y) که دارای دامنه تقریبا پیوسته مختصات می‌باشد بیان می‌شود.موقعیتها در این مدل با استفاده از یک سیستم مختصات جغرافیایی استانداردمانند سیستم تقسیم بندی عرضی، مبنای محلی یا طول و عرض جغرافیایی ذخیره می‌گردند. نقطه به صورت یک سری (X,Y) و سطح به صورت حلقه بسته ای از (X,Y) ها ذخیره می‌گردد. این مدل نسبت به مدل رستری قابلیت انعطاف ودقت بیشتر وهمچنین نسبت به مدل رستری حجم کمتری دارد، اما ساختار آن پیچیده است. مدل های داده ای اسپاگیتی، توپولوژی وشبکه نامنظم مدل برداری محسوب می‌شود.

شکل(۱-۱ )مدل برداری
۱-۴-۱-۱- مدل اسپاگیتی:
در این مدل نقشه جز به جز به لیستی از مختصات (X,Y) برگردانده می‌شود.
دراین فایل داده های مکانی مجموعه ای است از رشته مختصات بدون ساختار داخلی که مرزمشترک بین دو پلیگون مجاور دو بار ذخیره می‌شود.ارتباط مکانی عوارض در این مدل کد گذاری نمی شود.به طور مثال اطلاعاتی در مورد عوارض مجاور هر پیلیگون ثبت نمی گردد.ارتباط مکانی عوارض باید به وسیله محاسبات بازسازی شود.مدل اسپاگتی برای چاپ نقشه های رقومی موثر استچون اطلاعاتی بیشتر از اطلاعات مورد نیاز برای ترسیم ذخیره نمی گردد. ساختار ذخیره سازی اطلاعات در سیستم های CAD مثالی از مدل اسپاگیتی می‌باشد.
۱-۴-۱-۲- مدل توپولوژی:
در مدل توپولوژی مرزهای پلیگونها به صورت یکسری از طاق ها (ARC) و گره ها شکسته ورابطه فضایی بین آنها به طور صریح در جداول توصیفی(Nodes) تعریف می‌شود.بدون توپولوژی عوارض مجاور هم فاقد شناسایی است. مدل توپولوژی پر استفاده ترین روش کد گذاری ارتباط های مکانی در Attribute table می‌باشد به طوری که آنالیزهای مجاورت و پیوستگی با استفاده از توپو لوژی انجام می‌شوند.
مزیت:
آنالیز مکانی بدون استفاده از مختصات ( مجاورت وپیوستگی ) امکان پذیر است.به بیان دیگر با استفاده از توپولوژی می‌توان از محاسبات وقت گیر برای بدست آوردن ارتباط های مکانی از طریق مختصات هندسی جلوگیری نمود.
عیب:
ایجاد ساختار توپولوژی هزینه وزمان بیشتری به کاربر تحمیل می‌کند. ورود نقشه جدید یا تغییر در نقشه موجود باعث تغییر در توپولوژی می‌شود.
۱-۴-۱-۳- مدل شبکه نامنظم مثلثی:
مدل شبکه نامنظم مثلثی مدل توپولوژی – برداری برای نمایش سطح زمین است. این مدل عوارض سطح زمین را مانند مجموعه ای در سطوح مثلث بهم پیوسته نمایش می‌دهد
الگوریتم های (TTN) در روش تولید شبکه های مثلثی متفاوت بوده ودارای نتایج متفاوت هستند. در عمل مثلث بندی که در آنها مثلث های متوازی الاضلاع هستند برای نمایش سطح دقیق ترند. با استفاده از مدل (TTN) مشخصات سطح زمین مانند شیب (ُSLOPE) وجهت شیب (ASPECT) برای هر سطح محاسبه گردیده و به عنوان توصیفات آن سطح محاسبه و مطابق روش ذخیره توصیفات در پلیگونها ذخیره می‌گردند.از این آنالیزها بعدا در آنالیزهای مربوط به مشخصات سطح زمین استفاده می‌گردد.در حالت عکس روند پیشرفت بیشتر به سمت بکارگیری هر چه بیشتر توپولوژی درGIS است.
۱-۴-۲- داده های رستری:
مدل داده رستری در فرم ساده آن شامل یک شبکه منظم از سلول های مر بعی می‌باشد این سلول ها هم اندازه و تقسیم ناپذیر بوده و پیکسل نامیده می‌شود.
موقعیت هر پیکسل به وسیله شماره سطر وستون آن تعریف می‌گردد.مقدار تشخیص داده شده به هر سلول نمایانگر نوع وچگونگی اطلاعات توصیفی آن است.هر چه ابعاد پیکسل ها کمتر باشد ضریب تفکیک تصویر بالاتر است.عوارض به عنوان اشیاء مستقل شناسایی نمی شوند بلکه بوسیله گروهی از سلول ها با شرایط خاص نمایش داده می‌شوند.