Ein Geoinformationssystem (Kurzform gis) oder Geographisches Informationssystem ist ein „rechnergestütztes Informationssystem, das aus Hardware, Software, Daten und den Anwendungen besteht. Mit ihm können raumbezogene Daten digital erfasst und redigiert, gespeichert und reorganisiert, modelliert und analysiert sowie alphanumerisch und grafisch präsentiert werden.“ (Lit.: R. Bill, 1994)

Es vereint eine Datenbank und die zur Bearbeitung und Darstellung dieser Daten nützlichen Methoden (Kurzdefinition nach Fédération Internationale des Géomètres).

Die Abgrenzung der Begriffe Land-, Geo- und Rauminformationssysteme (LIS, gis und RIS) ist in der Fachliteratur nicht ganz einheitlich. Der Terminus raumbezogenes Informationssystem (RIS) gilt meist als Überbegriff, während die Unterscheidung zwischen LIS und gis vor allem im Grad der Detaillierung liegt. Historisch geht das LIS auf den digitalen Kataster zurück und ist infolge seiner Primärdaten besonders detailreich, während ein gis (etwa eines ganzen Bundeslandes) zunächst überwiegend aggregrierte (zusammengefasste) und generalisierte Daten (Sekundärdaten) beinhaltet. Zunehmend werden aber auch diese Ausprägungen von Geoinformationssystemen außerordentlich detailreich, z. T. bis auf die Ebene von einzelnen Parzellen.

Datenmodell

Datenmodelle beschreiben, welche Daten in einem Informationssystem gespeichert werden können und wie diese Daten strukturiert sind. Es handelt sich dabei also um Informationen über reale Objekte (Personen, Flurstücke, Flüsse). Diese Objekte werden durch ausgewählte Attribute beschrieben. Beispielsweise kann man allen Flurstücken die Attribute Gemarkungsnummer, Flurstücksnummer und Nutzungsart zuordnen. Bei den genannten Eigenschaften handelt es sich um solche, die ein Objekt des Typs Flurstück eindeutig bezeichnen (Gemarkung, Flurstücksnummer) und seiner Beschaffenheit nach beschrieben. Man spricht auch von „beschreibenden Daten“, „thematischen Daten“, „Sachdaten“ oder „Attributdaten“.

Die „klassischen“ Informationssysteme beschränken sich auf die reine Verwaltung und Verarbeitung von Sachdaten. In gis werden den Sachdaten noch die sogenannten Geometriedaten gegenübergestellt. Sie beschreiben die geographische Lage, Form, Orientierung und Größe von Objekten (siehe auch raumbezogene Objekte). Man unterscheidet Vektordaten und Rasterdaten. Vektordaten repräsentieren die Objektgeometrie anhand grafischer Primitiva (zum Beispiel Punkte, Linien, Kreisbögen). Rasterdaten beschreiben die Objektgeometrie in der Form von digitalen Bilden (Kartenbildern oder Luft- bzw. Satellitenaufnahmen).

Ausgedrückt mittels Vektordaten gibt man die Geometrie eines Flurstücks also in Form der Grenzpunktkoordinaten und der Geometrie der Grenzlinien (Strecke, Kreisbogen) an. Der Auszug eines digitalen Luftbildes (meist in Form eines Orthofotos) repräsentiert die Flurstücksgeometrie in Form von Rasterdaten.

Neben den Informationen der einzelnen Objekte speichern Informationssysteme noch Beziehungen zwischen diesen Objekten. Es kann sich um sachlogische Beziehungen oder raumbezogene Beziehungen handeln oder es können beide Beziehungskategorien abbildbar sein, so wie bei einem gis. Eine sachlogische Beziehung kann man z. B. zwischen Flurstücken und Personen herstellen: Eine „Person“ (Objekt) ist „Eigentümer“ (sachlogische Beziehung) von dem „Flurstück“ (Objekt). Die sachlogischen Beziehungen lassen sich in einem Informationssystem auswerten; Beispiel: Abfrage aller Flurstücke einer bestimmten Person.

Raumbezogene (=topologische) Beziehungen gehen zum Beispiel Flurstücke untereinander ein: ein Flurstück (präziser: die Flurstücksfläche) „ist Nachbar“ (topologische Beziehung) eines anderen Flurstücks. Auch topologische Beziehungen lassen sich in einem gis auswerten. Beispiele: Die Abfrage aller Nachbargrundstücke zu einem Flurstück.

gis beherrschen die integrierte Verwaltung der Sach- und Geometriedaten sowie sachlogischer und topologischer Beziehungen. Dadurch können sich Abfragen oder Auswertungen auch auf beide Informationsarten beziehen. Beispiel: Abfrage der Eigentümerdaten (sachdatenbezogener Aspekt) zu allen Flurstücken, die zu einem ausgewählten Flurstück benachbart (topologischer Aspekt) sind und eine Fläche haben, die größer als 1000 m² (geometriebezogener Aspekt) ist.

Für die Speicherung der Sach- und Geometriedaten (vorrangig der Vektordaten) nutzten zu Beginn der gis-Ära nur wenige gis-Basissysteme marktgängige Datenbanksysteme (z. B. DBase oder Oracle). Eine Vielzahl von Systemen basierten auf proprietären Datenbankmanagementsystemen. Heute hat sich die Nutzung von marktgängigen relationalen bzw. objektrelationalen Datenbanksystemen für die Geodatenverwaltung durchgesetzt.

Datenstrukturmodell

Ein Datenstrukturmodell gibt an, auf welche Weise Objekte und ihre gegenseitigen Beziehungen in einem Informationssystem, hier speziell einem gis, abgebildet werden können. Für die Speicherung der Objekteigenschaften und -beziehungen hat sich z. B. das Relationenmodell durchgesetzt. Alle Attribute gleichartiger Objekte werden in Tabellen verwaltet; gleiches gilt für die Beziehungen zwischen den Objekten.

Vektorbasierte Datenstrukturmodelle ermöglichen es, die Objektgeometrie mit Hilfe von geometrischen Primitiva (z. B. Punkte, Kreisbögen, Linien) zu beschreiben; die Grundelemente lassen sich durch geordnete oder ungeordnete Gruppierung zu höherwertigen Geometrien zusammenfassen (z. B. Linienzügen oder Flächen). Vektordaten lassen sich relativ einfach mit Sachdaten verknüpfen.

Das rasterbasierte Datenstrukturmodell kennt nur ein einziges Datenstrukturelement, nämlich das Rasterelement, je nach Rasterart auch Pixel oder „Bildpunkt“ genannt. Den Rasterelementen können zwei Eigenschaften zugeordnet werden: die geometrische und die radiometrische Auflösung. Die geometrische Auflösung gibt an, welche Länge und Breite ein Rasterelement in der Natur besitzt; die radiometrische Auflösung bezeichnet die unterscheidbaren Grauwerte je Rasterelement.