城市地理信息系統（簡稱城市GIS）是地理信息技術（包括地理信息系統GIS、遙感RS、全球定位系統GPS，統稱3S技術）及其它相關信息技術在城市政府、企業的管理與決策及市民社會生活中的應用。它利用地理信息技術將城市系統中地理環境的組成要素及其相互關系映射到信息空間（Cyberspace），建立城市現實地理環境的空間信息模型，構造一個與現實城市相對應的虛擬"數字城市"，為城市政府和企業的管理與決策及市民社會生活提供信息服務。 
　　城市GIS是由人、軟件、數據、硬件、網絡等要素構成的系統，它與城市現實社會的物理接口是由計算機、網絡及相關設備實現的。
　　城市系統是一個人地（地理環境）關系系統，它體現人與人、地與地、人與地相互作用和相互關系，城市系統由政府、企業、市民、地理環境等，既相對獨立又密切相關的子系統構成。政府管理、企業的商業活動、市民的生產與生活無不體現出城市的這種人地關系。 
　　信息化的浪潮席卷全球，城市作為一定區域內的政治、文化、經濟和信息中心，則首當其沖。城市的信息化實質上是城市人地關系系統的數字化，它體現"人"的主導地位，通過城市信息化更好地把握城市系統的運動狀態和規律，對城市人地關系進行調控，實現系統優化，使城市成為有利于人類生存與可持續發展的空間。城市信息化過程表現為政府管理與決策的信息化（數字政府），企業管理、決策與服務的信息化（數字企業），市民生活的信息化（數字城市生活），即數字城市。 
　　城市GIS是"數字城市"是核心的部分，城市中"人"的一切活動，從城市管理到企業為市民提供各種服務，以及每一個市民生產與生活，都離不開"地"。沒有城市GIS的數字城市，如同沒有市區的城市，不能稱其為"數字城市"。理想化的城市GIS由政府GIS、企業GIS和社會GIS構成，通過網絡（局域網、Internet、寬帶網、有線電視網、公用電話網等）將政府、企業和社會聯成一個整體，實現資源的共享。 
　　國內城市GIS的發展過程是一個從政府GIS向企業GIS乃至社會GIS發展的過程。 
政府GIS 
　　國內早期的城市GIS建設主要側重于政府GIS。城市GIS是投資大、見效慢的項目，只有政府才有條件率先建立城市GIS。因為，政府部門，尤其是城市規劃、土地、房產部門是城市空間數據的主要生產者、管理者和使用者，政府對城市空間數據的采集、使用和處理擁有壟斷地位，而城市空間數據是建立城市GIS的必要條件；政府管理與決策迫切需要GIS的支持。 
　  八十年代中期，應城市規劃管理世界銀行貸款項目的要求，洛陽、常州、沙市等城市開始著手建立為城市規劃GIS。八十代末，上海建立了2.5平方公里的樣區實驗系統。九十年代初，由于城市建設的高速發展，?？?、深圳、北海、淄博等城市紛紛建立了為城市規劃管理服務的政府GIS，城市規劃GIS得到了迅速的發展。早期的城市GIS主要是為城市規劃管理服務的政府GIS，它體現了城市規劃在城市管理中的龍頭作用和城市決策者希望對城市建設總體把握的要求。到九十代中期，為土地管理服務的政府GIS開始引起重視，南寧、南京等城市開始建設土地信息系統。九十代后期，隨著國家對土地資源的重視，土地信息系統的建設熱潮開始形成。與此同時，政府的其它部門也在開始應用GIS技術，如"110"、"12315"、"120"系統開始把GIS與GPS技術納入應用范疇，環保部門利用GIS建立環境GIS。在第三次人口普查中，提出了建立人口地理信息系統的要求。
建設部提出的"城市規劃、建設、管理與服務數字化工程"十五重點科研項目，抓住了城市信息化建設的關鍵，為城市GIS的發展帶來了新的機遇。國土資源部提出的"數字國土工程"也將從國土資源管理的角度推動城市GIS的發展。 
　　目前，政府GIS還停留在部門GIS水平，各政府部門之間由于條條塊塊的分割，相互封鎖，形成了各自為政的政府GIS孤島。從"數字城市"的角度，政府部門的GIS應該是一個整體，才能實現系統資源（數據、軟件、硬件、網絡和人才）的共享。從城市規劃、土地、房產及城市建設管理中的人地關系（見圖3）可以反映出這種整體性的要求。如果，城市規劃、土地、房產和城市建設管理部門的GIS能圍繞業務所涉及的人地關系這一管理的中心環節，實現數據共享，將可以大大地提高管理的質量和效率，減少工作失誤，同時也可以為政府其它部門及企業和市民提供更多的信息服務。如可以由開發商的資料，可以查詢開發商開發房地產項目過程中，辦理各種許可證、房地產抵押和查封的情況，以及土地、房屋的空間位置和配套設施的情況，反過來，也可以由土地、房屋的資料查詢開發商的有關情況。這樣，通過城市GIS將各管理部門聯成一體，可以避免缺乏信息共享所造成的管理失誤，如沒有辦理土地證，先辦房產證的情況，也就相應減少了房地產糾紛。同時，有關的數據（土地、房屋、市政設施）可以用于小區的物業管理系統建立，拓寬企業GIS的應用領域。從整體考慮政府GIS建設，將為城市GIS的發展提供更多發展空間。 
企業GIS 
       政府GIS的發展為企業GIS建立提供經驗和數據基礎。企業是以贏利為目的，企業應用信息技術是為企業的管理與決策服務，通過提高管理與決策水平，最終到達提高企業利潤的最終目的。GIS如果不能滿足企業發展需要，企業不會投資建立GIS系統。 
GIS在企業中的應用主要可以解決兩方面的問題： 
一、企業設施管理問題； 
二、商業管理與決策問題。 
　　九十年代中后期，為城市提供基礎和公用設施服務的企業開始著手建立設施管理GIS系統，主要是城市供電、供水、煤氣、電訊、有線電視和交通GIS。一些大型的企業開始建設企業內部設施管理GIS。通過建立企業的設施管理GIS，企業可從設施空間分布的角度了解設施的狀況，摸清家底，提高企業設施管理和維護的效率，充分合理地利用各種設施，優化服務，節約成本，從而產生經濟效益。雖然，目前企業設施管理GIS應用水平不高，但隨著國內設施管理GIS技術的成熟，它將成為城市GIS的主要增長點。
GIS作為一種空間分析與決策技術，可以在商業管理與決策中應有，如在商業網點的布設、物流管理、客戶關系管理（CRM）、電子商務中發揮作用。GIS有助于企業了解客戶及其需求、合作伙伴、資源、商業競爭對手等商業要素的空間分布及規律，為企業管理與決策提供依據，提高企業的服務質量、效率與水平，使企業在競爭中立于不敗之地。目前，這方面的應用在國內尚屬空白，但在國外已經有較多的應用，并形成了商業地理分析這門技術。隨著，市場經濟的發展，這方面應用將可能在企業中普及，但應用的關鍵是企業能較方便的獲得所需的空間信息和實用的GIS軟件。 
　　企業GIS所需的數據，尤其是基礎地理數據主要來源于政府GIS，這將有利于政府GIS直接經濟效益的產生，從而推動政府GIS的發展。而政府GIS的發展反過來將促進企業GIS的發展。 
社會GIS 
　　九十年代后期，一些GIS公司開始開發集軟件與數據于一體的城市電子地圖光盤，如《北京通》、《廣州之窗》，為市民和游客在城市中的衣、食、住、行提供方便，這些光盤可進一步發展可以成為汽車導航以及商務地理分析的工具。隨著Internet和Web GIS技術的發展，為企業和市民提供城市空間信息服務的GIS網站開始出現，比較有影響網站的主要有Chinaquest和Go2map，這些網站嘗試通過Internet提供網上地圖瀏覽服務，為電子商務提供城市空間信息基礎平臺。這些應用標志著社會GIS的發展，城市GIS的應用領域的拓寬，同時也加深社會對GIS的認識，GIS技術將通過社會GIS深入千家萬戶，擴展GIS的市場空間。 
　　隨著戈爾的"數字地球"概念的提出，"數字城市"作為"數字地球"概念的引伸，使城市GIS邁入了更為廣闊的發展空間，城市GIS作為"數字城市"的核心部分，要求突破條條塊塊的制約，從城市系統的整體考慮，將政府、企業和社會GIS通過網絡聯成一個整體，實現資源的共享和系統的互動，為城市建造一個虛擬的地理信息空間，使人們將生活在現實空間與虛擬信息空間之中，過著"現實生活"與"數字化生活"水乳交融的城市生活。數字化生活是現實生活的反映，同時也是現實生活的一種發展，它將改變人類生活方式和人類與環境之間的關系（人地關系），使人類生存和發展發生根本性的變化。 
城市GIS發展的技術基礎  

        信息技術尤其是GIS技術的發展為城市GIS發展奠定了基礎。 
　　首先，硬件的性能按摩爾定律在不斷提高而相對價格不斷地降低，使微機成為GIS應用的主流機型，Windows系列操作系統的發展，使大量的GIS軟件可以在微機環境下運行，結束了GIS必須在UNIX工作站下運行的歷史，使GIS軟、硬件投資大幅度降低。
組件式GIS的發展使GIS可與其它IT應用緊密的集成，使GIS不再曲高和寡。長期以來，困擾著政府GIS應用的"圖文一體化"，即辦公自動化與GIS應用一體化集成問題，迎刃而解。 
　　面向對象技術的應用，改變了GIS的傳統設計方法與思想，使GIS系統能更好地反映現實地理空間各種空間要素及其相互關系，甚至空間現象與過程。目前，GIS數據對象，除了具有圖形（Geometry）和屬性(Attribute)，已經開始被賦予行為（Behavior），甚至規則（Rule），為GIS的智能化奠定了基礎。GIS對象數據模型在不斷的完善和發展，使GIS描述現實地理空間時，更加得心應手。 
　　采用關系數據庫管理空間數據，解決了海量空間數據的管理問題，使GIS系統的C/S結構得以真正地實現，為B/S結構發展奠定了基礎。同時也為多用戶并發操作、歷史空間數據的管理提供解決方案。使空間數據對象可與非空間對象在關系數據庫中并存，并建立關聯。利用SQL進行空間數據與非空間數據的操作。GIS已經得到了數據庫廠商的重視，如Oracle、Informix，這些廠商推出了各自的空間資料的解決方案，如Oracle Spatial、Informix Spatial Blade，這也從側面反映了GIS在IT中地位的提升。 
　　基于離散小波變換（DWT）的影像壓縮技術為航空、衛星遙感影像在GIS中的應用提供新的技術手段。這種影像壓縮技術可以將影像壓縮率為1：20-1：30，甚至更高，并且可以實現多幅影像拼接壓縮，雖然是有損壓縮，但不影響視覺效果，而且能快速地按需解壓，所占用的內存非常少，不影響GIS軟件的運行。目前基于離散小波變換（DWT）影像壓縮格式主要有ERmapper的ECW和Lizardtech的MrSID，并得到許多GIS軟件的支持。香港政府地政署曾將全港的彩色航空影像壓縮為一個ECW文件，可以進行快速的瀏覽。海量影像資料在GIS中的應用已成為現實，而小衛星高分辨率（1米分辨率）遙感影像商業化為城市空間數據的獲取提供了新的手段，如IKNOS、KOSMOS等。 
　　Open GIS聯盟所提出的一系列Open GIS規范為空間數據共享和互操作奠定了基礎。另外，XML技術的發展，為GIS空間數據在Internet上交換與應用提供了可能，Open GIS聯盟已經提出了基于XML的GML規范。 
　　Web GIS技術發展使通過Internet瀏覽空間數據成為現實，大大增加了城市GIS的用戶群，促進了GIS應用領域的擴展。隨著網絡帶寬的提高，Web GIS將有可能進一步發展為Internet GIS，現有GIS的許多數據分析、處理功能可以在Internet上實現，而不僅僅限于數據的查詢和瀏覽。
國產GIS軟件正在迅速地發展與成熟，國產GIS軟件有可能如同國產電視機一樣，在國內市場占主導地位。這將大大地降低GIS軟件的價格，促進GIS應用的普及，以此同時，國產GIS將走向世界。 
　　總之，GIS技術不斷地發展和完善，為城市GIS的發展奠定了堅實的基礎，同時，也為城市GIS的應用提供了更多的機會。 
城市GIS面臨的挑戰 
　　機遇往往伴隨著挑戰，城市GIS發展將面臨許多方面的挑戰。實際上，城市GIS發展面臨的挑戰不是技術問題，最根本的還是空間數據及其共享的問題，歸根結底是管理體制和觀念的問題。 
　　空間數據的形式、內容、質量、現勢性及空間數據的共享問題，是制約當前城市GIS發展的最大問題。 
　  空間數據不同于一般的非空間數據，其主要來源是地形圖、地籍圖、房產圖及其它專題地圖，其采集需要專業的人員和采用復雜的技術手段，而且工作量大、投資大，其工作主要由測繪部門承擔，由政府管理和投資。 
　　地形圖、地籍圖與房產圖，在城市基礎地理數據方面的內容基本上是一致的，只是地籍圖與房產圖增加了地籍與房產的專題內容（如宗地、丘、房屋棟號），而城市中的宗地和丘是一致，反映土地的權屬范圍和界線。建立GIS以后，完全有條件實現三圖的統一。由于地形圖、地籍圖和房產圖分屬規劃管理、土地管理和房產管理部門，各種圖的測繪由各主管部門各自為政進行，標準不統一，多數情況下沒有真正實現基礎地理數據的共享，三圖中的基礎地理數據出現了重復測繪和重復建庫的現象，造成了巨大的浪費。一些GIS專家和開發人員提出了"三圖統一"的設想，由于沒有統一的標準和規范，難以在全國范圍內的實施。實現"三圖統一"有利于數據的共享，將促進城市GIS的發展，但必須從法規、政策和標準上加以明確，否則，相關的主管部門將從部門利益角度，人為地設置障礙，影響"三圖統一"。 
　　國內現有的地形圖圖式主要沿用蘇聯的標準，圖式復雜，主要滿足手工制圖的要求，現有的大多數GIS軟件制圖功能都難于達到這一標準，出現了一些國外的GIS軟件水土不服的情況，而開發人員則要花費大量的精力解決制圖問題，而忽略了數據內容（數據對象及它們之間的邏輯關系），以致于90年代中期，CAD軟件在GIS應用中盛行。但CAD軟件善于表現形式，能夠在形式上滿足人們對地圖的要求，而不善于表現內容，系統應用拓寬時，要提取專題數據和進行分析，卻非常困難。另外，CAD軟件雖然編輯和修改數據非常方便，但數據對象及它們之間邏輯關系缺乏約束，系統運行幾年下來，數據是一團亂麻，存在隱患。因此，90年代后期，GIS的軟件又重新得到重視。但是，如果不從根本上解決地形圖的圖式問題，城市GIS的發展要取得突破，將是非常困難的，可以說，現有的地形圖圖式制約著城市GIS的發展，現在到了改變這種只重表現形式，而不重視數據內容的觀念的時候了。
       在手工條件下，政府部門日常管理中所使用的空間數據質量問題是無法發現的，當采用計算機管理以后，數據的質量問題便暴露出來，這需要政府部門花大力氣和長時間的努力長能解決，政府部門要有清醒的認識。對于計算機來說，輸入的是垃圾，出來的還是垃圾，不大可能變成金子。 
　　傳統的城市空間數據更新主要采用階段性更新方法，四、五年一個周期，進行大面積的修測和補測，這種方式不能滿足數據現勢性的要求。GIS系統建立后，是有條件和有可能進行小范圍的局部更新，政府可以通過竣工驗收的方式，進行竣工測量，把數據更新工作化整為零，達到及時更新的目的。這就要求，政府下決心建立竣工測量制度，解決竣工測量的職責分工和經費的問題。政府GIS中心最好能把城市測繪納入中心的管理范疇，使數據更新得到保障。城市測繪與城市GIS結合將營造一種雙贏的局面，近期城市測繪可以為GIS可以為城市GIS的發展提供一些經費的支持，遠期城市GIS的發展可以拓展城市測繪的服務空間和促進服務的多樣化，從而促進城市測繪的發展。 
　　城市GIS要體現城市的社會、經濟統計要素的空間分布，以便為管理、決策服務。而社會經濟要素的統計往往是以行政單元為單位進行的，按區、街道辦事處、居委會分級統計，據筆者了解，目前國內沒有一個城市能準確地將居委會一級的區域范圍劃分出來，也就難以實現城市社會經濟要素信息的空間定位與空間分析。 
　　企業在建設GIS首先面臨的是如何獲得城市空間基礎數據的問題，政府GIS中心常開出高價，企業難以接受，要么不做，要么投入一筆錢自己做，有時企業自己重新數字化建庫，比買現成的數據庫還要便宜，這種現象是不正常的。實際上，政府GIS中心完全可以采用數據租用和提供后續服務的方式，為企業提供更廉價的數據，但因為缺乏數據產權保護的法規，而不愿意采取這種方式，形成了一個死結。一方面，政府GIS的數據只能局限于政府內部使用，政府卻缺乏資金更新數據，另一方面，企業想利用合理的價格購買數據，卻辦不到。 
　　現階段，政府GIS往往只有系統建設投資，而沒有運行與維護的費用，缺乏GIS信息服務收費的配套政策與標準，政府GIS中心往往作為事業單位甚至自收自支的事業單位，因在經濟上缺乏保障，技術人員只能疲于尋找掙錢的項目，根本無暇顧及系統建成以后的完善與發展，幾年下來，數據沒有更新、軟件落后了，變成了死系統。許多系統往往是驗收之日，就是系統生命周期的結束之時。與此同時，政府GIS中心的人才在原本不足的情況下，為GIS廣闊的市場所吸引，開始流失，影響系統的發展。最后出現"猴子撿包谷，撿一個，丟一個"，沒有多少真正具有生命力的城市GIS系統，這種浪費是驚人.
        另外，許多城市決策者還沒有真正認識到城市GIS在城市管理與決策、城市投資軟環境改善中的重要性，對城市GIS并沒有引起足夠的重視，往往熱衷于城市有形的基礎建設，而忽視城市GIS這種無形的信息基礎設施建設。某種意義上，城市GIS首先是城市決策者的信息系統，決策者不重視，沒有決策者的組織與協調，城市GIS是沒有生命力。 
　　總之，國內城市GIS十多年的自由發展，已經積累了許多經驗和暴露了一些問題，現在到了需要規范化的時候，要盡快建立城市GIS的一些法規、標準和制度，從體制根本解決問題，否則，城市GIS的發展就會如同沒有交通規則的高速公路，將出現慘不忍睹的交通事故和交通堵塞現象，損失難以想象。