壹個實用的地理信息系統，要支持對空間數據采集、管理、處理、分析、建模和顯示等功能，其基本構成包括以下四個主要部分: 系統硬件、系統軟件、數據庫系統、系統管理和操作人員。這裏，計算機系統軟、硬件是其核心部分，空間數據反映 GIS 的地理內容，而管理人員和用戶則決定系統的工作方式和信息表示方式 ( 圖 10-2) 。
圖 10-2 GIS 的組成
1. 系統硬件
GIS 由於其任務的復雜性和特殊性，必須由計算機設備支持。計算機硬件系統是計算機系統中的實際物理裝置的總稱，可以是電子的、電的、磁的、機械的、光的元件或裝置，是 GIS 的物理外殼。GIS 系統的規模、精度、速度、功能、形式、使用方法甚至軟件都與硬件有極大的關系，受硬件指標的支持和制約。構成計算機硬件系統的基本組件包括輸入/輸出設備、中央處理單元 ( CPU) 、存儲器 ( 包括主存儲器、輔助存儲器) 等，這些硬件組件協同工作，向計算機系統提供必要的信息，使其完成任務，並將處理得到的結果或信息提供給用戶，同時保存數據以備現在或將來使用。圖 10-3 為常見的實現輸入/輸出功能的計算機外圍設備。
圖 10-3 GIS 的硬件組成
2. 系統軟件
GIS 軟件是系統的核心，用 於 執 行 GIS功能的各種操作，包括數據輸入、處理、數據庫管理、空間分析和圖形用戶界面等，按照其功能分為 GIS 專業軟件、數據庫軟件和系統管理軟件等，如圖 10-4 所示。
GIS 專業軟件壹般指具有豐富功能的通用 GIS 軟件，它包含了處理地理信息的各種高級功能，可作為其他應用系統建設的平臺。代表產品有 Arc/Info，MGE，MapInfo，MapGIS 等。它們壹般都包含如下核心模塊:數據輸入與編輯、空間數據管理、數據處理與分析、數據輸出、用戶界面、系統二次開發功能。
圖 10-4 GIS 的軟件層次
數據庫軟件除了在 GIS 專業軟件中用於支持復雜空間數據的管理以外，還包括服務於非空間屬性數據為主的數據庫系統，這類軟件有: Oracle，Sybase，Informix，DB2，SQLserver 等。由於這類數據庫軟件具有快速檢索、滿足多用戶並發和數據安全保障等功能，目前能在這些現成的關系型商業數據庫中存儲 GIS 的空間數據。
系統管理軟件主要指計算機操作系統，如 Windows XP，Vista，Linux 等，它們關系到GIS 軟件和開發語言使用的有效性，因此也是 GIS 軟硬件環境的重要組成部分。
3. 數據庫系統
數據庫系統是地理信息系統的操作對象與管理內容，它是指以地球表面空間位置為參照，描述自然、社會和人文經濟景觀的數據。這些數據可以是數字、文字、表格、圖像和圖形等，它們由系統建造者通過數字化儀、掃描儀、鍵盤、磁帶機或其他輸入設備輸入到地理信息系統中，其相應的區域信息包括位置信息、屬性信息和空間關系等。
地理信息系統中的數據類型有空間數據和非空間的屬性數據兩大類。
空間數據用來確定圖形和制圖特征的位置，是以地球表面空間位置為參照。根據地理實體的空間圖形表示形式，可將空間數據抽象為點、線、面三類元素。空間數據具體反映了兩方面信息: ①在某個已知坐標系中的位置，也稱幾何坐標，主要用於標識地理景觀在自然界或包含某個區域的地圖的空間位置，如經緯度、平面直角坐標、極坐標等; ②實體間的空間相關性，即拓撲關系 ( Topology) ，用於表示點、線、網、面等實體之間的空間聯系，如邊界線與面實體間的構成關系，面實體與島或內部點的包含關系等。空間拓撲關系對於地理空間數據的編碼、錄入、格式轉換、存儲管理、查詢檢索和模型分析都有重要意義，是地理信息系統的特色之壹。
非空間的屬性數據用來反映與幾何位置無關的屬性，即通常所說的非幾何屬性，它是與地理實體相聯系的地理變量或地理意義，壹般是經過抽象的概念，通過分類、命名、量算、統計等方法得到。非幾何屬性分為定性和定量兩種，前者包括名稱、類型、特性等，如巖石類型、土壤種類、土地利用、行政區劃等; 後者則包括數量和等級等，如面積、長度、土地等級、人口數量、降雨量、水土流失量等。任何地理實體至少包含壹個屬性，而地理信息系統的分析、檢索主要是通過對屬性的操作運算來實現的。
4. 系統管理和操作人員
人是 GIS 中的重要構成因素。GIS 不同於壹幅地圖，它是壹個動態的地理模型，僅有系統軟硬件和數據還不能構成完整的地理信息系統，需要人進行系統組織、管理、維護和數據更新、系統擴充完善、應用程序開發，並靈活采用地理分析模型提取多種信息，為研究和決策服務。對於合格的系統設計、運行和使用來說，地理信息系統專業人員是地理信息系統應用的關鍵，強有力的組織是系統運行的保障。壹個周密規劃的地理信息系統項目應包括負責系統設計和執行的項目經理、信息管理的技術人員、系統用戶化的應用工程師，以及最終運行系統的用戶。