□ 측지학이란?

측지학이란 지구의 크기와 형상을 측정하고 모니터링하는 과학이다. 측지학자들은 기본적으로 모든 지구상의 점들에 주소를 부여한다. 만약 당신이 지구의 모형에 핀을 꽂아 각각의 핀에다가 주소를 부여한다면 당신은 측지학자들이 무엇을 하고 있는지 알 것이다. 측지학자들은 이 위치들간의 높이, 각, 거리를 측량함으로써 모든 사람이 사용 가능한 공간기준계를 만들어 낸다.

<그림>측지학자들에 의해

만들어진 공간기준계를 사용함으로써 지구상의 어느 위치든지 빠르고 정확하게 알아낼 수 있다.

※ 공간기준계(spatial reference system): 지구상의 위치에 좌표를 부여하기 위한 체계로 위치기준계(positional reference system)라고도 한다.

도로, 교량 건설, 토지 측량의 실시, 그리고 지도 제작 등은 공간기준계에 기초한 중요한 활동이다. 예를 들어 만약 당신이 교량을 건설한다면 강의 양측 어디에서 시작하는지를 알아야 한다. 만약 당신이 그렇게 하지 않는다면 당신의 교량은 중심이 맞지 않을 수도 있다.

측위(測位)와 네비게이션이 사회활동의 기초가 됨에 따라 측지학이 점점 더 중요해지게 되었다.

측지학은 비용을 줄이면서 물류 산업을 안전하고 신뢰할 수 있게 도와준다. 측지학이 없다면 항공기는 공항에 정확히 착륙하지 못하고 배는 해안에 부딪힐 것이다. 또한 측지학은 운송회사의 배와 항공기의 경로를 단축하고   연료 소비를 줄임으로써 해운 회사들의 시간과 돈을 절약하는 것을 돕는다.

<그림>지구의 지각은 마그마의 바다위에 떠 있는 분리된 플레이트로 구성되어있다. 이 플레이트들은 끊임없이 이동하고 상호작용한다.

측지학자, 해양학자, 기상학자, 심지어 고생물학자도 지구표면, 지구상공, 지구내부의 물리적인 변화를 이해하기 위해서 측지학을 이용한다. 측지학은 극히 정확한 측량(cm 레벨)을 가능하게 하기 때문에 과학자들은 매우 짧은 시간에 걸쳐 혹은 매우 긴 시간에 걸쳐 얼마나 많이 지구 표면이 변화되었는가를 결정하기 위해 측지학의 결과를 이용한다.

많은 이유로 지구의 표면은 변화한다. 예를 들어 지구의 표면은 달과 태양의 인력(gravitational)의 영향 때문에 약 30cm 정도 매일 솟아오르기도 하고 가라앉기도 한다. 지구의 가장 바깥쪽의 층인 지각은 지구의 표면 바로 밑에서 흐르는 마그마의 바다위에 떠 있는 12개 혹은 그 이상의 “플레이트 즉 지각 판“으로 구성되어 있다.

판구조 지질학은 특히 지진, 화산과 관련하여 어떻게 판들이 움직이고 상호작용하는지 살펴보는 과학적 학문이다. 보통 이 현상은 격렬하면서 넓은 지역에 영향을 미치지만 침식, 폭풍같은 휠씬 작은 현상들도 지표면 형성에 영향을 미친다. 측지학은 지구의 표면이 어디에서 얼마나 많이 변하는지 정확하게 결정할 수 있도록 도와준다.

□ 측지학의 역사

역사상 지구의 형상은 과학자와 철학자들에 의해 논의되어왔다. B.C. 500년까지 대부분의 학자들은 지구가 완전한 구형이라고 생각했으며 그리스의 철학자 아리스토텔레스(Aristotle, 384-322 B.C)는 지구의 둘레(적도의 길이)를 결정함으로써 지구의 크기 계산을 시도한 첫 번째 사람이었다. 그는 이 거리를 400,000stades(stadia는 그리스의 측정단위로서 1stadia = 약 182.88m)로 추정하였다. 그러므로 아리스토텔레스는 지구 둘레의 거리를 약 73,225km로 계산하였다.

<그림> 에라토스테네스의 지구둘레 계산

(Smith, 1988)

B.C. 250년경 그리스의 철학자, 에라토스테네스(Eratosthenes)는 아래의 식을 이용하여 지구의 둘레를 측정하였다.

(360° ÷ θ) × (S)

여기서 (S)는 지구상의 북쪽(알렉산드리아)과 남쪽(시에네)에 있는 두 점간의 거리이다. 이 두 점에서 지구 중심으로 선을 그려 그 두 선에 의해 형성되는 각이 θ가 된다.

분명히 에라토스테네스는 지구중심에서 형성된 각 θ를 직접 측정할 수 없었으므로 태양광선을 이용하여 알렉산드리아에 있는 기둥의 끝과 그 그림자간의 각을 관측하였다. 연중 가장 낮이 긴 하지날 정오에 태양은 Syene(현재의 이집트 Aswan)의 우물에 그림자가 생기지 않고 수직으로(직접) 비쳤다.

에라토스테네스의 계산은 지구는 완전한 구형이고, 알렉산드리아와 시에네는 정확히 동일 경도상에 위치, 태양광선은 평행하다는 가정에 근거한다.

<그림>에라토스테네스의 계산은 알렉산드리아가 시에네의 정확히 동일경도상의 북쪽에 위치한다는 가정에 근거하고 있다.

이와 동시에 이집트의 알렉산드리아에서는 햇빛과 그림자가 이루는 각도가 7.12°임을 발견하였다. 에라토스테네스는 이 값을 시에네와 알렉산드리아간의 거리 (약 4,400stades)와 결합하였다.

이 값들을 위의 식에 대입하면 (360°÷7.12°) = 50이 얻어지고

50 × 4,400 = 220,000 stades 즉, 약 40,233.6km. 그런데 현재 전세계에서 인정되는 지구둘레가 약 40,000km인 것을 고려하면

간단한 도구와 기술만으로 2,000여년 전의 에라토스테네스의 계산은 대단한 것이다.

기술이 발전함에 따라 과학자들과 측량사들은 거리를 측정함에 있어서 다른 기술을 사용하기 시작하였다. 16세기와 17세기에 들어서는 삼각측량이 널리 사용되기 시작하였다. 삼각측량은 점간의 거리를 알고 있는 두 고정점의 각을 측정함으로써 하나의 미지점(고정점)의 위치를 결정하는 방법이다. 삼각측량은 많은 국가기본측량의 기초를 이루었다. 19세기 말까지 미국, 인도, 영국 그리고 유럽의 대부분에서 삼각망이 구축되었다.

※ 삼각측량(Triangulation): 지상에서 서로 보이는 삼각점을 설치하고 기선을 결정한 다음 각을 관측하여 다른 두 변의 길이를 계산에 의하여 구하고, 또 한 변의 방향각을 주고 다른 점의 위치를 결정하는 측량이다. 일반적으로 이 삼각형을 여러 개 접속시켜 넓은 범위의 측량을 행한다. 골조측량(骨組測量) 중 가장 정밀을 요하는 수평위치결정의 한 방법으로 국가 기준점, 삼각점 설치에 주로 이용된다.

16세기 말 런던에서Royal Society, 파리에서

<그림 > 지구형상의 개념은 과학과 기술이 진보함에 따라

획기적으로 변화하여 왔다.

L'Academie Royale des Sciences 가  설립되었다.

이어서 그들은 지구의 형상을 결정하기위한 열띤

논란에 봉착했다. 프랑스인들은 지구가 마치 계란처럼 중심축의 위아래로 넓어진 형태라고 주장하였다. 영국인들은 Isaac Newton의 만유인력 이론과 지구가 자전축을 중심으로 회전한다는 지식을 이용하여 지구가 회전타원체 또는 극지방이 편평하다고 생각했다. 이러한 생각을 증명하기 위해서 파리의 Academy는 적도의 페루(현재의 에콰도르)와 북반구의 스웨덴과 핀란드의 국경을 탐험하는 계획을 세웠다. 그들의 목적은 각 위치의 위도에서 지구의 곡률(남-북)을 측정하여 누구의 지구형상에 대한 개념이 정확한지를 결정하는 것이었다. 탐험결과는 뉴튼이 옳다는 것이 입증되었다. 지구는 회전타원체이다. (Smith, 1988)

지난 100년 동안 측지학과 그 응용분야는 엄청나게 발전하여왔다. 20세기에 들어서는 우주기반 기술과 초정밀 측지관측이 가능하게 되었다.

오늘날 GPS위성을 이용하여 지구표면의 변화를 센티미터 수준까지 측정할 수 있게 되었다.

□ 측지학의 구성요소: 지구의 형상

지구의 형상은 반경이 약6,378km인 거의 구형이며 표면은 매우 불규한 형태이다. 산과 계곡은 무한한 양의 데이터를 필요로 하기 때문에 지구 표면 측정을 어렵게 만든다. 예를 들어 만약 그랜드 캐년(Grand Canyon)의 실제 표면적을 구하고자 한다면 cm까지 커버해야만 할 것이다. 모든 바위의 갈라진 틈, 계곡이나 골짜기, 그리고 언덕을 측정하기 위해서 여러분은 한평생이 걸릴 것이다. 시간이 너무 많이 걸리므로 여러분은 결코 이 프로젝트를 끝낼수가 없을 것이다.

<그림> 지구의 표면은 너무 복잡하기 때문에 많은 분야에 응용하기 위해서 단순화된 지구의 수학적 모델을 사용한다.

그랜드캐년같은 지역의 문제들을 피하면서 지구를 측정하기 위해서 측지학자들은 타원체로 불리는 이론상의 수학적 모델을 사용한다. 이 타원체는 이론상으로만 존재하고 현실에서는 없기때문에 즉 완벽히 부드러운 표면만을 가정하고 산과 계곡과 같은 불규칙함을 고려하지 않는다. 타원체는 단축을 기준으로 회전시킴으로써 생성된다.

이것은 실제 지구의 형상과 일치하게 된다. 지구는 양극이 편평하고 적도가 불룩한 형태이기 때문이다.

타원체는 측지학자들에게 공통의 기준을 제공하긴 하지만 그것은 여전히 수학적인 개념일 뿐이다. 측지학자들은 종종 실제 지구 표면을 규명해야할 필요도 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위해 지구의 평균해수면에 기초한 지오이드가 생겼다. 만약 지오이드가 실제로 존재한다면 지구표면은 만조와 간조 사이에 존재 할 것이다.

※ 지오이드(Geoid): 평균해수면을 육지부분까지 연장하여 지구의 전표면이 정지한 해수면으로 덮혔다고 가정한 곡면을 의미

지오이드는 매끄럽고 정형화된 형태로 보이긴 하지만 실제는 그렇지 않다. 지구의 질량은 불균등하게 분포되어있으며 이것은 지구의 특정 지역이 다른 지역보다 더 큰 중력의 “인력”이 작용하는 것을 의미한다. 중력의 변화때문에 다른 부분의 지오이드고는 중력에 따라서 항상 변하며 상하로 움직인다. 지오이드면은 마치 파도와 같이 어떤 지역은 상승하고 또 다른 지역은 침하하는 불규칙한 형태이다. (Geodesy for the Layman, 1984).

□ 측지학의 구성요소 : 기준계

기준계는 모든 측지측량의 기초가 된다. 그것은 누군가에게 길을 가르쳐 줄 때 출발점인 기준점으로서의 역할을 한다. 예를 들어, 당신이 누군가에게 당신 집으로 가는 길을 설명할 때 이미 그들이 알고 있는 길이나 빌딩과 같은 출발점을 기준으로 설명할 것이다. 측지학자들과 측량사들은 지도를 만들고 토지나 건물의 경계를 구획, 계획, 설계할 때 또는 길이나 다리 또는 다른 구조물 등을 만들 때의 출발점 혹은 기준점으로 기준계를 이용한다.

달리정의하면 기준계는 다른 데이터에 대한 기초 역할을 하는 정보의 집합이다. 예를 들어 초고층 빌딩을 지을 때 건설팀은 제일 먼저 반드시 기초를 만들어야한다. 이 부분이 없다면 고층빌딩은 안전하지 못할 것이다. 이것은 기준계와 같은 개념이다. 비록 기준계가 수학적이고 기하학적인 개념이지만 마치 고층빌딩의 콘크리트 기초 같은 역할을 한다. 일단 기초가 설립되면 건설 노동자들은 그 위에 빌딩 구조물을 짓는다.  빌딩이 완공된 후에는 내부에 사무실이나 아파트가 지어질 수 있다. 만약 구조물이 아파트라면 그 거주자는 그들의 입맛대로 가구를 가져다 놓고 집을 꾸밀 수 있을 것이다. 비록 빌딩의 기초가 거주자에게는 중요한 사항이 아니지만 기초 없이는 그 빌딩은 사람이 살 수 있는 안전한 공간이 될 수가 없다.

<그림> 기준계는 다른 데이터의 기초로       사용되는 공간정보의 집합이다. 빌딩의

기초인 콘크리트의 역할과 같은 개념이다.

우리나라에서는 측지학상의 두 가지 기준계가 항법과 교통의 기초를 이룬다. 이들 기준계들은 수평기준계와 수직기준계로 불리며 국가공간기준계(National Spatial Reference System)를 이룬다. 측지학자 및 측량사와 정밀측위에 관심이 있는 사람들은 그들의 기준으로 국가공간기준계(NSRS)를 사용한다.

□ 측지학의 구성요소: 수평 기준계

※ 수평기준계(horizontal datum): 수평위치를 나타내는 지구의 경도, 위도 등 측지원점을 말한다.

수평기준계의 가장 기본적인 정의는 수평 기준계는 정밀하게 동서남북의 위치가 결정된 지구상의 특정점들의 집합이다.

<매몰형 삼각점> <삼각점 원경사진> <삼각점 근경사진>

<삼각점,1910년대> <국립건설시험소 시절 동판형 삼각점>

수평기준계를 생성하기 위해서 또는 수평기준망을 생성하기 위해서 측량기사들은 그들이 측량한 각각의 위치들을 화강암 재질의 삼각점, 놋쇠, 청동, 알루미늄 디스크로 표시한다. 이 표지는 측량사들이 다른 점에서 한지점의 위치를 볼 수 있도록 설치한다.

기준점간의 시통을 극대화하기 위해서 측량사들은 보통 산정상이나 고도가 높은 지역에 표식을 설치한다. 표식이 낮은 평지에 설치가 되었을 때 측량사들은 기준점의 위치를 찾기쉽도록 타워(towers)를 기준점 위로 세운다.

수평기준계의 한가지 용도는 지각의 움직임을 모니터링하는 것이다. 이러한 형태의 모니터링은 종종 지진이 자주 발생하는 단층지역에 사용된다. 수평기준계의 기준점들의 움직임을 살펴보면 측지학자들은 지진후에 지표면이 얼마나 움직였는지 결정할 수 있다.

□ 측지학의 구성요소: 수직 기준계

<수준점의 형상>         <수준측량 광경>        <그림> 미국의 사례 : 루이지 애나에

설치된 수준점이 주변의

지각변동 때문에 어긋난 것을

보여줌

수직기준계는 평균해수면 위로 높이가 결정된 지구상의 특정지점들의 집합이다. 연안지역근처에서는 평균해수면은 검조소에의해 결정된다. 해안에서 먼 내륙지방은 평균해수면은 지오이드의 형태에 의해서 결정된다.

측량사들이 수평기준계의 기지점의 위치를 확인하는 것과 유사하게 수준점이 수직기준계상의 위치를 표시한다.

전통적으로 수준점들을 설치하는 방법은 두 지점간의 높이 차이를 측정하는 수준측량이라고 한다. 이 방법은 높이를 알고있는 한 지점을 이용하여 나머지 지점의 높이를 결정하는 것이다.

수직기준계의 주된 용도중의 하나는 땅의 침강 또는 융기의 속도를 측정하는 것이다. 예를 들어 미국의 루이지애나지역에서는 넓은 지역이 매우 빠르게 침강하고 있다.

이는 해안의 침식작용, 많은 인구수, 도시 개발의 결과이다.

□ 측지학의 구성요소: 중력

중력은 우주에서 모든 물체들간 서로 끌어당기는 힘이다.

<그림 > 만약 모든 산과 계곡이 지구에서 없어진다면 지구 해수면은 정지된 연속면을 가질 것이다. 이러 가상적인 지구해수면에서의 중력에 의한 영향은 지오이드에 의해 나타낼 수 있다.

지구에서 중력은 모든 물체를 지구의 중심방향으로 끌어당긴다. 뉴튼의 만유인력의 법칙에 의하면 두 물체간의 중력학적 인력은

물체의 질량이 클수록 서로

가까울수록 더 커진다.

이 규칙은 지구의 중력장에도 마찬가지로 적용된다. 지구는 회전하고 지역에 따라 질량과 밀도가 다르기 때문에 중력값이 달라진다.

측지학자들이 중력의 변동량을 측정하는 이유는 평균해수면을 결정하는데 있어서 중력이 중요한 역할을 하기 때문이다. 측지학자들은 평균해수면에 기초하여 지표면상 어느 지점의 높이를 계산한다. 따라서 중력이 어떻게 해수면을 변화시키는지 아는 것은 측지학자들은 보다 더 정확한 측정을 하는데 도움을 준다. 일반적으로 중력이 더 큰 지역은 평균해수면이 더 높고, 중력이 더 낮은 지역은 평균해수면이 더 낮아진다.

측지학자들은 중력을 측정하기위해 우주와 지상에서 여러 종류의 측정장비를 이용한다. 우주에서는 위성이 지표면의 점들을 지나가면서 중력의 변화량을 수집한다. 지상에서는 중력계를 이용해 중력을 측정한다. 이러한 데이터를 가지고 측지학자들은 자세한 중력지도를 만들고 기존 지도의 표고를 조정한다. 중력은 지표면의 표고를 변화시키기 때문에 수직 기준계에 영향을 미치는 주요한 요인이다.

□ 국가공간기준계 (NSRS :National Spatial Reference System)

국토종합개발을 위해 실시되는 수많은 측량작업에 측량사들은 공통의 기준점체계가 필요했다. 이것은 수백 km에 이르는 측량기들의 지도와 해도가 서로 중복되지 않고 똑바로 정렬되도록 한다. 공통의 기준점체계는 수평과 수직의 기준이다.

오늘날의 우리나라의 국가기준점체계는 대한민국의 삼각점(수평)과 수준점(수직)이다. 이런 기준점들은 정확한 측지정보를 필요로 하는 다양한 활동의 기초를 제공한다.

<그림> 국가공간기준계는 정확한 공간정보를 필요로하는 많은 활동의 기초가 된다.

예를들어 건설업자가 건축을 시작하려 할 때, 그들은 건설하려는 지역이 위험한 전력선으로부터 안전한지 반드시 확인하여야 한다. 건설팀은 어디에 전선이 있는지 그리고, 전력선 위에 빌딩을 건설하지는 않는지 확인해야 할 것이다. 이와같이 건설팀이 건설을 성공적으로 마치기 위해서는 빌딩 부지의 좌표와 지역 전력선의 좌표를 알아야만 한다. 국가공간기준계는 이 좌표들을 확인하기 위한 도구역학을  한다. 그 팀은 두가지 세트의 좌표들을 비교하여 그것들이 중첩되지 않는 지를 확인한다.

국가공간기준계상에서 기준점을 확인하기 위해서 국토지리정보원은 전통적으로 삼각점과 수준점을 설치 및 유지관리 업무를 수행해오고있다.

□ 범 지구 측위시스템 (The Global Positioning System)

범지구측위시스템(GPS)을 이용하면 지구상의

<그림> GPS는 약 17,700km 상공에서 지구를 공전하는 위성의 조합이다.

모든 점들은 그들만의 유일한 주소 (위도, 경도, 타원체고) 를 가진다.

미국방성은 1978년에 전략적으로 GPS를 개발했다. 그러나, 지금은 누구나 그 데이터를 얻을 수 있다. 예를들어 신형 자동차들은 그 자체에 GPS 수신기가 내장되어 있는데 이 수신기들은 운전자가 어디로 가고 있는지 알 수 있게 하고 길을 잃지 않도록 도와준다.

GPS 위성은 약 17,700km 상공에서 지구 궤도를 따라 공전하면서 지상의 수신기에 전파신호를 보낸다. 위성까지의 거리는 GPS위성신호가 수신기에 도착하는 시간을 결정하여 계산할 수 있다. 그리고 지구상에서 당신의 정확한 위치를 계산해 낼 수 있다. 쉬운 것 같지만 사실 이것은 아주 복잡한 처리과정이다. GPS 시스템이 제대로 작동하기 위해서는 위성과 수신기에 매우 정밀한 시계가 필요하다. 공전하는 몇 개의 위성으로부터 동시에 신호를 수신하여 해석해야만 한다. 다행히도 모든 계산은 수신기가 처리한다.

먼저 거리 계산을 해보자. GPS위성은 40 나노(nano) 초, 즉  0.000000040의 정확도를 가진 시계를 탑재하고 있다. GPS 수신기에도 또한 시계들이 내장되어 있다. 전파신호는 위성으로부터 300,000km의 속도로 이동한다. 위성과 수신기간의 거리 계산은 다음 식을 사용한다:

(300,000km/초) × [도달시간 (초)] = 위성과 수신기간의 거리(km)

여러분의 GPS 수신기와 어느 한개의 위성까지의 거리를 아는 것은 매우 유용하지만, 그것만으로는 지구상에서 정확한 위치를 결정하는 것은 불충분하다.

<그림> GPS를 이용해 지구상의 정확한 위치를 계산하는 데는 네 개의 GPS 위성이 필요하다.

따라서 네 개의 위성신호를 동시에 수신할 필요가 있다. 세 개의 위성으로부터 동시에 거리를 계산함으로써, GPS수신기는 위도, 경도, 타원체고의 일반적인 위치를 결정할 수 있다.

그렇다면 왜 GPS 수신기가 네 개의 위성을 필요로 하는지 의문을 가질 수 있을 것이다. 그 해답은 훨씬 더 높은 정밀도를 얻을 수 있기때문이다. GPS수신기로부터 공전하는 세 위성까지의 거리를 정확하게 계산하기 위해서는 전파신호의 전송시간과 도달시간을 반드시 알아야만 한다. 이를 위해 위성에 탑재된 시계와 수신기에 내장된 시계가 반드시 완벽하게 시간이 일치해야만 한다. 위성에 탑재된 시계와 수신기에 내장된 시계간의 백만분의 1초 차이는 274.32m 만큼의 큰 위치오차를 발생할 수 있다. (MIT대학 Herring교수) 위성에 탑재된 원자시계는 극도로 정확하지만 GPS 수신기에 내장된 시계는 그렇지 않다. 이것이 시간오차가 생기는 원인이다. 네 번째의 위성으로부터 받은 신호는 수신기 시계의 오차를 조정하기 위해 사용되어지고 수신기의 정확한 위치를 계산한다. 즉, 수신기의 위치를 계산하기 위해서 최소한 네 개의 위성신호를 필요로 하는 것이다. 그러나 만약, 수신기가 보다 더 많은 위성신호를 취득할 수 있다면 보다 더 정확한 위치를 계산해 낼 수 있다. (Tinambunan).

□ GPS상시관측소와 GIS

수천년 역사의 측지분야에서 GPS는 획기적인 진보를 가져왔다. GPS기술의 진보에 따라 대부분의 상업용 GPS수신기는 수 미터의 정확도를 가지게 되었다. 지구의 둘레가 약 40,233km란 사실을 고려하면 몇 미터의 차이는 중요하지 않게 보일수 있다. 이러한 정확도는 등산객이나 차를 운전하는 사람들에게는 적당할 것이다. 그러나 많은 과학, 군사, 공학활동에서는 휠씬 높은 수준의 위치정확도 (몇 센티미터 또는 그 이내)를 요구하고 있다.

이런 정확한 측정자료들을 제공하기 위해서 국토지리정보원은 하루 24시간 작동하는 전국 14개 GPS상시관측소를 설치했다.

GPS상시관측소는 계속해서 GPS위성신호를 수신하고 측위데이터를 국가공간기준계에 통합된다. 이 데이터는 인터넷을 통해 사용자에게 제공된다. GPS상시관측소 웹 사이트에 로그인 한 후 사용자들은 그들의 좌표 정확도를 센티미터 단위까지 결정할 수 있게 된다. 이 시스템은 지질학적으로 활동성이 있거나 혹은 태풍이나 홍수 등과 같은 자연재해에 영향을 받은 지역의 빌딩이나 교량이 원래의 위치에 있는지를 평가하는데 유용하게 사용된다.

GPS기술과 함께 진화한 또 하나의 막강한 도구는 지리정보시스템(GIS)이다. GIS는 공간정보, 소프트웨어, 컴퓨터의 세 부분으로 구성된다. 이러한 구성요소들은 시각화와 공간정보 레이어 처리를 위한 디지털 플랫폼으로 사용된다.

<그림> GIS에서의 특정지역에 관한 정보는 몇 개로 분리되어 저장되지만 각각의 레이어를 중첩할 수 있다.

GIS는 지상측량, 지도, 항공사진,  위성영상을 포함한 몇몇 자료로부터 정보를 수집한다. GIS는 어떤 장소에 대한 지하시설물(전기관, 가스관, 수도관, 하수도관, 통신망), 도로, 강, 빌딩, 그리고 심지어 나무나 동물의 개체수 등과 같은 특정 정보들을 측지데이터에 기초해서 계층을 만든것이다. 도시계획가들과 과학자들은 소프트웨어를 사용해서 교통의 흐름을 개선, 지하시설물과 건축물의 관리, 환경적으로 민감한 지역 개발, 잠재적 자연재해로부터의 시민을 보호할 수 있다. 왜냐하면 GIS는 데이터를 디지털방식으로 저장하여 정보가 빠르고 경제적으로 갱신되며 쉽게 재생산하여 널리 활용가능하게 만들 수 있기 때문이다. 그 파워와 속도 때문에 GIS기술은 과거에는 종이지도나 해도에 힘들게 수작업으로 했던 대부분의 지도제작업무를 쉽게 해주고 있다.

GIS에서 지리적 사실성을 구현하기 위한 가장 중요한 요소는 양질의 공간정보이다. 만약 GIS에 제공된 공간정보가 부실하거나 낮은 해상도를 가진다면 컴퓨터로 만들어진 세계는 우리가 살고 있는 지구와는 완전히 다른 빈껍데기가 될 것이다.