Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS), mekânsal verilerin belirli bir amaca yönelik olarak toplanması, güncellenmesi, depolanması ve analiz edilmesi süreçlerini yöneten bütünleşik sistemlerdir. CBS'nin en kritik aşaması, toplanan bu verilerden maksimum düzeyde yararlanmayı sağlayan analiz aşamasıdır. Yöneticilerin ve karar vericilerin mekânsal problemleri çözmelerine yardımcı olmak amacıyla geliştirilmiş çok çeşitli analiz araçları mevcuttur. Bir CBS yazılımında asgari olarak bulunması gereken analiz türleri; coğrafi sorgulama, coğrafi analiz, ağ analizi, sayısal arazi analizi, ölçme ve geometrik hesaplamalar, istatistik analiz ve grid analizidir.
Piyasada bulunan CBS yazılımları yetenekleri, maliyetleri ve kullanım zorlukları açısından büyük farklılıklar göstermektedir. Örneğin, ESRI firmasının profesyonel ürünü olan ArcMap (ArcGIS), bünyesinde yüzlerce fonksiyon barındıran son derece gelişmiş bir yazılımdır. Ancak bu yazılımı kullanmak yüksek tecrübeye sahip personel gerektirmekte ve eğitim maliyetleri oldukça yüksek olmaktadır. Bu nedenle, çok profesyonel analizler gerektirmeyen durumlar için aynı firmanın daha ucuz ve kullanımı kolay olan ArcView ürünü tercih edilmektedir. Dünyanın ikinci büyük CBS şirketi olan Pitney Bowes ise MapInfo yazılımıyla ArcGIS'e yakın analiz yeteneklerini Windows tabanlı kolay kullanım, Türkçe dil desteği ve uygun fiyat avantajıyla sunmaktadır.
Yerli yazılım çözümleri arasında öne çıkan NetCAD ise başlangıçta özellikle belediyelerde harita çizimi amacıyla geliştirilmiş CAD tabanlı bir programdır. Geliştirici şirketin sisteme CBS modüllerini de ekleyerek sınırlarını genişletmesi sonucunda, günümüzde birçok belediye NetCAD ürünlerini aktif birer CBS yazılımı olarak kullanmaktadır. Uygulayıcıların yazılım seçerken pahalı olanın her zaman en iyisi olmadığını bilmesi ve kendi kurumsal ihtiyaçlarına en uygun fonksiyonel yeteneklere sahip, personelin kolayca adapte olabileceği çözümlere yönelmesi gerekmektedir.
Coğrafi sorgulama (Spatial Query), grafiksel olan veya olmayan konuma dayalı her türlü bilginin CBS ortamında karşılıklı olarak sorgulanması işlemidir. Bu sorgulamalar üç ana başlıkta toplanır: Grafik bilgilerden grafik olmayan bilgileri sorgulama, grafik olmayan bilgilerden grafik bilgileri sorgulama ve grafik olmayan bilgilerden yine grafik olmayan bilgileri sorgulama. Grafik bilgilerden grafik olmayan bilgileri sorgulamada, bilgisayar faresiyle harita üzerinden seçilen bir nesneye (örneğin bir binaya) ait adres, büyüklük ve sahip bilgisi gibi sözel veriler ekrana getirilir.
Grafik olmayan bilgilerden grafik bilgileri sorgulama işleminde ise sözel kriterler girilerek konumsal sonuçlar elde edilir. Örneğin, otoyola en fazla 150 metre uzaklıkta, özel şahsa ait, imarlı ve minimum 500 metrekare büyüklüğündeki boş arsaların harita üzerinde taranarak gösterilmesi bu kapsama girer ve bu işleme uygun yer seçimi analizi (land suitability analysis) denir. Grafik olmayan bilgilerden grafik olmayan bilgileri sorgulamada ise sözel kriterler girilerek yine sözel sonuçlar elde edilir; örneğin tren istasyonuna en fazla 500 metre uzaklıktaki 3 yıldızlı otellerin telefon ve adres bilgilerinin metin listesi olarak çekilmesi bu sorgulama türüne örnektir.
Coğrafi analiz (Spatial Analysis) ise konumsal varlıkların birbirleriyle olan ilişkilerini ortaya koymayı amaçlar. Bu analizler coğrafi birleştirme (spatial join), yakınlık analizi (proximity analysis) ve sınır işlemlerinden oluşur. Coğrafi birleştirme, şeffaf haritaların üst üste çakıştırılması mantığıyla çalışır ve nokta-alan, çizgi-alan veya alan-alan detaylarının birleştirilmesini sağlar. Yakınlık analizi ise coğrafi detayların etrafında belirli mesafelerde tampon bölgeler (buffer) oluşturarak bu alanların içinde kalan diğer varlıkları tespit etmeye yarar. Sınır işlemleri ise coğrafi ayırma, silme, güncelleme, birleştirme ve sınır kaldırma gibi veri tabanı düzenleme süreçlerini kapsar.
Ağ analizi (Network Analysis), yol, su, kanalizasyon, elektrik ve telefon hatları gibi çizgisel detaylardan oluşan şebekelerin analiz edilmesini sağlar. Bu analizler sayesinde optimum güzergâh belirleme, adres tespiti ve kaynak tahsisi gibi kritik işlemler gerçekleştirilir. Sayısal arazi analizi (Digital Terrain Analysis) ise topoğrafya ve yüzeylerin analiz edilmesini, 2, 2.5 ve 3 boyutlu görüntülerin oluşturulmasını sağlar. Bu kapsamda eğim hesabı, bakı hesabı, kesit çıkarma, görünürlük analizi, hacim hesabı, yüzey oluşturma/gölgeleme, eş yükseklik eğrisi (izohips) oluşturma ve hipsometrik renk kademelendirme işlemleri yürütülür.
Ölçme ve geometrik hesaplamalar kapsamında CBS; alan ve mesafe ölçümü, koordinat bulma, açı ölçümü, geriden kestirme hesabı, poligon hesabı, dik inme/çıkma ve parsel ayırma/birleştirme işlemlerini hassas bir şekilde yapabilmektedir. İstatistik analizler ise veri setleri içerisindeki toplam, ortalama, maksimum, minimum ve yüzde değerlerini hesaplayarak sonuçları metin veya grafik olarak sunar. Bu istatistiksel çıktılar, mekânsal planlama kararlarında ve demografik analizlerde yoğun şekilde kullanılmaktadır.
Grid analizi, raster (hücresel) veri yapısı kullanılarak gerçekleştirilen analiz işlemlerini ifade eder. Grid analizi kapsamında üç temel işlem öne çıkar: Optimum koridor belirleme, modelleme/simülasyon ve komşuluk analizi. Optimum koridor belirleme işleminde arazi eğimi, toprak cinsi ve arazi maliyeti gibi faktörler dikkate alınarak petrol boru hatları veya otoyollar için en uygun geçiş güzergâhı tespit edilir. Modelleme ve simülasyon ise karar vericilerin 'Eğer ... olursa ne olur?' şeklindeki senaryo sorularına matematiksel modellerle yanıt aramasını sağlar.
Coğrafi Bilgi Sistemleri, mekânsal verinin var olduğu hemen hemen her sektörde etkin bir şekilde kullanılmaktadır. Şehir ve bölge planlamada; doğal kaynakların kontrolü, şebeke sistemlerindeki değişikliklerin planlanması, arıza durumlarında acil önlemlerin alınması ve doğal afet hasar tahminleri CBS ile yapılır. Kent Bilgi Sistemleri (KBS) ise belediyelerin altyapı, vergi yönetimi, ulaşım ve imar izinleri gibi hizmetleri daha verimli, etkin ve şeffaf bir şekilde yürütmesini sağlayan zorunlu birer belediyecilik aracı haline gelmiştir.
Ticari alanda CBS; ürün satışları ve dağıtım süreçlerinde seyahat rotalarının optimizasyonunda, sigortacılıkta konuma dayalı risk analizlerinin (deprem, suç oranları vb.) yapılarak poliçe fiyatlarının belirlenmesinde ve emlakçılıkta gayrimenkullerin çevre unsurlarına olan mesafelerine göre değerlemesinde kullanılır. Doğal kaynakların işletilmesinde petrol, maden ve orman alanlarının uydu görüntüleriyle tespiti ve takibi yapılırken; ulaştırma hizmetlerinde GPS destekli araç takip ve navigasyon sistemleriyle alternatif güzergâhlar üretilir.
Çevresel uygulamalarda erozyon ve sel risk haritaları raster verilerle modellenir. Sağlık hizmetlerinde hastalıkların bölgesel dağılım analizleri yapılarak salgınların önüne geçilmeye çalışılır. Finansal kuruluşlar yeni şube yerlerinin seçiminde ve pazar analizlerinde CBS'den faydalanırken; asayiş ve güvenlik uygulamalarında suç haritaları oluşturularak karakolların konumları optimize edilir. Sosyo-ekonomik uygulamalarda ise nüfus hareketleri, göç nedenleri ve gelir seviyeleri harita altlıkları üzerinde analiz edilerek karar vericilere sunulur.
İnternet teknolojilerinin gelişimiyle birlikte CBS verilerinin web üzerinden paylaşılması ve analiz edilmesi süreçleri hız kazanmıştır. Web tabanlı CBS'nin tarihsel gelişiminde ESRI firmasının 2001 yılında çıkardığı ArcIMS ve sonrasındaki ArcGIS Server servisleri, Pitney Bowes firmasının Mapxtreme kütüphanesi, NASA'nın Mapserver projesi ve GeoServer kütüphanesi önemli kilometre taşlarıdır. Günümüzde Google Maps, Yandex Map ve Bing Maps gibi harita sunucuları sayesinde mekânsal veriler ve basit analizler tüm dünya genelinde demokratikleşerek herkesin erişimine açılmıştır.
Web tabanlı CBS mimarisi genel olarak istemci (client), web sunucusu, harita sunucusu ve veri tabanı katmanlarından oluşur. Bu mimari tek, iki veya üç katmanlı yapıda tasarlanabilir. İstemci sunucuya bir istek (request) gönderdiğinde, web sunucusu bu isteği harita sunucusuna iletir. Harita sunucusu, mekânsal veri tabanından (PostGIS, Oracle-Spatial vb.) ilgili verileri çekip gerekli analizleri tamamlayarak sonucu web sunucusuna geri gönderir. Web sunucusu da bu veriyi istemcinin ekranında uygun bir harita altlığı üzerinde görselleştirerek kullanıcıya sunar.
Bulut CBS ise masaüstü bilgisayarların sunduğu analiz ve sorgulama yeteneklerini internet tarayıcıları üzerinden platform bağımsız olarak sunan sistemlerdir. Bulut CBS; düşük kurulum, bakım ve lisans maliyeti, yüksek esneklik ve güncellik gibi büyük avantajlar sunar. GIS Cloud, Mango Map ve Carto DB gibi yeni nesil bulut CBS uygulamaları, kullanıcıların raster ve vektör verilerini internet ortamında depolamasına, analiz etmesine ve paylaşmasına olanak tanır. Ancak kamu kurumları ve özel şirketler için verilerin mahremiyeti ve hukuki güvenlik sorunları bulut CBS'nin önündeki en büyük engellerden biri olmaya devam etmektedir.