从20世纪60年代至今，地理信息系统(GIS)已迅速发展成为一个独特的研究与应用领域，并形成一个全球性的重要行业。GIS的应用非常广泛，它可以应用在公用事业、电信、交通、城市应急管理、土地管理、城市规划、军事规划、图书馆、社会与环境、健康和保健、政治、城市与区域规划中的土地覆盖和土地利用监测、景观保护等多个领域，GIS在愈来愈多的组织机构的管理方面发挥着重要作用。　　 本文首先对GIS系统进行全方位的阐述，包括地理信息系统的发展及现状、地理信息系统的应用领域、地理信息系统数据的组织和管理。随后针对全球主流的Mapinfo公司推出的GIS开发套件进行了分析研究，阐述了二次开发一个GIS应用程序的主要步骤。　　 GIS最短路径算法已经有半个世纪的历史，经典的算法有Dijkstra算法、Floyd算法和A*算法。而近几年，在GIS系统中，人们对最短路径算法的研究集中在两种应用场景中，一种是已知节点和线路来搜索最短路径，另一种就是障碍避免最短路径算法。前者的典型应用为汽车导航系统，后者的典型应用为无人汽车驾驶系统。本文只对第一种应用场景下的最短路径算法进行研究。　　 本文除了最短路径算法之外，还研究了最短路径优化方法，即在最短路径算法中融入一种优化策略，使得算法搜索的范围大大减少，从而提高算法运算效率的方法。最短路径优化方法并不保证找到的最短路径是严格意义上的最短路径，但它可以在时间和最短路径上取得一个较好的平衡来满足用户的需求。最短路径优化方法主要利用实际地理图形中的几何特征和统计学分析的结果来得到一利，有效的策略。在本文中主要讨论三种优化方法，它们是缩小搜索区域优化、基于角度优先权值优化、基于距离优化。　　 本论文的主要贡献是从一个层次化的角度引入了一个应用于层次化结构的最短路径算法(SPAH)，并对该算法进行改进。改进后的算法可以利用预计算并保留中间结果，该中间结果可以重复利用，这样的处理可以大大优化在单机中在两点间搜索最短路径的平均时间。而且在并行处理机(比如Web GIS Server)上的性能也很优越，可以快速的计算多个对点之间的最短路径。