מבחינת מחקר, הגאוגרפיה העירונית חוקרת בעיקר את השפעתם של תהליכים עירוניים על המבנים החברתיים והפיזיים של פני האדמה. מחקר גאוגרפי עירוני יכול להיות חלק גם מגאוגרפיה אנושית וגם מגאוגרפיה פיזית.
הבחנה בין סוגי ערים.
ערים שונות נבדלות במערך הכלכלי שלהן, במאפיין החברתי והדמוגרפי שלהן ובתפקידים שהן ממלאות במערכת העירונית. ההבדלים נובעים מהמשאבים המקומיים שעליהם התבססה הצמיחה במהלך ההתפתחות המוקדמת של הדפוס העירוני, וביתרון התחרותי של המשאבים המקומיים. ההכרה בסוגי ערים שונות היא קריטית לסיווג הערים בגאוגרפיה עירונית. לסיווג כזה, דגש הניתן במיוחד על סיווג ערים פונקציונלי והממדים הבסיסיים של מערכת העיר.
לצורך ההשוואה, הגאוגרפיה האורבנית של העיר תל אביב-יפו, הנובעת מהיותה מרכז תרבותי במדינת ישראל, עיר תיירות מרכזית על חוף הים התיכון, ומקום מושבה של אוכלוסייה חילונית ולהט"בית בכמויות גדולות יחסית, שונה מהגאוגרפיה האורבנית של העיר ירושלים. יחודה של ירושלים הוא בהרכב האוכלוסייה המובחן (חרדים, ערביי ישראל, דתיים וחילונים - במידה שווה), באופייה הדתי והשמרני יחסית, ובעיר העתיקה שבה, שהיא מרכז תיירותי ודתי בפני עצמו. בהתאמה, ניתן לראות הבדלים במשאבי הייצור, בשירותים שהן מספקות, ואף במבני הציבור שבהן, השונים באופן מהותי. לדוגמה, העיר תל אביב פיתחה את המרכז הגאה, וכן ארבעה תיאטרונים מסחריים (הבימה, התיאטרון הקאמרי, בית ליסין, תיאטרון גשר), ובתי ספר למשחק. לעומתה, בעיר ירושלים, שכמות אוכלוסייתה כפולה, יש רק תיאטרון מסחרי אחד, (תיאטרון החאן). לעומת זאת, נמצאים בה סמלי דת וסמלי שלטון רבים. השוואה נוספת היא בין שתי ערים אלה, שהן ערי מטרופולין, לערים אחרות, קטנות יותר. ואף בהן קיימת הבחנה בין ערים קטנות יותר במרכז הארץ, לערים כגון קריית שמונה או שדרות. שתי האחרונות מובחנות לא רק במרחקן ממרכז הארץ התרבותי, אלא גם גם בקרבתן לגבול, כגורם משמעותי בעיצובן.
אחת הדרכים לסווג ערים היא בזיהוי התפקיד שהן ממלאות במערכת העירונית. ישנם שלושה תפקידים נפרדים:
כוח העבודה בעיר נחשב כגורם מאפיין נוסף.
מגלופוליס
מֵגָלוֹפּוֹלִיס (רַב־כְּרַךְ על פי החלטת האקדמיה ללשון העברית; מיוונית: Μεγαλόπολη) הוא אגד ערים גדול ממטרופולין, כזה המהווה איחוד של כמה מטרופולינים כרצף עירוני גדול ממדים, שבו מתעמעמים גבולות הערים. מגלופוליס היא עיר ענק הכוללת כמה אזורי מטרופולין, שהתרחבו והתמזגו לכדי כרך בגודל של מאות קילומטרים, עשרות שדות תעופה, ועשרות מיליוני תושבים.
מי שטבע את המונח "מגלופוליס" לראשונה היה הגאוגרף הצרפתי-יהודי ז'אן גוטמן, שהוציא בשנת 1961 ספר בשם זה, בו זיהה כי כל המרחב מבוסטון עד וושינגטון בחוף המזרחי של ארצות הברית הוא רצף של אזורים מטרופוליטניים הנוגעים זה בזה, והעניק לתופעה העירונית הזאת את השם "מגלופוליס".
בין המגלופוליסים בעולם:
מערכת מידע גאוגרפית
מערכת מידע גאוגרפית או GIS (בראשי תיבות ממ"ג, ובאנגלית: Geographic Information System) היא מערכת מידע ממוחשבת המאפשרת ניהול, אחזור וניתוח מידע גאוגרפי תוך שילוב תכנים ממספר שכבות מידע, המבוססות ברובן על מערך מיפוי, אך גם על מאגרי מידע טבלאיים "רגילים". מערכות אלו משמשות הן בצד הקלט: קליטה, ארגון ובקרת איכות, והן צד הפלט: הפקה, מיון, שליפה ופילוח של מידע גאוגרפי.
מערכות מסוג זה משמשות גורמים רבים, ובהם משרדי ממשלה, עיריות, תאגידי מים וביוב, מכוני מחקר, נותני שירותים, מתכנני ערים ותשתיות, חברות משלוחים ועוד. למערכות אלו יתרון בפישוט והמחשה של תופעות מרחביות, שיתוף המידע העדכני ביותר לרוחב הארגון, שילוב ויזואליות גרפית וטבלאית יחדיו, יכולת תשאול מידע באופן פשוט ונוח, יכולת שימוש במערכת ללא צורך בהכשרה ממושכת, יכולת להציג מידע במחשב ובהתקנים ניידים, חסכון בניירת הדפסות וארכיונים, ביזור ידע לרוחב הארגון, ריכוז המידע בבסיס נתונים אחד עדכני, גיבוי מידע, העלאת חלופות יעילה למקבלי החלטות, יכולת המרת מידע בין פורמטים שונים, סטנדרטיזציה של המידע, חסכון במספר רישיונות תוכנות עריכה גרפיות מקצועיות (תיב"ם) בארגון, למערכת WEB אין מגבלה ממשית על מספר המשתמשים, יכולת עדכון בו זמנית של מספר משתמשים, יכולת לשתף מידע לציבור, שיפור איכות עדכון מידע מהשטח וביצוע סקרי שטח, ייעול תהליכי ושיטות עבודה ארגוניות, אינטגרציה עם מערכות חיצוניות כגון מערכות גביה, מאגרי אוכלוסין, Google street view.
מערכות ה-GIS מאפשרות שיתוף, יבוא ויצוא של מידע גרפי ואלפא-נומרי במגוון דרכים כגון באינטרנט באמצעות מערכות GIS מקוונות, בהתקנים ניידים ובתוכנות מקומיות (המותקנות על גבי מחשב מסוים).
מידע וקטורי ומידע ראסטרי.
ממ"ג וקטוריות מחלקות את המידע הגאוגרפי למידע נקודתי (כגון בארות, עמודי חשמל), מידע קווי (כגון נחלים, דרכים) ומידע פוליגונלי (כגון תחומי שיפוט, אזורים בנויים, מדינות). כל ישות (נקודתית, קווית או פוליגונלית) שייכת לשכבה מסוימת. ניתן להצמיד לכל ישות מידע אלפא-נומרי (כגון ספיקת הבאר, שנת הסלילה של הכביש או מספר התושבים בשטח הבנוי), מאפיינים אלו נקראים שדות. כל ישות תהווה שורה אחת בבסיס הנתונים. לאחר הקמת בסיס הנתונים ניתן ליצור שאילתות כגון מציאת קטעי הכביש שנסללו לפני 1948, או השטח הבנוי שהאוכלוסייה בו חלקי שטחו (הצפיפות) היא פחות מ־5 תושבים לדונם.
במכוני מחקר קרימינולוגיים היו מבצעים שאילתות מבוססות מקום גאוגרפי כדי למצוא ריכוזי פשיעה מדווחת. דבר זה היה מאפשר לרשויות האכיפה למקם את כוחותיהן במקומות שבהם התרחשו הרבה שיעורי פשיעה - זאת לפי איתור הצפיפות של פרטי המידע והצלבתן עם ראסטר של מפה.
מלבד השאילתות על שכבה בודדת, ניתן לבצע פעולות בוליאניות בין שתי שכבות או יותר. דוגמה לפעולה כזו היא מציאת כל קטעי הכביש שמקיימים את שני התנאים הבאים: נסללו לפני שנת 1948 וגם עוברים בשטח בנוי שצפיפות האוכלוסייה בו היא מעל ל-20 תושבים לדונם.
מידע ראסטרי פועל באופן שונה ממידע וקטורי, הוא מיצג מידע על ידי תמונה בה כל פיקסל מייצג עוצמה של התופעה וכך מאפשר ניתוח תופעות רציפוֹת במרחב (כגון טופוגרפיה, איתור דליפות, שיעור הזיהום בקרקע). שכבה רסטרית מכונה גריד. יתרון עיקרי של הניתוח הראסטרי הוא המהירות בה ניתן לבצע עיבודים. אם לדוגמה היינו מחפשים את הנקודות המישוריות במפה טופוגרפית, היה על מערכת וקטורית ליצור חישוב מסובך ביותר, בעוד שמערכת ראסטרית מחפשת שני פיקסלים סמוכים בעלי אותו צבע.
תוכנות GIS.
תוכנות GIS מאפשרות לצפות, להעביר, לערוך ולנתח מידע גאוגרפי. ישנם פלטפורמות מדף שונות המאפשרות לפתח באמצעותן אתרי GIS ומספקות כלים שונים לטיפול במידע גאוגרפי. כמה מהמובילות ביניהן: Autodesk,QGIS, ESRI ,ArcGIS,Intergraph,Mapinfo ,Manifold System ,Smallworld ,MapGuide. בנוסף קיימות תוכנות שמותאמות לצרכים ייחודים במחלקות ממשל וצבא, ומוצרי קוד פתוח (כמו GRASS ,MapGuide או Generic Mapping Tools). אף על פי שקיימים כלים חופשיים לצפייה במידע גאוגרפי, גישה ציבורית למידע גאוגרפי נעשית לרוב דרך יישומים מקוונים כגון Google Earth ושירותים ברשת.
עד סוף שנות התשעים רוב מערכות המידע הגאוגרפיות התבססו על מחשבים מקומיים גדולים ששימשו להחזקת מידע פנימי, והתוכנות היו מוצר עצמאי. עם עליית השימוש באינטרנט וברשתות והעלייה בביקוש למידע גאוגרפי, תוכנות ה-GIS שינו את פניהן בהדרגה כדי לספק מידע מקוון. בעשור השני של המאה ה-21, תוכנות GIS נמכרות כתוכנות המשלבות מספר אפליקציות, או כ-API.
לצורך עדכון נתונים נהוג להשתמש בשילוב של תוכנה מקומית ואינטרנטית על מנת לנצל את החוזקות של התוכנות השונות
מערכת מידע גאוגרפית בשימוש ההוראה.
מערכות מידע גאוגרפית (GIS) נמצאות בשימוש ההוראה מאז שנות ה-90. מחקרים רבים מצאו שמערכת המידע הגאוגרפית היא כלי אפקטיבי מאוד לפיתוח החשיבה המרחבית בקרב תלמידים; יכולת פתרון בעיות; חשיבה ביקורתית; לשיפור יכולות החשיבה שלהם. בנוסף לכך הכלי מייצר סביבת לימוד מבוססת חקר/ סביבת לימוד קונסטרוקטיביסטית. אחת המטרות המרכזיות בלימודי הגאוגרפיה היא לפתח אזרחים בעלי יכולת של חשיבה מרחבית ביקורתית. עולם התוכן של הגאוגרפיה מעניק לתלמידים ידע, ערכים, ומיומנויות שחלקן ייחודיות למקצוע כמו שימוש מושכל במפות. המקצוע מזמן שילוב חדשנות בפדגוגיה שבאה לידי ביטוי בפדגוגיה דיגיטלית משולבת מפה, ובכישורי חשיבה התורמים לפיתוח לומדים עצמאיים שיוכלו לתפקד בתבונה וביעילות כאזרחים וכעובדים בעולם המורכב של המאה ה-21.
משרד החינוך פרסם דו"ח בנושא "התאמת מערכת החינוך למאה ה-21" ובו מפורטות "מיומנויות המאה ה-21". הן כוללות את הנושאים הבאים: שימוש בכלי תקשוב; אוריינות מידע ותקשורת; חשיבה ביקורתית ויכולת לפתור בעיות; תקשורת שיתוף ועבודת צוות; לומד עצמאי; אתיקה ומוגנות ברשת. מקצוע הגאוגרפיה נבחר כאחד מחמשת מקצועות הליבה השותפים לתוכנית. הוראת הגאוגרפיה באמצעות כלי ה- GIS ממש את מטרות התוכנית.
יצרני מערכות ה-GIS המובילים בעולם פיתחו לאורך השנים פעילויות בתחום החינוך. כך למשל חברת ESRI חתמה עם מספר רב של מדינות בארצות הברית על הסכמי רישוי המאפשרים לבתי הספר באותן מדינות גישה לשירותי GIS תוצרת ESRI ללא תשלום נוסף. הדבר מאפשר למשרדי החינוך במדינות השונות בארצות הברית לפתח מערכי שיעור משולבים עם מפות GIS. במדינת מינסוטה למשל, מתקיימת תחרות מפות GIS שנתית בין בתי הספר במדינה.