1. 지리적 현상의 정의
지리적 현상이란 우리가 관심을 가지고 있는 구분할 수 있거나 설명할 수 있는 것, 위치를 기준으로 참조된 것, 존재하고 있던 시간이나 간격을 알 수 있는 것이라는 성질을 가지고 있는 현상이라 정의할 수 있다. 지리정보시스템에서 사용할 지리적 현상은 그 목적에 따라 결정된다. 예를 들어 수자원 관리를 수행할 경우 연구하고자 하는 대상은 하천 유역, 농업 생태학적 단위, 수증기 증발량, 기상자료, 지하수고, 관개용수, 예산, 물 사용 총량 등이 될 수 있다. 이러한 대상들은 구분 및 설명이 가능하고 위치참조가 되어있으며, 존재하는 시간을 알 수 있다. 다목적 지적관리의 예를 들자면 가옥, 건물, 필지, 도로, 토지이용, 도시기반시설 등이 연구대상 중 중요한 요소가 될 것이다. 이러한 요소들도 마찬가지로 위치참조가 되어있고, 존재하는 시간을 알 수 있다. 대부분의 현상들은 설명, 위치, 시간의 세 가지 요소들을 갖고 있으나 그렇지 않은 경우도 있을 수 있다. 예를 들어 지적시스템에서 법규에 대한 부분은 위치참조가 존재하지 않는데, 해당 요소에 위치를 정하는 것은 중요하지 않다. 시간요소가 없는 경우 관심있는 현상이 항상 그곳에 존재한다고 간주할 수 있다. 구분 또는 설명이 없는 경우 시공간 속에 존재하기는 하나 설명할 수가 없는 것이고, 설령 있다고 해도 지리정보시스템에서는 중요하지 않다.
2. 지리적 현상의 종류
지리적 현상은 매우 다양한 형태로 존재한다. 지리정보시스템에서 필요한 현상은 무엇(what)이고, 어디(where)에 있는지를 표현할 수 있어야 한다는 것이다. 즉, 설명이 가능하고 위치참조가 될 수 있어야 한다. 지리적 현상은 연구지역 전체에 존재할 수도 있고 일부 한정된 지역에만 존재할 수도 있다. 이러한 것을 지리적 필드(geographic field)라 한다. 지리적 필드는 연구지역의 모든 지점에서 값을 결정할 수 있는 지리적 현상이다. 온도, 기압, 표고 등은 지리적 필드의 전형적인 예시로 이러한 필드는 연속적으로 존재한다. 연속적이지 않은 필드로는 토지이용이나 토양분류 등이 있다. 불연속한 필드의 경우에도 모든 장소에 한 가지의 값이 존재한다. 지리적 현상 중에는 연구지역 전체에 존재하지 않고 한정된 범위에만 존재하는 것도 있다. 예를 들어 해상에 띄운 부표가 비슷한 예시이다. 부표의 숫자는 정해져 있고 각각 어느 곳에 있는지를 정확히 알 수 있어 지리적 객체(geographic object)의 예시가 될 수 있다. 지리적 객체는 연구지역에 존재하는 잘 구분되고, 분리되어 있으며 경계가 있는 지리적 현상이다. 객체와 객체 사이는 비어있을 수 있다. 일반적으로 자연적인 현상은 지리적 필드인 경우가 많고, 인공적 현상은 객체인 경우가 많다.
3. 지리적 필드
필드는 연구지역 전체에 값이 부여된 지리적 현상이다. 따라서 필드 f를 연구지역의 한 위치로부터 필드 값의 도메인에 대한 함수 f로 정의할 수 있다. 연구지역의 한 위치의 좌표를 (x,y)라 하면 그 위치에 대한 필드값은 f(x,y)로 표시할 수 있다. 연속 필드란 기압, 기온, 표고 등과 같이 해당 필드에 대한 함수가 연속하다고 가정할 수 있는 경우를 의미한다. 연속하다는 것은 필드값이 점진적으로 변화하며 미분이 가능하다는 의미이다. 미분 가능한 필드의 경우 모든 지점에서 모든 방향으로 단위 거리에 대한 변화율을 결정할 수 있다. 불연속 필드도 존재할 수 있다. 예를 들어 완벽하게 수직한 절벽이 있는 지역의 표고가 불연속 필드의 예가 될 수 있다. 절벽에서는 표고값이 급격하게 변화한다. 연속하지 않는 필드 중에서 중요한 것이 이산 필드이다. 이산필드는 서로 배타적이며 경계가 있고 각각의 내부에서는 같은 값을 갖는 필드이다. 전형적인 예로 토양의 종류, 토지이용, 작물의 종류, 식생에 의한 토지 분류 등이 있을 수 있다.
4. 지리적 객체
지리적 현상이 연구지역 전체에 존재하지 않고 드문드문 떨어져 존재할 경우 그것을 지리적 객체라 한다. 지리적 객체는 쉽게 구분이 가능하고 명칭을 부여할 수 있다. 객체의 공간상 위치는 위치, 형태, 크기, 방향 등의 파라미터의 조합으로 이루어진다. 위치는 해당 객체가 어디에 있는가를 나타낸다. 형태는 해당 객체의 모양이 어떠한지를 나타낸다. 크기는 해당 객체의 크기가 어느 정도인가를 나타낸다. 방향은 해당 객체가 어느 쪽을 면하고 있는가를 나타낸다. 지리적 객체의 종류를 분류하기 위해 다양한 방법이 시도되었다. 우선 차원(Dimension)은 형태를 설명하기 위한 주요한 변수이다. 객체가 점, 선, 면, 체적 중 어느 것인지를 결정하는 요소이기 때문이다. 지리적 객체의 용도에 따라 위 4가지 파라미터 중 어떤 것이 필요한지가 결정된다. 예를 들어 차량용 항법장치의 경우 주유소와 같은 지리적 객체는 어디에 있는지가 중요하다. 즉, 위치만으로 충분하다고 할 수 있다. 그러나 같은 시스템에서도 도로는 중요한 객체로서, 도로가 어디에서 시작하고 어디에서 끝나는지, 차선의 수는 몇개인지, 노선의 길이는 얼마인지, 어느 방향으로 운행하여야 하는지 등의 정보가 모두 필수라고 할 수 있다. 형태는 차원을 포함하기 때문에 대부분 중요한 요소이다. 차원이란 객체가 0차원, 1차원, 2차원 또는 3차원인지를 의미한다. 앞에서 예를 든 주유소의 경우 공간상에서 점으로 인식되므로 0차원이 되고, 도로는 공간에서 선으로 인식되므로 1차원이 된다. 그러나 지적시스템에서의 도로정보는 맨홀 등의 정확한 위치를 표시해야 할 필요가 있으므로 2차원으로 관리되어야 할 필요도 있다.