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“空间”（Space）的概念在不同的学科有不同的解释。 从物理学的角度看，空间就是指宇宙在三个相互垂直的 方向上所具有的广延性。从天文学的角度看， 空间就是指时空连续体系的一部分。在地理学上， 空间指的是地理空间（Geographic Space）， 它是指物质、能量、信息的存在形式在形态、 结构过程、功能关系上的分布方式、格局及其在时间上的延续。
地理空间是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和 土壤圈交互作用的区域。地球上最复杂的物理、化学、 生物和生物地球化学等过程都发生在地理空间中。因此， 地理空间是人类活动频繁发生的区域，是人地关系中最为复杂、紧密的区域。
GIS中的空间概念常用“地理空间”（Geo-Spatial）来表述， 是指经过投影变换后，在笛卡尔坐标系（由一个固定的、 特殊的点为原点，一对相互垂直且经过原点的线为坐标轴） 中的地球表层特征空间。它是定义在地球表层目标集上的关系， 即地理世界以实体为单位进行组织，将客观世界作为一个整体看待， 每一个实体不仅具有空间位置属性和空间上的联系， 更重要的是它与其他实体还具有逻辑上的语义联系， 它还具有时间属性。一般来说，地理空间被定义为绝对空间和 相对空间两种形式。绝对空间是具有属性描述的空间位置集合， 它由一系列不同位置坐标值组成；相对空间是具有空间属性特征的实体集合， 它由不同实体之间的空间关系构成。
GIS中的地理空间一般包括地理空间定位框架及其所联结的地理空间特征实体。
地理空间定位框架即大地測量控制，由平面控制网和高程控制网组成。 大地测量控制为建立所有地理数据的坐标位置提供了通用参考系， 将所有地理要素与平面及髙程坐标系相连接。 大地测量控制信息的主要要素就是大地测量控制点， 这些坐标点的平面位置和高程被精确地测量。
地理空间特征实体表示地理空间信息的几何形态、 时空分布规律及其相互之间的关系，是指具有形状、 属性和时序性的空间对象或地理实体，包括点、线、面、 曲面和体，它们构成地球圈层间复杂的地理综合体， 也是GIS表示和建库的主要对象。
地理空间数据就是以地球表面作为基本定位框架的空间数据。 GIS提供了对地理空间数据进行分析和将地理空间数据实现可视化的机制。
由于计算机中处理和操作的数据是离散数据， 在GIS中，地理空间数据是进行离散化表达的空间数据。