地學信息圖譜是形、數、理的有機結合。形是指地圖、圖像、圖解等；數是指定量化的模型與方法；理是指機理、規則和知識等。地學信息圖譜正是利用形與數來認知、表達理的技術體係。由於它既能再現地理事物與現象的曆史，又可虛擬其未來，從而成為人們研究地理事物與現象的一種現代化的科學方法和高新技術手段，將在國土管理、城鄉規劃、資源開發、生態環境建設等方麵發揮越來越重要的作用。
二、地學信息圖譜模型
地學信息圖譜單元是組織地理信息，建立概念計算模型或者數理模擬模型、反演曆史、理解和認識現實世界以及推導和預測未來世界地理規律的基本時空複合體單元。以地學信息圖譜單元為組織細胞，構建地學信息圖譜模型，為信息圖譜的數據獲取、處理、信息提取與分析提供有力的工具[20,30]。
(一)地學信息圖譜概念模型
信息圖譜單元是進行“空間與過程研究”的時空複合體，對於地學信息圖譜的研究，可以用同時反映空間差異和時序變化過程的狀態變量P(P1，P2，P3，P4……Pn)進行描述。
P(P1，P2，P3，P4……Pn)可以代表地理單元的任何性質，既包括物理屬性如土壤類型、植被類型、岩石類型、土壤質地、侵蝕強度、濕度、溫差、降水量等，也包括人文屬性如人口、教育程度、土地利用方式、技術水平、經濟實力等，還包括使用各類算法或者數學模型把多種屬性集成後得到的各種綜合性指標，如生態環境質量、可持續發展潛力、土地資源的承載力等。表示地理單元屬性的狀態變量P(P1，P2，P3，P4……Pn)不僅是時間T的函數，而且也是空間位置S的函數。
Y＝f(P，S，T)(1)
對方程求全導數，有：
DYDP=YP?PS+YP?PT(2)
當時間維一定時，建立P1，P2，P3，P4……Pn隨時空變化的函數關係就實現了對於地理景觀空間分布的屬性描述，該函數關係式的建立方法體現了傳統地理學對於地理景觀的研究方法。即當T為常數時，
DYDP=YP?PS
(3)
當空間維一定時，建立P1，P2，P3，P4……Pn隨時空變化的函數關係就實現了對於地理景觀屬性的時間過程描述。即當S為常數時，
DYDP=YP?PT
(4)
上麵兩種函數關係建立方法結合起來就形成了景觀的地理過程分析與景觀空間格局研究的複合，即景觀的“空間與過程研究”。這就是利用圖譜單元進行“空間與過程研究”的算法依據。
(二)地學信息圖譜模型構造
(1)識別和定義模型運用圖形思維將地理事物或地理現象問題抽象為信息圖譜模型。
(2)確定地理單元(空間單元)目前，地理單元的產生主要有三種方法：①填圖法；②疊置法；③規則網格法。在采用GIS作為工具的單元中經常采用，以一定分辨率的離散的規則網格作為單元，得到的網格單元應該是在一定的分辨率條件下，能夠識別的“最小空間單元(Cell)”，這也不是具有實體意義的地理單元。但是這樣的空間單元是產生“相對均質”地理單元的“細胞”。雖然其精度受到網格分辨率的影響，但它的產生過程和應用過程，都適合於計算機處理，非常方便。
(3)時序單元的確定(時間尺度)不同采樣時刻往往對應著地理單元的不同狀態，所以對特定地理過程的研究往往要依賴於時間尺度，即采樣時間間隔。
(4)合成不同采樣時刻地理單元的空間?屬性一體化數據在確定了研究對象的空間單元和時序單元後，就可以充分利用衛星遙感、全球定位係統、地理信息係統和網絡通信等當代先進的對地觀測技術與信息技術，結合地學實際調查、統計與定位自動觀測台站記錄所可能獲取的各采樣時刻的數據和圖像，經過統一標準化和歸一化處理，得到空間單元時序的屬性特征值，並利用地理信息係統生成各采樣時刻地理單元的空間-屬性一體化數據。
(5)信息圖譜單元合成在確定了研究地理過程或者地理事件的時間尺度以後，就可使用這一時間尺度作為采樣間隔，在地理信息係統中，將不同采樣時刻上地理單元的空間-屬性一體化數據進行匹配、融合，或者進行地圖代數運算，就可得到空間-屬性-過程一體化數據，即信息圖譜單元，其“相對均質單元”就是圖譜單元。
(6)數據挖掘與分析包括對圖譜單元進行綜合分析，或者利用數據挖掘的各種方法提取需要的數據，結合數學模型對“空間與過程”的演化特征進行推理或者模擬，以得到在地理過程動態變化中地理事物或現象之間規律性的空間關係。當前，地理信息係統及日益強大的計算機運算能力為地學信息圖譜的海量數據處理和分析提供了堅實的技術保障。
在對複雜係統的機理尚不了解或認識較模糊時，難以利用係統狀態變量來描述係統的行為特征，更不可能建立解析模型時，可借助於圖形來定量描述係統的初步狀態及其邊界條件，利用序列化的專題圖來反映係統多時空尺度或不同條件下的形態特征、變化，並在此基礎上進行邏輯推理演算，尤其進行圖形運算，製定數據挖掘的規則、解釋數據挖掘的結果，理解其地學機理[24,25,33]。