矢量数据结构
矢量是具有一定大小和方向的量，数学上和物理上也叫向量
计算机图形中一条有向线段，都是一个直观的矢量。 线段长度表示大小，线段端点的顺序表示方向。 有向线段用一系列有序特征点表示，有向线段集合就构成了图形。 矢量数据就是代表地图图形的各离散点平面坐标 x,y $的有序集合，矢量数据结构是一种最常见的图形数据结构，主要用于表示地图图形元素几何数据之间及其与属性数据之间的相互关系。 通过记录坐标方式，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。 其坐标空间假定为连续空间，不必象栅格数据结构那样进行量化处理， 因此矢量数据更能精确地确定实体的空间位置
实体式数据结构
点实体
点实体包括由单独一对x，y坐标定位的一切地理或制图实体。 在矢量数据结构中，除点实体的x，y坐标外还应存储其它一些与点实体有关的数据来描述点实体的类型、 制图符号和显示要求等。 点是空间上不可再分的地理实体，可以是具体的也可以是抽象的，如地物点、文本位置点或线段网络的结点等
链实体
线实体可以定义为直线元素组成的各种线性要素，直线元素由两对x，y坐标定义。 最简单的线实体只存储它的起止点坐标、属性、显示符等有关数据
弧、链是n个坐标对的集合，这些坐标可以描述任何连续而又复杂的曲线。 组成曲线的线元素越短，x，y坐标数量越多，就越逼近于一条复杂的曲线。 既要节省存储空间，又要求较为精确地描绘曲线，唯一的办法是增加数据处理工作量。 亦即在线实体的纪录中加入一个指示字，当启动显示程序时，这个指示字告诉程序： 需要数学内插函数（例如样条函数）加密数据点且与原来的点匹配，于是在输出设备上得到较精确的曲线。 不过，数据内插工作却增加了。 弧和链的存储记录中也要加入线的符号类型等信息
线的网络结构。 简单的线或链没有携带彼此互相连接的空间信息，而这种连接信息又是供排水网和道路网分析中必不可少的信息。 因此要在数据结构中建立指针系统才能让计算机在复杂的线网结构中逐线跟综每一条线。 指针的建立要以结点为基础，如建立水网中每条支流之间连接关系时必须使用这种指针系统。 指针系统包括结点指向线的指针，每条从结点出发的线汇于结点处的角度等，从而完整地定义线网络的拓扑关系
面实体
多边形（有时称为区域）数据是描述地理空间信息的最重要的一类数据。 在区域实体中，具有名称属性和分类属性的，多用多边形表示，如行政区、土地类型、植被分布等； 具有标量属性的有时也用等值线描述（如地形、降雨量等）。
多边形矢量编码，不但要表示位置和属性，更重要的是能表达区域的拓扑特征， 如形状、邻域和层次结构等，以便恢复这些基本的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作， 由于要表示的信息十分丰富，基于多边形的运算多而复杂， 因此多边形矢量编码比点和线实体的矢量编码要复杂得多，也更为重要。
要求：
- 组成地图的每个多边形应有唯一的形状、周长和面积。 它们不象栅格结构那样具有简单而标准的基本单元。 即使大多数美国的规划街区也不能设想它们具有完全一样的形状和大小。 对土壤或地质图上的多边形来说更不可能有相同的形状和大小
- 地理分析要求的数据结构应能够记录每个多边形的邻域关系，其方法与水系网中记录连接关系一样
- 专题地图上的多边形并不都是同一等级的多边形，而可能是多边形内嵌套小的多边形（次一级）。
拓扑数据结构
拓扑学
拓扑学（Topology）是一门新兴的几何学，作为几何学。 它仍是研究图形或形状的科学。 它之所以较新，是因为它研究的是图形在连续变形下的不变的整体性质。 与其它的几何学相比，它更为灵活和更具可塑性，所以有时又称做“橡皮板几何学”。 拓扑学与欧几里得几何学的不同之处在于它不涉及距离、方位或曲直等性质，即不涉及图形的量度性质
拓扑关系
在地图上仅用距离和方向参数描述图上目标之间的关系是不圆满的。 因为图上两点间的距离或方向（在实地上是一定的）会随地图投影不同而发生变化。 因此仅用距离和方向参数还不可能确切地表示它们之间的空间关系。 并且，在地图图形的连续变换中，它的某些性质发生了变化，如长度、角度和相对距离， 但另一些性质则保持不变，如邻接性、包含性、相交性和空间目标的几何类型点、线、面特征类型等保持不变。 这类在连续变形中保持不变的属性称为拓扑属性
空间拓扑关系是讨论空间实体间拓扑属性，即在拓扑变换旋转、平移、缩放等下保持不变的空间关系， 它是GIS中不可缺少的一种基本关系。 拓扑关系是不考虑度量和方向的空间实体之间的空间关系，拓扑学是研究图形在拓扑变换下不变的性质
拓扑邻接： 存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系
拓扑关联： 存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系
拓扑包含： 存在于空间图形的同类但不同级的元素之间的拓扑关系
拓扑数据结构
在矢量拓扑数据结构中，空间数据不但要记录空间实体的位置，而且要记录空间实体间的拓扑关系， 这是地理信息系统区别于其它数据库管理系统的重要标志。 建立拓扑关系是一种对空间结构关系进行明确定义的数学方法。 目前，空间数据的拓扑数据结构的表示方式没有固定的格式，也还没有形成标准， 其基本原理是相同的。 因此，在矢量拓扑结构表示方法中，任何地理实体均可以用点、线、面来表示其特征， 并且可根据各实体间的空间拓扑关系，解译出更多的信息。
对于二维空间数据而言，矢量数据可抽象为点（结点）、线（弧段或边）、面（多边形）三种要素， 也称拓扑要素。 对三维而言，还要加上体。 其最基本的拓扑关系主要有拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含等几种。 拓扑数据结构中关键就是对这些拓扑要素间的拓扑关系进行表示，几何数据的表示可参照矢量数据的简单数据