Các cấu trúc dữ liệu thuộc hình học cho sự diễn tả lại các thông tin địa lý là một chủ đề tiêu chuẩn trong khoa học thông tin địa lý. Về tổng quát, mô hình dữ liệu hình học diễn tả các đối tượng không gian (các điểm, đường, các đặc trưng vùng) sử dụng tập cơ bản ban đầu về hình học. Các thành phần cơ bản đó cùng với các mối liên hệ của chúng tới thành phần khác và tới các tính năng được định nghĩa bằng việc gắn chặt vào các hình đặc trưng trong một đồ thị hai chiều đơn. Như các tập hợp dữ liệu được nói tới “tính tích hợp hình học”.
Mô hình kết hợp một hay nhiều các thành phần nguyên thủy của hình học với các đối tượng không gian của nhiều loại hình(ví dụ như các nút – Node, các cạnh – Edge, các mặt – Face). Cụ thể hơn, một đặc tính của với một điểm hình học (Point) được kết hợp với một yếu tố nút đơn (Node), một đặc tính với một đường hình học (Line) được kết hợp với một hoặc nhiều các yếu tố cạnh (Edge), và một đặc tính với một hình đa giác (Polygon) được kết hợp với một hoặc nhiều các yếu tố mặt (Face). Điều này được mô tả trong Hình 1.36 như mô hình hình học tự nhiên.
Hình 1.36 Mô hình hình học tự nhiên
Có thêm các mối quan hệ giữa chính các yếu tố hình học với nhau như ở Hình 1.36 đã chỉ ra. Một yếu tố nút có thể có hoặc có thể không kết hợp với một tập các yếu tố cạnh. Một yếu tố mặt có thể được kết hợp với một hoặc nhiều các yếu tố cạnh. Cuối cùng, một yếu tố cạnh được kết hợp với hai yếu tố nút và hai yếu tố mặt. Mối quan hệ giữa các nút và các mặt có thể ẩn hoặc hiện rõ. Chúng ta đã diễn tả các mối quan hệ này giữa các nút và các mặt như là sự ẩn trong Hình 1.36. Một ví dụ cụ thể chỉ ra một thể hiện cụ thể của mô hình này là Hình 1.37. CSDL bao gồm ba lớp được diễn tả các thực thể địa lý thực: các lô đất
của mỗi lớp. Trong thực tế, những lớp này có thể bao gồm hàng triệu thể hiện. Bức tường và toà nhà có thể trùng khớp ở đường biên giới phía tây của lô đất như hình vẽ.
Hình 1.37 Một thể hiện của mô hình hình học tự nhiên
Thật thú vị để ghi nhớ rằng các đối tượng có cả hai tập hợp và các tính chất dựa trên danh sách. Ví dụ, hình của một cạnh được định nghĩa bởi một danh sách các toạ độ và đối tượng liên quan đến các cạnh cùng trong một đặc trưng đường (ví dụ W1) được sắp xếp và được định hướng tới tính chất thể hiện sự định hướng của đặc tính đường. Các cạnh và các đỉnh của các hình đa giác được định hướng theo kim đồng hồ (với phần trong của đa giác là ở bên phải). Để cho rõ ràng, chúng ta chỉ ra các đặc tính, như các hình đối tượng, các thành phần dư thừa trong nhiều lớp đối tượng. Trong một vài thực thi vật lý của mô hình, các hình này chỉ nên được lưu trữ một lần, ví dụ trên một cạnh nguyên thủy, và ví dụ cụ thể bằng các truy vấn đối với các đặc tính khác. Sau ví dụ này, điều rõ ràng là mô hình hình học lý thuyết là một mô hình đồ hoạ phức tạp, bao gồm những sự kết hợp đối tượng sắp xếp dựa trên hình học gắn chặt với các đối tượng trong không gian hai chiều. Cũng thật rõ ràng khi các truy vấn, như là “vẽ một bản đồ tất cả các toà nhà” hoặc “tìm các tính năng bao gồm bên trong các lô đất đưa ra” yêu cầu sắp xếp định hướng của các mối quan hệ, tập hợp các hoạt động không đơn giản. Căn cứ vào sự phức hợp cố hữu của sự diễn tả này, nó là quan trọng để phản ánh lại vì sao người ta muốn hình học trong các tập hợp dữ liệu
không gian trong nơi đầu tiên – ví dụ, cái gì là các yêu cầu cơ sở. Tại mức độ cao, hình học tận dụng cốt để mà:
Quản lý các hình chia sẻ (ví dụ, cách các đặc tính chia sẻ hình một cách hình học).
Định nghĩa và tuân theo các quy tắc toàn vẹn dữ liệu (ví dụ, không có khoảng trống giữa các đặc tính, không có các đặc tính chồng khớp…)
Hỗ trợ các truy vấn liên quan đến hình ọc và định hướng (ví dụ, đặc tính gần kề hoặc tính kết nối).
Hỗ trợ các công cụ chỉnh sửa phức tạp (các công cụ tuân thao các rằng buộc về hình học của mô hình dữ liệu).
Các đặc cấu trúc dựng từ các hình học phi cấu trúc(ví dụ, các hình đa giác từ các đường).
Mô hình hình học logic cung cấp một lý thuyết cơ bản cho chức năng này. Ví dụ, rằng buộc “các toà nhà phải không được chồng lên nhau” có thể được biểu diễn bởi ràng buộc hình học “các mặt chỉ được kết hợp với một đặc tính của kiểu toà nhà”. Tương tự, vấn đề của việc tạo các đa giác từ các đường phi cấu trúc có thể được phát biểu như: “tính toán các cạnh, các mặt và các nút từ các đường; tạo một đặc tính trên nhất mỗi mặt kết quả”.
Trong GIS, công nghệ về mặt lịch sử đã cho thấy như một cấu trúc dữ liệu không gian vật lý mà thực thi trực tiếp các đối tượng của mô hình hình học lý thuyết. Dù sao, đó là điều quan trọng để nhận thấy rằng cấu trúc dữ liệu vật lý này chỉ hữu dụng vì nó là một công cụ quản lý toàn vẹn dữ liệu, các truy vấn không gian/định hướng và các hoạt động khác. Nó có thể thay đổi xem xét các thực thi của mô hình hình học lý thuyết mà cũng hỗ trợ chức năng này. Trong tầm ảnh hưởng, hình học phải được xem xét như mô hình dữ liệu đầy đủ (các đối tượng. các quy tắc toàn vẹn, và các hoạt động), không đơn giản như lưu trữ định dạng hoặc tập hợp các loại bản ghi.