矢量數據模型是將一定范圍的地理空間看作一個笛卡兒空間區域，各類地理要素存于其間。其中根據地理要素的空間形態特征可分為點 （point）、線（line）、面（polygon）三類基本的幾何體。每一個空間實體都通過一個或幾個（x，y）坐標對來定義。這些坐標對所表示的空間位置點稱為“頂點”（vertices），而由頂點構成空間幾何體的形狀。位于線的末端或線與線相交位置的頂點稱為“節點”（nodes），如下圖所示。
矢量模型中點實體由彼此獨立的單個頂點定義。點是空間上不可再分的地理實體，可以是具體的地物點，如遺址點、單個遺跡點等，也可以是抽象的地點，如坐標網格點、文本位置點等；既可以是自然地物點，如遺跡、遺物點等，也可以是人為工作地點，如取樣點、記錄點等。
線實體由兩個以上的成組頂點定義。線有固定的長度，通過頂點不僅定義它的起止點坐標，還可以定義它的轉折點的坐標。需要注意的是，線實體的定義有方向性，比如經過A、B、C三點的線段，有ABC方向和CBA方向的區別。這也是矢量數據結構的特征。GIS中線實體可以用來表示河流、道路等線狀特征地物。
面實體由三個以上的成組頂點定義，這些頂點首先組成線段，然后線段閉合形成面實體。也就是說起始點和終止點重合為—點的線實體構成了面實體。同樣，面實體的定義也有方向性。GIS中面實體多以多邊形的形式表示行政區、土壤類型、植被分布等。
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矢量數據結構中的一個重要概念是矢量圖形之間的空間幾何關系，又被稱為“拓撲關系”。GIS中矢量數據的拓撲關系主要包括以下五種： 點與線、線與線、點與面、線與面和面與面。
點與線、線與線之間的拓撲關系可以通過對頂點和節點的記錄來實現。比如，兩條道路交叉可能會有兩種拓撲關系：―種是相交，即兩條道路共享同一個節點，在此節點上可以從一條道路轉移到另一條道路上；另一種是相離，即兩條道路沒有交點，從其中一條道路不能轉移到另一條道路上。
點與面之間的拓撲關系主要有兩種：包含、不包含，即點包含在面內和在面之外。線與面的拓撲關系也主要有兩種： 相割、相離，即線穿過面和線與面分離。在GIS軟件中，點、線與面之間的拓撲關系可以 通過對構成其要素的頂點坐標的計算而獲得。
面與面之間的拓撲關系有三種：相交、相鄰和相離。這些關系主要是通過面與面之間是否共享頂點以及線段來實現。如上圖所示，多邊形1、2、3彼此相鄰，因為它們共享節點和線段。面與面之間的拓撲關系在生成矢量數據 （矢量化）的過程中應該尤其注意，比如，相鄰的多邊形必須定義共同的頂點，否則就會形成錯誤的拓撲關系，從而影響空間分析的結果。
實踐中，常用的GIS軟件都提供了進行拓撲分析和管理的工具，比如ArcGIS工具包就提供了一些專供多邊形矢量化的拓撲規則，如“Must Not Overlap”會將預定范圍內多邊形相交的部分 剪切掉或者單獨生成另外一個多邊形，從而保證多邊形之間正確的相鄰關系。需要說明的是，在GIS空間數據庫中，相鄰多邊形的鄰邊只會被記錄一次，這同時也大大提高了計算機對存儲空間的使用效率。
在矢量數據模型中，對上述空間實體施行位置和形態的顯示，而對屬性信息則進行隱藏式的描述。如下圖所示，GIS將空間對象與屬性對象建立關聯，共同構成了地理空間數據庫（geodatabase）。
來源：開源地理空間基金會中文分會
來源鏈接：https://www.osgeo.cn/post/1914e
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