所有地理信息都使用三个主要的 GIS 数据结构来表示和管理：
- 要素类
- 属性表
- 栅格数据集
这三个基本的数据类型可通过增加一些功能而进行扩展，以管理数据的完整性、建立地理关系的模型（如网络连通性和流向）并添加重要的地理行为。
每个 GIS 都有一组数据集
通常，GIS 用于处理若干不同的数据集，其中每个数据集都包含关于特定要素集合（例如，道路）的数据，这些特定要素集合则被地理配准到地球表面。
GIS 数据库根据一系列数据专题而设计，每一专题均有指定的地理制图表达。例如，单个的地理实体可表示为以下内容：要素（如点、线和面），使用栅格的影像，使用要素、栅格或 TIN 的表面，以及保存在表格里的描述性属性。
在 GIS 中，地理对象的同类集合被组织为宗地、井、建筑物、正射影像和基于栅格的数字高程模型 (DEM) 等数据专题。精确而简单定义的地理数据集对于有用的地理信息系统是至关重要的，而基于图层的数据专题的设计则是一个关键的 GIS 概念。
GIS 数据集是地理要素的逻辑集合
数据集是每一专题同类要素的集合。地理制图表达在一系列数据集或图层中进行组织。大多数数据集是道路网络、宗地边界集合、土壤类型、高程表面、某个日期的卫星影像、井位或地表水等简单地理元素的集合。
在 GIS 中，空间数据集合通常被组织为要素类数据集或基于栅格的数据集。
许多数据专题最好使用土壤类型或井位等单一数据集表示。其他专题，如交通框架或表面高程，经常使用多个数据集表示。例如，交通可能被表示为街道、十字路口、桥梁、高速公路坡道、铁路等多个要素类。下表说明了如何使用多个数据集来表示表面高程。
栅格数据集用于表示地理配准影像及高程、坡度和坡向等连续表面。
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专题 |
地理制图表达 |
|---|---|
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河流 |
线 |
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大型水体 |
面 |
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植被 |
面 |
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城镇地区 |
面 |
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道路中心线 |
线 |
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行政边界 |
面 |
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井位 |
点 |
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正射投影 |
栅格 |
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卫星影像 |
栅格 |
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表面高程 |
DEM 栅格 |
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等值线 |
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高程点 |
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地貌晕渲栅格 |
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地块 |
面 |
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宗地税记录 |
表 |
专题图层变为数据集。这是 GIS 数据库中的关键组织原则。
每个 GIS 的公共地理区域中都将含有多个专题。专题的集合以堆叠的图层来表示。每个专题均可作为独立于其他专题的信息集进行管理。每个专题都有自己的制图表达（作为点、线、面、表面、栅格等的集合）。
因为图层是具有空间参考的，所以图层可以互相叠加并且可以在常用地图显示里组合在一起。此外，面叠加等 GIS 分析工具可以融合数据图层之间的信息以发现并处理派生出的空间关系。
任何有效的 GIS 数据库都将遵守这些通用原则和概念。每个 GIS 都需要一种利用这些术语说明地理数据的机制，还需要一整套使用、管理和共享该信息的工具。
GIS 用户如何处理地理信息
用户以两种基本方式处理地理数据：
- 作为数据集，这些数据集是要素、栅格或属性的同类集合，如宗地、井、建筑物、正射影像和基于栅格的数字高程模型
- 作为单个元素或子集，如单个要素、栅格和包含在每个数据集里的属性值
处理 GIS 数据集
在 ArcGIS 中，地理对象的同类集合被组织为关于宗地、井、道路、建筑物、正射影像和基于栅格的 DEM 等常见主题的数据集。
用户在 ArcGIS 中执行的许多操作都使用数据集作为输入或创建新数据集作为结果。数据集也是在 GIS 用户之间共享数据的最常用的方法。
数据集为以下每一项提供主要数据源：
地图、globes 和 3D 场景：这些视图以一系列地图图层的方式，展示地理信息的概况。每个地图图层都引用一个特定的 GIS 数据集，并用于符号化和标注该数据集。因此，地图图层有助于 GIS 数据集在 GIS 中生动地展示。
2D 地图和 3D 场景里的地图图层用于符号化和标注 GIS 数据集。这张地图中包含城市、高速公路、州县边界、水体和河流的图层。每个图层都用于描绘一个 GIS 数据集。
地理处理输入和派生出的数据集：GIS 数据集是常见的数据源，用于地理处理、自动数据处理和 GIS 分析。数据集用作输入，于是派生出新数据集，作为各种地理处理工具的结果。
通过地理处理可将许多任务作为一系列的操作来自动完成，这样，即可将多个任务在一个步骤中运行。这有助于创建可重复执行且记录完备的数据处理工作流。
用户还可以处理 ArcGIS 数据集以执行空间分析。
此模型说明了如何对潜在的新公园地点进行识别和分级。好的候选地址必须人流密集，且不能离已有的公园太近。
处理数据集中的单个要素和元素
除了处理数据集之外，用户还可以处理数据集中的单个元素。这些元素包括单个要素、属性表中的行和列，以及栅格数据集中的单个单元。例如，在指向一块宗地对其进行识别时，即是在处理数据集中的单个数据元素：
正如编辑道路中心线的示例所示，编辑要素时，即是在处理单个数据元素：
处理表时，用户即是在处理行和列中的描述信息，如下所示：
