Allo scopo di rappresentare e gestire le informazioni spaziali mediante un G.I.S., è necessario utilizzare una rappresentazione dei dati esemplificativa del mondo reale e che sia nel contempo sganciata dalla realtà fisica; questo viene realizzato definendo un modello dei dati che sia abbastanza ampio da accogliere al suo interno tutti gli oggetti che esistono nel mondo fisico (aree, linee, punti, quote, ecc.) e che sia sufficientemente elastico da permettere di adattarlo a tutte le combinazioni che effettivamente occorrono nella realtà.

 Rispetto ad una rappresentazione puramente geometrica degli oggetti presenti nella realtà, ad un G.I.S. viene richiesto di mantenere e gestire tutte le informazioni che riguardano le mutue relazioni spaziali tra i diversi elementi, cioè di strutturare i dati definendone anche la topologia.

Oltre a questi due aspetti geometrico e topologico, il modello dei dati, per essere efficace, deve prevedere l'inserimento al suo interno dei dati descrittivi dei singoli oggetti reali, definibili come attributi.

 Questi tre insiemi di informazioni (geometria, topologia, attributi) vengono poi effettivamente implementati in un G.I.S. mediante uno specifico modello fisico, che oggi si basa su strutture dei dati di tipo relazionale, tipiche dei data base più evoluti, e su architetture hardware e software di tipo client-server, tipicamente in reti di elaboratori.

Scale ed evoluzione temporale

In senso stretto, un G.I.S. non possiede una scala, ma diversi livelli di aggregazione.

L'estensione dell'area interessata influenza:

-     la risoluzione (precisione) richiesta;

-     la generalizzazione dei particolari;

-     il loro livello di aggregazione;

-     i metodi e le sorgenti di acquisizione.

La caratteristica fondamentale di un G.I.S. di gestire dati georeferenziati fa si che le coordinate di un oggetto siano memorizzate secondo le coordinate del sistema di riferimento in cui realmente è situato l'oggetto e nelle reali dimensioni, non in scala.

La scala di rappresentazione diviene a questo punto solamente un parametro per definire il grado di accuratezza e la risoluzione delle informazioni grafiche, e quindi utilizzabili ad esempio per definire la densità di rappresentazione.

I dati in un G.I.S. sono inoltre utili solo se rispecchiano la realtà attuale che è in continua evoluzione; devono quindi essere aggiornati in modo semplice ed efficiente ed implementare la richiesta crescente di monitoraggio continuo di certi processi.

Sistemi di proiezione

Solo un accenno, poi, per ricordare che mediante le proiezioni o rappresentazioni cartografiche si è in grado di riprodurre la superficie terrestre (geoide) su di un piano, pur mantenendone alcune proprietà.

I vari tipi di proiezione geografica si distinguono proprio in base alle caratteristiche geometriche che si conservano, quali l'equidistanza, l'isogonia o l'equivalenza.

Naturalmente è impossibile realizzare carte geografiche che mantengano tutte e tre le caratteristiche elencate sopra. In particolare, l'equidistanza non è mai ottenibile su tutta la carta, ma solo su alcune linee definite.

Le proiezioni più utilizzate in Europa ed in Italia sono quelle di Mercatore (proiezione cilindrica con correzioni che la rendono conforme), l'U.T.M. (Universal Transverse Mercator, proiezione cilindrica inversa alla quale sono state applicate le formule di corrispondenza di Gauss, ottenendo una rappresentazione conforme) e la Gauss-Boaga (rappresentazione conforme, molto simile alla proiezione cilindrica di Mercatore e chiamata infatti anche rappresentazione conforme cilindrica inversa di Gauss).

Informazioni gestite

Si arriva ora ad analizzare quali tipi di dato vengono gestiti nei Sistemi Informativi Geografici. Vi sono:

dati spaziali, suddivisibili in dati vettoriali e raster, che definiscono la posizione spaziale dell'oggetto geografico nel sistema di riferimento prescelto;

relazioni topologiche, che definiscono le interazioni spaziali tra un oggetto e gli altri;

dati descrittivi o alfanumerici, che rappresentano informazioni associate a ciascun oggetto spaziale.

Dati vettoriali e raster

Per dati spaziali vettoriali si intendono dati geometrici memorizzati attraverso le coordinate dei punti significativi degli elementi stessi. Quindi essi definiscono e descrivono in modo schematico gli oggetti geografici reali, utilizzando dei segni grafici geometrici fondamentali, quali il punto, coppia di coordinate x-y, la linea, sequenza ordinata di coppie di coordinate x-y e il poligono, area chiusa perimetrata da una o più linee e contenente un punto detto centroide.

La scelta del segno grafico base da utilizzare per la rappresentazione di un oggetto geografico è funzione esclusivamente della scala cui si vuole rappresentare l'oggetto stesso oppure della scala di acquisizione del dato.

I dati spaziali raster rappresentano gli oggetti geografici come immagini, ossia matrici di pixel dove le dimensioni del pixel definiscono la risoluzione dell'immagine. In questo caso, dunque, entrano in gioco tre fattori:

-     la risoluzione, dipendente dalla fonte dei dati;

-     la compressione, intendendo la capacità di comprimere i dati raster per renderli più maneggevoli;

-     la registrazione, intendendo le tecniche necessarie a georeferenziare e raddrizzare le immagini (foto aeree, immagini da satellite, ...).

Nel modello dati G.I.S., dati vettoriali e dati raster coesistono e si integrano a vicenda, e sono generalmente usati i primi per dati discreti e i secondi per dati continui. Per entrambe le tipologie di dati vi si possono ritrovare vantaggi e svantaggi, elementi questi da conoscere bene poiché diventano discriminanti nel momento della progettazione e implementazione di una base dati.

La topologia costituisce la maggiore differenza tra la rappresentazione degli oggetti in un sistema C.A.D. e quella in un G.I.S.. Essa consiste in un insieme di regole per definire in maniera esplicita le relazioni, i rapporti di connessione e di contiguità tra gli elementi spaziali e per collegare tali elementi alle relative descrizioni o attributi.

I tipi di topologia riconosciuti e gestiti dai più diffusi sistemi G.I.S. sono la topologia di connessione, di adiacenza e di inclusione.

La prima relazione si verifica tra linee che hanno uno o più "nodi" in comune. I nodi sono i punti iniziale e finale di una linea. Attraverso linee connesse è quindi possibile compiere un percorso.

La relazione di adiacenza si verifica tra poligoni che hanno un lato del perimetro in comune. Due poligoni sono adiacenti, quindi, quando è possibile passare da uno all'altro senza attraversare altri poligoni o aree "vuote".

La terza relazione, di inclusione, si verifica quando un poligono o un punto o un arco è interamente compreso in un poligono.

Dati descrittivi

In ogni caso l'elemento più importante nel modello dati di un G.I.S. rimane il dato descrittivo, ossia l'informazione associata ad ogni singolo elemento grafico che ne descrive le proprietà.

L'utente di un G.I.S. non ha solo bisogno di restituire, ad esempio, una carta delle zone edificate, quanto di rappresentare un tematismo, cioè ad esempio di colorare le zone in funzione dell'età media della popolazione residente. Per ottenere questo può interrogare una banca dati di tipo relazionale; gli attributi sono in genere memorizzati in database esterni (Oracle, Informix, DBII) ed interrogabili mediante linguaggi di tipo S.Q.L..

Sorgenti di acquisizione dati

Le sorgenti di acquisizione dei dati possono essere molte e complementari fra loro, dalla topografia alla fotogrammetria, dal recupero di mappe ed archivi esistenti (in formati diversi, informatizzati o cartacei) all'implementazione di archivi di dati tematici o di nuovi dati. 

Il tutto converge alla generazione degli oggetti nel G.I.S..