拓扑是模拟共享几何特征类型的数学方法， 特征是现实环境对象的GIS表达。 GIS中，空间位置数据表示环境空间地物分布， 地物空间分布关系则需要借助拓扑描述其共同的几何特征来表达。 拓扑关系数据，是表示各种空间实体或现象相互关系的数据。 严格地，拓扑关系是指不随地图投影变形和空间变换而改变的空间关系， 所以距离、方向不是真正拓扑关系。通过拓扑关系表达， 可以用少量的数据表达复杂的空间关系，从而减少空间数据存储量。
空间拓扑关系包括：①包含关系，即镶嵌关系。 是多边形与其他对象之间的包含关系。 多边形内包含结点、弧和多边形等空间实体。 如湖泊中包含有岛屿，海洋表面出现块状油污。 ②相邻关系。指明弧的左、右多边形。 如污染区域与其周围环境之间的相邻关系。 ③方向关系。定义弧的方向，从“起始结点”到“终止结点”。 表示在弧上，从一个结点到另一个结点的顺序。如污水或废气流向’。 ④连通关系。通过结点连接不同的弧， 指明弧与结点连接。如生物走廊，它连通两片生物栖息地。
引人拓扑关系，对环境信息处理和空间分析， 具有特别重要意义:①根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离， 可以确定环境实体之间相对位置关系。如街道与街区。 地图有投影变形，拓扑关系始终不变。 ②利用拓扑数据有利于空间要素査询。 如査询街道两侧各50m范围内的商店有哪些。 ③利用拓扑数据，重建环境实体。如进行最佳路线计算。