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GISファイル形式、または地理空間ファイル形式とは、地理情報をコンピュータファイルにエンコードするための標準規格です。これは、地理情報システム（GIS）、リモートセンシング画像処理ツール、その他の地理空間アプリケーションで使用される特殊なファイル形式です。1970年代以降、さまざまなデータモデルに基づいて、さまざまな目的のために数十種類の形式が作成されてきました。これらの形式は、政府の地図作成機関（米国地質調査所（ USGS）や国家地理空間情報局（NGA ）など）、GISソフトウェアベンダー、 Open Geospatial Consortiumなどの標準化団体、非公式のユーザーコミュニティ、さらには個々の開発者によって作成されています。
1960年代の最初のGISインストール、例えばカナダ地理情報システムは、専用ソフトウェアに基づいており、特定のプロジェクトのニーズに合わせて設計された専用ファイル構造にデータを保存していました。このようなものが増えるにつれて、それらを比較してベストプラクティスや共通の構造を見つけることができました。[ 1 ] 1970年代から1980年代初頭にかけて、汎用GISソフトウェアが開発されました。これには、ハーバード大学コンピュータグラフィックスおよび空間分析研究所などの学術研究室、政府機関（例えば、米国魚類野生生物局と土地管理局が開発した地図重ね合わせ統計システム（MOSS））、 EsriやIntergraphなどの新しいGISソフトウェア会社のプログラムが含まれますが、各プログラムは独自の（そして多くの場合秘密の）ファイル形式を中心に構築されていました。[ 2 ]各GISインストールは事実上他のすべてから隔離されていたため、それらの間の交換は主要な考慮事項ではありませんでした。
1990年代初頭までに、世界中でGISが普及し、データ共有の必要性が高まり、ワールドワイドウェブと空間データインフラストラクチャの出現によってそのニーズは急速に高まり、相互運用可能なデータと標準フォーマットの必要性が生じました。標準化の初期の試みは、1994年にリリースされた米国空間データ転送標準であり、連邦政府のさまざまなデータをエンコードするように設計されていました。[ 3 ]この特定のフォーマットは広く支持を得ることはできませんでしたが、他の標準化の取り組み、特にオープン地理空間コンソーシアム（OGC）につながり、OGCはいくつかのベンダーニュートラルな標準を開発または採用し、その一部は国際標準化機構（ISO）に採用されました。[ 4 ]
1990年代のもう一つの進展は、GISソフトウェアベンダーによる独自のファイル形式の公開であり、これにより他のソフトウェアでそれらを使用できるようになりました。この最も注目すべき例は、Esri Shapefile形式の公開です[ 5 ]。これは1990年代後半までに、地理空間業界全体でデータ共有の事実上の標準として最も普及しました[ 6 ] 。独自の形式が共有されていない場合（たとえば、ESRI ARC/INFOカバレッジ）、ソフトウェア開発者は、他のソフトウェアでインポートおよびエクスポートできるようにリバースエンジニアリングすることが多く、データ交換をさらに容易にしました。この結果の1つは、地理空間データ抽象化ライブラリ（GDAL）などの無料のオープンソースソフトウェアライブラリの出現であり、これにより、あらゆる形式の空間データをさまざまなソフトウェアに統合することが大幅に容易になりました[ 7 ] 。
2000年代には、汎用リレーショナルデータベースに空間データを組み込んだ空間データベースの登場により、特殊な空間ファイルの必要性はいくらか減少しました。しかし、特にウェブマッピングの普及に伴い、新しいファイル形式が次々と登場しています。Keyhole Markup Language（KML）やGeoJSONといった形式は、従来のGISファイルよりもウェブ開発言語に容易に統合できます。
空間データの保存には100種類以上の異なるフォーマットが作成されており、そのうち20～30種類が現在、さまざまな目的で一般的に使用されています。これらはいくつかの方法で区別できます。
他のデジタル画像と同様に、ラスターGISデータは、空間をセル（ピクセルとも呼ばれる）の行と列からなる長方形のグリッドに規則的に分割したもので、各セルには測定値が格納されています。写真との主な違いは、グリッドが視野ではなく地理空間に位置合わせされている点です。ラスターデータセットの解像度は、セルの幅を地上単位で表したものです。
グリッドは連続空間のサンプルであるため、ラスターデータは、空間上で特性が連続的または離散的に変化する地理的フィールドを表すために最も一般的に使用されます。一般的な例としては、リモートセンシング画像、地形/標高、人口密度、気象と気候、土壌特性などがあります。ラスターデータは、各ピクセル（またはセル）に色値が含まれる画像です。各セルに記録される値は、土地利用タイプなどの離散的な定性的値、温度などの連続的な定量的値、またはデータが利用できない場合のヌル値など、任意の測定レベルにすることができます。ラスターセルは単一の値を格納しますが、ラスターバンドを使用してRGB（赤、緑、青）色、カラーマップ（テーマコードとRGB値のマッピング）、または各固有のセル値に1行ずつ対応する拡張属性テーブルを表すことで拡張できます。また、離散的な地理的特徴を表すためにも使用できますが、通常は緊急時に限られます。
ラスタデータは、TIFF、JPEGなどの標準的なファイルベースの構造から、他のベクトルベースのフィーチャクラスと同様にリレーショナルデータベース管理システム（RDBMS）に直接保存されるバイナリラージオブジェクト（BLOB）データまで、さまざまな形式で保存されます。データベースストレージは、適切にインデックス付けされていれば、通常、ラスタデータの検索を高速化できますが、数百万もの膨大なレコードを保存する必要がある場合があります。
ベクトルデータセット（フィーチャデータセットとも呼ばれる）は、離散的なオブジェクトに関する情報を格納します。各オブジェクトの位置や形状を表すためにベクトル論理データモデルのエンコーディングを使用し、その他のプロパティは通常リレーショナルデータベース技術に基づいてエンコーディングされます。一般的に、単一のデータセットは、都市内のすべての道路など、密接に関連する、または類似したオブジェクトのセットに関する情報を収集します。
ベクターデータモデルは、座標幾何学を用いて各形状をいくつかの幾何学的プリミティブのいずれかとして表現します。最も一般的なのは、点（次元がゼロの単一の座標）、線（直線で結ばれた座標の1次元順序付きリスト）、ポリゴン（2次元領域を囲む自己閉じた境界線）です。これらのプリミティブをデジタルデータとしてエンコードするために多くのデータ構造が開発されてきましたが、最新のベクターファイル形式のほとんどは、Open Geospatial Consortium（OGC）のSimple Features仕様に基づいており、多くの場合、そのWell-known text（WKT）またはWell-known binary（WKB）エンコーディングを直接組み込んでいます。
各オブジェクトの形状に加えて、ベクターデータセットにはその属性も格納できなければなりません。たとえば、湖を記述するデータベースには、各湖の深さ、水質、汚染レベルが含まれる場合があります。1970年代以降、ほぼすべてのベクターファイル形式は、原則として、またはRDBMSソフトウェアを直接組み込む形で、リレーショナルデータベースモデルを採用しています。したがって、データセット全体はテーブルに格納され、各行は各属性の列を含む単一のオブジェクトを表します。[ 12 ] : 256
ジオメトリと属性を単一のベクターファイル形式構造に統合するために、2つの戦略が使用されています。[ 13 ]
地理空間トポロジは、ベクトルデータの重要な部分であることが多く、オブジェクト間の固有の空間関係 (特に隣接関係) を表します。ベクトルファイル形式では、トポロジは 4 つの方法で管理されています。トポロジデータ構造、特にハーバード大学の POLYVRT とその後継であるARC/INFOカバレッジでは、点、線、ポリゴン間のトポロジ接続は、これらのフィーチャのエンコーディングの固有の部分です。[ 8 ] : 46–49逆に、非トポロジまたはスパゲッティデータ(Esri Shapefileやほとんどの空間データベースなど) にはトポロジ情報が含まれておらず、各ジオメトリは他のすべてから完全に独立しています。トポロジデータセット(ネットワーク分析でよく使用される) は、トポロジ接続をエンコードする別のファイルでスパゲッティデータを拡張します。[ 12 ] : 218トポロジールールベースは、スパゲッティデータにおける空間的整合性を強制するために使用される望ましいトポロジールールのリストであり、「郡ポリゴンは重なってはならない」や「州ポリゴンは郡ポリゴンと境界を共有しなければならない」などである。[ 13 ]
ベクトルデータセットは通常、建物、樹木、郡などの離散的な地理的特徴を表します。しかし、空間的に連続するフィールドがサンプリングされた場所を格納することで、地理的フィールドを表すためにも使用できます。サンプルポイント（気象観測所やセンサーネットワークなど）、等高線、および三角形不規則ネットワーク（TIN）は、空間的に連続的に変化する標高やその他の値を表すために使用されます。TINは、ポイント位置の値を記録し、線で接続して不規則な三角形のメッシュを形成します。三角形の面は地形表面を表します。
現在一般的に使用されているフォーマット：
今日ではほとんど使われなくなった歴史的なフォーマット：
現実世界を表現するためにラスターデータモデルまたはベクターデータモデルを使用することには、いくつかの重要な利点と欠点があります。
最新のオブジェクトリレーショナルデータベースは、バイナリラージオブジェクトデータ型を使用して、ラスターグリッドとベクタージオメトリの両方を含む、さまざまな複雑なデータを格納できるようになりました。これにより、一部の空間データベースシステムでは、両方のモデルのデータを同じデータベースに格納することが可能になります。