Arcgis中的空间数据拓扑理论及规则
学习目标:
Arcgis中的空间数据拓扑理论及规则
学习内容:
1、拓扑的概念
拓扑学采用拓扑几何来描述,主要涉及目标与周围其他对象的 “相连”、“相邻”、“包含“等关系研究。
拓扑学主要通过拓扑关系研究实体间的关系。
利用拓扑检查可以保证数据质量,提高空空间查询与分析的正确性和效率,更好的为相关行业服务。
拓扑是点、线和多边形要素共享几何的方式的排列布置。拓扑用于以下操作:
(1)限制要素共享几何的方式。例如,相邻多边形(如宗地)具有共享边、街道中心线和人口普查区块共享几何以及相邻的土壤多边形共享边;
(2)定义并执行数据完整性规则:多边形之间不应存在任何间距、不应有任何叠置要素等;
(3)支持拓扑关系查询和导航,如确定要素邻接性和连通性;
(4)支持可强制执行数据模型拓扑约束的复杂编辑工具;
(5)根据非结构化的几何构造要素,如根据线创建多边形。
2、拓扑要素
拓扑要素可以是点、线和面(多边形)要素,描述的是要素的空间关联方式。
(1)点要素参与拓扑中其它要素重合时,表现为结点。
(2)线要素由边组成,边最少包含两个结点,由结点定义边的形状和走向。
(3)面(多边形)要素有定义边界的边、边相交的结点和定义边形状的顶点构成。
拓扑关系通常从以下3个方面描述:
(1)连通性
连通性通过弧-结点拓扑定义。例如连通性可以标识到机场的路径、将溪流连接到河流或者跟随从污水处理厂到住宅的路径。
在弧-结点数据结构中,弧段由两个端点定义:指示弧段起始位置的起始结点和指示弧段终止位置的终止结点。这被称为弧-结点拓扑。
弧-结点拓扑通过弧-结点列表获得支持。列表会标识出每条弧段的起始结点和终止结点。相连弧段通过在整个列表中搜索公共结点编号来确定。可以确定弧段 1、2 和 3 都相交,因为它们共享结点 11。计算机可确定沿着弧段 1 行进可以转到弧段 3,因为它们共享公共结点(11),但是从弧段 1 无法直接转到弧段 5,因为它们不具有共享的公共结点。
(2)关联性和包含性
表示的地理要素覆盖了地球表面上的可辨识区域。区域在矢量模型中由一条或多条定义面的边界表示。例如湖中央有个岛,此湖实际上具有两条边界:一条定义它的外边界,另一条定义它的内边界(岛)。在矢量模型的术语中,岛定义面的内边界(或孔洞)。
弧-结点结构以有序弧段列表(而不是 x,y 坐标的闭合环)的形式表示面。这被称为面-弧拓扑。面 F 由弧段 8、9、10 和 7(7 之前的 0 表示该弧段在面中创建了一个岛)组成。
每条弧段都出现在两个面中,下图中,列表中的弧段 6 出现在 B 和 C 中。由于面仅是定义其边界的弧段的列表,弧段坐标只被存储一次,因而可减少数据量并确保相邻面的边界不发生重叠。
(3)邻接性
共享同一边界的两个地理要素被称为相邻要素。邻接是一种拓扑概念,它允许矢量数据模型判断相邻情况。面拓扑定义邻接。如果各个面共享公共弧段,则它们就是彼此邻接的。这是许多邻域和叠加操作的基础。
上文提到过起始结点和终止结点共同定义一条弧段。这样就可以指示出弧段的方向,以便确定其左右两侧的面。左-右拓扑是指弧段左右两侧的面。面 B 在弧段 6 的左侧,面 C 在右侧,面 B 和面 C 是相邻的。
面 A 的标注位于区域边界的外侧。该面被称为外部(或外)多边形,表示研究区域以外的世界。外多边形确保每条弧段始终具有定义的左侧和右侧。
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