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 *** 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 *** 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。