路网自动构建路段拓扑

背景

在做道路匹配的时候，你发现很多论文都是基于路网的拓扑关系做的，但是问题就是：如何构建路网的拓扑关系？一般的论文都已经在构建好拓扑关系的基础上直接拿来用，有些论文说是使用MapInfo、MapX等等工具生成拓扑关系(我没试过，但是好像也需要写代码)。

其实，在ArcGIS里面，稍稍研究一下，间接就能建立路段之间的拓扑关系了。

然而，在百度搜“ArcGIS建立拓扑”，多数都是拓扑关系的处理，比如批量消除伪节点、悬挂点等等(对路网数据的处理确实很好用)，和本文主题说的路段拓扑关系构建不是一个概念。

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补充

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正文

路段拓扑的定义：在路网数据中，使用"弧-结点"形式的数据结构来表示，弧段由两个端点定义：指示弧段起始位置的起始节点，指示弧段终止位置的终止节点。这被称为弧-结点拓扑。正是由于有这样的结构，只要路段收尾相连不断开，就能保证路网的连通性。

在ArcGIS里面，有一种用于存储矢量数据的地理相关数据模型，它叫：Coverage。当Coverage生成的时候，它就包括了节点(node)、弧段(arc)、tic文件。这就可以基于coverage的存储结构使用这些文件来进行路段拓扑的构建。

那么，为什么coverage可以做到呢？因为Coverage具有连通性、区域定义、邻接、生成拓扑的功能。我们看一张ArcGIS官方对Coverage的连通性描述：

从图片中可以看出，在交叉路口（相邻的边），边与边共享同一个结点。例如：路段1的起点ID是10，终点ID是11。路段2的起始ID是11，终点ID是12。则路段1.endID=路段2.startID。具有这种连通性拓扑结构的网络，才是我们需要的路段拓扑。

构建路段拓扑需要的准备： 首先，你得有一份路网数据。当然，一般的路网数据都是有各种问题的，这个需要我们处理，比如：路网的伪节点、悬挂点等等情况。
当你已经处理好了这样的数据了(即一条路以交叉路口为分界)，如下图所示，你就可以开始构建路段拓扑了。

开始构路段建拓扑：

一、新建一个个人地理数据库，然后道路你的路网数据，然后建立集合网络。

其中，构建出来的几何网络有一个叫：xxx_Junction的，这个是路段的起点和终点。（再次声明：要按照上述准备阶段处理完的路网结构才行！）

二、路网数据导出Coverage格式
在你的个人地理数据库里面，右键你的路网数据–>导出–>转为Coverage。
到这一步，要把刚才的xxx_Junction一起选入。

三、简单浏览导出的Coverage文件
这时候，就会生成节点文件、弧段文件、tic文件、原路网文件。其中，我们重点关注是arc弧段文件。

我们来分析一下arc弧段文件：FNODE是起点编号(下文"编号"统统用"ID"来称呼)，TNODE是终点ID。其余一些属性是系统自动生成的，没什么实际用处，我们重点来关注FNODE和TNODE即可。

我们来测试一下它生成路段的起始ID和终点ID是否正确：

通过多次随机抽取路段进行对比，都是正确的。其中，路段显示方向这个是根据direction字段进行可视化显示的，与数字化道路方向相同或相反(有的使用oneway字段)。但是，无论是direction还是oneway字段，都是你路网数据有的，要么你自己抽取出来。

四、arc弧段文件导出shp格式：

右键arc弧段文件–>导出

五、把arc弧段文件和原路网文件进行合并处理（重要的一步）
ArcToolbox–>分析工具–>叠加分析–>相交

把两个文件的相交部分合并在一起，这样arc弧段文件的起点ID和终点ID的属性列表也就合并在原文件里面了。

六、查看合并结果

经过对比分析，每条路段的起点ID、终点ID是一致的。并且，上一路段的终点ID等于下一路段的起点ID。

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补充

关于上面生成的道路节点，只需要记住：snode是数字化道路的起点，enode是数字化道路的终点，就可以了。
至于加入direction方向(可参考我另一篇博客:数字化方向)来判断之后，会显得很绕。但是大概的拓扑关系我都写在下图了。

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结语

连续整了好几天，终于整出来了。其实，我不是学地理信息专业的，但是有句话说得很好：念念不忘，必有回响。距离发表论文还是有段距离，写下来记录一下自己的成果吧。 现在论文被录了，这篇博客就可以放出来了~

其实，在构建路段拓扑的时候，也有过A、B、C等等一系列的解决方案，都失败了，最后还是这个方案成功了。也说说其他方案的处理，或许能给其他人提供解决方案。

A方案：ArcGIS里面能提出每条路段的起始、终止节点。数据管理工具–>要素–>要素折点转点。但是提取出来的端点编号全部不一致，无法做到上一路段的终点ID等于下一路段的起点ID。

B方案：PostGreSQL数据库里面，有一个交Pgrouting的内置处理命令可以对路网数据自动构建拓扑，具体命令如下所示：

select pgr_createTopology('wgs84testsegments',0.001, 'geom', 'gid');

但是，我尝试过了用这个命令生成的拓扑结构，em…反正我单从表面逻辑上没看出来有什么道路的连通性。

C方案：由于之前我不知道有“相交”这个功能，我得到arc弧段文件后，使用python对文件进行处理。因为arc弧段文件和原路网文件实际上是一样的，只是记录的属性表不一样(即使是一样的，但是每个点的经纬度还是不一样，因为要具体到小数点后7位之后，只是肉眼看不出来，以为是一样的)。我把arc弧段的起点和终点的经纬度提取出来，和原路网文件的起点、终点的经纬度进行比较，如果一样，就把arc弧段文件的拓扑属性丢给原文件。这时候我发现，即使在ArcMap里面看起来一样的点，实际上小数点后7位之后的数字还是不一样。无果，放弃。

D方案：就是本文的方案，完美解决。

打完收工~