关于空间拓扑（lynn的自语）

 

 关于空间拓扑（lynn的自语）

 

什么是gis拓扑？

 

在ESRI的说明文档中给出的定义是：

A Gis topology is a set of rules and behaviors that model how points,lines,and polygons share geometry.For example,adjacent features,such as two counties,will share a common edge.

狭义上，我们可以认为：空间拓扑描述的是自然界中地理对象的空间位置关系，是地理对象空间属性的一部分。

在简单的地图应用中ESRI给出了几个应用总结：

• Which geographic features connect to others (for example, Water Street connects with 18th Ave.)
• Which geographic features are adjacent (contiguous) to others (for example, The city park is adjacent to the university.)
• Which geographic features are contained within an area (for example, The building footprints are contained within the parcel boundary.)
• Which geographic features overlap (for example, The railway crosses the freeway.)
• Which geographic features are near others (proximity) (for example, The Courthouse is near the State Capitol.)
• The feature geometry is equal to another feature (for example, The city park is equal to the historic site polygon).
• The difference in elevation of geographic features (for example, The State Capitol is uphill from the water.)
• The feature is along another feature (for example, The bus route follows along the street network.).

简单的应用中其实已经包含了很多GIS拓扑原理。

 

空间拓扑的作用：

 

GIS 软件中，拓扑的主要意义就是用于保证数据质量。

拓扑在空间数据模型中表达和规定数据之间的空间关系。通过表达和规定这些空间关系，拓扑尽可能将地理数据与现实世界保持一致。

拓扑是精准地表达空间数据的有效方法，通过严格地约束要素之间的关系，提高了空间数据的准确度和可用性

ESRI给出的分析是：

1.   Manage shared geometry

2.   Define and enforce data integrity rules

3.   Suppor topological relationship queries and navigation

4.   Support sophisticated editing tools that enforce the topological constraints of the date model

5.   Construct features from unstructured geometry

 

拓扑规则（搜集）

（此部分为ARCGIS支持的拓扑选项，9.3可能会有所扩展。）

 

多边形topology
1.must not overlay：单要素类，多边形要素相互不能重叠
2.must not have gaps：单要素类，连续连接的多边形区域中间不能有空白区（非数据区）
3.contains point：多边形＋点，多边形要素类的每个要素的边界以内必须包含点层中至少一个点
4.boundary must be covered by：多边形＋线，多边形层的边界与线层重叠（线层可以有非重叠的更多要素）
5.must be covered by feature class of：多边形＋多边形，第一个多边形层必须被第二个完全覆盖（省与全国的关系）
6.must be covered by：多边形＋多边形，第一个多边形层必须把第二个完全覆盖（全国与省的关系）
7.must not overlay with：多边形＋多边形，两个多边形层的多边形不能存在一对相互覆盖的要素
8.must cover each other：多边形＋多边形，两个多边形的要素必须完全重叠
9.area boundary must be covered by boundary of：多边形＋多边形，第一个多边形的各要素必须为第二个的一个或几个多边形完全覆盖
10.must be properly inside polygons：点＋多边形，点层的要素必须全部在多边形内
11.must be covered by boundary of：点＋多边形，点必须在多边形的边界上

线topology
1.must not have dangle：线，不能有悬挂节点
2.must not have pseudo-node：线，不能有伪节点
3.must not overlay：线，不能有线重合（不同要素间）
4.must not self overlay：线，一个要素不能自覆盖
5.must not intersect：线，不能有线交叉（不同要素间）
6.must not self intersect：线，不能有线自交叉
7.must not intersect or touch interrior：线，不能有相交和重叠
8.must be single part：线，一个线要素只能由一个path组成
9.must not covered with：线＋线，两层线不能重叠
10.must be covered by feature class of：线＋线，两层线完全重叠
11.endpoint must be covered by：线＋点，线层中的终点必须和点层的部分（或全部）点重合
12.must be covered by boundary of：线＋多边形，线被多边形边界重叠
13.must be covered by endpoint of：点＋线，点被线终点完全重合
14.point must be covered by line：点＋线，点都在线上

Geodatabase存储结构。（搜集）

Geodatabases中，将地理数据组织成为数据对象（data objects）。这些数据对象存储于要素类（feature class）、对象类（object class）或要素集（feature datasets）中。

对象类（object class）用于存储非空间信息。

要素类（feature class）则存储了空间信息及其相应的属性信息，在同一个要素类中，空间要素的几何形状必须一致，比如必须都是点、线或者面。简言之，要素类是同类要素的集合。

要素集（feature dataset）用于存放具有同一空间参考（spatial reference）的要素类。存放了简单要素的要素类可以存放于要素集中，也可以作为单个要素类直接存放在Geodatabase的目录下。直接存放在Geodatabase目录下的要素类也称为独立要素类（standalone feature）。存储拓扑关系的要素类必须存放到要素集中，使用要素集的目的是确保这些要素类具有统一的空间参考，以利于维护拓扑。Geodatabase支持要素类之间的逻辑完整性，体现为对复杂网络（complex networks）、拓扑规则和关联类等的支持。下面描述Geodatabase中的数据对象（data objects）。

要素类（Feature class）
要素类，可称为点、线或面类型要素的集合，同时，地图的文本信息也可用注记（annotation）要素类存储。非独立要素类，也就是相关联的要素类（如参与拓扑规则或者几何网络的要素类），以要素集的形式管理到一起。

栅格数据集（Raster data set）
以栅格表的形式管理的单或多波段栅格数据。

表（Tables）
描述非空间信息的表。

关联类（Relationships）
关联类是一种机制：从一个表（要素类）中选择记录以后，可以在相关联的表（要素类）中可以获取到相应记录。

域（Domains）
列有效值的一个列表（或范围）。

子类（Subtypes）
将要素类中的要素进行了逻辑分组，每一个分组便是一个子类。每一个这样的都有其完整性规则和GIS行为（如高速公路，是道路要素的一个子集）。

空间关系（Spatial relationships）
在拓扑工具（topologies）或几何网络（Geometric network）中定义。拓扑规则可以指定要素类中的要素之间有何种空间关系，如地块之间不能重叠(overlap)，或者多个不同要素类中的要素之间的空间关系，比如国家首都（点要素）必须位于该国家疆土（面要素）上。

元数据（Metadata）
数据库中的每个元素的描述文档。