1、MapGIS 对线性地物编辑的拓扑处理摘要本文简明的描述了 MapGIS 对线性地物的拓扑处理使用情况和一些使用方法的实现，同时介绍 MapGIS 拓扑处理部分功能的应用和技巧。关键词 MapGIS 线性地物拓扑处理 中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号： 1、引言 MapGIS 是中国地质大学信息工程学院武汉中地信息工程有限公司自行研制开发的国产地理信息系统，属于矢量数据结构 GIS 平台，具有“输入” 、 “图形编辑” 、 “库管理” 、 “空间分析” 、 “输出”几个组成部分。MapGIS 拓扑处理子系统作为图形编辑系统的一个组成部分，改变了人工建立拓扑关系的方法，使得区域
2、输入，子区输入等这些工作。变得相对简单，提高了地图编辑的工作效率。拓扑也就是位相关系，是指将点、线及面（区域）等图元的空间关系加以结构化的一种数学算法。 2、 拓扑处理的几个基本概念： （1）弧段弧段是一系列坐标点组成的，是构成多边形（区域）边界的数据体，对每个区域而言，弧段是有方向的。MapGIS 地理信息系统中拓扑处理都是以弧段为基础的。 （2）结点其为某弧段的端点或数条弧段端点的汇集点，区图层一旦建立拓扑关系，数据文件便有了结点信息，拓扑关系的形成就依赖于它。结点表示弧段间的位置关系以及与其它结点的相互关系，图层经过编辑后，必须再作一次拓扑处理，从而建立新的结点信息，以恢复可能遭到破坏的
3、拓扑关系。结点有三种：结点、伪结点与悬挂结点。结点是三个及三个以上弧段端点的汇集点，伪结点是二个弧段端点的汇集点，悬挂结点是只有一个弧段端点。伪结点有正常的与非正常的：同一弧段首尾相接形成的伪结点，或者因坐标点数超过 500 点为转换为Arc/Info 的需要而断开为二条弧段而形成的伪结点，或者由特殊原因如不同线型、不同属性为了转换为线时能保持各自的特点而断开为二条弧段，属于正常伪结点；线型属性相同且坐标点少于 500 点而断开为二条弧段所形成的伪结点，则属于非正常的伪结点。正确的拓扑关系中不应包含非正常伪结点与悬挂结点。 （3）坐标点其为一对（X，Y）坐标组成的点。 （4）区域由构成其边界的
4、弧段及其所代表的属性组合而成，区域中的弧段按一定顺序和方向表示其几何形状，而每个区域可以定义多重属性，对应一个属性集合。 （5）悬挂弧段在平差半径内，弧段一端的端点不与任何弧段相连，则此弧段称为悬挂弧段，造成原因多半为数据采集过程中人为误差所引起的：有时是编辑错误，有时是不参与造区的弧段未完全删除另外还有一种弧段虽不是“悬挂弧段” ，但也不是构成区域边界的图元，这种弧段在拓扑错误检查中是查不出来的，因为它的两个端点都是结点。如弧段的 2 个端点分别与 2 个岛上的弧段形成结点，就是这种情况。从弧段与结点的关系来讲，该弧段没有拓扑错 误；从弧段围成区域的角度来讲，该弧段是多余的，其拓扑属性左右区
5、均为 0。 3、拓扑处理的基本经验 （1）拓扑信息的基本特点。 拓扑关系建立的基础就是各类实体。在地理信息系统中，描述地理实体的要素主要分为三类：点（Points） 、线(Lines)和面(Polygons)。点、线、面三类实体的关系可以有六种组合，即点与点，点与线，如点与面，如排污的烟筒与周围的环境；线与线；线与面，面与面。这些组合表现了实体间拓扑关系的相邻性、连接性、闭合性、包含性和一致性等，是地理空间数据处理的依据。MAPGIS 地理信息系统中的拓扑处理的最大特点是对数据无特殊要求，自动化程度高，一般不需要人工干预。这里强调的拓扑关系主要是针对区域的，要求区域必须由封闭弧段组成。（2）弧
6、段矢量化的处理。 “联接弧段”用来处理几条弧段需要闭合形成一个区域的情况；不过， “联接弧段”后，会使原有的结点信息破坏，而且，其最终还得依靠“弧段节点平差”来最终完成区域的闭合。 “剪断弧段”用来处理数据采集过程中过头弧段或者弧段相交的情况。 “延伸弧段”用来处理两条应该相交的弧段没有相交的情况；“缩短弧段”则可以用来处理弧段过头的问题。 “清除微短弧段”用来处理数据采集过程中遗留下来的微小的短弧段，通过设置“最小线长”来控制你要清楚的对象的长度，这个数值一般不宜太大，要选择工作区中短线长度的最小值。 4、拓扑处理的工作程序 （1）数据预处理 将原始数据生存或转换成 MapGIS 格式的文件
7、，得到的数据是线数据(*wl)，进行拓扑处理前，须进行预处理，其主要工作是将线数据转为弧段数据(*wp)存入某一文件名下，然后将之装入，此后就可以做拓扑处理的工作了。在进行弧段数据的采集时，可以使用MAPGIS 地理信息系统输入编辑子系统中“输入弧段”工具，也可以使用其中的“输入线”工具。在通常情况下，我们都是采用“输入线”来完成对弧段数据的采集；采集完成后，利用“线转弧段”功能将其转换成拓扑处理所需要的弧段。此外，MAPGIS 输入编辑子系统提供了一些避免数据采集出现更多问题的小功能，如“弧段节点平差” 、 “联接弧段” 、“剪断弧段” 、 “延长、缩短、延伸弧段” 、 “清除微短弧段”等。
8、 “弧段节点平差”用来处理同一条弧段或者几条弧段需要闭合形成一个区域的情况。把数据中那些与拓扑无关的线(如规划路、航线、辅助线等)放到不用层或删除（如 150 000 地形图，从清华三维软件转换成 MapGIS 格式后， “水边线”层中有多余细线甚至有水域）将需编辑的线放到新建层中，并将该层保存为一新文件，以便进行拓扑处理。 （2）拓扑查错 只有数据规范、无错误后，才能建立起正确的拓扑关系，因此拓扑查错是拓扑处理的关键步骤。拓扑查错应以线检查为主，直到线拓扑检查无误才能转换为弧，这样弧段拓扑查错就不会有问题。拓扑检查查找出来的错误，会出来一个错误列表框，会提示检查出来的各种错误，比如坐标点重叠
9、，悬挂线段，线段自相交，重叠线段等。所有查错工作都是系统自动进行的，你只需要选择相应的命令功能即可。在修改错误时，点击列表中的错误图元号能迅速定位到错误位置，方便的进行修改。另外，建议最好不要关闭错误列表窗口。关闭该窗口，就无法找到错误的类型和所在的位置，改修改会带来很多不便。根据查错系统的提示改正所有出现错误，再进行“局部拓扑构建” 。 （3）重建拓扑 当预处理工作完成以后，执行“重建拓扑”这个功能项 MapGIS 以自动构造生成区，并建立拓扑关系。拓扑处理时，执行子区检索，系统自动建立母子关系，不需人工干预。当拓扑建立后，人工手动建立的区，有区域套合关系，需要执行“子区检索” 。 5、线性
10、地物的拓扑要求 拓扑处理系统的最大特点是自动化程度高，系统中的绝大部分功能不需要人工干预。建立拓扑关系是拓扑处理系统的核心功能，它由拓扑查错、拓扑处理、子区检索等功能组成。拓扑处理系统能够把原始数据中的错误或误差纠正过来，使拓扑关系建立的易于自动生成。 （1）数字化或矢量化时，对结点处(即几个弧段的相交处)应多加注意，如 150 000 地形图，从清华三维软件转换成 MapGIS 格式后，有的结点连在一起，有的端点明显有回折的线段、线头和短线，因而要使其断开，并采用抓线头或节点融合的功能使其吻合，避免产生较大误差，避免端点回折与实际不符，也不要产生明显的无用线段。 （2）在数据采集时，难免会有
11、一些失误，有时为了制图的方便，在该断开的地方线没断开，这给拓扑关系的建立带来了很大的障碍。所以在数据采集时，在结点处最好是断开的，若没有断开，执行自动剪断功能可以将弧段在结点处截断，条件是弧段必须经过结点周围的一个较小的领域(即结点搜索半径)，这也要求原始数据误差不能太大。 （3）将原始数据(线型地物数据)转为弧段数据，建立拓扑关系，而将那些与拓扑无关的弧段删除，同时尽量减少多条重合的弧段产生。 （4）在输出面元时，只输出面色，不画弧段，元边界靠与弧段吻合的线来画。因此，若线文件与弧段不吻合，在输出时，面色块和边界就会不重合。所以，当区域生成好后，可利用弧段转线功能重新生成线文件，这样可保证面
12、色块和边界完全吻合。 6、实现拓扑处理的方法 （1）自动剪断线 在数字化或矢量化编辑过程中，由于一些技术原因和工作误差，会出现该断线点没有断开，这给造区带来了困难。如 150 000 地形图在进行真型居民地和一些色快边线，有的地方线和结点交代不清楚，在进行造区时，碰到线在结点处没有断开，只有剪断线后才能继续造区，处理起来很复杂，MapGIS 具有自动剪断这个功能，解决问题变得相对容易一些。 （2）清除重叠点 由于我们在采集和转换成 MapGIS 数据格式中会有某些线或弧段上有重叠在一起的多余的点，查出存在重叠点后，可以自动消除。 （3）清除微短线 清除微短线是用来清除线工作区中的短线头，将其从
13、文件中删除掉，避免影响拓扑处理和空间分析。自动剪断线后，有可能生成许多短线头，而且这些线头并无用处，选中该功能后，系统弹出最小线长输入窗口，由用户输入最小线长值，输入完毕，系统自动删除工作区中线长小于该值的线。 （4）自动节点平差 线结点平差:取圆心值落入平差圆中的线头座标将置为平差圆的圆心座标，操作和“圆心，半径”造圆相同，可对所有线或弧段图元自动进行平 差。平差分有线结点和弧段结点平差两种，自动结点平差时应科学设置“结点搜索半经” 。半经太大，会让相邻结点混乱；反之半经过小，起不到结点平差效果。 （5）线转弧段和弧段转线 将工作区中的线转换成弧段，并存入文件中，这样的文件只有弧段而没有区;
14、在拓朴处理中需要这样的文件，将工作区中的弧段转换成线，并存入文件中。我们把区域的轮廓线定义为弧段，它与曲线是两个不同的概念，前者属于面元轮廓边界，后者是属于线元。一个区域是由若干条弧段形成的封闭图形。弧段转换成线，就是把面元的轮廓边界转换成线元，但不改变其形态与坐标位置。 （6）边沿处理:分为线边沿处理和弧边沿处理。 当一条线靠近有几条线，由于编辑误差，这几条线在与该线交叉或连接处的端点，没有落在该线上，利用此功能可使这些端点落在线上。具体使用时应给出适当的结点搜索半径，系统将根据此值决定将哪些端点调整使其落在线上。 7、 结束语 在信息时代，GIS 无疑对国家的政治决策、经济调控、国防建设乃至人民生活的方方面面都有重大影响。对数据的分析和应用，会越来越多，越来越频繁，数据的拓扑关系的建立就变得极为重要。所以，制作出好的、没有拓扑错误的数据，是对进行做数据采集的工作者的更高要求。MapGIS 地理信息系统为我们提供一些不错的拓扑处理工具，为数据采集工作者提供了极大的帮助，使得数据的严密性得到了加强。 1 MapGIS 用户手册（数字制图篇）Z. 2吴信才. MapGIS 地理信息系统M.北京：电子工业出版社，2004. 3王卫安，王玉树.矢量图形数据拓扑结构的生成及应用J.测绘工 程，1999（2）
