拓扑¶

gentleLogo 目标: 了解矢量数据中的拓扑结构
关键词: 矢量、拓扑、拓扑规则、拓扑错误、搜索半径、捕捉距离、简单特征

概述

Topology expresses the spatial relationships between connecting or adjacent vector features (points, polylines and polygons) in a GIS. Topological or topology-based data are useful for detecting and correcting digitising errors (e.g. two lines in a roads vector layer that do not meet perfectly at an intersection). Topology is necessary for carrying out some types of spatial analysis, such as network analysis.

想象你去伦敦旅行。在观光旅游中,你计划先参观圣保罗大教堂,然后在下午考文特花园市场买些纪念品。看一下伦敦的地下地图(见图“拓扑图”,你必须找到从考文特花园到圣保罗的连接火车。这需要拓扑信息(数据),说明在哪里可以更换火车。在地下的地图上,拓扑关系用表示连通性的圆来表示。

../../_images/london_underground.png

伦敦地下网络的拓扑结构。

拓扑误差

有不同类型的拓扑误差,它们可以根据矢量特征类型是多边形还是多段线进行分组。拓扑误差 polygon 特征可以包括未闭合的多边形、多边形边界之间的间隙或重叠的多边形边界。一种常见的拓扑误差 polyline 其特点是它们在一个点(节点)上不完全相交。这种类型的错误称为 undershoot 如果行与行之间存在间隙, overshoot 如果一条线的终点超出了它应该连接的线(参见图“拓扑错误”)。

../../_images/topology_errors.png

当数字化的矢量线相互连接时,会出现下冲(1)。如果一条线的末端超出了它应该连接的线,就会发生超调(2)。当两个多边形的顶点在其边界上不匹配时,就会出现裂片(3)。

超调和欠调误差的结果是在测线末端出现所谓的“悬空节点”。悬空节点在特殊情况下是可以接受的,例如,如果它们连接到死胡同。

拓扑误差破坏了特征之间的关系。需要修正这些误差,以便能够使用网络分析(例如,找到穿过公路网的最佳路线)或测量(例如,找出河流长度)等程序分析矢量数据。除了拓扑结构对网络分析和测量有用之外,还有其他原因说明创建或拥有具有正确拓扑结构的矢量数据非常重要和有用。想象一下,你将你所在省的市政边界地图数字化,多边形重叠或显示长条。如果存在这样的误差,您将能够使用测量工具,但您得到的结果将是不正确的。你将不知道任何城市的正确区域,你将无法准确定义城市之间的边界。

不仅对于您自己的分析来说,创建和拥有拓扑上正确的数据非常重要,而且对于您将数据传递给的人也是如此。他们希望你的数据和分析结果是正确的!

拓扑规则

幸运的是,许多地理信息系统应用程序中实现的拓扑规则可以防止矢量特征数字化时可能出现的许多常见错误。

除了一些特殊的地理信息系统数据格式外,拓扑结构在默认情况下通常不强制执行。许多常见的地理信息系统,如qgis,将拓扑定义为关系规则,并允许用户选择要在向量层中实现的规则(如果有的话)。

以下列表显示了一些示例,其中可以为矢量图中的真实世界要素定义拓扑规则:

拓扑工具

许多地理信息系统应用提供了拓扑编辑工具。例如,在QGIS中,您可以 enable topological editing 改进编辑和维护多边形图层中的公共边界。像qgis这样的gis“检测”多边形地图中的共享边界,因此您只需移动一个多边形边界的边缘顶点,qgis将确保更新其他多边形边界,如图“拓扑”工具(1)所示。

另一个拓扑选项允许您在数字化过程中防止**多边形重叠**(参见图“拓扑工具”(2))。如果已经有一个多边形,则可以使用此选项将第二个相邻多边形数字化,使两个多边形重叠,然后将第二个多边形剪辑到公共边界。

../../_images/topological_tools.png

(1)拓扑编辑,在移动顶点时检测共享边界。移动顶点时,共享该顶点的所有要素都将更新。(2)为了避免多边形重叠,当一个新多边形数字化(以红色显示)时,它被剪裁以避免相邻区域重叠。

捕捉距离

捕捉距离是地理信息系统在数字化时用来搜索最近顶点和/或要连接的线段的距离。一 segment 是多边形或多段线几何图形中两个顶点之间形成的直线。如果不在捕捉距离内,则地理信息系统(如qgis)将保留释放鼠标按钮的顶点,而不是将其捕捉到现有顶点和/或分段(参见图“捕捉距离”)。

../../_images/snapping_distance.png

捕捉距离(黑色圆圈)以地图单位(例如十进制度数)定义,用于捕捉顶点或分段。

搜索半径

搜索半径是指当您单击地图时,GIS用来搜索您试图移动的最近顶点的距离。如果您不在搜索半径内,地理信息系统将找不到并选择要编辑的特征的任何顶点。原则上,它与捕捉距离功能非常相似。

捕捉距离和搜索半径都是以地图单位设置的,因此您可能需要进行实验才能正确设置距离值。如果指定的值太大,则地理信息系统可能会捕捉到错误的顶点,尤其是处理大量紧密相连的顶点时。如果指定的搜索半径太小,GIS应用程序将找不到任何要移动或编辑的特征或顶点。

常见问题/注意事项

主要设计用于简单和快速渲染,但不用于需要拓扑结构的数据分析(如通过网络查找路由)。许多地理信息系统应用程序能够同时显示拓扑和简单的特征数据,有些还可以创建、编辑和分析这两者。

我们学到了什么?

让我们总结一下我们在工作表中介绍的内容:

现在你试试!

以下是一些建议,您可以尝试与您的学习者一起学习:

需要考虑的事情

如果你没有可用的计算机,你可以使用公共汽车或铁路网络的地图,并与你的学习者讨论空间关系和拓扑结构。

进一步阅读

Books:

Websites:

《QGIS用户指南》中还提供了更多关于拓扑编辑的详细信息。

下一步是什么?

在接下来的部分中,我们将仔细观察 Coordinate Reference Systems 为了理解我们如何将来自地球的数据关联到平面图上!