1：50000矢量地形数据空间拓扑关系的自动检查方法

王俊杰

[摘要]随着遥感、地理信息系统和卫星定位技术在各行各业日益广泛的应用，对矢量地理的需求越来越大，国家和军队不同的部门以及公司企业针对本部门的需要经常要进行大量的地理获取。如果对同一地区同一比例尺的矢量采用不同的数据源、不同的空间数据标准、特定的数据模型和特定的空间物体分类分级体系进行重复采集就会造成人力、财力的巨大浪费，还引发了空间数据的多语义性、多时空性、多尺度性、存储格式的不同以及数据模型与存储结构的差异等。对1：50000矢量地形数据空间拓扑关系进行自动检查对于降低地理数据的生产成本，加快现有地理信息更新速度，提高地理数据质量有着重要的现实意义。

[关键词]矢量地形数据 拓扑关系 自动检查方法

[中图分类号] P5 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-9-257-1

1关于矢量地形数据

矢量数据（VectorData）是在直角坐标系中，用X、Y坐标表示地图图形或地理实体的位置的数据。矢量数据一般通过记录坐标的方式来尽可能将地理实体的空间位置表现的准确无误。

矢量数据是计算机中以矢量结构存贮的内部数据。是跟踪式数字化仪的直接产物。在矢量数据结构中，点数据可直接用坐标值描述；线数据可用均匀或不均匀间隔的顺序坐标链来描述；面状数据（或多边形数据）可用边界线来描述。矢量数据的组织形式较为复杂，以弧段为基本逻辑单元，而每一弧段以两个或两个以上相交结点所限制，并为两个相邻多边形属性所描述。在计算机中，使用矢量数据具有存储量小，数据项之间拓扑关系可从点坐标链中提取某些特征而获得的优点。主要缺点是数据编辑、更新和处理软件较复杂。

矢量地形要素数据（Digital Line Graphic ，简称DLG）是地形图上基础地理要素的矢量数据集，且保存各要素间的空间关系和相关的属性信息。目前，我国已建成覆盖全国陆地范围的1：100万、1：25万、1：5万DLG数据库。

2矢量地形数据的空间拓扑关系及其意义

空间拓扑关系描述的是基本的空间目标点、线、面之间的邻接、关联和包含关系。GIS传统的基于矢量数据结构的结点-弧段-多边形，用于描述地理实体之间的连通性、邻接性和区域性。这种拓扑关系难以直接描述空间上虽相邻但并不相连的离散地物之间的空间关系。地图图形数据的拓扑关系是对地图矢量数据进行空间查询、分析和质量检查等操作的基础。拓扑关系生成算法主要包括三方面的内容：线要素互相交断链、结点与弧段间关系的建立、弧段与多边形间关系的建立。

空间数据的拓扑关系对数据处理和空间分析具有重要的意义，因为：

第一，根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种空间实体相对于另一种空间实体的位置关系。拓扑关系能清楚地反应实体之间的逻辑结构关系，它比集合数据具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。

第二，利用拓扑关系有利于空间要素的查询，例如，某条铁路通过那些地区，某县与那些县领接。又如，分析河流能为那些地区的居民提供水源，某些湖泊周围的土地类型及生物栖息环境作出评价等。

第三，可以根据拓扑关系重建地理实体。例如，根据弧段构建多边形，实现道路的选取，进行最佳的路径的选择等。

3 1：50000矢量地形数据空间拓扑关系的自动检查方法

在空间数据质量检查中，拓扑关系的检查是质量检查的重点。矢量地图数据通过坐标值精确描述地理实体的空间位置，属性描述其特征，拓扑信息描述其空间关系，它可表现现实世界中各种复杂的地理实体，便于深层次的分析。因此矢量地图数据是一种应用最广和最重要的基础地理信息数据。

1：50000矢量地形数据空间拓扑关系的自动检查要做到：

（1）确定其技术路线。基于规则的空间拓扑关系检查，首先要获取空间数据拓扑关系的知识和规则，依据点集拓扑理论中的空间关系分析，总结归纳空间数据的拓扑关系规则，建立知识与规则库。知识库专家系统是地理信息系统产品质量检查的系统，可以判断产品质量是否符合 质量标准。建立专家知识规则库可以有效的对空间数据的拓扑关系判断和检查，保障空间数据质量。

建立这个知识与规则库时，要做到如下几点：

第一，对空间实体依据点集拓扑学理论及空间拓扑关系的判断，进行规则的设置。

第二，将地物要素按照：点要素、线要素、面要素进行分类。

制定点要素、线要素和面要素的拓扑规则。

第三，依据拓扑规则对地物要素进行分析判断，建立空间关系表，作第四，为空间数据质量控制 的判定依据。

（2）做好数据的质量控制。数据是构成地理信息系统的四大要素之一。随着地理信息产业的发展，对数据质量提出了更高的要求。数据质量控制应贯穿在整个数据采集过程中，它的质量控制应分环节实施。

第一，明确空间数据之间的关系。空间实体点、线、面之间 的六种组合表达了实体间拓扑关系的相邻性、连续性、闭合性、包含性、一致性等关系，是地理空间数据处理分析的依据。因为通过对几何数据的计算可以随时构造拓扑关系，所以，拓扑数据是必须的。譬如综合分析和连通性分析就是很费时的运算，如果有明确的拓扑关系数据作依据，这些问题的复杂度将会大大减少。

第二，做好空间数据的质量控制。空间数据的质量控制是针对空间数据的特点来进行的，空间数据的质量主要包括数 据完整性、数据逻辑一致性、数据位置精度、数据属性精度、数据时间精度以及一些关于数据的说明。

空间数据质量控制的检查方法主要有：

（1）传统的手工方法。主要是人工将数字化的数据与数据源进行比较，图形部分（空间数据位置精度）的检 查方法有目视法和图形法检查。手工方法检查的质量受人为因素影响较大，在对大数据量的检查或复杂的空间数据检查时存在困难。

（2）数据生产控制法。在数据生产时，利用软件自身的显示、查询和修改功能对数据进行检查和质量控制，有一定的效果。

（3）软件检查法，即将所检查的内容定制到软件中进行检查，根据空间数据的图形与图形、图形与属性、 属性与属性之间的关系和规律编制程序，将数据中不符合规律、逻辑关系矛盾的要素自 动挑选出来，使用人机交互等方式进行修改。

参考文献

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