[发明专利]一种地理信息系统拓扑集中的多边形链生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地理信息系统拓扑集中的多边形链生成方法。

背景技术

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）的矢量数据模型主要两种类型，即Spaghetti数据模型和拓扑数据模型（陈述彭等：地理信息系统导论，科学出版社，2000年，P31-43）。拓扑模型的基本实体类型包括结点、弧段和区域，其中，结点(node)位于弧段的端点或多条弧段连接点；弧段(edge)是由至少两个点（即节点）顺序地连接而成的曲线，它始于起始结点、终于终止结点；区域(area)是用弧段来描述的，是以一条或多条弧段为边界围成的一个连通域。基于拓扑数据模型的拓扑集中的结点、弧段和区域要素之间相互关联，而且定义了严格的拓扑一致性约束，如同类要素之间不重叠、相交等。

在拓扑模型中，除了存储坐标数据外，还需要记录要素之间拓扑关系，如结点的关联弧段、弧段的起始和终止结点、组成区域的弧段等。

为了完整描述要素之间拓扑关系，用于实现拓扑数据模型的数据结构通常需要包括以下内容：

弧段(edge)：E＝{path,from,to,left,right}，其中，path为弧段的路径；from,to分别表示起始和终止结点；left,right分别为弧段的左、右区域。同一拓扑集中的弧段的起点和终点都在所述拓扑集中的结点上，所述拓扑集中的任意两条弧段之间不存在除端点外的其它交点

有向边，也称关联弧段(EI)：EI＝{e，f}，其中e为弧段标识，f为方向标识。对于结点的有向边，若f为正方向标识，表示所述结点为弧段e的起始结点，当f为反方向标识，表示所述结点为弧段e的终止结点；对于多边形链中的有向边，若f为正方向标识，表示在多边形链中弧段e按正方向连接，当f为反方向标识，表示在多边形链中弧段e按反方向连接。GIS拓扑集中的每一条弧段都对应两条有向边，其中的一条有向边的方向与该弧段相同，该有向边的起点和终点分别对应该弧段的起点和终点，另一条有向边的方向与该弧段相反，该有向边的起点和终点分别对应其使用的弧段的终点和起点。

结点(node)：N＝{location,edges}，其中location表示结点位置；edges为有向边(EI)表，其中的有向边(EI)按其始端连接向量与x轴正向在逆时针方向上的夹角大小排序。所述有向边的始端连接向量是指由有向边的终点到与该终点顺序上邻近的节点的向量。

区域(area)：A={main,holes},其中，main表示区域的外边界，是一个多边形链；holes为用于存储描述区域内边界的多边形链数组。

多边形链(CHAIN)是一个关联弧段(EI)表，其中的关联弧段(EI)按其在构成多边形时的连接顺序排序。

在一个拓扑数据集中，并非所有弧段都可参与构成多边形链，通常将不能参与构成多边形链的弧段称为悬挂弧段。另外，有向边(EI)的末端结点是指，与有向边的对应弧段e在其方向标识f指定方向上的末端结点，即当f标识为正方向时，指的是弧段e的终止结点；当f标识为反方向时，指e的起始结点；左转有向边是指，当前有向边绕其末端结点顺时针方向旋转遇到的第一条有向边。

在Spaghetti模型中，点用一个二维空间坐标表示，线由一串坐标（称为节点或顶点,vertex）组成，面是由一条或多条线所围成的闭合多边形区域。Spaghetti模型中，只存储实体的坐标数据，不记录实体间的拓扑信息。

GIS矢量数据处理的一项重要内容是利用线数据生成拓扑数据集或Spaghetti模型的面数据。在拓扑数据集的建立过程涉及区域数据的生成；而利用线数据生成Spaghetti模型面数据时，则通常需要先建立拓扑区域数据，然后利用拓扑区域数据生成面数据。因而，拓扑区域数据的建立是利用线数据生成面数据的关键。

利用线数据生成拓扑数据集的建立步骤可归结为：线数据的预处理；结点的匹配和弧段连接关系的建立；同一结点上弧-弧拓扑关系的建立；多边形链搜索、构建及包含关系的确定等。这些环节中，多边形链的搜索、构建是影响拓扑区域数据构建效率的关键因素之一，其目的是利用拓扑数据集中弧段生成用于描述区域边界的所有多边形链。

多边形链搜索算法主要涉及两个方面，一是起始有向边的选择；二是单个多边形链的搜索和构建。选择起始有向边时，要求从这些有向边出发，能构造出所有多边形链，同时构造出的多边形链不应与已有多边形链相同。