AutoCAD中图形拓扑关系建立及应用

　　摘要：在国内外的计算机辅助制图软件中，AutoCAD应用的十分广泛，随着科技的不断发展，其功能也在不断地提高，应用的范围也越来越广。当前，基础地理数据的加工通常是在以AutoCAD为基础的数据采集加工平台完成的，得出的结果是GIS较为重要的数据源。本文主要研究了在AutoCAD中的图形拓扑关系的建立以及应用，包括拓扑关系检查的相关理论、数据空间拓扑关系的建立、拓扑检查算法的设计方法以及程序的设计。

　　关键词：AutoCAD；图形；拓扑关系

　　近年来，GIS的实际应用中涉及到了越来越广泛的空间数据，这就对数据产品的质量提出了更高的要求。矢量地形图作为较为重要的测绘空间数据产品，不但要正确的描述空间位置等信息，还要使拓扑关系的正确性及数据无冗余的要求得到满足，给空间分析、数据分析等过程提供基础，以使各种应用得到满足。

　　一、拓扑关系检查的相关理论

　　1.含义

　　拓扑关系在地理信息系统中能够起到描述地理要素的空间位置及空间关系的重要作用，是一个十分关键的、不可或缺的基本信息。拓扑关系是一种能够使空间关系得到明确定义的数学方法，即图形在保持连续的状态下发生形变，但是图形的关系不会发生改变的性质。

　　2.基本原理

　　在AutoCAD中，实际中的地物的空间拓扑关系会被描述为点、线、面三者的关系。在检查AutoCAD的图形拓扑规则中，主要的方法有孤立点检查、悬结点检查、伪节点检查、线的交叉问题及面的重叠问题。在AutoCAD中，通常使用闭合的多段线进行面的边界的绘制而将闭合的多段线视作面。因而在设计算法的过程中，点、线及面的关系可以看做是点、线与闭合的多线段三者的关系。拓扑检查的基本原理是求交点或是判定距离是否在陷差的范围内。除此之外，还能够通过计算有效面积的相关方法判定点与面、面与面之间的关系。

　　3.空间对象概念

　　空间对象，即客观存在的地理实体在人类了解世界中的具体反映，是人们抽象认识客观世界的结果。“空间”表示这数据所代指的事物都有着一定的点位等特征。不论空间对象是否附则，都可以抽象成以下三类：点对象，即仅由一个点构成的要素，是一个没有区域的空间物体；线对象，即由一组顺序相连的点构成的要素；面对象，即一个封闭的区域。

　　二、数据空间拓扑关系的建立

　　依据城镇建立数据库的相关要求，要依据分层的方法对空间要素进行组织管理。想要使图形的准确性得到保障，同时保障面积统计、数据管理的严密科学，必须在数据建库的过程中完成图形拓扑关系的建立。检查拓扑关系时可以应用ArcGIS软件提供的应用基于拓扑规则建立的拓扑关系检验法，也就是可以应用单一的或多个的拓扑规则对图形要素之间的拓扑关系进行描述，例如房屋一定要被宗地完全的覆盖。空间实体之间存在的基本关系有点与点之间的关系、点与线之间的关系、点与面之间的关系、线与线之间的关系、线与面之间的关系及面与面之间的关系，这些都是进行地理空间图形中处理数据的主要依据。

　　三、拓扑检查算法的设计方法

　　1.孤立点检查

　　进行孤立点检查的过程，首先要对图中所有的点进行检查，计算出点到其他的图形元素之间的最小距离，排除掉位置不在任意的直线、多线段或曲线上的孤立点。其次，要将检查出的点的handle号通过SQL的语句留存在数据库之中，遍历每一的点。

　　2.悬结点检查

　　悬结点，即线段端点呈现悬空状态，和任意一点都没有连接。其判断算法为，如果线要素（如直线、多线段、曲线）的某一端点到其他的线要素的距离不会发生比限差小的情况，即与其他任意一条线的距离都比限差大的情况，那么这个点就可以确定为悬结点。需要遍历每一条线要素的端点。

　　3.伪节点检查

　　如果两个结点能够互相接触，并能够连接成为一个结点，则将其视为伪节点。其判断算法为，判断线要素的某一个端点与其他线要素的端点的距离是否不大于限差，若成立，则证明该点为伪节点。需要遍历每一条线要素的两个端点。

　　4.交叉线段检查

　　当出现线段交叉、需要应用相关的拓扑规则时，可以使用这两个函数确定出交叉的线段，然后依据用户制定的拓扑规则判定是否出现误差。DLineIntline要检查的是不同的图层间的交叉线段，可以将其认为是AreGIS中不同的线要素之间发生交叉的线要素；LineIntline检查的是同一图层中出现交叉的线段，可以将其理解为AreGIS中的一个要素类发生交叉的线要素。

　　四、程序的设计

　　对实体之间的拓扑关系进行有效的利用及数据分析有着十分关键的作用。拓扑检查的具体流程为：首先，要在指定的要素选择集中进行筛选，获得要求进行检查的要素；其次，依据用户指定的检查条件进行有原则的查找和提取，从系统的映射表中查找规则库，获取进行检查时需要参照的规则，如果得出的要素符合要求则进行第三步的检查，如果不符合要求则对下一个要素进行检查；最后，拓扑检查获得的要素，并对最后的结果进行记录及分析。

　　当前，地理数据采集分析的平台以AutoCAD的二次开发平台为基础的方式仍旧不会发生变化，相当一部分的地理信息数据仍旧使用AutoCAD的数据格式进行存储。在AutoCAD的环境下进行拓扑关系的构建在采集加工前端数据时起着保障数据质量的作用，能够更好地采集加工前端数据，并能够提高CAD端入库数据的质量。以拓扑关系的构建为基础，分析并查询空间统计，对于增加AutoCAD的功能，促进数据的应用水平、应用效率及成本的节约有着十分重要的意义。

　　参考文献：

　　[1]肖贵玉.AutoCAD二维工程图形数据库管理系统[J].上海微型计算机.1996(21)

　　[2]李颖煊，王小铭，王霞.面向对象的CAD图形数据库研究及应用[J].现代计算机.1998(10)

　　[3]东伟.按拓扑关系自动查询AutoCAD图形数据库[J].水利水文自动化.1996年03期

　　张翠竹