topology-validation

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description	拓扑质量检查技能。检测空间数据中的重叠、间隙、自相交等拓扑错误，按严重程度分级并提供修复建议。
metadata	{"domain":"governance","version":"2.0","intent_triggers":"topology, 拓扑, overlap, gap, 重叠, 间隙, 自相交, 几何检查"}

拓扑质量检查技能

拓扑规则体系

空间数据的拓扑质量直接影响后续分析的可靠性。本技能基于 OGC Simple Features 规范和国土调查质检要求，提供系统化的拓扑错误检测与修复指导。

核心拓扑规则与容差

规则类型	检测内容	默认容差	严重程度
重叠检测	相邻面要素交叠区域	0.001 m²	error
间隙检测	相邻面要素之间的缝隙	0.001 m	error
自相交检测	几何环自身交叉（蝴蝶结）	无容差	error
微小图斑	面积极小的碎片面	< 0.1 m²	warning
尖角检测	极窄的三角形碎片	角度 < 1°	warning
重复要素	完全相同的几何体	精确匹配	info

按几何类型的检查策略

面要素（Polygon）

面要素是拓扑检查的核心对象，需要检测：

• 重叠（Overlap）：两个面要素的交集面积超过容差。常见于数据合并、 矢量化边界不一致等场景。检测方法：空间索引加速的两两相交测试。
• 间隙（Gap）：相邻面要素之间存在未覆盖区域。在土地利用数据中， 间隙意味着"无主地"，通常是数据错误。检测方法：构建全覆盖多边形 与要素并集的差集。
• 自相交（Self-intersection）：单个多边形的边界线自身交叉， 形成"蝴蝶结"或"8字形"。这是最严重的几何错误，会导致面积计算 和空间关系判断完全失效。

线要素（LineString）

• 交叉（Crossing）：两条线在非端点处相交但未打断
• 悬挂端点（Dangling）：线段端点未与其他线段连接
• 伪节点（Pseudo node）：仅连接两条线段的冗余节点

点要素（Point）

• 重复点检测：坐标完全相同或距离小于容差的点对
• 孤立点检测：与其他要素无空间关联的离群点

严重程度分级

error   — 必须修复。影响数据正确性，如自相交、大面积重叠
warning — 建议修复。可能影响分析精度，如微小图斑、尖角碎片
info    — 供参考。不影响分析但可优化，如重复要素、伪节点

修复策略

自相交修复

使用 buffer(0) 技巧：对自相交多边形做零距离缓冲，Shapely 会自动 修复拓扑结构。注意此操作可能改变顶点数量和微小面积。

间隙修复

对间隙区域执行 snap 操作，将边界吸附到最近的相邻要素边界。 吸附容差建议设为数据精度的 2-3 倍（如数据精度 0.01m，容差设 0.03m）。

重叠修复

根据业务规则选择策略：

• 优先级法：保留优先级高的要素，裁剪低优先级要素
• 面积法：重叠区域归属面积较大的要素
• dissolve 法：合并重叠要素为单一要素（适用于同类地物）

微小图斑处理

面积小于阈值的碎片面通常是矢量化误差，可合并到相邻最大面要素中。

标准工作流程

1. describe_geodataframe  → 确认几何类型、CRS、要素数量
2. check_topology         → 执行全套拓扑规则检查
3. 分析检查报告           → 按严重程度排序，定位问题区域
4. 制定修复方案           → 根据错误类型选择修复策略
5. 修复后复查             → 再次 check_topology 确认问题已解决

常见问题与陷阱

叠加分析产生的碎片

overlay_analysis 操作（intersection、union）经常产生大量微小碎片面 （slivers），这是浮点精度导致的正常现象。建议叠加后立即做碎片清理。

投影变换破坏拓扑

reproject_spatial_data 在坐标转换时可能引入微小的拓扑错误， 特别是从高精度投影转到低精度投影时。建议投影变换后重新检查拓扑。

大数据量性能

拓扑检查的时间复杂度为 O(n²)（两两比较）。当要素数量超过 10,000 时， 应利用空间索引（R-tree）加速，或按区域分块检查。

多部件几何体

MultiPolygon 中的各部件之间不应重叠。检查时需同时检测要素间重叠 和要素内部件间重叠。

可用工具

• describe_geodataframe — 数据概览，确认几何类型和 CRS
• check_topology — 拓扑规则检查（重叠、间隙、自相交、微小图斑）
• reproject_spatial_data — 坐标系转换
• create_buffer — 缓冲区分析（辅助间隙检测）