拓扑分析是GIS理论体系中的核心概念，包括地理要素之间拓扑关系的处理、检查、构建和分析等过程。广义的拓扑分析具有较为广泛的内涵与外延，涉及空间数据操作、空间数据质量、空间关系计算及空间分析等内容。随着GIS研究的迅速发展，拓扑分析相关研究取得了一定的进展。于此同时，由于多元化GIS应用不断发展和深入，也对拓扑分析相关应用提出了更高要求。数据规模的增大对算法性能提升提出要求，而应用模式和内容的增多要求算法不断完善。为了促进GIS在生产生活中的进一步深入应用，不断发展和完善GIS理论与应用内容，本文针对GIS拓扑分析中若干关键算法在理论上进行研究并在实践中进行检验，具有较为重要的理论意义与应用价值。　　 本文主要基于SuperMap大型GIS平台软件，针对GIS拓扑分析中若干关键算法展开理论研究与应用实践，涉及拓扑分析体系结构中空间数据操作、空间数据质量、空间关系计算以及空间分析等领域。重点针对拓扑一致性处理、拓扑关系检查、多边形数据自动生成、多边形数据内点自动生成、耗费距离分析等几个关键算法展开研究与实践，具体包括以下内容。　　 1)在空间数据操作方面，在分析和总结已有拓扑一致性处理算法的基础上，提出了一种更为高效的拓扑一致性处理改进算法，包括弧段间拓扑处理、节点与弧段间拓扑处理、节点间邻近搜索等核心过程。对比实验表明，该算法在保证拓扑一致性处理效果的基础上，具有较高的处理性能，是一种实用性较强的拓扑一致性处理算法。　　 2)在空间数据质量方面，重点针对矢量数据拓扑关系检查问题，提出了一种基于数据划分的拓扑关系检查算法。选取了较为常用的“线内无重叠”、“线内无悬线”、“面内无缝隙”三个重点拓扑关系检查规则进行算法设计、分析和对比实验。实验表明，该算法在保证拓扑检查结果正确性的基础上，具有较高的检查性能，适宜于进行大规模空间数据的拓扑关系检查。　　 3)在空间关系计算方面，总结并分析已有多边形数据自动生成算法，针对大规模多边形数据自动生成应用需求，提出一种高效的基于拓扑信息的多边形数据自动生成算法。该算法通过使用多边形搜索过程中所记录拓扑信息，较大程度提升了拓扑关系判定效率。实验表明，该算法具有较高的多边形数据自动生成性能。同时，解决了基于MBR的内点生成算法在奇异情况下容易导致算法失效的问题，提出一种基于相交区间的更为健壮和有效的改进算法。　　 4)在空间分析方面，网络数据模型下最短路径分析是基于拓扑关系的典型分析应用，其理论和应用研究成果较为丰富。基于栅格数据模型拓扑关系的最短路径分析研究较少，而其中耗费距离分析就是栅格数据模型最短路径分析的重要组成部分。本文对波扩散耗费距离分析算法进行研究，在实验基础上，使用最小堆结构对源点扩散效率进行了改进，并进行了对比实验验证。实验表明，该改进算法在保证计算正确性的基础上，较大程度提升了算法整体分析性能，并改善了算法异常情况处理能力。　　 由于研究时间所限，本文重点选取了若干关键算法进行研究与实践。后续研究计划拓展到拓扑分析体系中的其它关键问题，如数据拓扑关系的局部动态更新，三维拓扑关系构建与表达等内容。在实验验证方面，本文基于SuperMap软件平台对现有算法和改进算法分别进行实现，进而进行对比验证，同时与代表性GIS平台软件相关功能进行了测试比较。后续研究计划进一步拓展对比实验范围，包括实验数据的扩展与对比软件的扩展。