Stützpunktidentität mit Hilfe der Topologie von AutoCAD Map 3D

Für gewöhnlich werden Flächen in AutoCAD mit Hilfe geschlossener Polylinien umgrenzt und anschließend in einem zweiten Schritt mit Solid-Schraffuren gefüllt, deren Farbe beispielsweise den Nutzungstyp der Fläche repräsentieren soll. Achten die Zeichner und Konstrukteurinnen nicht peinlich genau auf die stützpunkttreue Nachdigitalisierung benachbarter Flächengrenzen – beispielsweise infolge der Nutzung ungeeigneter Objektfänge oder weil keine Branchenapplikation zur Verfolgung vorhandener Linienstrukturen verfügbar ist – entstehen sehr schnell Ungenauigkeiten, die zwar graphisch vernachlässigbar scheinen, spätestens bei einer Flächenbilanz unangenehme Fragen aufwerfen oder bei der Weiterverwertung in Fremdsystemen Probleme hervorrufen.

In diesem SupportPlus-Tipp wollen wir Ihnen daher eine fast schon vergessene, aber dennoch wichtige Technologie vorstellen, mit der Sie mit etwas Engagement Zwickelflächen, Überlappungen und Lücken löschen und „saubere“ geschlossene Polylinien erzeugen, die den Anspruch der Stützpunktidentität benachbarter Flächen erfüllen: die Flächentopologie.

Was ist eine Topologie

Hinter dem Begriff der Topologie verbirgt sich die Lehre von Nachbarschaftsverhältnissen von Geometrien. In der Praxis wenden Sie die Linientopologie in Versorgungsnetzwerken an, während die Flächentopologie in einer lückenlosen, überlappungsfreien und semantisch widerspruchsfreien Abbildung einer konkreten Eigenschaft eines Ausschnitts der Erdoberfläche herangezogen wird (= Flächenschluss). Typische Anwendungsfälle dafür finden Sie beispielsweise in den kommunalen Themenbereichen der Bauleitplanung oder der Verwaltung von zu pflegenden Grünflächen oder Teilflächen des Straßenkatasters.

In einem Versorgungsnetzwerk werden punktförmige Objekte wie Muffen, Absperrarmaturen, Hausanschlüsse und Endkappen sowie die Haltungen als lineare Objekte in einem Knoten-Kanten-Modell verwaltet. Aus dieser Struktur lassen sich verbundene Objekte und kürzeste Wege ermitteln.

Die Kanten dienen in einer Flächentopologie der Umgrenzung von Polygonen („geschlossene Schleifen“), die Knoten werden als Bindeglied zwischen den Kanten zwar berechnet (z. B. als Grenzsteine in einer Topologie von Flurstücken), aber nicht zwingend als Geometrie eingefügt (z. B. in der Bauleitplanung). Für jedes Polygon ist allerdings ein zusätzlicher Innenpunkt erforderlich, der sogenannte Zentroid. Er verfügt über die notwendigen semantischen Informationen, z. B. zur Flächennutzung. Das ist erforderlich, da die resultierenden Polygone der Topologie recht volatile Gebilde sind, die sich aus der aktuellen Geometrie und Beziehung der Kanten untereinander ergeben: sobald Sie eine Kante ergänzen, anpassen oder löschen, verändern sich die resultierenden Polygone in dieser Umgebung. Da der Zentroid an Ort und Stelle verbleibt, erhält das umgebende Polygon automatisch die Nutzungsinformation. In der nachstehenden Darstellung sehen Sie das Kantengerüst der Flächennutzungen und die Symbole für die Zentroide.

Auf diesem Weg erreichen Sie das Ziel unseres SupportPlus-Themas: die gemeinsame Grenze zweier benachbarter Flächen einer Flächenschlussschicht wird geometrisch widerspruchsfrei durch eine einzige Kante gebildet. Diese gemeinsame Kante muss im Übrigen nicht aus einem einzigen Objekt (Polylinie) bestehen, sondern kann auch aus mehreren nahtlos aufeinanderfolgenden Geometrien zusammengesetzt sein. Unter Umständen birgt das jedoch widerum die Gefahr von Topologiefehlern: sobald der Startpunkt der nachfolgenden Kante nicht identisch mit dem Endpunkt der vorherigen Kante ist, weist die Flächentopologie an dieser Stelle einen Defekt, also eine Lücke, auf. Das Polygon wird nicht erstellt und stattdessen liegen die Kanten „ungenutzt herum“ („hängende Segmente“).

Auch Kreuzungen erfordern eine intensivere Betrachtung: Sobald mehr als drei (Polylinien-)Segmente an einem Knoten aufeinandertreffen, müssen alle Polylinien an dieser Stelle aufgebrochen sein.

Das klingt im ersten Augenblick alles recht komplex, kompliziert und fehleranfällig. Allerdings bieten Ihnen die Geometrie-Bereinigungswerkzeuge und Analysefunktionen hilfreiche Möglichkeiten, Schwachstellen komfortabel zu detektieren und zu beheben.

Topologie vorbereiten – Kantengeometrien bereinigen

Bevor Sie aus den Kantengeometrien eine Flächentopologie erzeugen können, bereinigen Sie die linearen Objekte. Dazu gehören insbesondere die Arbeitsschritte:

Objekte, die keine Linien oder Polylinien sind, in Linien oder Polylinien umwandeln. Dazu gehören Kreise, Bögen, Ellipsen, elliptische Bögen und Splines.
Lineare Objekte an Kreuzungen brechen (also an Positionen, wo mehr als zwei Segmente aneinanderstoßen).
Unterlängen dehnen, Überlängen stutzen, Knotenanhäufungen fangen (also auf einen identischen Knoten zusammenführen, siehe unterer Rand im folgenden Bild).
Doppelte und zu kurze Objekte löschen

Unter Umständen müssen Schritte mehrmals durchlaufen werden. Beispielsweise können durch das Aufbrechen an Kreuzungen sehr kurze Segmente entstehen, die Sie löschen sollten. Andererseits entstehen bei diesem Schritt unter Umständen kleine Lücken, die Sie durch das Verlängern von Unterlängen oder Fangen von Knotenanhäufungen beheben.

Keinen dieser Arbeitsschritte müssen Sie allein manuell durchführen. Greifen Sie dafür zunächst auf die Bereinigungsfunktionen von AutoCAD Map 3D zurück, den sog. Befehl MAPCLEAN (Arbeitsbereich Planung und Analyse > Registerkarte Extras > Gruppe Kartenbearbeitung > Zeichnungsbereinigung).

Dieser Assistent unterstützt Sie dabei, schrittweise die oben genannten Aufgaben durch Parameter gesteuert auszuführen. Die Art, Reihenfolge und Häufigkeit der Arbeitsschritte hängen maßgeblich von der Vorlage ab. Wir empfehlen, die betroffenen Objekte in einer eigenen Zeichnung zu bereinigen.

Autodesk hat die einzelnen Bereinigungsaktionen recht ausführlich in der Produkthilfe dokumentiert:

https://help.autodesk.com/view/MAP/2026/DEU/?guid=GUID-01CCDB04-10DA-4DF2-96F3-FE49B439121B

Im ersten Schritt isolieren Sie alle Geometrien der Umgrenzungen der einzelnen konkurrierenden Flächennutzungen der sog. „Flächenschlussschicht“ und bei Bedarf exportieren Sie sie über den Befehl WBLOCK in eine neue, leere Zeichnung. Anschließend hat es sich bewährt, alle Polylinien mit dem Befehl URSPRUNG aufzulösen. Dadurch wird jedes Segment als Linie oder Bogen abgebildet.

Zunächst löschen Sie alle doppelten Objekte und die viel zu kurzen Segmente. Im Befehl MAPCLEAN fügen Sie die beiden Aktionen Doppelte Objekte löschen und Kurze Objekte löschen und weisen für beide (!!!) Aktionen dem Parameter Toleranz einen geeigneten Wert zu, im Falle eines Bebauungsplans z. B. einen halben Zentimeter, also 0.005.

Anschließend erstellen Sie alle Bögen und Linien zu einzelnen Polyliniensegmenten auf einem neuen Layer gemeinsam neu, was die spätere Auswahl der Kanten wesentlich vereinfacht. Daraufhin können Sie die alten Layer auch aus der Zeichnung entfernen.

Als nächstes kürzen Sie die Überlängen der neu entstandenen Polyliniensegmente, verlängern etwaige Unterlängen und brechen die Polylinien an Kreuzungen automatisch auf. Editieren Sie fortan nur noch die vorhandenen Objekte.

Führen Sie in einem weiteren Schritt die Aktion Knotenanhäufungen fangen aus, damit Endpunkte von nahe beieinanderliegenden Segmenten auf eine gemeinsame Position zusammengeführt werden.

Durch die einzelnen Modifikationen ist nicht auszuschließen, dass erneut doppelte oder zu kurze Segmente entstehen, insofern kann eine Wiederholung des ersten aber auch weiterer Arbeitsschritte erforderlich werden.

Bei Bedarf können Sie auch redaktionelle Änderungen manuell vornehmen und Schwachstellen anzeigen. Wenden Sie dafür zunächst die Bereinigungsaktion Pseudoknoten auflösen an. Dadurch werden die vielen einzelnen Segmente soweit möglich zu fortlaufenden Polylinien verbunden. Bei Lücken oder Widersprüchen endet die vorherige Polylinie und eine neue wird begonnen. An diesen Stellen lohnt sich ein tieferer Blick, um zu ergründen, weshalb die automatische Bereinigung nicht erfolgreich war. Ein nicht seltenes Problem ist dabei, dass zwei kollineare Segmente nicht gleich lang sind und daher nicht korrekt aufgebrochen werden konnten. Löschen Sie nicht benötigte Segmente.

Korrigieren Sie anschließend die Endpunkte von Segmenten mit Hilfe der Griffbearbeitung und dem ausschließlich (!!!) aktivierten Objektfang Endpunkt: wählen Sie eine Polylinie aus, aktivieren den Endpunktgriff und setzen ihn am Startpunkt der folgenden Polylinie ab. Die Zeichenrichtung der beiden Objekte muss dabei nicht fortlaufend sein.

Bewegen Sie die Maus über die zusammengesetzten Polylinien, erkennen Sie mit Hilfe der Auswahlvoransicht außerdem, wenn Polylinien trotz einer Kreuzung einfach um die Ecke „abbiegen“ oder bereits vor einer Kreuzung enden. Brechen Sie hier die Polylinie manuell auf und korrigieren Sie mit Hilfe der Stützpunktwerkzeuge wie zuvor beschrieben die Lage der Endpunkte der Polylinien.

Topologie erstellen

Sobald Ihnen das geometrische Grundgerüst der Topologie den Eindruck vermittelt, alle Fehler bereinigt zu haben, lassen Sie die Flächentopologie erzeugen. Starten Sie dazu im Karten-Explorer des Aufgabenfensters durch Rechtsklick auf den Knoten Topologie den Assistenten zur Erstellung einer Flächentopologie.

Geben Sie den Namen ein und bestimmen den oder die Layer mit den Kanten der Flächengrenzen.

Die Knoten sind nicht zwingend erforderlich, Sie müssen auch keine generieren, wenn Sie sie nicht benötigen.

Erzeugen Sie fehlende Zentroide auf einem eigenen Layer.

Aktivieren Sie die Hervorhebung von Fehlern und Splitterpolygonen.

Klicken Sie auf die Schaltfläche Fertigstellen, um die Topologie zu berechnen. Das funktioniert jedoch nur, wenn die Kanten wirklich keinerlei Fehler mehr aufweisen. Erfahrungsgemäß klappt das nie gleich beim ersten Versuch.

Einige Fehler werden vom Befehl MAPCLEAN unter Umständen nicht erfasst. An den farbigen Markierungen erkennen Sie die Stellen, wo die Berechnung der Topologie scheiterte. Das macht die vorherige Anwendung des Befehls MAPCLEAN nicht überflüssig: vielmehr würden ohne vorherige Geometriebereinigung noch vielmehr Fehler markiert werden.

Typische verbleibende Fehler sind:

Schnittpunkte, d. h., dass nicht an allen Stellen Kanten an Kreuzungen gebrochen wurden oder aber kollinear sind.
Offene Schleifen, d. h., dass durch Lücken zwischen Polylinien keine vollständigen Polygone gebildet werden.

Durch die farbigen Markierungen können Sie schnell zu den problematischen Positionen navigieren, um diese Stellen manuell durch Stützpunktbearbeitungen oder unter Zuhilfenahme von CAD-Basiswerkzeugen wie Bruch, Dehnen und Stutzen zu korrigieren.

Wiederholen Sie den Assistenten zur Erstellung einer Topologie nach der Korrektur erneut. Ist das Geometriegerüst der Kanten fehlerfrei, werden die Zentroiden erzeugt und die Topologie berechnet.

Topologie bearbeiten

Splitterpolygone werden an der Stelle des Zentroiden mit einem großen roten Symbol hervorgehoben.

Diese entfernen Sie am besten dadurch, dass Sie mit dem Topologie-Bearbeitungswerkzeug Polygon verbinden zunächst die Kante zwischen den beiden Polygonen und anschließend den Zentroiden des Splitterpolygons picken und die Auswahl bestätigen.

Das Topologie-Bearbeitungswerkzeug Polygon teilen verwenden Sie, um mit Hilfe einer zusätzlichen Kante in Form einer Linie ein bestehendes Polygon der Topologie zu zerschneiden.

Soll anstelle dessen das Polygon mit Hilfe einer neuen Polylinie mit mehr als zwei Stützpunkten geteilt werden, verwenden Sie die Verwaltungsfunktion Neu erstellen, wodurch alle Geometrien neu eingelesen werden.

Beachten Sie, dass Sie nach Möglichkeit keine üblichen Konstruktionsbefehle mehr auf die Kanten der Topologie anwenden (wie Dehnen, Stutzen, Brechen, Verbinden). Sollten Sie diese dennoch anwenden, ist ebenfalls die Neuerstellung der Topologie erforderlichen.

In den Verwaltungsfunktionen finden Sie auch die Befehle zur Überprüfung der Topologie und zum Laden derselben, wenn Sie am nächsten Tag die Zeichnung erneut öffnen.

Sachdaten zuweisen

Auf den nachfolgenden Screenshots ist wiederholt die Nutzungsart als Map-Objektdatum zu sehen. Auf das Erstellen von Map-Objektdatentabellen wird in diesem SupportPlus-Tipp nicht näher eingegangen. Die wichtigsten Befehle dafür sind:

ADEDEFDATA (Karteneinrichtung > Attributdaten > Objektdaten definieren)

Mit diesem Befehl richten Sie einmalig die Sachdatentabelle ein und definieren die Datenfelder.

ADEATTACHDATA (Erstellen > Zeichnungsobjekt > Objektdaten zuordnen/lösen)

Diesen Befehl verwenden Sie, um Objekten, die noch über keine Semantik verfügen, erstmalig Sachdaten dieser Objektdatentabelle zuzuweisen. Lassen Sie den Zustandsschalter Überschreiben aktiv, da sonst mehr als ein Datensatz an dem Objekt steht. Bei den analytischen Werkzeugen wird jedoch ausschließlich der erste Datensatz gelesen.

ADEEDITDATA (Extras > Kartenbearbeitung > Objektdaten editieren)

Mit diesem Werkzeug können Sie bereits vorhandene Datensätze an dem Objekt editieren.

Weisen Sie mit diesen Werkzeugen jedem Zentroiden eine Semantik zu, wenn sie diese später auswerten wollen.

Topologie auswerten

Bevor wir uns abschließend dem eigentlichen Ziel der Ausgabe sauberer, geschlossener, stützpunkttreuer Polylinien aus der Topologie widmen, empfiehlt sich noch ein Blick auf einige analytische Werkzeuge der Topologie. Dazu gehören beispielsweise die Thematische Objektabfrage, mit der Sie die Polygone beispielsweise nach der Nutzungsart einfärben können, oder die Thematische Topologieabfrage, mit der Sie Flächen aus der Topologie selektieren und in einer neuen Topologie speichern können. Außerdem bietet AutoCAD Map 3D eine Pufferzonenberechung und die Verschneidung zweier Topologien, um beispielsweise die geplante Flächennutzungen mit Flächen geschützter Biotope zu verschneiden und auf diesem Weg potentielle Konfliktflächen zu ermitteln.

Haben Sie allen Zentroiden eine Nutzungsart zugewiesen, können Sie anhand dieser Eigenschaft aus dem Kantengerüst die Flächen klassifiziert einfärben. Starten Sie dazu die thematische Objektabfrage, wählen die Flächentopologie, bestimmen den auszuwertenden Ausdruck für die Einzelwerte oder Wertebereiche und stellen über die Schaltfläche Definieren die Stilregeln zusammen.

Übernehmen Sie die Bereichseinteilung mit OK und klicken auf Fortfahren, um die Flächen der Topologie zu kolorieren.

Topologie als Polylinien ausgeben

Nachfolgend stellen wir Ihnen drei Arbeitsabläufe zur Ausgabe von Polygonen aus der Flächentopologie vor: das Berechnen geschlossener Polylinien, den Export von Polygonen in eine dateibasierte Geodatenquelle und die Modellierung einer Geltungsbereichsgrenze eines Bebauungsplans aus den Grenzen der Polygone der Flächenschlussschicht.

Geschlossene Polylinien erzeugen

In der Multifunktionsleiste Erstellen starten Sie in der Gruppe Topologie den Befehl Geschlossene Polylinien erstellen.

Wählen Sie die Topologie aus und bestimmen einen (vielleicht noch nicht vorhandenen) Layer, auf dem die Polylinien erzeugt werden sollen.

Kopieren Sie die Semantik des Zentroides auf das kopieren und gruppieren komplexe Polygone.

Klicken Sie auf die Schaltfläche OK, um den Vorgang zu starten.

Die Polylinien werden in der Zeichnung auf dem Ziellayer eingefügt. Beachten Sie, dass Inselpolygone doppelt vorhanden sind: einerseits als innerer Ring des umgebenen Polygons und andererseits als äußerer Ring des innenliegenden Polygons.

Geodatenquelle aus Flächentopologie exportieren

Da die Basis-CAD-Technologie von AutoCAD Map 3D – abgesehen von dem proprietären Objekt des MPolygons – keine echten Polygone mit Inseln kennt, ist es ratsam, das Ergebnis der Topologie als dateibasierte Geodatenquelle zu exportieren, um sie in anderen Desktop-GIS-Produkten oder in der Auskunft weiterzuverwenden.

Starten Sie dazu den Befehl MAPEXPORT und geben das Zieldatei-Format an, z. B. SQLite. Wählen Sie im anschließenden Assistenten die Topologie aus und gruppieren die komplexen Polygone.

Übernehmen Sie etwaige Sachdaten vom Zentroiden.

Testen Sie die dateibasierte Geodatenquelle in einer neuen, leeren Zeichnungsdatei. Sie erkennen, dass Inseln korrekt "ausgestanzt" wurden.

Äußere Kanten der Flächentopologie filtern (Geltungsbereich eines Bebauungsplans ermitteln)

Sie können nicht nur die Semantik des Zentroides für analytische Zwecke im Rahmen einer Topologieabfrage heranziehen, sondern auch die Kanten selbst auswerten. Auf diesem Wege können Sie beispielsweise ermitteln, wo intensive landwirtschaftliche Nutzung nahtlos an naturnahen Wald grenzt, um so potentielle Flächen für Kompensationsmaßnahmen zur Initiierung eines artenreichen Waldsaums zu bestimmen.

In diesem SupportPlus-Tipp belassen wir es bei der Berechnung der Außengrenze der gesamten Flächentopologie. Dazu lohnt sich zunächst die Betrachtung der Sachdaten, die beim Aufbau der Topologie an die Kanten geschrieben wurden. Starten Sie dazu in der Multifunktionsleiste Extras in der Gruppe Kartenbearbeitung den Befehl Map-Objektdaten editieren und picken Sie eine Außenkante an.

Sie erkennen, dass bei einer Außenkante eine der beiden Eigenschaften LEFT_POLYGON und RIGHT_POLYGON auf 0 steht, weil bei einer Außenkante nur auf einer Seite ein Polygon angrenzt. Mit dieser wichtigen Information erzeugen Sie nun in einer neuen, leeren Zeichnungsdatei die Außenkante. Speichern und schließen Sie zunächst die Zeichnung mit der Flächentopologie.

Erstellen Sie eine neue, leere Zeichnungsdatei und stellen Sie sicher, dass das Aufgabenfenster mit dem Karten-Explorer erweitert und angedockt sichtbar ist.

Schieben Sie aus dem Windows-Explorer mit gedrückter linker Maustaste die Zeichnung in den Karten-Explorer (nicht in den Modellbereich!) und lassen dort die Maustaste los. Die Zeichnung wird unter dem Knoten Zeichnungen eingeblendet (das gelingt nicht, wurde die zugeordnete Zeichnung zuvor nicht geschlossen). Unterhalb des Knotens Topologien erscheint ausgegraut die Flächentopologie, weil sie noch nicht geladen ist.

Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Aktuelle Abfrage und starten im Kontextmenü den Befehl Definieren.

Klicken Sie auf die Schaltfläche Daten, aktivieren Objektdaten und wählen aus der Tabelle TPMLINK_<Topologiename> das Feld ID aus. Aktivieren Sie den Operator >, geben als Wert 0 ein und übernehmen den Wert mit OK. Auf diesem Weg stellen Sie sicher, dass es sich um eine Kante der Topologie handeln muss.

Aktivieren Sie den Operator And und klicken erneut auf die Schaltfläche Daten. Aktivieren Sie erneut Objektdaten, wählen aus der Tabelle TPMLINK_<Topologiename> das Feld LEFT_POLYGON aus. Aktivieren Sie den Operator =, geben als Wert 0 ein und übernehmen den Wert mit OK.

Aktivieren Sie nun den Operator Or und klicken erneut auf die Schaltfläche Daten. Aktivieren Sie erneut Objektdaten, wählen aus der Tabelle TPMLINK_<Topologiename> das Feld RIGHT_POLYGON aus. Aktivieren Sie wieder den Operator =, geben als Wert 0 ein und übernehmen den Wert mit OK.

Markieren Sie die letzten beiden Zeilen und klicken auf die Schaltfläche Gruppieren, um diese beiden Bedingungen mit Klammern zu versehen.

Damit die Polylinien auf einen anderen Layer gelegt werden, aktivieren Sie den Zustandsschalter neben der Schaltfläche Eigenschaften ändern und klicken diese sogleich.

Im nachfolgenden Dialog aktivieren Sie die Eigenschaft Layer, geben bei Ausdruck einen neuen Layernamen ein und klicken auf Hinzufügen. Übernehmen Sie die Eigenschaften mit OK.

Aktivieren Sie den Abfragemodus Zeichnen und klicken auf die Schaltfläche Abfrage ausführen, um die Außengrenze berechnen zu lassen.

Sie haben nun den Außenkanten einen anderen Layer zugewiesen. Speichern Sie die Änderungen zurück in die Quellzeichnung.

Starten Sie dazu in der Erweiterung der Gruppe Daten in der Multifunktionsleiste Start den Befehl Zu Speichersatz hinzufügen und markieren Sie nach dem Start der Befehlszeilenoption Wählen alle Objekte. Mit Hilfe des Befehls In Quelle speichern werden die Objekte in die Quellzeichnung zurückgeschrieben.

Sie können nun die Zeichnung ohne zu speichern schließen und die ursprüngliche Zeichnung mit der Flächentopologie erneut öffnen. Bewegen Sie die Maus über die Außenkante, sehen Sie, dass diese Polylinien nun auf einem anderen Layer liegen.