QGIS疑難雜症-SHP圖層拓樸校正

「為什麼我的圖層無法進行空間運算？」、「出現無效幾何（ invalid geometry）的問題，我應該如何處理？」、「出現Please fix the geometry or change the Processing setting to the “Ignore invalid input features” option.，我要怎麼辦？」、「要如何檢查圖層是否有拓樸錯誤？」

會產生上述的問題，代表你的圖層出現了拓樸錯誤，而系統無法進行運算才會導致報錯。

那什麼是拓樸呢？出現了拓樸錯誤要如何解決？以下文章將解釋這些問題。

本文章使用QGIS環境為：QGIS 3.18.2 with GRASS 7.8.5

第一部分：什麼是幾何拓樸的有效性？

根據林政道老師QGIS第一講數位化向量地圖中的解釋，向量圖層必須要符合三個規則。

多邊型必須要閉和。
如果多邊型內部有洞，必須是在一個封閉的多邊型裡面產生，也就是這個洞必須要有自己的邊界。
多邊型不可以自我交會(self-intersection)。這裡的多邊型代表A多邊型不可以與自己（A多邊型）產生交會，但可以與其他的多邊型交會，例如：A多邊型與B多邊型可以是有重疊的區域，如果兩個多邊型皆屬於A多邊型但是卻重疊了，就換產生拓樸上的錯誤。

有趣的是，我們在QGIS進行圖徵數化時，即使當下有發生拓樸錯誤，但還是可以把shp檔進行儲存，但許多QGIS演算法運行時，檔案還是會報錯。

而當使用影像向量化時，也很容易會出現SHP圖層拓樸錯誤，像是我寫的文章QGIS技術-影像計算（Raster calculator），將WMTS圖磚轉換為向量資料，把影像檔轉換成向量檔時，有機率會出現錯誤。

第二部分：如何檢查圖層是否有拓樸錯誤？

QGIS內部附有檢查SHP檔是否有錯誤的工具，名稱為「檢查有效性」（Check validity）。路徑為：「向量」->「幾何工具」->「檢查有效性」。

該工具可以檢查出許多錯誤的種類，例如：Repeated point（重複點）、Self-intersection（自我交會）。裡面的錯誤種類相當多，我就不一一解釋，有興趣的人可以點選此連結。

「檢查有效性」工具的路徑

使用「檢查有效性」時，有許多選項可以選擇，像是輸出錯誤區、輸出無效區與輸出有效區

目前我遇到的拓樸錯誤種類都是自我交會，以下將以自我交會的案例進行說明。

QGIS官網對於自我交會（Self-intersection）的解釋

第三部分：使用「fix geometries」進行拓樸修正

「fix geometries」是QGIS內建的演算法，從地理運算工具箱的地方輸入「fix geometries」就可以找到此工具。

QGIS內建的「fix geometries」演算法

開啟「fix geometries」的畫面

通常大多數的自我交會拓樸錯誤，都可以使用此步驟處理完成，但還是會有少數節點（node）無法透過此方式進行拓樸修正，在國外論壇的文章我查到一種很有趣的也很簡單的處理方式，該網友把經過「fix geometries」處理後，但還是有自我交會錯誤的圖層，使用buffer演算法並在距離參數輸入「0」進行運算後，問題就完美解決了。

QGIS內建的「buffer」演算法，中文名稱為「輪廓」

使用buffer演算法時，記得要先把投影座標系統（EPSG）設定成以「公尺」為單位的投影座標系統，像是EPSG：3826。

除了距離調整為0以外，EPSG也記得要一起檢查

這方法實在是跌破我的眼鏡，過往我還要用手動修改節點的方式，把每個點的位置調整好才能順利完成拓樸校正，想不到有如此簡單的方法！！！

第四部分：使用「v.clean」進行拓樸修正

「v.clean」是grass提供的演算法，對於shp與拓樸錯誤種類有更詳細的設定要求，也假設了更多拓樸錯誤的情境，例如：Remove or change bridges connecting an area and an island or two islands（拆除連結一個地區的橋樑）。有許多設定我並沒有看懂，「v.clean」詳細的解釋可以參考此連結。

通常當我「fix geometries」與「buffer」的方法無法解決我遇到的問題時，我才會使用「v.clean」進行處理。還是建議大家可以用「fix geometries」處理時就用他。