GeometryFactory

转载:https://blog.youkuaiyun.com/cdl2008sky/article/details/7275949

几何信息和拓扑关系是地理信息系统中描述地理要素的空间位置和空间关系的不可缺少的基本信息。其中几何信息主要涉及几何目标的坐标位置、方向、角度、距离和面积等信息,它通常用解析几何的方法来分析。而空间关系信息主要涉及几何关系的“相连”、“相邻”、“包含”等信息,它通常用拓扑关系或拓扑结构的方法来分析。拓扑关系是明确定的

相等(Equals):几何形状拓扑上相等。
脱节(Disjoint):几何形状没有共有的点。
相交(Intersects):几何形状至少有一个共有点(区别于脱节)
接触(Touches):几何形状有至少一个公共的边界点,但是没有内部点。
交叉(Crosses):几何形状共享一些但不是所有的内部点。
内含(Within):几何形状A的线都在几何形状B内部。
包含(Contains):几何形状B的线都在几何形状A内部(区别于内含)
重叠(Overlaps):几何形状共享一部分但不是所有的公共点,而且相交处有他们自己相同的区域。


 

下面的例子介绍了 equals、disjoint、intersects 的用法

package com.mapbar.geo.jts;
 
import org.geotools.geometry.jts.JTSFactoryFinder;
 
import com.vividsolutions.jts.geom.Coordinate;
import com.vividsolutions.jts.geom.Geometry;
import com.vividsolutions.jts.geom.GeometryFactory;
import com.vividsolutions.jts.geom.LineString;
import com.vividsolutions.jts.geom.Point;
import com.vividsolutions.jts.io.ParseException;
import com.vividsolutions.jts.io.WKTReader;
 
/**  
 * Class GeometryRelated.java 
 * Description 二元比较集合。二元比较以两个几何对象作为参数,返回一个Boolean类型的值,
 * 来指明这两个几何对象是否具有指定的空间关系。支持的空间关系包括:
 * equals、disjoint、intersects, touches, crosses, within, contains, overlaps
 * Company mapbar 
 * author Chenll E-mail: Chenll@mapbar.com
 * Version 1.0 
 * Date 2012-2-17 下午06:17:01
 */
public class GeometryRelated {
    
    private GeometryFactory geometryFactory = JTSFactoryFinder.getGeometryFactory( null );
    
    public Point createPoint(String lon,String lat){
        Coordinate coord = new Coordinate(Double.parseDouble(lon), Double.parseDouble(lat));
        Point point = geometryFactory.createPoint( coord );
        return point;
    }
    
    /**
     *  will return true as the two line strings define exactly the same shape.
     *  两个几何对象是否是重叠的
     * @return
     * @throws ParseException
     */
    public boolean equalsGeo() throws ParseException{
        WKTReader reader = new WKTReader( geometryFactory );
        LineString geometry1 = (LineString) reader.read("LINESTRING(0 0, 2 0, 5 0)");
        LineString geometry2 = (LineString) reader.read("LINESTRING(5 0, 0 0)");
        // return geometry1 ==geometry2;  false
        //check if two geometries are exactly equal; right down to the coordinate level.
        // return geometry1.equalsExact(geometry2);   false
        return geometry1.equals(geometry2);//true
    }
    
    /**
     * The geometries have no points in common
     * 几何对象没有交点(相邻)
     * @return
     * @throws ParseException
     */
    public boolean disjointGeo() throws ParseException{
        WKTReader reader = new WKTReader( geometryFactory );
        LineString geometry1 = (LineString) reader.read("LINESTRING(0 0, 2 0, 5 0)");
        LineString geometry2 = (LineString) reader.read("LINESTRING(0 1, 0 2)");
        return geometry1.disjoint(geometry2);
    }
    
    /**
     * The geometries have at least one point in common.
     * 至少一个公共点(相交)
     * @return
     * @throws ParseException
     */
    public boolean intersectsGeo() throws ParseException{
        WKTReader reader = new WKTReader( geometryFactory );
        LineString geometry1 = (LineString) reader.read("LINESTRING(0 0, 2 0, 5 0)");
        LineString geometry2 = (LineString) reader.read("LINESTRING(0 0, 0 2)");
        Geometry interPoint = geometry1.intersection(geometry2);//相交点
        System.out.println(interPoint.toText());//输出 POINT (0 0)
        return geometry1.intersects(geometry2);
    }
    /**
     * @param args
     * @throws ParseException 
     */
    public static void main(String[] args) throws ParseException {
        GeometryRelated gr = new GeometryRelated();
        System.out.println(gr.equalsGeo());
        System.out.println(gr.disjointGeo());
        System.out.println(gr.intersectsGeo());
    }
 
}

Geometry 叠加操作

缓冲区分析(Buffer)包含所有的点在一个指定距离内的多边形和多多边形
凸壳分析(ConvexHull)包含几何形体的所有点的最小凸壳多边形(外包多边形)
交叉分析(Intersection)交叉操作就是多边形AB中所有共同点的集合。
联合分析(Union)AB的联合操作就是AB所有点的集合
差异分析(Difference)AB形状的差异分析就是A里有B里没有的所有点的集合。
对称差异分析(SymDifference)AB形状的对称差异分析就是位于A中或者B中但不同时在AB中的所有点的集合

在GIS中,缓冲(buffering)是一种用于计算包含在一个几何图形(Geometry)特定距离区域内所有点的的操作。在数学术语中,这被称为通过一个与缓冲区相等的圆的半径去计算几何图形的闵可夫斯基(Minkowski)总和。发现正的(positive)和负的(negative)缓冲,有时与操作的腐蚀(erosion)和膨胀(dilation)有关。在CAD/CAM,缓冲曲线被称为偏移曲线(offset curves)。你可以使用JTS,通过Geometry buffer方法或者Bufferop类,去计算一个图形的缓冲区。缓冲操作所输入的Geometry可以是任何类别(包括任意的Geometry集合)。缓冲操作的结果通常是一种区域类型(area type)(多边形或者多多边形)。结果也可能为空[例如,一条线(linestring)的负缓冲。

<think>好的,我现在需要解决的问题是如何将三维激光点云LAS格式的数据转换为正下俯视视角的二维平面多边形WKT数据。这涉及到多个步骤,可能需要使用Java和相关库来处理。让我先理清楚整个流程,然后逐步思考每个步骤的实现方法。 首先,我需要了解LAS数据的基本结构。LAS文件通常包含三维点云数据,每个点都有X、Y、Z坐标以及其他属性。而目标是将这些点云投影到二维平面(正下方视角,也就是忽略Z轴,只取X和Y),然后根据这些投影点生成一个多边形,并输出为WKT格式的字符串。 接下来,步骤可能包括: 1. **读取LAS文件**:需要找到能够解析LAS文件的Java库。常见的库可能有LASlib或者GeoTools中的相关模块。或者,可能需要使用第三方库如Geotools,或者考虑使用PDAL(点云数据抽象库)的Java绑定,不过PDAL主要是C++库,可能需要通过命令行调用或者寻找Java的封装。 2. **投影到二维平面**:将每个点的X、Y坐标提取出来,忽略Z值。这一步相对简单,只需遍历所有点,收集X和Y即可。 3. **生成多边形**:这里可能需要根据投影后的二维点集生成一个多边形。但点云数据通常是离散的,如何从这些离散点生成多边形呢?可能需要先进行边界提取,比如计算凸包(Convex Hull)或者凹包(Concave Hull)。凸包相对容易,但可能不够精确;凹包更复杂,但能更好地拟合实际形状。 4. **转换为WKT格式**:WKT(Well-Known Text)是一种文本标记语言,用于表示几何对象。多边形的WKT格式如:POLYGON ((x1 y1, x2 y2, ..., xn yn))。需要将生成的边界点按顺序排列,并构造这样的字符串。 现在,我需要考虑每一步的具体实现方法,以及所需的工具和库。 **第一步:读取LAS文件** 在Java中,处理LAS文件的库可能不如Python中的丰富。可能需要查找是否有合适的Java库。例如,GeoTools支持某些点云格式,但不确定是否直接支持LAS。另一个选择是使用LASlib的Java绑定,或者使用开源库如las4j(https://github.com/grantbrown/las4j)。假设使用las4j,可以读取LAS文件。 示例代码可能如下: ```java LasReader reader = new LasReader(new File("input.las")); List<Point> points = reader.getPoints(); ``` 然后遍历points,提取X和Y坐标。 **第二步:投影到二维平面** 这一步只需收集所有点的X和Y,构造二维点集合。例如: ```java List<Point2D> points2D = new ArrayList<>(); for (Point point : points) { points2D.add(new Point2D.Double(point.getX(), point.getY())); } ``` **第三步:生成多边形** 这里需要将点集转换为多边形边界。假设使用凸包算法,Java标准库中没有直接实现,但可以自己实现或使用第三方库。例如,JTS Topology Suite是一个强大的几何库,可以处理凸包等操作。 添加JTS依赖后,可以执行: ```java GeometryFactory geometryFactory = new GeometryFactory(); Coordinate[] coordinates = points2D.stream() .map(p -> new Coordinate(p.getX(), p.getY())) .toArray(Coordinate[]::new); Geometry geometry = geometryFactory.createMultiPoint(coordinates); Geometry convexHull = geometry.convexHull(); ``` 如果得到的convexHull是一个Polygon对象,那么可以直接转换为WKT。但如果是其他类型可能需要处理。 但凸包可能不够精确,特别是当点云形状有凹陷时。若需要凹包,可能需要寻找其他算法或库,比如使用JTS的Alpha Shape(可能需要自己实现或找扩展库)。 **第四步:转换为WKT** JTS的Geometry对象有toText()方法,可以生成WKT字符串: ```java String wkt = convexHull.toText(); ``` 如果是多边形,这会返回类似"POLYGON ((...))"的字符串。 总结整个流程: 1. 使用las4j读取LAS文件,获取三维点。 2. 提取所有点的X和Y坐标,形成二维点集。 3. 使用JTS计算这些点的凸包(或其他边界)得到多边形。 4. 将多边形转换为WKT字符串。 可能的挑战: - LAS文件的读取是否正确,可能需要处理不同的LAS版本。 - 点云数据量大的情况下,性能问题,可能需要优化内存使用。 - 凸包可能无法准确反映实际形状,可能需要凹包算法。例如,使用JTS的ConcaveHull类,或者引入其他库。或者,寻找其他算法实现。 另外,如果用户希望得到非凸多边形,可能需要使用凹包生成算法。JTS本身不直接提供凹包实现,但可以找到第三方代码或者自己实现。 例如,JTS的社区可能有扩展,或者参考开源项目如:https://github.com/tdavis/LTSA/blob/master/src/main/java/org/movsim/simulator/roadnetwork/predicates/ConcaveHull.java(不确定是否可用)。 或者,使用Delaunay三角剖分后,移除长边,但这可能比较复杂。 另一个思路是使用Alpha Shapes算法。可以找到Java实现的Alpha Shape算法,例如:https://github.com/DataWanderers/XYZZ-Alpha-Shapes 如果时间允许,可能需要自己实现或集成这样的算法。 所以,整个流程的关键点在于读取LAS,处理点云生成多边形,这可能需要依赖外部库,并且根据需求选择凸包或凹包。 现在,我需要将这些步骤整合成Java代码示例,并确保各个库的正确使用。 可能的代码结构: 1. 添加las4j和JTS的依赖到项目(例如Maven)。 pom.xml依赖: ```xml <dependency> <groupId>org.jogamp.jogl</groupId> <artifactId>jogl-all-main</artifactId> <version>2.3.2</version> </dependency> <!-- 可能las4j的依赖需要查找最新的 --> <dependency> <groupId>com.github.mreutegg</groupId> <artifactId>las4j</artifactId> <version>0.7</version> </dependency> <dependency> <groupId>org.locationtech.jts</groupId> <artifactId>jts-core</artifactId> <version>1.18.2</version> </dependency> ``` 注意:las4j可能已经更新,可能需要到其GitHub页面查看最新版本。 2. 读取LAS文件: ```java import org.cmapi.primitives.IGeoPoint; import org.cmapi.primitives.GeoTiffReader; // 可能las4j的API不同,需要具体查阅文档。 // 正确的方法可能需要查看las4j的文档。例如: import com.github.mreutegg.las4j.LasFile; import com.github.mreutegg.las4j.Point; LasFile lasFile = LasFile.fromFile(new File("input.las")); List<Point> points = lasFile.getPoints(); ``` 可能las4j的用法有所不同,需要确保正确读取点坐标。 3. 生成二维点集,并创建JTS的Geometry: ```java List<Coordinate> coords = new ArrayList<>(); for (Point point : points) { coords.add(new Coordinate(point.getX(), point.getY())); } GeometryFactory geometryFactory = new GeometryFactory(); MultiPoint multiPoint = geometryFactory.createMultiPointFromCoords(coords.toArray(new Coordinate[0])); Geometry convexHull = multiPoint.convexHull(); ``` 4. 转换为WKT: ```java String wkt = convexHull.toText(); System.out.println(wkt); ``` 如果convexHull是Polygon类型,那么输出的就是POLYGON的WKT。 但需要注意,如果点集形成的凸包可能是一个线或点,需要处理这种情况。例如,检查convexHull的类型: ```java if (convexHull instanceof Polygon) { Polygon polygon = (Polygon) convexHull; String wkt = polygon.toText(); } else { // 处理无法形成多边形的情况 } ``` 综合这些步骤,完整的示例代码可能如下: ```java import com.github.mreutegg.las4j.LasFile; import org.locationtech.jts.geom.*; import java.io.File; import java.util.List; import java.util.ArrayList; public class LasToWktConverter { public static void main(String[] args) throws Exception { // 读取LAS文件 LasFile lasFile = LasFile.fromFile(new File("input.las")); List<com.github.mreutegg.las4j.Point> points = lasFile.getPoints(); // 提取二维坐标 List<Coordinate> coords = new ArrayList<>(); for (com.github.mreutegg.las4j.Point point : points) { coords.add(new Coordinate(point.getX(), point.getY())); } // 创建几何对象并计算凸包 GeometryFactory geometryFactory = new GeometryFactory(); MultiPoint multiPoint = geometryFactory.createMultiPointFromCoords(coords.toArray(new Coordinate[0])); Geometry convexHull = multiPoint.convexHull(); // 转换为WKT if (convexHull instanceof Polygon) { String wkt = convexHull.toText(); System.out.println("WKT Polygon: " + wkt); } else { System.out.println("无法形成多边形,结果为:" + convexHull.getGeometryType()); } } } ``` 可能遇到的问题: 1. LAS文件的版本兼容性问题,某些LAS文件可能无法被las4j正确读取。 2. 点云数据量过大,导致内存不足,可能需要分块处理或优化。 3. 凸包生成的精度问题,无法正确反映实际形状,需要考虑凹包或其他边界检测算法。 如果用户需要凹包,可能需要寻找替代方案。例如,使用JTS的ConcaveHull实现。不过JTS本身没有提供,但可以找到第三方实现或者自己实现。例如,使用以下代码(可能需要调整): 参考:https://github.com/locationtech/jts/issues/399 或者,使用另一个库如ESRI的Geometry API,但可能增加复杂性。 另一个方法是使用Delaunay三角剖分,然后移除长边,生成凹包。这可能比较复杂,但有一些开源实现。 总结,以上代码提供了一个基于凸包的解决方案,这可能在很多情况下适用,但若需要更精确的凹多边形,需要进一步研究算法或寻找合适的库。</think>要将三维激光点云LAS数据转换为正下俯视角度的二维平面多边形WKT数据,可以按照以下步骤实现: ### 步骤概述 1. **读取LAS文件**:使用Java库(如`las4j`)解析LAS格式的点云数据。 2. **投影到二维平面**:提取所有点的X、Y坐标,忽略Z轴。 3. **生成多边形**:通过几何算法(如凸包或凹包)从二维点集生成多边形。 4. **输出WKT格式**:将多边形转换为WKT字符串。 ### 代码实现 #### 依赖配置(Maven) ```xml <dependencies> <!-- LAS文件解析 --> <dependency> <groupId>com.github.mreutegg</groupId> <artifactId>las4j</artifactId> <version>0.7</version> </dependency> <!-- 几何计算 --> <dependency> <groupId>org.locationtech.jts</groupId> <artifactId>jts-core</artifactId> <version>1.18.2</version> </dependency> </dependencies> ``` #### Java代码示例 ```java import com.github.mreutegg.las4j.LasFile; import org.locationtech.jts.geom.*; import java.io.File; import java.util.ArrayList; import java.util.List; public class LasToWktConverter { public static void main(String[] args) throws Exception { // 1. 读取LAS文件 LasFile lasFile = LasFile.fromFile(new File("input.las")); List<com.github.mreutegg.las4j.Point> lasPoints = lasFile.getPoints(); // 2. 提取二维坐标(正下投影) List<Coordinate> coordinates = new ArrayList<>(); for (com.github.mreutegg.las4j.Point point : lasPoints) { coordinates.add(new Coordinate(point.getX(), point.getY())); } // 3. 生成凸包多边形 GeometryFactory geometryFactory = new GeometryFactory(); MultiPoint multiPoint = geometryFactory.createMultiPointFromCoords(coordinates.toArray(new Coordinate[0])); Geometry convexHull = multiPoint.convexHull(); // 4. 输出WKT if (convexHull instanceof Polygon) { String wkt = convexHull.toText(); System.out.println("WKT多边形: " + wkt); } else { System.out.println("点集无法形成多边形,结果为:" + convexHull.getGeometryType()); } } } ``` ### 说明 1. **LAS文件读取**:使用`las4j`库加载LAS文件,获取所有三维点。 2. **二维投影**:遍历所有点,仅保留X、Y坐标,构造二维点集。 3. **凸包生成**:利用JTS库的`convexHull`方法生成点集的凸包,形成多边形。 4. **WKT转换**:直接调用JTS的`toText()`方法,将几何对象转为WKT字符串。 ### 注意事项 - **凹包处理**:若需更精确的边界,需实现凹包算法(如Alpha Shapes),JTS本身不支持,需引入第三方库或自行实现。 - **性能优化**:处理大规模点云时,需考虑内存和性能,可能需分块处理或使用高效算法。 - **异常处理**:确保处理点集过小或共线等情况,避免生成非多边形几何体。 通过上述步骤,即可将三维点云转换为二维俯视多边形,并以WKT格式输出。
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