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GEO类库JTS使用实践

发表于 分类于 Valine：
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JTS（Java Topology Suite）是一个开源的Java类库，用于处理空间数据的拓扑关系和空间操作。它提供了许多常用的空间算法和数据结构，使得开发人员可以方便地进行空间数据分析和处理。

1. JTS简介

JTS（Java Topology Suite）是一个开源的Java类库，用于处理空间数据的拓扑关系和空间操作。它提供了许多常用的空间算法和数据结构，使得开发人员可以方便地进行空间数据分析和处理。

JTS类库的主要功能包括以下几个方面：

  1. 空间数据结构：JTS支持常用的空间数据结构，如点、线、面等，并提供了丰富的数据操作方法，如交、并、差等。
  2. 空间算法：JTS包含了众多常用的空间算法，如缓冲区分析、空间关系判断、拓扑操作等。这些算法可以用于解决空间数据处理中的许多问题，如空间查询、地图分析等。
  3. 空间索引：为了提高空间数据查询和处理的效率，JTS提供了多种空间索引方法，如R树、四叉树等。这些索引方法可以有效地减少空间数据查询的时间复杂度。
  4. 数据格式转换：JTS支持多种常用的空间数据格式，如WKT、WKB等，并提供了方便的数据格式转换方法。

下面是一个简单的示例，展示了JTS类库如何处理两个多边形的相交关系：

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import com.vividsolutions.jts.geom.*;
import com.vividsolutions.jts.geom.util.*;

public class IntersectExample {
  public static void main(String[] args) {
    // 创建两个多边形
    Polygon poly1 = createPolygon(0, 0, 5, 5);
    Polygon poly2 = createPolygon(4, 0, 8, 4);

    // 判断两个多边形是否相交
    boolean isIntersect = poly1.intersects(poly2);

    System.out.println("Poly1 intersects Poly2: " + isIntersect);
  }

  private static Polygon createPolygon(double x1, double y1, double x2, double y2) {
    Coordinate[] coords = new Coordinate[5];
    coords[0] = new Coordinate(x1, y1);
    coords[1] = new Coordinate(x1, y2);
    coords[2] = new Coordinate(x2, y2);
    coords[3] = new Coordinate(x2, y1);
    coords[4] = new Coordinate(x1, y1);
    LinearRing ring = new GeometryFactory().createLinearRing(coords);
    return new GeometryFactory().createPolygon(ring, null);
  }
}

在上面的示例中，我们首先使用JTS类库创建了两个多边形，并调用intersects方法判断它们是否相交。最后输出了判断结果。

2. 常用案例

2.1. 坐标点(Point)是否在区域(Polygon)内

为了实现这个功能，您可以使用Java语言和JTS（Java Topology Suite）库。JTS是一个开源的Java库，提供了一系列的空间数据操作和分析功能。首先，您需要将JTS库添加到项目中。如果您使用Maven，可以在pom.xml文件中添加以下依赖：

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<dependency>
    <groupId>org.locationtech.jts</groupId>
    <artifactId>jts-core</artifactId>
    <version>1.18.1</version>
</dependency>

接下来，您可以使用以下示例代码实现所需功能：

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import org.locationtech.jts.geom.Coordinate;
import org.locationtech.jts.geom.GeometryFactory;
import org.locationtech.jts.geom.Point;
import org.locationtech.jts.geom.Polygon;

public class GISUtils {

    public static void main(String[] args) {
        // 示例数据
        Coordinate[] coordinates = new Coordinate[]{
                new Coordinate(0, 0),
                new Coordinate(0, 10),
                new Coordinate(10, 10),
                new Coordinate(10, 0),
                new Coordinate(0, 0)
        };
        Polygon polygon = createPolygon(coordinates);
        Point point = createPoint(5, 5);
        boolean isPointInPolygon = isPointInPolygon(point, polygon);
        System.out.println("Is point in polygon: " + isPointInPolygon);
    }

    private static GeometryFactory geometryFactory = new GeometryFactory();

    public static Polygon createPolygon(Coordinate[] coordinates) {
        return geometryFactory.createPolygon(coordinates);
    }

    public static Point createPoint(double x, double y) {
        return geometryFactory.createPoint(new Coordinate(x, y));
    }

    public static boolean isPointInPolygon(Point point, Polygon polygon) {
        return polygon.contains(point);
    }
}

在这个示例中，isPointInPolygon方法接受一个Point对象和一个Polygon对象作为参数，并返回一个布尔值表示点是否在区域内。createPolygon和createPoint方法分别用于根据给定坐标创建Polygon和Point对象。

2.2. 计算某个区域的中心点

为了计算一个区域（多边形）的中心点，我们可以使用JTS库提供的getCentroid方法。以下是一个名为getPolygonCentroid的方法，该方法接受一个Polygon对象作为参数，并返回该多边形的中心点坐标。

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import org.locationtech.jts.geom.Coordinate;
import org.locationtech.jts.geom.GeometryFactory;
import org.locationtech.jts.geom.Point;
import org.locationtech.jts.geom.Polygon;

public class GISUtils {

    private static GeometryFactory geometryFactory = new GeometryFactory();

    // ...其他方法...

    public static Coordinate getPolygonCentroid(Polygon polygon) {
        Point centroid = polygon.getCentroid();
        return centroid.getCoordinate();
    }
}

在这个方法中，我们首先使用Polygon对象的getCentroid方法获取多边形的中心点，然后使用Point对象的getCoordinate方法获取中心点的坐标。

下面是一个使用GISUtils类计算多边形中心点的示例：

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public static void main(String[] args) {
    // 示例数据
    Coordinate[] coordinates = new Coordinate[]{
            new Coordinate(0, 0),
            new Coordinate(0, 10),
            new Coordinate(10, 10),
            new Coordinate(10, 0),
            new Coordinate(0, 0)
    };
    Polygon polygon = createPolygon(coordinates);
    Coordinate centroid = getPolygonCentroid(polygon);
    System.out.println("Polygon centroid: " + centroid);
}

运行此示例，您将看到以下输出：

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Polygon centroid: (5.0, 5.0)

这意味着示例中的多边形的中心点坐标为 (5.0, 5.0)。请注意，这个示例仅供参考，您可能需要根据项目需求对代码进行修改和优化。

2.3. 区域间关系计算

实现多边形间五种不同关系的判断：无关（Disjoint）、相连（Touching）、重叠（Overlapping）、包含（Contains）和被包含（Within）。

引入依赖

首先，我们需要在项目中添加JTS库。如果您的项目使用Maven进行依赖管理，可以在pom.xml文件中添加以下依赖：

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<dependency>
    <groupId>org.locationtech.jts</groupId>
    <artifactId>jts-core</artifactId>
    <version>1.18.1</version>
</dependency>

接下来，我们将创建一个名为GISUtils的Java类，该类包含创建多边形、多边形关系枚举以及判断多边形关系的方法。

创建多边形

首先，我们需要创建一个createPolygon方法来根据给定的坐标数组创建多边形对象。此方法使用JTS库的GeometryFactory类来创建Polygon对象：

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import org.locationtech.jts.geom.Coordinate;
import org.locationtech.jts.geom.GeometryFactory;
import org.locationtech.jts.geom.Polygon;

public class GISUtils {

    private static GeometryFactory geometryFactory = new GeometryFactory();

    public static Polygon createPolygon(Coordinate[] coordinates) {
        return geometryFactory.createPolygon(coordinates);
    }
}
定义多边形关系枚举

在GISUtils类中，我们定义一个名为PolygonRelation的枚举类型，表示多边形之间的五种可能关系：

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public enum PolygonRelation {
    DISJOINT, TOUCHING, OVERLAPPING, CONTAINS, WITHIN
}
实现多边形关系判断方法

现在，我们可以实现一个名为polygonRelation的方法，该方法接受两个Polygon对象作为参数，并返回一个PolygonRelation枚举值，表示两个多边形之间的关系：

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public static PolygonRelation polygonRelation(Polygon polygon1, Polygon polygon2) {
    if (polygon1.intersects(polygon2)) {
        if (polygon1.touches(polygon2)) {
            return PolygonRelation.TOUCHING;
        } else if (polygon1.contains(polygon2)) {
            return PolygonRelation.CONTAINS;
        } else if (polygon1.within(polygon2)) {
            return PolygonRelation.WITHIN;
        } else {
            return PolygonRelation.OVERLAPPING;
        }
    } else {
        return PolygonRelation.DISJOINT;
    }
}

此方法首先使用intersects方法检查两个多边形是否相交。如果相交，方法进一步检查它们是否相连（touches）、一个多边形是否包含另一个多边形（contains）以及一个多边形是否位于另一个多边形内（within）。如果没有满足这些条件，那么它们被认为是重叠的（OVERLAPPING）。如果两个多边形不相交，则它们被认为是无关的（DISJOINT）。

示例

以下是一个使用GISUtils类判断两个多边形关系的示例：

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public static void main(String[] args) {
    // 示例数据
    Coordinate[] coordinates1 = new Coordinate[]{
            new Coordinate(0, 0),
            new Coordinate(0, 10),
            new Coordinate(10, 10),
            new Coordinate(10, 0),
            new Coordinate(0, 0)
    };
    Coordinate[] coordinates2 = new Coordinate[]{
            new Coordinate(5, 5),
            new Coordinate(5, 15),
            new Coordinate(15, 15),
            new Coordinate(15, 5),
            new Coordinate(5, 5)
    };
    Polygon polygon1 = createPolygon(coordinates1);
    Polygon polygon2 = createPolygon(coordinates2);
    PolygonRelation relation = polygonRelation(polygon1, polygon2);
    System.out.println("Polygon relation: " + relation);
}

运行此示例，您将看到以下输出：

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Polygon relation: OVERLAPPING

这意味着示例中的两个多边形是重叠的。

3. 结论

总的来说，JTS类库是一个非常强大和实用的空间数据处理工具，它在许多地理信息系统和地图应用中都得到了广泛的应用。如果你需要进行空间数据分析和处理，JTS类库是一个不错的选择。

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