Java中使用JTS对空间几何计算(读取WKT、距离、点在面内、长度、面积、相交等)

心已赠人 2023-09-30 14:48 22阅读 0赞

## 场景 ##

基于GIS相关的集成系统，需要对空间数据做一些判断处理。比如读取WKT数据、点到点、点到线、点到面的距离，

线的长度、面的面积、点是否在面内等处理。

### JTS ###

(Java Topology Suite) Java拓扑套件，是Java的处理地理数据的API。

github地址：

[GitHub - locationtech/jts: The JTS Topology Suite is a Java library for creating and manipulating vector geometry.][GitHub - locationtech_jts_ The JTS Topology Suite is a Java library for creating and manipulating vector geometry.]

API文档地址：

[org.locationtech.jts:jts-core 1.19.0 API][org.locationtech.jts_jts-core 1.19.0 API]

Maven中央仓库地址：

[https://mvnrepository.com/artifact/org.locationtech.jts/jts-core][https_mvnrepository.com_artifact_org.locationtech.jts_jts-core]

### 特点 ###

实现了OGC关于简单要素SQL查询规范定义的空间数据模型  
一个完整的、一致的、基本的二维空间算法的实现，包括二元运算（例如touch和overlap）和空间分析方法（例如intersection和buffer）  
一个显示的精确模型，用算法优雅的解决导致dimensional collapse（尺度坍塌–专业名词不知道对不对，暂时这样译）的情况。  
健壮的实现了关键计算几何操作  
提供著名文本格式的I/O接口  
JTS是完全100%由Java写的

JTS支持一套完整的二元谓词操作。二元谓词方法将两个几何图形作为参数，  
返回一个布尔值来表示几何图形是否有指定的空间关系。它支持的空间关系有：  
相等（equals）、分离（disjoint）、相交（intersect）、相接（touches）、  
交叉（crosses）、包含于（within）、包含（contains）、覆盖/覆盖于（overlaps）。  
同时，也支持一般的关系（relate）操作符。  
relate可以被用来确定维度扩展的九交模型（DE-9IM）,它可以完全的描述两个几何图形的关系。

### 空间数据模型 ###

JTS提供了以下空间数据模型

![f6d7626976f94832973865b555381d0c.jpeg][]

### 图形可视化WKT数据 ###

在jts的bin下的testbuilder.bat，双击运行

![5d224d3d8d5b4f76a341b9706f3152ee.jpeg][]

即可运行WKT数据可视化界面

![50e0f6162c914a04b8c003b30fcd88cc.jpeg][]

可以在页面上绘制图形并下方生成wkt数据，以及输入wkt数据，点击右边按钮，图形化显示。

注：

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## 实现 ##

1、项目中引入jts的依赖

<dependency>
                <groupId>org.locationtech.jts</groupId>
                <artifactId>jts-core</artifactId>
                <version>1.18.2</version>
            </dependency>

2、从WKT字符串中读取几何图形，读取点、线、面

//read a geometry from a WKT string (using the default geometry factory)
            //从WKT字符串读取几何图形
            Geometry g1 = null;
            try {
                //读取线
                //g1 = new WKTReader().read("LINESTRING (0 0, 10 10, 20 20)");
                //读取点
                //g1 = new WKTReader().read("POINT (2 2)");
                //读取面
                g1 = new WKTReader().read("POLYGON((40 100, 40 20, 120 20, 120 100, 40 100))");
            } catch (ParseException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    //        Arrays.stream(g1.getCoordinates()).forEach(point -> System.out.println("x:"+point.x+" y:"+point.y));
            //输出结果：
    //        x:0.0 y:0.0
    //        x:10.0 y:10.0
    //        x:20.0 y:20.0
    
            //Arrays.stream(g1.getCoordinates()).forEach(point ->System.out.println("x:"+point.x+" y:"+point.y));
            //输出：x:2.0 y:2.0
    
            //Arrays.stream(g1.getCoordinates()).forEach(point ->System.out.println("x:"+point.x+" y:"+point.y));
            //输出：
    //        x:40.0 y:100.0
    //        x:40.0 y:20.0
    //        x:120.0 y:20.0
    //        x:120.0 y:100.0
    //        x:40.0 y:100.0

3、创建点、线

//创建点
            Point point = new GeometryFactory().createPoint(new Coordinate(1, 1));
    
            // create a geometry by specifying the coordinates directly
            //通过指定坐标创建线
            Coordinate[] coordinates = new Coordinate[]{new Coordinate(0, 0),
                    new Coordinate(10, 10), new Coordinate(20, 20)};
            // use the default factory, which gives full double-precision
            Geometry g2 = new GeometryFactory().createLineString(coordinates);
            //System.out.println("Geometry 2: " + g2);
            //输出结果：Geometry 2: LINESTRING (0 0, 10 10, 20 20)

4、计算点是否在线上、点是否在面内

//创建点
            Point point = new GeometryFactory().createPoint(new Coordinate(1, 1));
            //输出结果：POINT (1 1)
            //计算点是否在线上
            //System.out.println(g1.contains(point));
            //输出结果：true
    
            //计算点是否在面内
            Point point2 = new GeometryFactory().createPoint(new Coordinate(70, 70));
            //System.out.println(g1.contains(point2));
            //输出结果: true
            Point point3 = new GeometryFactory().createPoint(new Coordinate(20, 10));
            //System.out.println(g1.contains(point3));
            //输出结果: false

5、计算两个几何图形的交点

// compute the intersection of the two geometries
            //计算两个几何图形的交点
            Geometry g3 = g1.intersection(g2);
            //System.out.println("G1 intersection G2: " + g3);
            //输出结果：G1 intersection G2: MULTILINESTRING ((0 0, 10 10), (10 10, 20 20))

6、创建一个MultiPoint多点

// create a factory using default values (e.g. floating precision)
            //创建一个MultiPoint多点
            GeometryFactory fact = new GeometryFactory();
    
    //        Point p1 = fact.createPoint(new Coordinate(0,0));
    //        System.out.println(p1);
    //
    //        Point p2 = fact.createPoint(new Coordinate(1,1));
    //        System.out.println(p2);
    //
    //        MultiPoint mpt = fact.createMultiPointFromCoords(new Coordinate[] { new Coordinate(0,0), new Coordinate(1,1) } );
    //        System.out.println(mpt);
    
            //输出结果：
    //        POINT (0 0)
    //        POINT (1 1)
    //        MULTIPOINT ((0 0), (1 1))

7、创建闭合线LinearRing

//创建闭合线-LinearRing
            LinearRing lr = new GeometryFactory().createLinearRing(new Coordinate[]{new Coordinate(0, 0), new Coordinate(0, 10), new Coordinate(10, 10), new Coordinate(10, 0), new Coordinate(0, 0)});
            //System.out.println(lr);
            //输出结果：LINEARRING (0 0, 0 10, 10 10, 10 0, 0 0)

8、创建几何集合列表

//创建几何集合列表
            Geometry[] garray = new Geometry[]{g1,g2};
            GeometryCollection gc = fact.createGeometryCollection(garray);
            //System.out.println(gc.toString());
            //输出结果：GEOMETRYCOLLECTION (POLYGON ((40 100, 40 20, 120 20, 120 100, 40 100)), LINESTRING (0 0, 10 10, 20 20))

9、几何关系判断

//几何关系判断，是否相交intersection
            //其他方法类似
    //        相等(Equals)： 几何形状拓扑上相等。
    //        不相交(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。
    
            WKTReader reader = new WKTReader(fact);
            LineString geometry1 = null;
            try {
                geometry1 = (LineString) reader.read("LINESTRING(0 0, 2 0, 5 0)");
            } catch (ParseException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            LineString geometry2 = null;
            try {
                geometry2 = (LineString) reader.read("LINESTRING(0 0, 0 2)");
            } catch (ParseException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            Geometry interPoint = geometry1.intersection(geometry2);//相交点
            //System.out.println(interPoint.toText());
            //输出结果： POINT (0 0)

10、计算距离distance

//计算距离distance
            Point p1 = fact.createPoint(new Coordinate(0,0));
            //System.out.println(p1);
    
            Point p2 = fact.createPoint(new Coordinate(3,4));
            ///System.out.println(p2);
    
            //System.out.println(p1.distance(p2));
            //输出结果
    //        POINT (0 0)
    //        POINT (3 4)
    //        5.0

11、计算长度和面积

Geometry g5 = null;
            Geometry g6 = null;
            try {
                //读取面
                g5 = new WKTReader().read("POLYGON((40 100, 40 20, 120 20, 120 100, 40 100))");
                g6 = new WKTReader().read("LINESTRING(0 0, 0 2)");
                //计算面积getArea()
                //System.out.println(g5.getArea());
                //输出结果：6400.0
                //计算长度getLength()
                //System.out.println(g6.getLength());
                //输出结果：2.0
            } catch (ParseException e) {
                e.printStackTrace();
            }

12、求点到线、点到面的最近距离

GeometryFactory gf = new GeometryFactory();
            WKTReader reader2 = new WKTReader(gf);
            Geometry line2 = null;
            Geometry g7 = null;
            try {
                line2 = reader2.read("LINESTRING(0 0, 10 0, 10 10, 20 10)");
                g7 = new WKTReader().read("POLYGON((40 100, 40 20, 120 20, 120 100, 40 100))");
            } catch (ParseException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            Coordinate c = new Coordinate(5, 5);
            PointPairDistance ppd = new PointPairDistance();
            //求点到线的最近距离
            //DistanceToPoint.computeDistance(line2,c,ppd);
            //输出结果:5.0
            //求点到面的最近距离
            DistanceToPoint.computeDistance(g7,c,ppd);
            System.out.println(ppd.getDistance());
            //输出结果38.07886552931954

13、其他api可以参考其官方文档或者示例代码中进行使用。

[GitHub - locationtech_jts_ The JTS Topology Suite is a Java library for creating and manipulating vector geometry.]: https://github.com/locationtech/jts
[org.locationtech.jts_jts-core 1.19.0 API]: https://locationtech.github.io/jts/javadoc/
[https_mvnrepository.com_artifact_org.locationtech.jts_jts-core]: https://mvnrepository.com/artifact/org.locationtech.jts/jts-core
[f6d7626976f94832973865b555381d0c.jpeg]: https://img-blog.csdnimg.cn/f6d7626976f94832973865b555381d0c.jpeg
[5d224d3d8d5b4f76a341b9706f3152ee.jpeg]: https://img-blog.csdnimg.cn/5d224d3d8d5b4f76a341b9706f3152ee.jpeg
[50e0f6162c914a04b8c003b30fcd88cc.jpeg]: https://img-blog.csdnimg.cn/50e0f6162c914a04b8c003b30fcd88cc.jpeg
[CSDN_-C_SpringBoot]: https://blog.csdn.net/badao_liumang_qizhi