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h3笔记：polygon

news 2025/9/15 5:21:19

h3-py使用抽象基类 H3Shape 及其具体子类 LatLngPoly 和 LatLngMultiPoly 来表示多边形 (polygon) 和多多边形 (multipolygon)
- 任何涉及 “H3Shape” 的引用或函数名，都同时适用于 LatLngPoly 和 LatLngMultiPoly 对象

1 LatLngPoly

通过提供一组 经纬度 (latitude/longitude) 坐标对 来创建一个简单的 LatLngPoly 对象，这些坐标描述了多边形的外边界。

import h3
import foliumouter = [(37.804, -122.412),(37.778, -122.507),(37.733, -122.501)
]poly = h3.LatLngPoly(outer)
print(poly)
#<LatLngPoly: [3]># folium 地图
m = folium.Map(location=[37.77, -122.45], zoom_start=12, tiles="cartodbpositron")folium.GeoJson(poly.__geo_interface__
).add_to(m)
m

还可以选择性地在多边形中添加 “孔洞 (holes)” —— 只需再追加一些经纬度坐标列表，用来描述这些孔洞即可

hole1 = [(37.782, -122.449),(37.779, -122.465),(37.788, -122.454),
]poly = h3.LatLngPoly(outer, hole1)
print(poly)
#<LatLngPoly: [3/(3,)]># folium 地图
m = folium.Map(location=[37.77, -122.45], zoom_start=12, tiles="cartodbpositron")folium.GeoJson(poly.__geo_interface__
).add_to(m)
m

hole2 = [(37.771, -122.484),(37.761, -122.481),(37.758, -122.494),(37.769, -122.496),
]poly = h3.LatLngPoly(outer, hole1, hole2)
print(poly)
# folium 地图
m = folium.Map(location=[37.77, -122.45], zoom_start=12, tiles="cartodbpositron")folium.GeoJson(poly.__geo_interface__
).add_to(m)
m

1.1 字符串表示与属性

LatLngPoly 的字符串表示（通过它的 __repr__ 方法给出）会显示：

外环（outer loop）顶点的数量；
以及每个孔洞（hole）顶点的数量。

<LatLngPoly: [3/(3, 4)]>

表示一个多边形：

外边界由 3 个顶点组成；
内部有 2 个孔洞，第一个孔洞由 3 个顶点组成，第二个孔洞由 4 个顶点组成。

1.2 坐标访问

可以通过属性来访问构成多边形的坐标：

LatLngPoly.outer
返回外环的经纬度点列表（外边界）。
LatLngPoly.holes

返回一个列表，其中每个元素又是一个经纬度点列表，分别描述每个孔洞。

poly = h3.LatLngPoly(outer, hole1, hole2)
poly.outer
#((37.804, -122.412), (37.778, -122.507), (37.733, -122.501))poly.holes
'''
([(37.782, -122.449), (37.779, -122.465), (37.788, -122.454)],[(37.771, -122.484),(37.761, -122.481),(37.758, -122.494),(37.769, -122.496)])
'''

2 __geo_interface__

LatLngPoly.__geo_interface__ 会返回该多边形的 GeoJSON 表示
- LatLngPoly.__geo_interface__ 等价于对该对象调用 h3.h3shape_to_geo()：
需要注意以下区别：
- 点的顺序：GeoJSON 中的点是 (lng, lat)（经度在前，纬度在后），而 LatLngPoly 构造函数需要 (lat, lng)。
- 首尾点重复：GeoJSON 中的多边形，最后一个顶点会重复第一个顶点，以闭合环路。

d = poly.__geo_interface__
d

h3.h3shape_to_geo(poly)
'''
{'type': 'Polygon','coordinates': (((-122.412, 37.804),(-122.507, 37.778),(-122.501, 37.733),(-122.412, 37.804)),((-122.449, 37.782),(-122.465, 37.779),(-122.454, 37.788),(-122.449, 37.782)),((-122.484, 37.771),(-122.481, 37.761),(-122.494, 37.758),(-122.496, 37.769),(-122.484, 37.771)))}
'''

2.1 从 GeoJSON 创建 `LatLngPoly`

可以通过 h3.geo_to_h3shape() 从 GeoJSON 字典或任何实现了 __geo_interface__ 的对象来创建一个 LatLngPoly

d = poly.__geo_interface__
d
'''
{'type': 'Polygon','coordinates': (((-122.412, 37.804),(-122.507, 37.778),(-122.501, 37.733),(-122.412, 37.804)),((-122.449, 37.782),(-122.465, 37.779),(-122.454, 37.788),(-122.449, 37.782)),((-122.484, 37.771),(-122.481, 37.761),(-122.494, 37.758),(-122.496, 37.769),(-122.484, 37.771)))}
'''h3.geo_to_h3shape(d)
#<LatLngPoly: [3/(3, 4)]>

3 多边形转 H3 单元格

可以通过 h3.h3shape_to_cells() 获取某个多边形 (LatLngPoly) 内部所有 H3 单元格（cell）
具体来说，它会返回所有质心 (centroid) 落在该多边形内部的单元格索引
调用时需要指定 分辨率 (resolution)。

hole1 = [(37.782, -122.449),(37.779, -122.465),(37.788, -122.454),
]poly = h3.LatLngPoly(outer, hole1)
print(poly)h3.h3shape_to_cells(poly, res=7)
'''
<LatLngPoly: [3/(3,)]>
['872830958ffffff', '87283095bffffff', '87283095affffff', '872830829ffffff']
'''


from shapely.geometry import shape as shapely_shape
# folium 地图
m = folium.Map(location=[37.77, -122.45], zoom_start=12, tiles="cartodbpositron")folium.GeoJson(poly.__geo_interface__
).add_to(m)cells = h3.h3shape_to_cells(poly,9)
boundary = h3.cells_to_h3shape(cells) 
print(boundary)folium.GeoJson(boundary.__geo_interface__
).add_to(m)m

3.1 H3 多边形不要求遵循“右手法则”

与 GeoJSON Polygon 不同，LatLngPoly 对象 不需要遵循“右手法则”。
右手法则 的要求是：
- 外环（outer loop）顶点必须按 逆时针 (counterclockwise) 顺序排列；
- 孔洞（holes）顶点必须按 顺时针 (clockwise) 顺序排列。
在 h3-py 中：
- 顶点顺序可以随意，通常都会按你期望的方式解析，例如在转换为 H3 cell 集合时。
- 但是：h3-py 并不会自动调整顶点顺序来符合右手法则。
  - 所以如果你用 __geo_interface__ 去画图，可能出现渲染错误。

4 LatLngMultiPoly

一个 LatLngMultiPoly 可以由多个 LatLngPoly 对象创建。

它的字符串表示会显示：

每个 LatLngPoly 外环的顶点数量；
以及每个孔洞（如果存在）的顶点数量。

poly1 = h3.LatLngPoly([(37.804, -122.412), (37.778, -122.507), (37.733, -122.501)])
poly2 = h3.LatLngPoly([(37.803, -122.408), (37.736, -122.491), (37.738, -122.380), (37.787, -122.39)],[(37.760, -122.441), (37.772, -122.427), (37.773, -122.404), (37.758, -122.401), (37.745, -122.428)]
)
mpoly = h3.LatLngMultiPoly(poly1, poly2)print(poly1)
print(poly2)
print(mpoly)'''
<LatLngPoly: [3]>
<LatLngPoly: [4/(5,)]>
<LatLngMultiPoly: [3], [4/(5,)]>
'''

m = folium.Map(location=[37.77, -122.45], zoom_start=12, tiles="cartodbpositron")folium.GeoJson(mpoly.__geo_interface__
).add_to(m)
m

5 从 Cells 转换为 `LatLngPoly` 或 `LatLngMultiPoly`

如果你手里有一组 H3 单元格 (cells) 想要可视化，有两种常用做法：

转换为 LatLngPoly / LatLngMultiPoly
- 使用 h3.cells_to_h3shape(cells)。
- 得到的结果可以通过 __geo_interface__ 拿到 GeoJSON 表示，方便绘图（比如在 folium 或 geopandas 中）。
直接获取 GeoJSON
- 使用 h3.cells_to_geo(cells)。
- 直接返回一个 GeoJSON 风格的字典，可以立即丢给 folium.GeoJson() 使用。