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JTS 中的几何关系判断方法

JTS Topology Suite 是 GeoTools 的核心依赖，提供了处理几何对象（如点、线、面）及其空间关系的工具。JTS 的空间关系判断基于 DE-9IM（Dimensionally Extended 9-Intersection Model），通过比较两个几何对象的内部、边界和外部的交集来确定它们的空间关系。以下是 JTS 中常用的空间关系判断方法：

核心方法

• intersects()：判断两个几何对象是否相交（至少有一个公共点）。
• contains()：判断一个几何对象是否完全包含另一个几何对象（后者所有点都在前者内部）。
• within()：判断一个几何对象是否完全位于另一个几何对象内部（与 contains() 互为逆关系）。
• overlaps()：判断两个几何对象是否部分重叠（有公共部分，但互不完全包含）。
• touches()：判断两个几何对象是否仅在边界接触（无内部交集）。
• disjoint()：判断两个几何对象是否完全分离（无任何公共点）。
• covers()：判断一个几何对象是否覆盖另一个几何对象（后者所有点在前者内部或边界上，较 contains() 宽松）。
• coveredBy()：判断一个几何对象是否被另一个几何对象覆盖（与 covers() 互为逆关系）。

方法特点

• 这些方法返回 boolean 值，表示空间关系是否成立。
• 基于 DE-9IM 模型，支持点、线、面等多种几何类型。
• 性能高效，适合大规模空间分析。

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空间关系判断示例

我们将通过 GeoTools 和 JTS 实现以下空间关系判断示例：

1. 判断一个点是否在一个多边形（面）内。
2. 判断两条线是否相交。
3. 判断两个多边形是否接触。

项目设置

1. 添加依赖：在 Maven 项目中添加 GeoTools 和 JTS 依赖：

   <dependency><groupId>org.geotools</groupId><artifactId>gt-main</artifactId><version>24.0</version>
   </dependency>
   <dependency><groupId>org.locationtech.jts</groupId><artifactId>jts-core</artifactId><version>1.18.2</version>
   </dependency>
   <repository><id>osgeo</id><url>https://repo.osgeo.org/repository/release/</url>
   </repository>
   

2. 开发环境：Java 11+，IDE（如 IntelliJ 或 Eclipse）。

示例代码

以下代码展示如何使用 JTS 的几何关系判断方法：

import org.locationtech.jts.geom.*;
import org.locationtech.jts.io.WKTReader;public class SpatialRelationshipExample {public static void main(String[] args) throws Exception {// 初始化 WKTReader 用于解析几何WKTReader wktReader = new WKTReader(new GeometryFactory());// 示例 1：判断点是否在多边形内Point point = (Point) wktReader.read("POINT (1 1)");Polygon polygon = (Polygon) wktReader.read("POLYGON ((0 0, 0 2, 2 2, 2 0, 0 0))");boolean isPointInPolygon = polygon.contains(point);System.out.println("Point is in Polygon: " + isPointInPolygon); // 应输出 true// 示例 2：判断两条线是否相交LineString line1 = (LineString) wktReader.read("LINESTRING (0 0, 2 2)");LineString line2 = (LineString) wktReader.read("LINESTRING (0 2, 2 0)");boolean doLinesIntersect = line1.intersects(line2);System.out.println("Lines intersect: " + doLinesIntersect); // 应输出 true// 示例 3：判断两个多边形是否接触Polygon polygon1 = (Polygon) wktReader.read("POLYGON ((0 0, 0 2, 2 2, 2 0, 0 0))");Polygon polygon2 = (Polygon) wktReader.read("POLYGON ((2 0, 2 2, 4 2, 4 0, 2 0))");boolean doPolygonsTouch = polygon1.touches(polygon2);System.out.println("Polygons touch: " + doPolygonsTouch); // 应输出 true}
}

代码说明

• WKTReader：用于从 WKT（Well-Known Text）字符串创建几何对象，便于测试。
• GeometryFactory：JTS 的工厂类，用于构造几何对象。
• contains()：检查点 (1, 1) 是否在多边形内（结果为 true）。
• intersects()：检查两条线是否相交（交叉点为 (1, 1)，结果为 true）。
• touches()：检查两个多边形是否仅在边界接触（共享边，结果为 true）。

输出结果

运行代码将输出：

Point is in Polygon: true
Lines intersect: true
Polygons touch: true

扩展：使用 GeoTools 的 SimpleFeature

在 GeoTools 中，几何数据通常存储在 SimpleFeature 中。以下示例展示如何从 SimpleFeature 提取几何并进行空间关系判断：

import org.geotools.feature.simple.SimpleFeatureBuilder;
import org.geotools.feature.simple.SimpleFeatureTypeBuilder;
import org.geotools.referencing.crs.DefaultGeographicCRS;
import org.locationtech.jts.geom.*;
import org.opengis.feature.simple.SimpleFeature;
import org.opengis.feature.simple.SimpleFeatureType;public class FeatureSpatialRelationshipExample {public static void main(String[] args) {// 创建 SimpleFeatureTypeSimpleFeatureTypeBuilder typeBuilder = new SimpleFeatureTypeBuilder();typeBuilder.setName("Location");typeBuilder.setCRS(DefaultGeographicCRS.WGS84);typeBuilder.add("geometry", Geometry.class);SimpleFeatureType type = typeBuilder.buildFeatureType();// 创建 SimpleFeatureBuilderSimpleFeatureBuilder featureBuilder = new SimpleFeatureBuilder(type);GeometryFactory geometryFactory = new GeometryFactory();// 创建点要素Point point = geometryFactory.createPoint(new Coordinate(1, 1));featureBuilder.add(point);SimpleFeature pointFeature = featureBuilder.buildFeature("point.1");// 创建多边形要素Polygon polygon = geometryFactory.createPolygon(new Coordinate[] {new Coordinate(0, 0), new Coordinate(0, 2),new Coordinate(2, 2), new Coordinate(2, 0),new Coordinate(0, 0)});featureBuilder.add(polygon);SimpleFeature polygonFeature = featureBuilder.buildFeature("polygon.1");// 提取几何并判断关系Geometry pointGeom = (Geometry) pointFeature.getDefaultGeometry();Geometry polygonGeom = (Geometry) polygonFeature.getDefaultGeometry();boolean isPointInPolygon = polygonGeom.contains(pointGeom);System.out.println("Point Feature is in Polygon Feature: " + isPointInPolygon); // 输出 true}
}

此示例展示了如何结合 GeoTools 的 SimpleFeature 和 JTS 的空间关系判断，适用于从数据存储（如 Shapefile）加载的要素。

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应用场景：检查设施是否在特定区域内

空间关系判断在 GIS 应用中有广泛用途。一个典型场景是 检查某个设施（如医院、加油站）是否位于特定区域（如行政区划、洪水风险区）内。以下是具体应用：

场景描述

• 数据：
  • 设施数据集：包含设施位置（点几何）和属性（如名称）。
  • 区域数据集：包含行政区划或风险区域（多边形几何）。
• 任务：判断哪些设施位于特定区域内。
• 方法：使用 contains() 或 within() 检查设施点是否在区域多边形内。

示例代码：检查设施位置

假设我们有一个 Shapefile 包含设施点（facilities.shp）和一个多边形区域（zone.shp），以下代码实现检查：

import org.geotools.data.DataStore;
import org.geotools.data.DataStoreFinder;
import org.geotools.data.simple.SimpleFeatureCollection;
import org.geotools.data.simple.SimpleFeatureIterator;
import org.geotools.data.simple.SimpleFeatureSource;
import org.locationtech.jts.geom.Geometry;
import org.opengis.feature.simple.SimpleFeature;import java.io.File;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
public class FacilityInZoneExample {public static void main(String[] args) throws Exception {// 加载设施数据File facilitiesFile = new File("facilities.shp");Map<String, Object> facilitiesParams = new HashMap<>();facilitiesParams.put("url", facilitiesFile.toURI().toURL());DataStore facilitiesStore = DataStoreFinder.getDataStore(facilitiesParams);SimpleFeatureSource facilitiesSource = facilitiesStore.getFeatureSource(facilitiesStore.getTypeNames()[0]);SimpleFeatureCollection facilities = facilitiesSource.getFeatures();// 加载区域数据（假设只有一个多边形）File zoneFile = new File("zone.shp");Map<String, Object> zoneParams = new HashMap<>();zoneParams.put("url", zoneFile.toURI().toURL());DataStore zoneStore = DataStoreFinder.getDataStore(zoneParams);SimpleFeatureSource zoneSource = zoneStore.getFeatureSource(zoneStore.getTypeNames()[0]);SimpleFeatureCollection zones = zoneSource.getFeatures();SimpleFeature zoneFeature = zones.features().next(); // 取第一个区域Geometry zoneGeometry = (Geometry) zoneFeature.getDefaultGeometry();// 检查设施是否在区域内List<String> facilitiesInZone = new ArrayList<>();try (SimpleFeatureIterator iterator = facilities.features()) {while (iterator.hasNext()) {SimpleFeature facility = iterator.next();Geometry facilityGeometry = (Geometry) facility.getDefaultGeometry();if (zoneGeometry.contains(facilityGeometry)) {String facilityName = (String) facility.getAttribute("name");facilitiesInZone.add(facilityName);}}}// 输出结果System.out.println("Facilities in Zone: " + facilitiesInZone);// 清理资源facilitiesStore.dispose();zoneStore.dispose();}
}

说明

• 数据加载：使用 DataStoreFinder 加载 Shapefile 数据。
• 几何提取：从 SimpleFeature 中获取设施点和区域多边形的几何。
• contains()：检查每个设施点是否在区域多边形内。
• 结果输出：记录符合条件的设施名称。

注意 ：
JTS 提供了丰富而高效的空间关系判断方法（如 intersects()、contains()），基于 DE-9IM 模型。GeoTools 结合 JTS，支持从 SimpleFeature 提取几何进行空间分析。空间关系判断在设施位置分析等场景中非常实用，易于集成到 GIS 应用中。

实际应用

• 城市规划：检查医院是否在洪水风险区内，辅助选址决策。
• 物流管理：判断仓库是否在配送区域内，优化配送路线。
• 环境监测：检查监测点是否在污染区域内，评估环境风险。
  注意事项****坐标系一致性：确保所有几何对象的坐标系（CRS）一致（如 WGS84），否则需进行投影转换。几何有效性：使用 isValid() 检查几何对象，避免因无效几何导致错误。性能优化：对于大规模数据集，考虑使用空间索引（如 R-Tree）加速查询资源管理：及时调用 DataStore.dispose() 释放资源。