«Жадные» линии отсечения с многоугольником

Я хочу обрезать набор полилиний (черные линии на изображении ниже) по внешней границе многоугольника. Любые пустоты внутри многоугольника должны игнорироваться. Мой идеальный выход - пунктирные желтые линии. Начальные линии могут быть или не быть прямыми. Изображение является упрощенным примером, в действительности многоугольник намного сложнее и содержит сотни линий. Я не думаю, что выпуклый корпус будет работать (но я могу ошибаться). Я открыт для решений в arcgis, qgis, arcpy, shapely и т. Д. Кодирование желательно выполнять на python, поскольку я открыт для других вариантов, если это необходимо. Arcgis также предпочтительнее, чтобы моим коллегам было проще делиться инструментом, но это не является обязательным требованием.

Лучшее, о чем я могу думать сейчас, - это пересечь отдельную линию с многоугольником, создавая набор точек на всех пересечениях границ. Сортировка точек по расстоянию до начала линии. Самая дальняя и ближайшая (FAC) точки будут внешней границей многоугольника. Затем используйте точки FAC, чтобы выбрать правильные вершины из исходной линии и создать желтую пунктирную линию из соответствующих точек. Это должно работать, но кажется более сложным, чем необходимо.

Несколько дополнительных мыслей:

• Линии линейные «достаточно», чтобы простой расчет расстояния между точками работал, линейные ссылки не должны быть необходимыми.
• Это было бы легко в arcpy, если бы был инструмент для разделения линии в точке, но я не могу найти ее.

Мысли кто-нибудь?

Я хочу добавить свое решение pyQGIS, больше ничего.

from PyQt4.QtCore import QVariant
from qgis.analysis import QgsGeometryAnalyzer

# get layers
lines = QgsMapLayerRegistry.instance().mapLayersByName('lines')[0]
clipper = QgsMapLayerRegistry.instance().mapLayersByName('clipper')[0]

# prepare result layer
clipped = QgsVectorLayer('LineString?crs=epsg:4326', 'clipped', 'memory')
clipped.startEditing()
clipped.addAttribute(QgsField('fid', QVariant.Int))
fni = clipped.fieldNameIndex('fid')
clipped.commitChanges()

prov = clipped.dataProvider()
fields = prov.fields()

for line in lines.getFeatures():
    # to increase performance filter possible clippers 
    clippers = clipper.getFeatures(QgsFeatureRequest().setFilterRect(line.geometry().boundingBox()))
    for clip in clippers:
            # split the line
            line1 = line.geometry().splitGeometry(clip.geometry().asPolygon()[0], True)
            feats = []
            # get the split points
            vertices = [QgsPoint(vert[0], vert[1]) for vert in line1[2]]
            for part in line1[1]:
                # for each split part check, if first AND last vertex equal to split points
                if part.vertexAt(0) in vertices and part.vertexAt(len(part.asPolyline())-1) in vertices:
                    # if so create feature and set fid to original line's id
                    feat = QgsFeature(fields)
                    feat.setAttributes([line.id()])
                    feat.setGeometry(part)
                    feats.append(feat)

            prov.addFeatures(feats)

# expose layer
clipped.updateExtents()
QgsMapLayerRegistry.instance().addMapLayers([clipped])

# now dissolve lines having the same value in field fni: here original line's id
diss = QgsGeometryAnalyzer()
diss.dissolve(clipped, 'E:\\clipped.shp', uniqueIdField=fni)

Мой тестовый пример - до отсечения:

После отсечения:

Чтобы получить полный набор атрибутов исходных линий, я думаю, что было бы лучше объединить их с результатом. В противном случае они должны быть созданы в разделе подготовки и установлены в самом внутреннем цикле. Но я не проверял, проходят ли они процесс растворения или теряются, потому что в принципе они могут иметь разные значения.

Это было бы легко в arcpy, если бы был инструмент для разделения линии в точке, но я не могу найти ее.

Если вы запустите Интегрировать с полигонами и линиями в качестве входных данных, он добавит вершину к каждой точке пересечения. (Осторожно, поскольку Integrate изменяет входы вместо создания новых выходов.)

Убедившись, что есть совпадающие вершины, вы можете перебрать вершины линии и проверить, не касается ли каждая из них другой функции. Из упорядоченного списка вершин, которые касаются, возьмите минимум и максимум из набора. Затем сделайте две строки для каждого объекта: A: (начало, ..., мин) и B: (максимум, ..., конец).

Другой вариант, хотя я не уверен, что ArcPy сохранит упорядочение частей объекта на основе упорядочения вершин во входном объекте, это запустить клип как есть. Для средней линии в вашем примере это должно привести к составной функции из трех частей. В зависимости от порядка вы можете выполнить итерацию для каждой составной строки, созданной Clip, и удалить все элементы, кроме первой и последней, из выходной многокомпонентной функции.

В этом случае нужно решить три вопроса:

• Отверстия
• Линии между полигонами
• Конечные строки

Отверстия

Поскольку любая линия в отверстии будет сохранена, удалите отверстия из полигонов. В приведенном ниже сценарии я делаю это с помощью курсоров и геометрий.

Линии между полигонами

Линии, которые касаются двух полигонов, должны быть удалены. В приведенном ниже сценарии я делаю это, выполняя пространственное соединение one to manyс моими линиями в качестве входного класса объектов и полигонами в качестве класса объектов соединения. Любая линия, которая генерируется дважды, касается двух многоугольников и удаляется.

Конечные строки

Чтобы удалить линии, которые касаются только многоугольника на одном конце, я конвертирую линии в конечные точки. Затем я использую слои объектов и выборки, чтобы определить, какие конечные точки являются плавающими. Я выбираю конечные точки, которые пересекают полигоны. Затем я переключаю свой выбор. Это выбирает конечные точки, которые не пересекаются с полигонами. Я выбираю любую линию, которая пересекает эти выбранные точки и удаляю их.

Результат

Предположения

• Входные данные - это классы объектов файловой базы геоданных
• Доступна расширенная лицензия ArcGIS (из-за eraseи feature vertices to points)
• Непрерывные, соединенные линии - это одна особенность
• Полигоны не перекрываются
• Нет многочастных многоугольников

скрипт

Сценарий ниже выводит класс пространственных объектов с именем вашего класса линейных пространственных объектов плюс _GreedyClip, в той же базе геоданных, что и ваш линейный класс пространственных объектов. Расположение рабочей области также необходимо.

#input polygon feature class
polyFc = r"C:\Users\e1b8\Desktop\E1B8\Workspace\Workspace.gdb\testPolygon2"
#input line feature class
lineFc = r"C:\Users\e1b8\Desktop\E1B8\Workspace\Workspace.gdb\testLine"
#workspace
workspace = r"in_memory"

print "importing"
import arcpy
import os

#generate a unique ArcGIS file name
def UniqueFileName(location = "in_memory", name = "file", extension = ""):
    if extension:
        outName = os.path.join (location, name + "." + extension)
    else:
        outName = os.path.join (location, name)
    i = 0
    while arcpy.Exists (outName):
        i += 1
        if extension:
            outName = os.path.join (location, "{0}_{1}.{2}".format (name, i, extension))
        else:
            outName = os.path.join (location, "{0}_{1}".format (name, i))
    return outName

#remove holes from polygons
def RemoveHoles (inFc, workspace):
    outFc = UniqueFileName (workspace)
    array = arcpy.Array ()
    sr = arcpy.Describe (inFc).spatialReference
    outPath, outName = os.path.split (outFc)
    arcpy.CreateFeatureclass_management (outPath, outName, "POLYGON", spatial_reference = sr)
    with arcpy.da.InsertCursor (outFc, "SHAPE@") as iCurs:
        with arcpy.da.SearchCursor (inFc, "SHAPE@") as sCurs:
            for geom, in sCurs:
                try:
                    part = geom.getPart (0)
                except:
                    continue
                for pnt in part:
                    if not pnt:
                        break
                    array.add (pnt)
                polygon = arcpy.Polygon (array)
                array.removeAll ()
                row = (polygon,)
                iCurs.insertRow (row)
    del iCurs
    del sCurs
    return outFc

#split line fc by polygon fc
def SplitLinesByPolygon (lineFc, polygonFc, workspace):
    #clip
    clipFc = UniqueFileName(workspace)
    arcpy.Clip_analysis (lineFc, polygonFc, clipFc)
    #erase
    eraseFc = UniqueFileName(workspace)
    arcpy.Erase_analysis (lineFc, polygonFc, eraseFc)
    #merge
    mergeFc = UniqueFileName(workspace)
    arcpy.Merge_management ([clipFc, eraseFc], mergeFc)
    #multipart to singlepart
    outFc = UniqueFileName(workspace)
    arcpy.MultipartToSinglepart_management (mergeFc, outFc)
    #delete intermediate data
    for trash in [clipFc, eraseFc, mergeFc]:
        arcpy.Delete_management (trash)
    return outFc

#remove lines between two polygons and end lines
def RemoveLines (inFc, polygonFc, workspace):
    #check if "TARGET_FID" is in fields
    flds = [f.name for f in arcpy.ListFields (inFc)]
    if "TARGET_FID" in flds:
        #delete "TARGET_FID" field
        arcpy.DeleteField_management (inFc, "TARGET_FID")
    #spatial join
    sjFc = UniqueFileName(workspace)
    arcpy.SpatialJoin_analysis (inFc, polygonFc, sjFc, "JOIN_ONE_TO_MANY")
    #list of TARGET_FIDs
    targetFids = [fid for fid, in arcpy.da.SearchCursor (sjFc, "TARGET_FID")]
    #target FIDs with multiple occurances
    deleteFids = [dFid for dFid in targetFids if targetFids.count (dFid) > 1]
    if deleteFids:
        #delete rows with update cursor
        with arcpy.da.UpdateCursor (inFc, "OID@") as cursor:
            for oid, in cursor:
                if oid in deleteFids:
                    cursor.deleteRow ()
        del cursor
    #feature vertices to points
    vertFc = UniqueFileName(workspace)
    arcpy.FeatureVerticesToPoints_management (inFc, vertFc, "BOTH_ENDS")
    #select points intersecting polygons
    arcpy.MakeFeatureLayer_management (vertFc, "vertLyr")
    arcpy.SelectLayerByLocation_management ("vertLyr", "", polygonFc, "1 FEET")
    #switch selection
    arcpy.SelectLayerByAttribute_management ("vertLyr", "SWITCH_SELECTION")
    arcpy.MakeFeatureLayer_management (inFc, "lineLyr")
    #check for selection
    if arcpy.Describe ("vertLyr").FIDSet:
        #select lines by selected points
        arcpy.SelectLayerByLocation_management ("lineLyr", "", "vertLyr", "1 FEET")
        #double check selection (should always have selection)
        if arcpy.Describe ("lineLyr").FIDSet:
            #delete selected rows
            arcpy.DeleteFeatures_management ("lineLyr")

    #delete intermediate data
    for trash in [sjFc, "vertLyr", "lineLyr"]:
        arcpy.Delete_management (trash)

#main script
def main (polyFc, lineFc, workspace):

    #remove holes
    print "removing holes"
    holelessPolyFc = RemoveHoles (polyFc, workspace)

    #split line at polygons
    print "splitting lines at polygons"
    splitFc = SplitLinesByPolygon (lineFc, holelessPolyFc, workspace)

    #delete unwanted lines
    print "removing unwanted lines"
    RemoveLines (splitFc, polyFc, workspace)

    #create output feature class
    outFc = lineFc + "_GreedyClip"
    outFcPath, outFcName = os.path.split (outFc)
    outFc = UniqueFileName (outFcPath, outFcName)
    arcpy.CopyFeatures_management (splitFc, outFc)
    print "created:"
    print outFc
    print
    print "cleaning up"
    #delete intermediate data
    for trash in [holelessPolyFc, splitFc]:
        arcpy.Delete_management (trash)

    print "done"                    

if __name__ == "__main__":
    main (polyFc, lineFc, workspace)