Creazione di un poligono complesso da un livello punti usando solo punti limite in ArcGIS Desktop


11

Devo convertire un livello punto in un poligono, usando i punti limite di una griglia complessa per definire i bordi del poligono.

Devo incorporarlo in un framework ModelBuilder in ArcGIS Desktop 10.3. Sarà necessario iterare il processo (se possibile) a causa di molti dati in entrata.

Lo strato di punti viene grigliato su un segmento di fiume e devo determinare i punti di confine dei fiumi e collegarli per creare uno strato poligonale del segmento di fiume.

Lo scafo convesso non sembra funzionare con il modo in cui i fiumi si snodano, ho bisogno di un confine pulito e stretto, non di un contenimento come lo scafo convesso. Ho livelli solo per i punti di confine, ma non so come collegarli per arrivare a un poligono.

Esempio di processo teorico


1
Quello che vuoi è uno scafo concavo , che non è nativamente disponibile in ArcGIS, a differenza degli scafi convessi. Se la spaziatura dei punti è piuttosto ridotta, è possibile utilizzare la distanza euclidea> Riclassifica> Espandi> Da raster a poligono o punti aggregati .
Dmahr

2
Crea TIN usando i punti. Delineare TIN (solo al di fuori dei confini) utilizzando una distanza ragionevole. Converti TIN in triangoli e rimuovi quelli che ritieni non siano corretti. Unisci triangoli insieme.
FelixIP,

Grazie, ho iniziato a lavorare su questi e testarli.
A.Wittenberg,

Questo sito web sembra discutere delle librerie Python utili per estrarre forme dai punti. blog.thehumangeo.com/2014/05/12/drawing-boundaries-in-python Non ho provato il codice, quindi non so se tutte le librerie vengono fornite con l'installazione di Python oppure no. Ad ogni modo, sembra promettente.
Richard Fairhurst,

Espansione del metodo Felix, penso: mappingcenter.esri.com/index.cfm?fa=ask.answers&q=1661 Inoltre, GeoWizards ET ha uno strumento per questo. Prendo atto che la stima dello scafo di COncave è collegata in diverse risposte, ma i collegamenti sono tutti interrotti (presumo dopo l'ultimo rimpasto web di Esri) e non riesco a trovare un collegamento aggiornato.
Chris W,

Risposte:


21

Questo thread di GeoNet ha avuto una lunga discussione sul tema degli scafi convessi / concavi e molte immagini, collegamenti e allegati. Sfortunatamente, tutte le immagini, i collegamenti e gli allegati sono stati rotti quando il vecchio forum e la galleria per Esri sono stati sostituiti da Geonet o rimossi.

Ecco le mie variazioni sulla sceneggiatura di Concave Hull Estimator creata da Bruce Harold of Esri. Penso che la mia versione abbia apportato numerosi miglioramenti.

Non vedo un modo per allegare qui il file dello strumento zippato, quindi ho creato un post sul blog con la versione zippata dello strumento qui . Ecco una foto dell'interfaccia.

Scafo convesso per interfaccia caso

Ecco un'immagine di alcune uscite (non ricordo il fattore k per questa immagine). k indica il numero minimo di punti vicini cercati per ciascun punto di confine dello scafo. Valori più alti di k producono confini più uniformi. Laddove i dati di input sono dispersi in modo non uniforme, nessun valore di k può provocare uno scafo chiuso.

esempio

Ecco il codice:

# Author: ESRI
# Date:   August 2010
#
# Purpose: This script creates a concave hull polygon FC using a k-nearest neighbours approach
#          modified from that of A. Moreira and M. Y. Santos, University of Minho, Portugal.
#          It identifies a polygon which is the region occupied by an arbitrary set of points
#          by considering at least "k" nearest neighbouring points (30 >= k >= 3) amongst the set.
#          If input points have uneven spatial density then any value of k may not connect the
#          point "clusters" and outliers will be excluded from the polygon.  Pre-processing into
#          selection sets identifying clusters will allow finding hulls one at a time.  If the
#          found polygon does not enclose the input point features, higher values of k are tried
#          up to a maximum of 30.
#
# Author: Richard Fairhurst
# Date:   February 2012
#
# Update:  The script was enhanced by Richard Fairhurst to include an optional case field parameter.
#          The case field can be any numeric, string, or date field in the point input and is
#          used to sort the points and generate separate polygons for each case value in the output.
#          If the Case field is left blank the script will work on all input points as it did
#          in the original script.
#
#          A field named "POINT_CNT" is added to the output feature(s) to indicate the number of
#          unique point locations used to create the output polygon(s).
#
#          A field named "ENCLOSED" is added to the output feature(s) to indicates if all of the
#          input points were enclosed by the output polygon(s). An ENCLOSED value of 1 means all
#          points were enclosed. When the ENCLOSED value is 0 and Area and Perimeter are greater
#          than 0, either all points are touching the hull boundary or one or more outlier points
#          have been excluded from the output hull. Use selection sets or preprocess input data
#          to find enclosing hulls. When a feature with an ENCLOSED value of 0 and Empty or Null
#          geometry is created (Area and Perimeter are either 0 or Null) insufficient input points
#          were provided to create an actual polygon.
try:

    import arcpy
    import itertools
    import math
    import os
    import sys
    import traceback
    import string

    arcpy.overwriteOutput = True

    #Functions that consolidate reuable actions
    #

    #Function to return an OID list for k nearest eligible neighbours of a feature
    def kNeighbours(k,oid,pDict,excludeList=[]):
        hypotList = [math.hypot(pDict[oid][0]-pDict[id][0],pDict[oid][5]-pDict[id][6]) for id in pDict.keys() if id <> oid and id not in excludeList]
        hypotList.sort()
        hypotList = hypotList[0:k]
        oidList = [id for id in pDict.keys() if math.hypot(pDict[oid][0]-pDict[id][0],pDict[oid][7]-pDict[id][8]) in hypotList and id <> oid and id not in excludeList]
        return oidList

    #Function to rotate a point about another point, returning a list [X,Y]
    def RotateXY(x,y,xc=0,yc=0,angle=0):
        x = x - xc
        y = y - yc
        xr = (x * math.cos(angle)) - (y * math.sin(angle)) + xc
        yr = (x * math.sin(angle)) + (y * math.cos(angle)) + yc
        return [xr,yr]

    #Function finding the feature OID at the rightmost angle from an origin OID, with respect to an input angle
    def Rightmost(oid,angle,pDict,oidList):
        origxyList = [pDict[id] for id in pDict.keys() if id in oidList]
        rotxyList = []
        for p in range(len(origxyList)):
            rotxyList.append(RotateXY(origxyList[p][0],origxyList[p][9],pDict[oid][0],pDict[oid][10],angle))
        minATAN = min([math.atan2((xy[1]-pDict[oid][11]),(xy[0]-pDict[oid][0])) for xy in rotxyList])
        rightmostIndex = rotxyList.index([xy for xy in rotxyList if math.atan2((xy[1]-pDict[oid][1]),(xy[0]-pDict[oid][0])) == minATAN][0])
        return oidList[rightmostIndex]

    #Function to detect single-part polyline self-intersection    
    def selfIntersects(polyline):
        lList = []
        selfIntersects = False
        for n in range(0, len(line.getPart(0))-1):
            lList.append(arcpy.Polyline(arcpy.Array([line.getPart(0)[n],line.getPart(0)[n+1]])))
        for pair in itertools.product(lList, repeat=2): 
            if pair[0].crosses(pair[1]):
                selfIntersects = True
                break
        return selfIntersects

    #Function to construct the Hull
    def createHull(pDict, outCaseField, lastValue, kStart, dictCount, includeNull):
        #Value of k must result in enclosing all data points; create condition flag
        enclosesPoints = False
        notNullGeometry = False
        k = kStart

        if dictCount > 1:
            pList = [arcpy.Point(xy[0],xy[1]) for xy in pDict.values()]
            mPoint = arcpy.Multipoint(arcpy.Array(pList),sR)
            minY = min([xy[1] for xy in pDict.values()])


            while not enclosesPoints and k <= 30:
                arcpy.AddMessage("Finding hull for k = " + str(k))
                #Find start point (lowest Y value)
                startOID = [id for id in pDict.keys() if pDict[id][1] == minY][0]
                #Select the next point (rightmost turn from horizontal, from start point)
                kOIDList = kNeighbours(k,startOID,pDict,[])
                minATAN = min([math.atan2(pDict[id][14]-pDict[startOID][15],pDict[id][0]-pDict[startOID][0]) for id in kOIDList])
                nextOID = [id for id in kOIDList if math.atan2(pDict[id][1]-pDict[startOID][1],pDict[id][0]-pDict[startOID][0]) == minATAN][0]
                #Initialise the boundary array
                bArray = arcpy.Array(arcpy.Point(pDict[startOID][0],pDict[startOID][18]))
                bArray.add(arcpy.Point(pDict[nextOID][0],pDict[nextOID][19]))
                #Initialise current segment lists
                currentOID = nextOID
                prevOID = startOID
                #Initialise list to be excluded from candidate consideration (start point handled additionally later)
                excludeList = [startOID,nextOID]
                #Build the boundary array - taking the closest rightmost point that does not cause a self-intersection.
                steps = 2
                while currentOID <> startOID and len(pDict) <> len(excludeList):
                    try:
                        angle = math.atan2((pDict[currentOID][20]- pDict[prevOID][21]),(pDict[currentOID][0]- pDict[prevOID][0]))
                        oidList = kNeighbours(k,currentOID,pDict,excludeList)
                        nextOID = Rightmost(currentOID,0-angle,pDict,oidList)
                        pcArray = arcpy.Array([arcpy.Point(pDict[currentOID][0],pDict[currentOID][22]),\
                                            arcpy.Point(pDict[nextOID][0],pDict[nextOID][23])])
                        while arcpy.Polyline(bArray,sR).crosses(arcpy.Polyline(pcArray,sR)) and len(oidList) > 0:
                            #arcpy.AddMessage("Rightmost point from " + str(currentOID) + " : " + str(nextOID) + " causes self intersection - selecting again")
                            excludeList.append(nextOID)
                            oidList.remove(nextOID)
                            oidList = kNeighbours(k,currentOID,pDict,excludeList)
                            if len(oidList) > 0:
                                nextOID = Rightmost(currentOID,0-angle,pDict,oidList)
                                #arcpy.AddMessage("nextOID candidate: " + str(nextOID))
                                pcArray = arcpy.Array([arcpy.Point(pDict[currentOID][0],pDict[currentOID][24]),\
                                                    arcpy.Point(pDict[nextOID][0],pDict[nextOID][25])])
                        bArray.add(arcpy.Point(pDict[nextOID][0],pDict[nextOID][26]))
                        prevOID = currentOID
                        currentOID = nextOID
                        excludeList.append(currentOID)
                        #arcpy.AddMessage("CurrentOID = " + str(currentOID))
                        steps+=1
                        if steps == 4:
                            excludeList.remove(startOID)
                    except ValueError:
                        arcpy.AddMessage("Zero reachable nearest neighbours at " + str(pDict[currentOID]) + " , expanding search")
                        break
                #Close the boundary and test for enclosure
                bArray.add(arcpy.Point(pDict[startOID][0],pDict[startOID][27]))
                pPoly = arcpy.Polygon(bArray,sR)
                if pPoly.length == 0:
                    break
                else:
                    notNullGeometry = True
                if mPoint.within(arcpy.Polygon(bArray,sR)):
                    enclosesPoints = True
                else:
                    arcpy.AddMessage("Hull does not enclose data, incrementing k")
                    k+=1
            #
            if not mPoint.within(arcpy.Polygon(bArray,sR)):
                arcpy.AddWarning("Hull does not enclose data - probable cause is outlier points")

        #Insert the Polygons
        if (notNullGeometry and includeNull == False) or includeNull:
            rows = arcpy.InsertCursor(outFC)
            row = rows.newRow()
            if outCaseField > " " :
                row.setValue(outCaseField, lastValue)
            row.setValue("POINT_CNT", dictCount)
            if notNullGeometry:
                row.shape = arcpy.Polygon(bArray,sR)
                row.setValue("ENCLOSED", enclosesPoints)
            else:
                row.setValue("ENCLOSED", -1)
            rows.insertRow(row)
            del row
            del rows
        elif outCaseField > " ":
            arcpy.AddMessage("\nExcluded Null Geometry for case value " + str(lastValue) + "!")
        else:
            arcpy.AddMessage("\nExcluded Null Geometry!")

    # Main Body of the program.
    #
    #

    #Get the input feature class or layer
    inPoints = arcpy.GetParameterAsText(0)
    inDesc = arcpy.Describe(inPoints)
    inPath = os.path.dirname(inDesc.CatalogPath)
    sR = inDesc.spatialReference

    #Get k
    k = arcpy.GetParameter(1)
    kStart = k

    #Get output Feature Class
    outFC = arcpy.GetParameterAsText(2)
    outPath = os.path.dirname(outFC)
    outName = os.path.basename(outFC)

    #Get case field and ensure it is valid
    caseField = arcpy.GetParameterAsText(3)
    if caseField > " ":
        fields = inDesc.fields
        for field in fields:
            # Check the case field type
            if field.name == caseField:
                caseFieldType = field.type
                if caseFieldType not in ["SmallInteger", "Integer", "Single", "Double", "String", "Date"]:
                    arcpy.AddMessage("\nThe Case Field named " + caseField + " is not a valid case field type!  The Case Field will be ignored!\n")
                    caseField = " "
                else:
                    if caseFieldType in ["SmallInteger", "Integer", "Single", "Double"]:
                        caseFieldLength = 0
                        caseFieldScale = field.scale
                        caseFieldPrecision = field.precision
                    elif caseFieldType == "String":
                        caseFieldLength = field.length
                        caseFieldScale = 0
                        caseFieldPrecision = 0
                    else:
                        caseFieldLength = 0
                        caseFieldScale = 0
                        caseFieldPrecision = 0

    #Define an output case field name that is compliant with the output feature class
    outCaseField = str.upper(str(caseField))
    if outCaseField == "ENCLOSED":
        outCaseField = "ENCLOSED1"
    if outCaseField == "POINT_CNT":
        outCaseField = "POINT_CNT1"
    if outFC.split(".")[-1] in ("shp","dbf"):
        outCaseField = outCaseField[0,10] #field names in the output are limited to 10 charaters!

    #Get Include Null Geometry Feature flag
    if arcpy.GetParameterAsText(4) == "true":
        includeNull = True
    else:
        includeNull = False

    #Some housekeeping
    inDesc = arcpy.Describe(inPoints)
    sR = inDesc.spatialReference
    arcpy.env.OutputCoordinateSystem = sR
    oidName = str(inDesc.OIDFieldName)
    if inDesc.dataType == "FeatureClass":
        inPoints = arcpy.MakeFeatureLayer_management(inPoints)

    #Create the output
    arcpy.AddMessage("\nCreating Feature Class...")
    outFC = arcpy.CreateFeatureclass_management(outPath,outName,"POLYGON","#","#","#",sR).getOutput(0)
    if caseField > " ":
        if caseFieldType in ["SmallInteger", "Integer", "Single", "Double"]:
            arcpy.AddField_management(outFC, outCaseField, caseFieldType, str(caseFieldScale), str(caseFieldPrecision))
        elif caseFieldType == "String":
            arcpy.AddField_management(outFC, outCaseField, caseFieldType, "", "", str(caseFieldLength))
        else:
            arcpy.AddField_management(outFC, outCaseField, caseFieldType)
    arcpy.AddField_management(outFC, "POINT_CNT", "Long")
    arcpy.AddField_management(outFC, "ENCLOSED", "SmallInteger")

    #Build required data structures
    arcpy.AddMessage("\nCreating data structures...")
    rowCount = 0
    caseCount = 0
    dictCount = 0
    pDict = {} #dictionary keyed on oid with [X,Y] list values, no duplicate points
    if caseField > " ":
        for p in arcpy.SearchCursor(inPoints, "", "", "", caseField + " ASCENDING"):
            rowCount += 1
            if rowCount == 1:
                #Initialize lastValue variable when processing the first record.
                lastValue = p.getValue(caseField)
            if lastValue == p.getValue(caseField):
                #Continue processing the current point subset.
                if [p.shape.firstPoint.X,p.shape.firstPoint.Y] not in pDict.values():
                    pDict[p.getValue(inDesc.OIDFieldName)] = [p.shape.firstPoint.X,p.shape.firstPoint.Y]
                    dictCount += 1
            else:
                #Create a hull prior to processing the next case field subset.
                createHull(pDict, outCaseField, lastValue, kStart, dictCount, includeNull)
                if outCaseField > " ":
                    caseCount += 1
                #Reset variables for processing the next point subset.
                pDict = {}
                pDict[p.getValue(inDesc.OIDFieldName)] = [p.shape.firstPoint.X,p.shape.firstPoint.Y]
                lastValue = p.getValue(caseField)
                dictCount = 1
    else:
        for p in arcpy.SearchCursor(inPoints):
            rowCount += 1
            if [p.shape.firstPoint.X,p.shape.firstPoint.Y] not in pDict.values():
                pDict[p.getValue(inDesc.OIDFieldName)] = [p.shape.firstPoint.X,p.shape.firstPoint.Y]
                dictCount += 1
                lastValue = 0
    #Final create hull call and wrap up of the program's massaging
    createHull(pDict, outCaseField, lastValue, kStart, dictCount, includeNull)
    if outCaseField > " ":
        caseCount += 1
    arcpy.AddMessage("\n" + str(rowCount) + " points processed.  " + str(caseCount) + " case value(s) processed.")
    if caseField == " " and arcpy.GetParameterAsText(3) > " ":
        arcpy.AddMessage("\nThe Case Field named " + arcpy.GetParameterAsText(3) + " was not a valid field type and was ignored!")
    arcpy.AddMessage("\nFinished")


#Error handling    
except:
    tb = sys.exc_info()[2]
    tbinfo = traceback.format_tb(tb)[0]
    pymsg = "PYTHON ERRORS:\nTraceback Info:\n" + tbinfo + "\nError Info:\n    " + \
            str(sys.exc_type)+ ": " + str(sys.exc_value) + "\n"
    arcpy.AddError(pymsg)

    msgs = "GP ERRORS:\n" + arcpy.GetMessages(2) + "\n"
    arcpy.AddError(msgs)

Ecco le immagini che ho appena elaborato su una serie di punti di indirizzo per tre suddivisioni. Per confronto, vengono mostrati i pacchi originali. Il fattore k iniziale per questa corsa di strumento era impostato su 3, ma lo strumento ripeteva ogni punto impostato su almeno un fattore ak di 6 prima di creare ciascun poligono (per uno di essi veniva utilizzato un fattore ak di 9). Lo strumento ha creato la nuova classe di caratteristiche dello scafo e tutti e 3 gli scafi in meno di 35 secondi. La presenza di punti distribuiti in qualche modo regolarmente che riempiono l'interno dello scafo aiuta effettivamente a creare un contorno dello scafo più accurato rispetto al semplice utilizzo dell'insieme di punti che dovrebbe definire il contorno.

Pacchi e punti di indirizzo originali

Scafi concavi creati da punti di indirizzo

Sovrapposizione di scafi concavi su pacchi originali


Grazie per la versione aggiornata / migliorata! Puoi cercare qui la domanda più votata per gli scafi concavi ArcGIS e pubblicare anche qui la tua risposta. Come ho accennato in un commento precedente, diverse domande fanno riferimento a quel vecchio link non funzionante e avere questa risposta in sostituzione sarebbe utile. In alternativa, tu (o qualcuno) potresti commentare quelle domande e collegarle a questa.
Chris W,

Questo è eccellente! Ma ho un'altra domanda. Seguendo il mio sistema fluviale come indicato nella domanda, questo strumento ha un modo per rendere conto di un'isola nel mezzo di un fiume che vorresti omettere?
A.Wittenberg,

No, non ha modo di formare uno scafo con un buco al suo interno. Oltre a disegnare il foro separatamente, è possibile aggiungere punti per riempire la regione che si desidera mantenere come foro e assegnarli con un attributo "foro" (ogni foro dovrebbe essere unico per evitare di unirsi ad altri fori non correlati). Si formerebbe quindi uno scafo per definire il buco come un poligono separato. È possibile creare fiumi e buche contemporaneamente. Quindi copia il livello e assegna la copia con una query di definizione per mostrare solo i poligoni del foro. Quindi usa quei buchi come funzionalità di cancellazione su tutto il livello.
Richard Fairhurst,
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