一种GIS空间叠加分析方法

本发明提供一种GIS空间叠加分析方法，包括：读取要进行空间叠加的图层的数据，并为图层中的面数据初始化其方向；将数据中所要叠加的对象按照叠加类型进行分离，然后将所要叠加的对象转换成线段；采用扫描线算法对转换成线段的叠加对象进行计算，得到并记录交点信息；结合交点信息，对所要叠加的对象按照数据的叠加类型进行几何计算；对几何计算结果，根据所述几何计算结果中的ID信息，从图层中对应的要素数据中继承相关的属性，得到最后的叠加分析结果。本发明的方法在求取交点时采用了扫描线算法，使得在一次操作中可以求得所有的交点，对多边形的任意一条线段只需要初始化一次，即可得到其产生的所有交点。

1.一种GIS空间叠加分析方法，包括：步骤1)、读取要进行空间叠加的图层的数据，并为所述图层中的面数据初始化其方向；步骤2)、将所述数据中所要叠加的对象按照叠加类型进行分离，然后对于点而言，为点添加辅助线段，使得所述点在该辅助线段上，对于面而言，将用于代表面的多边形拆分成多条线段，对于线则将线拆分成若干线段，其中，所述的叠加类型包括点面叠加、线面叠加以及面面叠加；步骤3)、采用扫描线算法对转换成线段的叠加对象进行计算，得到并记录交点信息；步骤4)、结合步骤3)所得到的交点信息，对所要叠加的对象按照数据的叠加类型进行几何计算，其中所述几何计算包括：点面叠加中的几何计算、线面叠加中的几何计算以及面面叠加中的几何计算，所述的点面叠加中的几何计算包括：对过同一点的所有线段进行区分，判断线段是对点添加辅助线段后得到的线段还是多边形的边，对每一条由点构造的辅助线段，计算其对应的点图层中的点与多边形的一条或者两条线段的关系，得到点在此多边形内还是多边形外，从而得到点在多边形所在面的内部还是外部，所述的线面叠加中的几何计算包括：对存在交点的线，根据当前线的所有交点以及交点的出入信息，分别得到所述线在多边形内部和外部的部分，对不存在交点的线，在所述线上选取一个代表点，根据所述点面叠加中的几何计算，得到所述代表点与表示面的多边形之间的关系，进而得到所述代表点所在线在表示面的多边形的内部或外部，所述的面面叠加中的几何计算包括：步骤4-1)、根据交点以及交点的出入属性信息，在表示不同面的多边形或多边形组之间做交和差操作，得到相应的多边形环；根据所述多边形环的交点信息，可以知道产生多边形环的多边形，在环的ID信息中记录，并根据所述多边形环的方向，将多边形环插入到内环或外环的集合中，步骤4-2)、对没有产生交点的环做交操作，根据环的方向，将环插入到内环集合或外环集合中；所述环也带有用于标识环是由哪个多边形插入的，以及此环被哪个多边形所包含的ID信息，步骤4-3)、根据上述步骤所得到的ID信息匹配内环与外环，将具有相同ID的内环与外环归属到同一个多边形中；步骤5)对步骤4)所得到的几何计算结果，根据所述几何计算结果从图层的数据中继承相关的属性，得到最后的叠加分析结果。
2.根据权利要求1所述的GIS空间叠加分析方法，其特征在于，在所述的步骤3)中，所述的扫描线算法在扫描一个点时，返回所有过该点的线段，然后根据叠加类型做不同的处理；其中，在点面叠加中，根据为点所添加的辅助线段与表示面的多边形的边之间的关系，判断点与面之间的关系；在线面叠加、面面叠加中，对过点的线段按照所属的图层、所属几何体的ID或者所属环的ID进行分组，然后对属于两个图层的每一小组分别进行计算，得到交点的出入属性，并把交点加到交点集合中去。
3.根据权利要求1所述的GIS空间叠加分析方法，其特征在于，所述的交点信息包括交点的坐标值、产生交点的两条线段的ID、交点是出点还是入点以及交点碰到相同坐标值的交点时的排序信息。
4.根据权利要求1所述的GIS空间叠加分析方法，其特征在于，在所述的步骤4-1)中，对表示不同面的多边形或多边形组之间做交操作包括：步骤4-1-1-1)、对相交多边形中的各个交点进行排序；步骤4-1-1-2)、对排序后的各个交点进行遍历操作，在一次操作过程中，判断在用于保存交点的集合中是否存在未被访问过的交点，若存在，则按照步骤4-1-1-1)所得到的交点排列顺序选择一个未被访问过的交点，然后执行下一步骤，否则，结束操作；步骤4-1-1-3)、首先判断当前点是否是完全重合的交点，若是，则根据对特殊类型交点处理的方法对其进行处理，否则，判断当前的交点是出点还是入点，若是入点，则按照交点所在第一组多边形的方向前进，直至找到下一个交点，若是出点，则按照交点所在的第二组多边形前进，直至找到下一个交点；其中，所述的出点是所述的第一组多边形走出所述的第二组多边形的点，所述的入点是所述的第一组多边形进入所述的第二组多边形的点；步骤4-1-1-4)、查找到下一个交点后，判断该交点与最初的交点是否一致，若一致，则认为找到了一个环，执行下一步，否则，重新执行步骤4-1-1-3)；步骤4-1-1-5)、根据所得到环的方向判断所述环是内环还是外环，根据判断结果，将所得到的环存放到交结果的内环集合或外环集合中。
5.根据权利要求1所述的GIS空间叠加分析方法，其特征在于，在所述的步骤4-1)中，所述的对表示不同面的多边形组或多边形之间的差操作包括：步骤4-1-2-1)、对两个多边形组中的多边形进行分类，分为存在异色交点的多边形，只存在同色交点的多边形，以及不存在任何交点的多边形；所述的异色交点为所述交点由不同多边形组中的多边形相交得到的；所述的同色交点为同一组多边形之间的“交点”；步骤4-1-2-2)、对上一步骤中分类得到的只存在同色交点的多边形以及不存在任何交点的多边形进行插入操作，得到差结果的内环集合、差结果的外环集合以及一个待拆分的内环集合；步骤4-1-2-3)、根据交点以及待拆分的内环集合求差操作，将所得到的结果插入差结果的外环集合中。
6.根据权利要求5所述的GIS空间叠加分析方法，其特征在于，所述的差操作包括对作为被减数的源多边形组上的环的差操作，以及作为减数的擦除多边形组上的环的差操作。
7.根据权利要求6所述的GIS空间叠加分析方法，其特征在于，在所述的步骤4-1-2-2)中，对源多边形组中只存在同色交点的多边形以及不存在任何交点的多边形进行插入操作包括：在源多边形组中，在多边形的内环和/或外环上选择边界点；将所选择的边界点与擦除多边形组中的各个多边形进行比较，若该边界点在擦除多边形组的多边形内部，则将所述边界点所在的环放弃，不写入结果中，结束操作；若该边界点在擦除多边形组的多边形外部，则将所述边界点所在的环写入结果中；在将环写入结果中时，若所述边界点是外环上的边界点，则将环写入差结果的外环集合中，若所述边界点是内环上的边界点，则将环写入差结果的内环集合中；最后结束操作。
8.根据权利要求6所述的GIS空间叠加分析方法，其特征在于，在所述的步骤4-1-2-2)中，对擦除多边形组上只存在同色交点的多边形以及不存在任何交点的多边形进行插入操作包括：步骤4-1-2-2-1)、在擦除多边形组中，在多边形的内环、外环上分别选择边界点；步骤4-1-2-2-2)、将所选择的边界点与源多边形组中的各个多边形进行比较，若该边界点在源多边形组的多边形内部，则执行下一步，若该边界点在源多边形组的多边形外部，则执行步骤4-1-2-2-6)；步骤4-1-2-2-3)、对多边形的类型进行判断，若所述多边形中没有任何交点，则执行下一步，若所述多边形中只有同色交点，则执行步骤4-1-2-2-5)；步骤4-1-2-2-4)、将所述边界点所在的环写入结果中，若所述边界点是外环上的边界点，则将环写入差结果的内环集合中，若所述边界点是内环上的边界点，则将环写入差结果的外环集合中；最后结束操作；步骤4-1-2-2-5)、将所述边界点所在的环写入结果中，若所述边界点是外环上的边界点，则将环写入待拆分内环集合中，若所述边界点是内环上的边界点，则将环写入差结果的外环集合中；最后结束操作；步骤4-1-2-2-6)、将所述边界点所在的环放弃，不写入结果中，结束操作。
9.根据权利要求6所述的GIS空间叠加分析方法，其特征在于，所述的步骤4-1-2-3)包括：步骤4-1-2-3-1)、得到属于同一个多边形的所有异色交点，判断所述异色交点是否是完全重合的交点，若是，则根据对特殊类型交点处理的方法对其进行处理，否则，执行下一步；步骤4-1-2-3-2)、根据异色交点的出入属性求作为被减数的源多边形中位于作为减数的擦除多边形外部的线段；步骤4-1-2-3-3)、根据异色交点的出入属性求擦除多边形位于源多边形内部的线段；步骤4-1-2-3-4)、判断对于源多边形的待拆分内环集合是否为空，若为空，则直接执行下一步，否则，对待拆分内环集合中的待拆分内环按照环上的同色交点进行打断，生成各条线串；步骤4-1-2-3-5)、对步骤4-1-2-3-3)所生成的线串，判断线串上是否存在同色交点，若存在同色交点，则根据同色交点将线串打断；步骤4-1-2-3-5)、对上述步骤4-1-2-3-4)、4-1-2-3-5)所得到的所有被打断的线串进行重叠抵消操作，抵消相互重叠并且方向相反的线串；步骤4-1-2-3-6)、将取消重叠部分后的所有被打断的线串按照顺序依次连接，得到结果的外环部分，并添加到结果的外环集合中去。
10.根据权利要求1所述的GIS空间叠加分析方法，其特征在于，在所述步骤4-2)中，对没有产生交点的环的交操作包括：步骤4-2-1)、在一个多边形组中，在没有交点的多边形的内环和/或外环上分别选择边界点作为代表点；步骤4-2-2)、将所选择的边界点与另一组多边形中的各个多边形进行比较，若该边界点在另一多边形组的多边形内部，则执行下一步，若该边界点在另一多边形组的多边形外部，则执行步骤4-2-4)；步骤4-2-3)、将所述边界点所在的环写入结果中，若所述边界点是外环上的边界点，则将环写入交结果的外环集合中，若所述边界点是内环上的边界点，则将环写入交结果的内环集合中；最后结束操作；步骤4-2-4)、将所述边界点所在的环放弃，不写入结果中，结束操作。