2024-JTS-Topological-Relationships-RelateNG
JTS 拓扑关系 - 下一代 (RelateNG)
原文：JTS Topological Relationships - the Next Generation
作者：Martin Davis
日期：2024年5月
概述
RelateNG 是 JTS（Java Topology Suite）2024 年版本中发布的新算法。它是一种高效的新算法，用于检查 JTS 中几何图形之间的空间关系。RelateNG 完全实现了 DE-9IM（维度扩展的 9 交集模型）标准，并替代了旧的 RelateOp 和 PreparedGeometry API。
什么是 DE-9IM？
DE-9IM（Dimensionally-Extended 9-Intersection Model）是用于建模拓扑空间关系的标准。它通过一个 3x3 的交集矩阵来对空间关系进行分类：
- 比较两个几何图形的内部、边界和外部
- 结果是一个矩阵，显示每种可能交集的维度（点=0，线=1，面=2，"F"表示空/无交集）
- 它是常见谓词的基础，如
intersects、touches、crosses、within、contains、equals、overlaps和disjoint
DE-9IM 矩阵示例
Interior Boundary Exterior
Interior [ dim ] [ dim ] [ dim ]
Boundary [ dim ] [ dim ] [ dim ]
Exterior [ dim ] [ dim ] [ dim ]
其中 dim 可以是：
0- 点维度1- 线维度2- 面维度F- 空集（无交集）T- 非空（任意维度）*- 任意（包括空）
RelateNG 的关键改进
高效的短路评估
RelateNG 一旦满足所需条件就会停止计算，提高了效率。
"准备模式"
为重复评估缓存空间索引，当一个几何图形需要与多个其他几何图形比较时特别有用。
鲁棒性
通过依赖局部点拓扑，更好地处理无效的输入几何图形。
灵活性
支持包含混合或重叠元素的 GeometryCollection。
一致性
将零长度线视为点（保持一致性），严格在 2D 中工作，忽略高程（Z 坐标）。
边界节点规则支持
支持不同的边界节点规则，如 MOD2 和 ENDPOINT。
使用方法
计算 DE-9IM 矩阵
import org.locationtech.jts.geom.Geometry;
import org.locationtech.jts.operation.relateng.RelateNG;
import org.locationtech.jts.operation.relateng.IntersectionMatrix;
Geometry geomA = ...;
Geometry geomB = ...;
// 计算两个几何图形的 DE-9IM 矩阵
IntersectionMatrix matrix = RelateNG.relate(geomA, geomB);
测试特定关系
// 测试是否匹配特定的 DE-9IM 模式
String pattern = "T*F**FFF*"; // 包含关系的模式
boolean result = RelateNG.relate(geomA, geomB, pattern);
使用准备模式进行重复测试
// 当需要将一个几何图形与多个其他几何图形比较时
RelateNG relater = RelateNG.prepare(geomA);
for (Geometry geomB : geometries) {
boolean intersects = relater.evaluate(geomB, "T********");
// 或使用特定谓词
boolean contains = relater.evaluate(geomB, "T*F**FFF*");
}
标准空间谓词
RelateNG 支持所有标准空间谓词：
| 谓词 | DE-9IM 模式 | 描述 |
|---|---|---|
| Equals | TF**FFF | 几何图形拓扑相等 |
| Disjoint | FFFF*** | 几何图形不相交 |
| Intersects | T******** 或 T****** 或 T** 或 T | 几何图形相交 |
| Touches | FT******* 或 FT*** 或 FT* | 几何图形接触但不重叠 |
| Crosses | TT***** (线/线) 或 T***T (线/面) | 几何图形交叉 |
| Within | TFF | A 在 B 内部 |
| Contains | T*****FF* | A 包含 B |
| Overlaps | TTT (面/面 或 点/点) 或 1TT (线/线) | 几何图形重叠 |
实际应用
- 在 GIS 中分析拓扑关系时，JTS 2024 的 RelateNG 比以前的版本更快、更强大
- 启用空间查询，如"查找所有接触但不重叠另一个区域边界的多边形"
- 支持使用 DE-9IM 模式定义自定义关系
性能比较
与旧的 RelateOp 相比，RelateNG 具有以下优势：
- 无需构建完整的拓扑图：对于简单的谓词测试，可以快速返回结果
- 缓存支持：PreparedGeometry 模式下，空间索引可以被重用
- 更好的错误处理：对无效几何图形有更好的容错性
总结
RelateNG 代表了 JTS 空间关系计算的重大进步。它提供了更高效、更鲁棒的 DE-9IM 实现，同时保持了与 OGC 标准的完全兼容性。对于需要进行大量空间关系测试的应用程序，RelateNG 提供了显著的性能提升。
浙公网安备 33010602011771号