shapely 笔记：基本方法

1  线性方法

1.1 object.interpolate(distance[, normalized=False])

print(LineString([(0, 0), (0, 1), (1, 1)]).interpolate(1.5))
#POINT (0.5 1)

print(LineString([(0, 0), (0, 1), (1, 1)]).interpolate(0.75, normalized=True))
#POINT (0.5 1)

  • LineString([(0, 0), (0, 1), (1, 1)]).interpolate(1.5)

    • 1）创建了一个由三个点组成的LineString对象：(0, 0)，(0, 1)和(1, 1)。这个LineString代表一个"L"形的路径。

    • 2）使用interpolate(1.5)方法在这个路径上查找一个距离起点(0, 0)有1.5单位长度的点。因为LineString的第一段是从(0, 0)到(0, 1)，长度为1单位，所以剩下的0.5单位将会在从(0, 1)到(1, 1)的线段上测量。

    • 因此，这个方法将返回位于(0.5, 1)的点，即从(0, 1)出发，在X轴方向移动0.5单位长度的位置。

  • LineString([(0, 0), (0, 1), (1, 1)]).interpolate(0.75, normalized=True)

    • 这次使用的是interpolate(0.75, normalized=True)方法。

    • 当normalized=True时，给定的距离值被解释为整个LineString长度的比例而非实际的距离。LineString的长度是2（从(0, 0)到(0, 1)加上从(0, 1)到(1, 1)）。因此，0.75代表整个路径长度的75%。

    • 在这个例子中，75%的长度位于从(0, 1)到(1, 1)的线段上，准确地说，它位于这条线段的中点，因为从(0, 0)到(0, 1)是前25%，从(0, 1)到(1, 1)的中点则是接下来的50%至75%。所以这个方法将返回(0.5, 1)的点，与上一个例子结果相同，但是原因不同：这里是因为它代表整个路径长度的75%的位置。

2 一元谓词

2.1 has_z 是否有z坐标

如果特征不仅有x和y坐标，而且还有z坐标用于3D几何，则返回True。

from shapely import Point
Point(0, 0).has_z
#False

Point(0,0,0).has_z
#True

2.2 is_ccw 是否是逆时针排序

counter close wise

如果坐标是逆时针顺序，则返回True。此方法仅适用于LinearRing对象

from shapely import LinearRing
LinearRing([(1,0), (1,1), (0,0)]).is_ccw
#True

LinearRing([(0,0), (1,1), (1,0)]).is_ccw
#False

2.3 is_ring 是否成环

如果特征是一个封闭且简单的LineString，则返回True。一个封闭特征的边界与空集重合。

此属性适用于LineString和LinearRing实例，但对其他类型无意义

from shapely import LinearRing,LineString
LineString([(0, 0), (1, 1), (1, -1)]).is_ring
#False

LinearRing([(0, 0), (1, 1), (1, -1)]).is_ring
#True

2.4 is_simple

如果特征不与自身交叉，则返回True

简单性测试仅对LineStrings和LinearRings有意义

LineString([(0, 0), (1, 1), (1, -1), (0, 1)]).is_simple
#False

3 二元谓词

3.1 __eq__ &equals

  • __eq__：如果两个对象是相同的几何类型，并且两个对象的坐标完全匹配，则返回True。
  • equals：如果对象的集合论边界、内部和外部与另一个对象的相应部分重合，则返回True
a = LineString([(0, 0), (1, 1)])
b = LineString([(0, 0), (0.5, 0.5), (1, 1)])

a.__eq__(b)
#False

a.equals(b)
#True

a==b
#False

3.2 equals_exact(other, tolerance)

如果对象在指定的容差范围内，则返回True

3.3 contains 包含 <-->within

  • 如果other的所有点都不在对象的外部，并且other的至少一个内部点在对象的内部，则返回True。
  • within()的逆，a.contains(b) == b.within(a)总是为True。
coords = [(0, 0), (1, 1)]
LineString(coords).contains(Point(0.5, 0.5))
#True

Point(0.5, 0.5).within(LineString(coords))
#True

线的端点是其边界的一部分，因此不被包含

LineString(coords).contains(Point(1.0, 1.0))
#False

3.4 covers,covered_by 覆盖

  • covers——如果other的每个点都是对象的内部或边界上的点，则返回True。这类似于object.contains(other) ， 但不要求other的任何内部点位于对象的内部。 
    • coords = [(0, 0), (1, 1)]
LineString(coords).covers(Point(0.5, 0.5))
#True

LineString(coords).covers(Point(1.0, 1.0))
#True
  • covered_by——如果对象的每个点都是other的内部或边界上的点，则返回True。这等同于other.covers(object)

3.5 crosses 相交

如果对象的内部与另一个对象的内部相交但不包含它，并且交集的维度小于一个或另一个的维度，则返回True。

LineString([(0, 0), (1, 1)]).crosses(LineString([(0, 1), (1, 0)]))
#True

3.6 disjoint 不相交 <--->intersects

  • 如果对象的边界和内部与另一个对象的边界和内部完全不相交，则返回True。
  • intersects的逆
Point(0, 0).disjoint(Point(1, 1))
#True

4 集合论方法

4.1 object.boundary

  • 返回一个表示对象集合论边界的低维对象
  • 多边形的边界是线，线的边界是点的集合。点的边界是一个空集合
coords = [((0, 0), (1, 1)), ((-1, 0), (1, 0))]
lines = MultiLineString(coords)
lines

lines.boundary

list(lines.boundary.geoms)
#[<POINT (-1 0)>, <POINT (0 0)>, <POINT (1 0)>, <POINT (1 1)>]

4.2 centroid

返回对象几何质心（点）的表示

4.3 difference

返回组成这个几何对象但不组成另一个对象的点的表示（也可以使用minus/-访问）

a = Point(1, 1).buffer(1.5)
b = Point(2, 1).buffer(1.5)
a.difference(b)

4.4 intersection

返回这个对象与另一个几何对象交集的表示（也可以使用and/&访问）

a = Point(1, 1).buffer(1.5)
b = Point(2, 1).buffer(1.5)
a.intersection(b)

4.5 symmetric_difference

返回在这个对象中但不在另一个几何对象中的点，以及在另一个中但不在这个几何对象中的点的表示（可以用xor或者^访问）

a = Point(1, 1).buffer(1.5)
b = Point(2, 1).buffer(1.5)
a.symmetric_difference(b)

4.6 union

返回这个对象和另一个几何对象的点的并集的表示

a = Point(1, 1).buffer(1.5)
b = Point(2, 1).buffer(1.5)
a.union(b)

4.6.1 累积并集的快速方式 unary_union()

使用union()方法查找许多对象的累积并集是一种昂贵的方式，可以使用unary_union()

from shapely.ops import unary_union
polygons = [Point(i, 0).buffer(0.7) for i in range(5)]
polygons
'''
[<POLYGON ((0.7 0, 0.697 -0.0686, 0.687 -0.137, 0.67 -0.203, 0.647 -0.268, 0....>,
 <POLYGON ((1.7 0, 1.7 -0.0686, 1.69 -0.137, 1.67 -0.203, 1.65 -0.268, 1.62 -...>,
 <POLYGON ((2.7 0, 2.7 -0.0686, 2.69 -0.137, 2.67 -0.203, 2.65 -0.268, 2.62 -...>,
 <POLYGON ((3.7 0, 3.7 -0.0686, 3.69 -0.137, 3.67 -0.203, 3.65 -0.268, 3.62 -...>,
 <POLYGON ((4.7 0, 4.7 -0.0686, 4.69 -0.137, 4.67 -0.203, 4.65 -0.268, 4.62 -...>]
'''


unary_union(polygons)

5 构造方法

5.1 buffer

object.buffer(
    distance, 
    quad_segs=16, 
    cap_style=1, 
    join_style=1, 
    mitre_limit=5.0, 
    single_sided=False)

5.1.1 主要参数

distance:

缓冲区的距离。正数表示向外扩展（膨胀），负数表示向内收缩（侵蚀）

quad_segs (默认为16):

用于近似四分之一圆弧的线段数量。增加这个数值可以得到更平滑的圆角边界，但会增加计算复杂度和结果的多边形顶点数

cap_style (默认为1)

定义线的端点（或线性几何对象的两端）的形状。可选值有：

  • 1 或 round（圆形端点）
  • 2 或 flat（平头端点，即直接截断）
  • 3 或 square（正方形端点，端点会延伸出一个小的正方形）

join_style (默认为1)

定义当两个线段连接时，拐角处的形状。可选值有：

  • 1 或 round（圆角连接）
  • 2 或 mitre（斜接连接，即拐角处形成尖角）
  • 3 或 bevel（斜切连接，即拐角处被切去形成一个斜面）

mitre_limit (默认为5.0)当join_style为mitre时，这个参数定义了斜接尖角的最大长度
single_sided (默认为False)

当设置为True时，缓冲区将只在原始几何对象的一侧生成。正distance值生成左侧缓冲区，负值生成右侧缓冲区

5.2 convex_hull 凸包

  • 返回包含对象中所有点的最小凸多边形的表示。
    • 对于单点Point(0, 0)，其凸包就是它自己 <POINT (0 0)>。
    • 对于两点MultiPoint([(0, 0), (1, 1)])，凸包是连接这两点的线 <LINESTRING (0 0, 1 1)>。
    • 对于三点MultiPoint([(0, 0), (1, 1), (1, -1)])，凸包是包含这些点的最小凸多边形 <POLYGON ((1 -1, 0 0, 1 1, 1 -1))>。

5.3 envelope 

object.envelope 返回包含对象的点或最小矩形多边形（其边与坐标轴平行）的表示。

from shapely import MultiPoint

MultiPoint([(0,0),(1,2),(4,3)]).envelope

MultiPoint([(0,0),(1,2),(4,3)])

5.4 minimum_rotated_rectangle

  • 返回包含对象的一般最小边界矩形。
  • 与envelope不同，这个矩形不限制与坐标轴平行。如果对象的凸包是退化的（线或点），则返回这种退化形式。

5.5 offset_curve

object.offset_curve(
    distance, 
    quad_segs=16, 
    join_style=1, 
    mitre_limit=5.0)

此方法仅适用于 LinearRing 和 LineString 对象

返回一个从对象右侧或左侧一定距离的 LineString 或 MultiLineString 几何形状

5.5.1 主要参数

distance

右侧偏移（负值）还是左侧偏移（正值）

左右是根据 LineString 给定的几何点的方向确定的

quad_segs (默认为16):

用于近似四分之一圆弧的线段数量。增加这个数值可以得到更平滑的圆角边界，但会增加计算复杂度和结果的多边形顶点数

join_style (默认为1)

定义当两个线段连接时，拐角处的形状。可选值有：

  • 1 或 round（圆角连接）
  • 2 或 mitre（斜接连接，即拐角处形成尖角）
  • 3 或 bevel（斜切连接，即拐角处被切去形成一个斜面）

5.5.2 举例

5.6 simplify 简化图形

object.simplify(tolerance, 
                preserve_topology=True)

返回几何对象的简化表示

5.6.1 参数说明

tolerance

容忍度，即允许简化后的几何形状与原始形状之间的最大偏差距离

较小的 tolerance 值会导致与原始几何形状更相似的简化结果，而较大的 tolerance 值则会产生更简化、但可能与原始形状偏差更大的几何形状

preserve_topology
  • 默认情况下使用一个较慢的算法来保持拓扑。如果将 preserve topology 设置为 False，则使用更快的 Douglas-Peucker 算法
  • 不保持拓扑的简化可能会产生无效的几何对象
  • 简化可能对坐标顺序敏感：仅在坐标顺序上不同的两个几何体可能会以不同方式被简化

5.6.2 举例

from shapely import *
p = Point(0.0, 0.0)
x = p.buffer(1.0)
x

x.simplify(tolerance=1)

x.simplify(tolerance=0.1)

6  其他方法

6.1 nearest_points 两个几何体上距离最近的两个点

shapely.ops.nearest_points(geom1, geom2)
  • 计算一对几何体中的最近点
  • 返回一个包含输入几何体中最近点的元组。这些点按照输入几何体的顺序返回
    • 最近点可能不是几何体中现有的顶点
from shapely import *
from shapely.ops import nearest_points
triangle = Polygon([(0, 0), (1, 0), (0.5, 1), (0, 0)])
square = Polygon([(0, 2), (1, 2), (1, 3), (0, 3), (0, 2)])
nearest_points(triangle, square)
#[<POINT (0.5 1)>, <POINT (0.5 2)>]

6.2 shared_paths——两个 LineString 几何体（geom1 和 geom2）之间的共享路径

shapely.ops.shared_paths(geom1, geom2)
  • 查找两个 LineString 几何体（geom1 和 geom2）之间的共享路径
  • 该函数返回一个 GeometryCollection，包含两个元素。
    • 第一个元素是一个 MultiLineString，包含对于两个输入都以相同方向共享的路径。
    • 第二个元素也是一个 MultiLineString，但包含对于两个输入方向相反的共享路径。
from shapely import *
from shapely.ops import shared_paths
g1 = LineString([(0, 0), (10, 0), (10, 5), (20, 5)])
g2 = LineString([(5, 0), (30, 0), (30, 5), (0, 5)])
forward, backward = shared_paths(g1, g2).geoms

forward, backward
#(<MULTILINESTRING ((5 0, 10 0))>, <MULTILINESTRING ((10 5, 20 5))>)

6.3 split——分割几何体

shapely.ops.split(geom, splitter)
  • 通过另一个几何体来分割一个几何体，并返回一个包含多个几何体的集合
    • 用 (Multi)Point、(Multi)LineString 或 (Multi)Polygon 的边界分割 (Multi)LineString
    • 用 LineString 分割 (Multi)Polygon
from shapely import *
from shapely.ops import split
pt = Point((1, 1))
line = LineString([(0,0), (2,2)])
result = split(line, pt)
print(result)
#GEOMETRYCOLLECTION (LINESTRING (0 0, 1 1), LINESTRING (1 1, 2 2))

6.4 substring——返回在 LineString 上指定距离之间的线段

shapely.ops.substring(geom, 
                      start_dist, 
                      end_dist[, normalized=False])
  •  如果 start_dist 和 end_dist 相等，则返回一个点
  • 如果 start_dist 实际上在 end_dist 之后，则返回一个逆序的子字符串，以便 start_dist 位于第一个坐标
  • 如果 normalized 参数为 True，则距离将被解释为几何体长度的比例

  • start_dist & end_dist
    • 正数距离：表示从几何体起点（头部）开始沿着几何体方向测量的距离。
    • 负数距离：表示从几何体终点（尾部）开始逆向沿几何体方向测量的距离。
from shapely import *
from shapely.ops import substring
ls = LineString([[0,0],[5,0]])
print(ls)
#LINESTRING (0 0, 5 0)


print(substring(ls, start_dist=1, end_dist=3))
#LINESTRING (1 0, 3 0)
#返回 <LINESTRING (1 0, 2 0, 3 0)>，展示了从距离 1 到距离 3 的线段。

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