基于GeoTools的道路相交多个点容差冗余计算实战

前言

一、关于道路相交

1、相交四个点

2、点更多的情况

二、基于距离的相交点去重

1、冗余距离计算

2、调用过程

3、去重后的结果

三、总结

前言

在地理信息系统（GIS）领域，道路网络数据的处理与分析一直是关键课题。随着城市化进程的加速，日益复杂的道路网络对数据精度和处理效率提出了更高要求。而道路相交多个点容差冗余计算，作为道路网络分析中的基础且重要环节，关乎着后续诸多应用的准确性和可靠性。在之前的博客中，我们介绍了基于道路的名称来进行两条道路的相交点计算。原文地址：基于GeoTools和OSM路网求解两条道路相交点-以长沙市为例。

在实际场景中，使用这种处理办法时往往会出现道路相交处存在多个相近点的情况。这些冗余点不仅增加了数据量，还会对诸如路径分析、网络建模等操作产生干扰。例如，在构建道路连通性模型时，过多的冗余点可能导致错误的连通性判断，进而影响整个模型的准确性。那么如何解决这种问题呢？这里使用一种基于容差的处理方法，即设定固定距离阈值进行点的删除或合并。而借助 GeoTools，我们可以通过灵活运用其几何处理工具，结合不同的数据结构和算法，实现更具针对性和适应性的容差冗余计算。通过深入研究其几何对象的操作方法，如点、线几何关系的判定，能够精准地定位道路相交处的冗余点。同时，利用 GeoTools 的数据结构优势，可对道路数据进行高效组织和遍历，从而快速地进行容差范围内的点对比和甄别。

本次实战将从 GeoTools 的环境搭建入手，详细阐述如何导入和读取道路数据，展示如何对道路几何对象进行解析和操作。接着，重点介绍容差冗余计算的核心算法实现，包括如何设定合理的容差参数，以及如何根据几何计算结果对冗余点进行处理。通过对基于 GeoTools 的道路相交多个点容差冗余计算的实战研究，不仅可以提升道路数据的质量和可用性，还能为后续的地理数据分析和应用奠定坚实的基础。同时，这一过程也展示了 GeoTools 在解决实际 GIS 问题中的强大能力和灵活性，为相关的地理信息开发工作提供了宝贵的实践经验和参考案例。接下来，我们将逐步深入到具体的实现细节中，一同探索这一关键问题的有效解决方案。

一、关于道路相交

在之前的博文中留了两个问题给朋友们，这两个问题就是：1、表示经过我们的计算，为什么两条道路（金星北路和岳麓大道）的相交点是四个？2、会不会有更多的情况？这里就这两个问题来进行详细的答疑。

1、相交四个点

首先来回答第一个问题，为什么是相交四个点？关于这个问题，其实大家可以结合生活的常识进行判断。这里为了方便将不同的道路类型在地图上进行展示，这里我们根据道路级别将道路的宽度进行不同的设置。设置的方法为，在对道路进行标绘时，选择分类标绘，界面如下图所示：

根据分类列表信息，点击更多的分类，使用鼠标双击分类，打开当前选择分类的样式设置，管理界面如下：

完成后，点击Ok进行应用，可以看到以下的最终结果：

为了方便更加直观地查看两条道路的相交，我们将数据进一步的放大，能更直观的显示道路相交信息。这里选取骑龙路和枫林三路为例，如下所示：

相信通过上面的图，大家应该很直观的就能看到根据两条路来求解相交是会有A、B、C、D四个相交点的。到这里就详细的说明了为什么存在多个交点的问题。

2、点更多的情况

在上一小节中，我们使用QGIS软件来介绍了如何根据道路的名称对道路进行相交求解，并且回答了上一篇博客中提到的两条路相交，为什么有四个点的原因。之前还留了一个小问题，即除了上述的四个点的情况之外，还有没有其它更多的相交点的时候呢？答案是一定的。确实会存在，同上而言，我们的道路一般是上面的这种连接关系，或者是下面的连接关系：

还有一种情况需要大家考虑，就是其中有一条道路是一个环形或者可以类似的S型，这里使用画图软件来表示：

上面是一个简单的示意图，道路2是一条曲折蜿蜒的路，而道路1是一条直线，在道路的A和B出分别有前面描述的点相交的情况。共八个点，同理，如果两条路更加蜿蜒曲折，那么可以知道的是两条路势必有更多的交点。可能在城市道路中这种道路不多见。通过本例也回答了相交点是否存在更多的问题。以长沙为例，城市环岛道路就会有这种情况，以中山路和黄兴路环岛为例：

二、基于距离的相交点去重

在知晓了道路相交计算的几种结果情况之后，接下来我们来讲讲如何基于距离的计算将道路的相交点保留一个，在一些路口的计算当中，保留一个点比保留四个点更加容易理解。当然，是否需要这么处理，请根据自身的业务和需求来确定。

1、冗余距离计算

这里介绍一种基于冗余距离的计算方法，将四个交点合并成一个交点信息。基于冗余距离的计算方法可以描述为如下文字：

假设道路在同一个交叉点有四个交点：

第一个点被添加到结果集和空间索引

后续三个点距离第一个点很近（< 阈值）

每个后续点都会与第一个点进行距离比较

距离小于阈值，被视为重复点而跳过

最终结果集中只保留第一个点

使用Geotools来求解上述过程的关键代码如下：

//近似计算
private static final BigDecimal DISTANCE_TOLERANCE =  new BigDecimal(0.00003) ; // 不同坐标系下需要处理单位，4326单位为度，3米以视为同一个点private static void addUniquePointSimple(Point point,Set<Point> output,Set<String> uniqueKeys,String pointName) {for (Point np : output) {BigDecimal distance = new BigDecimal(point.distance(np));System.out.println(distance);if ( DISTANCE_TOLERANCE.compareTo(distance) < 0 ) {System.out.println("存在容差");// 在容差范围内，跳过return;}}output.add(point);
}

2、调用过程

那么基于上面的距离来进行冗余点计算，与之前的生成逻辑相比。这里需要增加一步，即将根据Geotools求解的四个相交点进行容差计算，最后保留容差阈值外的点位置信息。调用过程关键代码如下：

/*** -两条道路集合的所有交点（简单实现，带名称属性且空间唯一）* * @param road1 第一条道路要素集合* @param road2 第二条道路要素集合* @param road1Name 第一条道路名称（用于属性）* @param road2Name 第二条道路名称（用于属性）* @return 带名称属性的相交点集合（空间唯一）*/
private static Set<Point> findUniqueIntersectionsSimple(SimpleFeatureCollection road1,SimpleFeatureCollection road2,String road1Name,String road2Name) {// 1. 使用组合名称final String pointName = road1Name + " & " + road2Name + " 交叉点";// 2. 使用坐标键值进行去重Set<String> uniqueKeys = new HashSet<>();Set<Point> uniquePoints = new HashSet<>();try (SimpleFeatureIterator iter1 = road1.features()) {while (iter1.hasNext()) {SimpleFeature f1 = iter1.next();Geometry geom1 = (Geometry) f1.getDefaultGeometry();if (geom1 == null || geom1.isEmpty()) continue;try (SimpleFeatureIterator iter2 = road2.features()) {while (iter2.hasNext()) {SimpleFeature f2 = iter2.next();Geometry geom2 = (Geometry) f2.getDefaultGeometry();if (geom2 == null || geom2.isEmpty()) continue;// 3. 计算交点Geometry result = OverlayNGRobust.overlay(geom1, geom2, OverlayNG.INTERSECTION);// 4. 处理结果并添加唯一点processIntersectionsSimple(result,uniquePoints,uniqueKeys,pointName);}}}}return uniquePoints;
}
/*** -处理交点结果（简单实现）*/
private static void processIntersectionsSimple(Geometry geom,Set<Point> output,Set<String> uniqueKeys,String pointName) {if (geom == null || geom.isEmpty()) return;if (geom instanceof Point) {addUniquePointSimple((Point) geom, output, uniqueKeys, pointName);} else if (geom instanceof MultiPoint) {for (int i = 0; i < geom.getNumGeometries(); i++) {Geometry g = geom.getGeometryN(i);if (g instanceof Point) {addUniquePointSimple((Point) g, output, uniqueKeys, pointName);}}} else if (geom instanceof GeometryCollection) {for (int i = 0; i < geom.getNumGeometries(); i++) {processIntersectionsSimple(geom.getGeometryN(i), output,uniqueKeys, pointName);}}
}

3、去重后的结果

最后来调用一下去重之后的道路相交点代码，并返回最后的计算结果信息。主要的去重调用代码如下：

public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 加载OSM道路shp文件File shpFile = new File("F:/vector_data/2024年OSM长沙路网/长沙路网OSM2024.shp");SimpleFeatureSource featureSource = loadShapefile(shpFile);// 2. 输入两条道路名称String roadName1 = "听雨路";String roadName2 = "赏月路";// 3. 获取两条道路的所有几何线SimpleFeatureCollection road1Features = filterRoadsByName(featureSource, roadName1);SimpleFeatureCollection road2Features = filterRoadsByName(featureSource, roadName2);// 4. 计算所有相交点Set<Point> intersections = findIntersections(road1Features, road2Features);// 5. 输出结果System.out.println("Found " + intersections.size() + " intersections:");for (Point p : intersections) {System.out.printf("POINT (%.6f %.6f)\n", p.getX(), p.getY());}System.out.println("*******************************");System.out.println("执行冗余计算");//6、去掉可以清理的冗余点intersections = findUniqueIntersectionsSimple(road1Features, road2Features,roadName1,roadName2);System.out.println("Found " + intersections.size() + " intersections:");for (Point p : intersections) {System.out.printf("POINT (%.6f %.6f)\n", p.getX(), p.getY());}
}

这里对比了执行冗余计算前后的两种相交点的求解，并且将点的经纬度信息进行了打印输入，在IDE中执行完上述代码，可以看到以下的输出：

可以直观的看到，经过我们的计算之后，最后的相交点就是1个，即第一个点。输出信息如下：

六月 12, 2025 10:02:58 下午 org.geotools.image.ImageWorker <clinit>
信息: Warp/affine reduction enabled: true
Found 4 intersections:
POINT (112.867947 28.194721)
POINT (112.867948 28.194679)
POINT (112.867790 28.194655)
POINT (112.867791 28.194618)
*******************************
执行冗余计算
0.00017015393031127507331677628510391286908998154103755950927734375
存在容差
0.0000412077662565200070611363958317241440454381518065929412841796875
存在容差
0.00018686000107234120048461945007289841669262386858463287353515625
存在容差
Found 1 intersections:
POINT (112.867947 28.194721)

基本以上输出是符合我们的预期的，也符合冗余计算的结果要求。

三、总结

以上就是本文的主要内容。本次实战将从 GeoTools 的环境搭建入手，详细阐述如何导入和读取道路数据，展示如何对道路几何对象进行解析和操作。接着，重点介绍容差冗余计算的核心算法实现，包括如何设定合理的容差参数，以及如何根据几何计算结果对冗余点进行处理。通过对基于 GeoTools 的道路相交多个点容差冗余计算的实战研究，不仅可以提升道路数据的质量和可用性，还能为后续的地理数据分析和应用奠定坚实的基础。同时，这一过程也展示了 GeoTools 在解决实际 GIS 问题中的强大能力和灵活性，为相关的地理信息开发工作提供了宝贵的实践经验和参考案例。

未来的展望，在面对复杂多变的道路数据时，本案例可能存在局限性，比如无法充分考虑到不同区域、不同道路类型对容差的差异化要求，容易造成过度简化或冗余点未被有效排除的问题。也期待更多的朋友一起探讨研究。行文仓促，定有不足之处，欢迎各位朋友在评论区批评指正，不胜感激