直屏旗艦來了 iQOO 12和K70 Pro同臺競技
旗艦機(jī)基本上使用的都是雙曲面屏幕，這就讓很多喜歡直屏的愛好者在苦等一款直屏旗艦，這次，你們等到了。據(jù)博主數(shù)碼閑聊站帶來的最新爆料稱，Redmi下代旗艦K70 Pro和iQOO 12兩款手
如上圖所示，在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)上門履約的場景中，上門服務(wù)的覆蓋區(qū)域是在地圖上畫電子圍欄來劃定的。這就涉及到一些幾何圖形的操作和空間關(guān)系判斷，其中最核心問題就是要解決如何判斷位置是否在上門覆蓋范圍內(nèi)。下面介紹下 JTS，以及如何通過 JTS 的空間之力來解決這些問題。
JTS，全稱 Java Topology Suite，是一個(gè)用于創(chuàng)建和操作向量幾何的 Java 庫。提供了對幾何模型的抽象，以及各種空間操作和空間關(guān)系判斷，非常強(qiáng)大。
JTS 有多個(gè)模塊，這里只使用了核心的模塊。
<dependency> <groupId>org.locationtech.jts</groupId> <artifactId>jts-core</artifactId> <version>1.19.0</version></dependency><dependency> <groupId>org.locationtech.jts.io</groupId> <artifactId>jts-io-common</artifactId> <version>1.19.0</version></dependency>JTS 提供了常見的幾何模型抽象，并且各具特點(diǎn)。
模型 | 定義 | 常見應(yīng)用 |
點(diǎn)（Point） | 空間中的單個(gè)位置，由一對 x,y 坐標(biāo)表示 | 興趣點(diǎn)、事件位置等 |
多點(diǎn)（MultiPoint） | 由多個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)組成的幾何對象 | 表示多個(gè)相關(guān)但分散的位置，如連鎖店分布，多個(gè)不同人位置 |
線（LineString） | 由一系列點(diǎn)組成的一維幾何對象，有起點(diǎn)和終點(diǎn)，中間可以有任意數(shù)量的點(diǎn) | 表示道路、河流等線性特征 |
多線（MultiLineString） | 由多個(gè)不相連的 LineString 組成的幾何對象 | 表示復(fù)雜的道路網(wǎng)絡(luò)、等高線等 |
多邊形（Polygon） | 由一系列首尾相連的線段圍成的平面區(qū)域（可以有內(nèi)部空洞） | 表示行政區(qū)劃、建筑物輪廓等 |
多多邊形（MultiPolygon） | 由多個(gè)獨(dú)立的 Polygon 組成的幾何對象，可以表示不相連的多個(gè)區(qū)域 | 表示群島、復(fù)雜的行政區(qū)劃 |
幾何集合（GeometryCollection） | 可以包含任意類型幾何對象的集合，最靈活的幾何類型，可以混合包含點(diǎn)、線、面等 | 表示復(fù)雜的空間場景，如包含多種類型要素的地圖 |
在 JTS 中的各幾何模型對象關(guān)系如下所示：
在實(shí)際應(yīng)用場景中，最常使用的模型如下：
WKT（Well-Know Text）格式是一種文本格式，用于描述二維和三維幾何對象的空間特征。WKT 的基本語法格式如下：
幾何模型類型 (模型數(shù)據(jù))示例如下所示：
點(diǎn)：POINT (282 455)線：LINESTRING (260 250, 485 248, 520 380)多邊形：POLYGON ((320 390, 370 330, 470 360, 460 430, 375 432, 320 390))JTS 支持對該格式的讀寫操作，主要是兩個(gè)對象WKTReader和WKTWriter，代碼示例如下：
// 讀取wkt描述的幾何對象WKTReader wktReader = new WKTReader();Geometry point = wktReader.read("POINT (282 455)");Geometry line = wktReader.read("LINESTRING (260 250, 485 248, 520 380)");Geometry polygon = wktReader.read("POLYGON ((320 390, 370 330, 470 360, 460 430, 375 432, 320 390))");// 輸出幾何對象的wkt描述WKTWriter wktWriter = new WKTWriter();System.out.println(wktWriter.write(point));System.out.println(wktWriter.write(line));System.out.println(wktWriter.write(polygon));JTS 中的空間關(guān)系是基于 DE-9IM（Dimensionally Extended Nine-Intersection Model）模型定義的，這里列舉常見的空間關(guān)系
空間關(guān)系 | 定義 |
相等 (Equals) | 兩個(gè)幾何對象在拓?fù)渖舷嗟?/span> |
相離 (Disjoint) | 兩個(gè)幾何對象沒有任何共同點(diǎn) |
相交 (Intersects) | 兩個(gè)幾何對象有至少一個(gè)共同點(diǎn) |
內(nèi)含 (Within) | 幾何對象 A 完全位于幾何對象 B 內(nèi)部 |
包含 (Contains) | 幾何對象 A 完全包含幾何對象 B |
以該圖形為例，兩個(gè)多邊形的關(guān)系判斷的代碼示例
WKTReader wktReader = new WKTReader();Geometry geometryA = wktReader.read("POLYGON ((320 390, 370 330, 470 360, 460 430, 375 432, 320 390))");Geometry geometryB = wktReader.read("POLYGON ((500 420, 430 360, 530 260, 500 420))");System.out.println("Equal: " + geometryA.equals(geometryB));System.out.println("Disjoint: " + geometryA.disjoint(geometryB));System.out.println("Intersects: " + geometryA.intersects(geometryB));System.out.println("Within: " + geometryA.within(geometryB));System.out.println("Contains: " + geometryA.contains(geometryB));在實(shí)際場景中，判斷上門位置是否在上門區(qū)域內(nèi)，轉(zhuǎn)換成空間關(guān)系的判斷就是點(diǎn)是否在多邊形內(nèi)。解決該問題的實(shí)例代碼如下：
WKTReader wktReader = new WKTReader();Geometry geometryA = wktReader.read("POLYGON ((320 390, 370 330, 470 360, 460 430, 375 432, 320 390))");Geometry geometryB = wktReader.read("POLYGON ((500 420, 430 360, 530 260, 500 420))");Geometry point = wktReader.read("POINT (390 380)");System.out.println("point in geometryA: " + geometryA.contains(point));System.out.println("point in geometryB: " + geometryB.contains(point));JTS 提供了豐富的空間操作功能，用于處理和分析幾何對象。這里列舉常見的幾種
空間操作 | 定義 |
相交 (Intersection) | 計(jì)算兩個(gè)幾何對象的共同部分 |
并集 (Union) | 合并兩個(gè)或多個(gè)幾何對象 |
差集 (Difference) | 從一個(gè)幾何對象中減去另一個(gè)幾何對象 |
以該圖為例，操作示例代碼如下：
WKTReader wktReader = new WKTReader();Geometry geometryA = wktReader.read("POLYGON ((320 390, 370 330, 470 360, 460 430, 375 432, 320 390))");Geometry geometryB = wktReader.read("POLYGON ((500 420, 430 360, 530 260, 500 420))");System.out.println("Intersection: " + wktWriter.write(geometryA.intersection(geometryB)));System.out.println("Union: " + wktWriter.write(geometryA.union(geometryB)));System.out.println("Difference: " + wktWriter.write(geometryA.difference(geometryB)));下面是 Union 合并后的效果
在上門履約實(shí)際場景中，需要快速的識別用戶所在位置、地址位置是否在上門服務(wù)的覆蓋區(qū)域內(nèi)。轉(zhuǎn)換成空間關(guān)系的判斷上，也就是點(diǎn)是否在多邊形內(nèi)（PIP，Point-In-Polygon）問題了。
在上述的 JTS 介紹中，已經(jīng)得知 JTS 提供了 contains 的關(guān)系判斷能力。但是這只是解決了單個(gè)問題，假設(shè)全國共有 N 個(gè)多邊形，那么就需要遍歷 N 個(gè)多邊形來判斷，復(fù)雜度是 O(N)，并且還需要全部多邊形加載到內(nèi)存中。可想而知，直接使用的話會存在性能問題。為此，我們需要一個(gè)快速解決 PIP 問題的方案。
最小外接矩形 MBR (Minimum Bounding Retangle)，是能夠完全包含一個(gè)幾何對象的最小矩形。如下圖所示，這個(gè)規(guī)則的矩形就是該多邊形的 MBR 表示。
表示 MBR 非常簡單，只需要知道他的左下角和右上角，那么就可以知道這個(gè) MBR 圖形了。如下圖所示：
知道了這個(gè)最小外接矩形有什么用？可以斷定：如果點(diǎn)不在這個(gè) MBR 內(nèi)了，那么肯定不在這個(gè)多邊形內(nèi)。所以把點(diǎn)和 MBR 進(jìn)行比較，就能夠快速排除不可能有關(guān)系的多邊形對象。
那么如何快速的判斷點(diǎn)是否在 MBR 中？比較坐標(biāo)值的大小就可以了。示例代碼如下：
mbr.getLngMin() <= point.getLng()&& mbr.getLngMax() >= point.getLng()&& mbr.getLatMin() <= point.getLat()&& mbr.getLatMax() >= point.getLat()綜上，MBR 用簡單的矩形來近似表示復(fù)雜的幾何形狀，將復(fù)雜的空間關(guān)系簡化為矩形之間的關(guān)系。 通過 MBR 這一層的初步篩選，就能夠快速排除不可能有關(guān)系的多邊形對象。
在 JTS 中，Envelope 對象來表示 MBR。代碼示例如下：
WKTReader wktReader = new WKTReader();Geometry geometryA = wktReader.read("POLYGON ((320 390, 370 330, 470 360, 460 430, 375 432, 320 390))");Envelope envelope = geometryA.getEnvelopeInternal();System.out.println(envelope.getMaxX());System.out.println(envelope.getMaxY());System.out.println(envelope.getMinX());System.out.println(envelope.getMinY());上述構(gòu)建 MBR 可以理解為簡單索引的一種，實(shí)際上有復(fù)雜的空間索引。常見空間索引有
空間索引的基本原理基本類似，采用分割原理，逐級劃分地理空間。舉個(gè)不那么恰當(dāng)?shù)睦樱粋€(gè)自上而下、逐級劃分地理空間的索引定位過程如下：
北方 還是 南方 ？ 南方廣東 還是 廣西 ？ 廣東深圳 還是 廣州 ？ 深圳福田 還是 南山 ？ 福田JTS 提供了四叉樹和 R 樹的實(shí)現(xiàn)
以這個(gè)圖形為例，使用 JTS 構(gòu)建 R 樹空間索引
示例代碼如下：
WKTReader wktReader = new WKTReader();Geometry geometryA = wktReader.read("POLYGON ((320 390, 370 330, 470 360, 460 430, 375 432, 320 390))");Geometry geometryB = wktReader.read("POLYGON ((500 420, 430 360, 530 260, 500 420))");STRtree rtree = new STRtree();// 向R樹種添加MBR，和自己的數(shù)據(jù)rtree.insert(geometryA.getEnvelopeInternal(), "Polygon-A");rtree.insert(geometryB.getEnvelopeInternal(), "Polygon-B");rtree.build();// 點(diǎn)只在Polygon-A中System.out.println(rtree.query(wktReader.read("POINT (337 391)").getEnvelopeInternal()));// 點(diǎn)只在Polygon-B中System.out.println(rtree.query(wktReader.read("POINT (496 390)").getEnvelopeInternal()));// 點(diǎn)在Polygon-A和Polygon-B的交集中System.out.println(rtree.query(wktReader.read("POINT (452 367)").getEnvelopeInternal()));綜上所述，快速定位點(diǎn)（Point）在哪些多邊形中的具體流程如下：
多邊形是隨時(shí)都有可能可以調(diào)整，如果一個(gè)多邊形發(fā)生了調(diào)整就需要重構(gòu)整顆索引樹。但是在實(shí)踐中，為了降低構(gòu)建索引樹的頻次，通過定時(shí)任務(wù)去間隔 10 分鐘在內(nèi)存中構(gòu)建一次。并且為了減少索引樹占用的內(nèi)存大小，向索引樹中添加 MBR 關(guān)聯(lián)的是多邊形的 Id，初篩后再根據(jù) id 從緩存中取具體的多邊形數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的空間關(guān)系判斷，實(shí)現(xiàn)一個(gè)類似懶加載的過程。
具體流程如下圖所示：
在實(shí)際運(yùn)營過程中，畫的圖形各種形狀，會出現(xiàn)不少異常的情況，如點(diǎn)重疊、邊之間細(xì)微的間隙、自交等問題。實(shí)際操作中還提拱了圖形合并的能力，合并出來的圖像也有可能也是不符合規(guī)范的。為此，需要對這些異常的圖像進(jìn)行修復(fù)。
常見的修復(fù)手段有兩種
這兩種操作也不是萬能，也是需要自己根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行不斷地調(diào)整。
下面來看一個(gè)修復(fù)自交的例子，一個(gè)自交的圖形如下所示：
修復(fù)代碼示例如下：
WKTReader wktReader = new WKTReader();Geometry geometryA = wktReader.read("POLYGON ((340 490, 370 330, 730 350, 700 270, 340 490))");WKTWriter wktWriter = new WKTWriter();wktWriter.setPrecisionModel(new PrecisionModel(0));System.out.println(wktWriter.write(geometryA.buffer(0)));修復(fù)之后如下圖所示
Java Topology Suite (JTS) 作為一個(gè)功能強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理庫，為開發(fā)者提供了豐富的工具來處理復(fù)雜的空間問題。它在許多地理信息系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。這里只是對其的一個(gè)簡單應(yīng)用，后續(xù)還待更深入的挖掘。
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