¿El vecino más cercano entre la capa de punto y la capa de línea? [cerrado]

He hecho esta pregunta varias veces en stackoverflow e irc entre #qgis y #postgis y también intenté codificarlo o implementarlo yo mismo en postgis sin una respuesta real.

Usando la programación (más preferiblemente python), me gustaría dibujar una línea desde una capa de puntos, hasta su proyección en la línea más cercana de una línea o capa de polígono.

A partir de ahora, la mayoría de mis datos están en forma de ESRI y formatos postgis; sin embargo, prefiero mantenerme alejado de una solución postgis ya que soy predominantemente un usuario shp + qgis.

Una solución ideal sería implementar GDAL / OGR con python o bibliotecas similares

• Usando las bibliotecas GDAL / OGR, ¿por dónde debería comenzar? ¿Sería posible dar un plan de solución?
• ¿Puedo usar NetworkX para hacer el análisis de vecino más cercano?
• ¿Es esto realmente posible?

Si es más fácil, los puntos podrían conectarse al punto final del segmento en lugar de un punto proyectado

Esta pregunta resultó ser un poco más complicada de lo que pensé. Hay muchas implementaciones de la distancia más corta en sí misma, como la distancia proporcionada por Shapely (desde GEOS). Sin embargo, pocas de las soluciones proporcionan el punto de intersección en sí, pero solo la distancia.

Mi primer intento amortiguó el punto por la distancia entre el punto y el polígono, y busqué intersecciones, pero los errores de redondeo impiden que esto dé una respuesta exacta.

Aquí hay una solución completa usando Shapely, basada en estas ecuaciones :

#!/usr/bin/env python
from shapely.geometry import Point, Polygon
from math import sqrt
from sys import maxint

# define our polygon of interest, and the point we'd like to test
# for the nearest location
polygon = Polygon(((0, 0), (0, 1), (1, 1), (1, 0), (0, 0)))
point = Point(0.5, 1.5)

# pairs iterator:
# http://stackoverflow.com/questions/1257413/1257446#1257446
def pairs(lst):
    i = iter(lst)
    first = prev = i.next()
    for item in i:
        yield prev, item
        prev = item
    yield item, first

# these methods rewritten from the C version of Paul Bourke's
# geometry computations:
# http://local.wasp.uwa.edu.au/~pbourke/geometry/pointline/
def magnitude(p1, p2):
    vect_x = p2.x - p1.x
    vect_y = p2.y - p1.y
    return sqrt(vect_x**2 + vect_y**2)

def intersect_point_to_line(point, line_start, line_end):
    line_magnitude =  magnitude(line_end, line_start)
    u = ((point.x - line_start.x) * (line_end.x - line_start.x) +
         (point.y - line_start.y) * (line_end.y - line_start.y)) \
         / (line_magnitude ** 2)

    # closest point does not fall within the line segment, 
    # take the shorter distance to an endpoint
    if u < 0.00001 or u > 1:
        ix = magnitude(point, line_start)
        iy = magnitude(point, line_end)
        if ix > iy:
            return line_end
        else:
            return line_start
    else:
        ix = line_start.x + u * (line_end.x - line_start.x)
        iy = line_start.y + u * (line_end.y - line_start.y)
        return Point([ix, iy])

nearest_point = None
min_dist = maxint

for seg_start, seg_end in pairs(list(polygon.exterior.coords)[:-1]):
    line_start = Point(seg_start)
    line_end = Point(seg_end)

    intersection_point = intersect_point_to_line(point, line_start, line_end)
    cur_dist =  magnitude(point, intersection_point)

    if cur_dist < min_dist:
        min_dist = cur_dist
        nearest_point = intersection_point

print "Closest point found at: %s, with a distance of %.2f units." % \
   (nearest_point, min_dist)

Para la posteridad, parece que esta extensión ArcView maneja este problema bastante bien, lástima que esté en una plataforma muerta escrita en un idioma muerto ...

Una respuesta PostGIS (para multilínea, si es lineal, elimine la función st_geometryn)

select t2.gid as point_gid, t1.gid as line_gid, 
st_makeline(t2.geom,st_line_interpolate_point(st_geometryn(t1.geom,1),st_line_locate_point(st_geometryn(t1.geom,1),t2.geom))) as geom
from your_line_layer t1, your_point_layer t2, 
(
select gid as point_gid, 
(select gid 
from your_line_layer
order by st_distance(your_line_layer.geom, your_point_layer.geom)
limit 1 ) as line_gid
from your_point_layer
) as t3
where t1.gid = t3.line_gid
and t2.gid = t3.point_gid

Esto es un poco viejo, pero hoy estaba buscando soluciones a este problema (punto -> línea). La solución más simple que he encontrado para este problema relacionado es:

>>> from shapely.geometry import Point, LineString
>>> line = LineString([(0, 0), (1, 1), (2, 2)])
>>> point = Point(0.3, 0.7)
>>> point
POINT (0.3000000000000000 0.7000000000000000)
>>> line.interpolate(line.project(point))
POINT (0.5000000000000000 0.5000000000000000)

Si entiendo bien, la funcionalidad que está solicitando está integrada en PostGIS.

Para obtener un punto proyectado en una línea, puede usar ST_Closestpoint (en PostGIS 1.5)

Algunos consejos sobre cómo usarlo se pueden leer aquí: http://blog.jordogskog.no/2010/02/07/how-to-use-the-new-distance-related-functions-in-postgis-part1/

También se puede utilizar para encontrar el punto más cercano en un polígono a otro polígono, por ejemplo.

Si desea la línea entre los dos puntos más cercanos en ambas geometrías, puede usar ST_Shortestline. ST_Closestpoint es el primer punto en ST_Shortestline

La longitud de ST_Shortestline entre dos geometrías es la misma que ST_Distance entre las geometrías.

Vea el comentario a continuación sobre cómo mi respuesta no debe considerarse una solución confiable ... Dejaré esta publicación original aquí solo para que otros puedan examinar el problema.

Si entiendo la pregunta, este procedimiento general debería funcionar.

Para encontrar la ruta más corta entre un punto (como se define por x, y o x, y, z) y una poliina (como se define por un conjunto de conexión de x, y o x, y, z) dentro del espacio euclidiano:

1) Desde un punto definido por el usuario (lo llamaré pt0), encuentre el vértice más cercano de la polilínea (pt1). OGRinfo puede sondear los vértices de una polilínea, y luego se pueden hacer cálculos de distancia a través de métodos estándar. Por ejemplo, iterar sobre una distancia calculada como: distance_in_radians = 2 * math.asin (math.sqrt (math.pow ((math.sin ((pt0_radians-ptx_radians) / 2)), 2) + math.cos (pt0_radians) * math.cos (ptx_radians) * math.pow ((math.sin ((pt0_radians-ptx_radians) / 2)), 2)))

2) Almacene el valor de distancia mínima asociado (d1) y (pt1)

3) mire los dos segmentos que se derivan de pt1 (en la cadena lineal de ogrinfo, estos serán los vértices anteriores y posteriores). Registre estos vértices (n2 y n3).

4) crea y = mx + b fórmula para cada segmento

5) Relacione su punto (pt0) con la perpendicular para cada una de esas dos fórmulas

6) Calcular la distancia y las intersecciones (d2 y d3; pt2, pt3)

7) Compara las tres distancias (d1, d2, d3) para la más corta. Su pt0 al nodo asociado (pt1, pt2 o pt3) es el enlace más corto.

Esa es una respuesta de flujo de conciencia; con suerte, mi imagen mental del problema y la solución encajan.

Aquí hay un script de Python para QGIS> 2.0 hecho a partir de las sugerencias y soluciones dadas anteriormente. Funciona bien para una cantidad razonable de puntos y líneas. Pero no lo intenté con una gran cantidad de objetos.

Por supuesto, tenía que ser copiado en inactivo o cualquier otra "solución pitónica" y guardarlo como "más cercano.punto.py".

En la caja de herramientas QGIS, vaya a script, herramientas, agregue un script y elíjalo.

##Vector=group
##CLosest_Point_V2=name
##Couche_de_Points=vector
##Couche_de_Lignes=vector

"""
This script intent to provide a count as for the SQL Funciton CLosestPoint
Ce script vise a recréer dans QGIS la Focntion SQL : CLosest Point
It rely on the solutions provided in "Nearest neighbor between a point layer and a line layer"
  http://gis.stackexchange.com/questions/396/nearest-pojected-point-from-a-point-                               layer-on-a-line-or-polygon-outer-ring-layer
V2 du  8 aout 2016
jean-christophe.baudin@onema.fr
"""
from qgis.core import *
from qgis.gui import *
from PyQt4.QtCore import *
from PyQt4.QtGui import *
import os
import sys
import unicodedata 
from osgeo import ogr
from math import sqrt
from sys import maxint

from processing import *

def magnitude(p1, p2):
    if p1==p2: return 1
    else:
        vect_x = p2.x() - p1.x()
        vect_y = p2.y() - p1.y()
        return sqrt(vect_x**2 + vect_y**2)

def intersect_point_to_line(point, line_start, line_end):
    line_magnitude =  magnitude(line_end, line_start)
    u = ((point.x()-line_start.x())*(line_end.x()-line_start.x())+(point.y()-line_start.y())*(line_end.y()-line_start.y()))/(line_magnitude**2)
    # closest point does not fall within the line segment, 
    # take the shorter distance to an endpoint
    if u < 0.0001 or u > 1:
        ix = magnitude(point, line_start)
        iy = magnitude(point, line_end)
        if ix > iy:
            return line_end
        else:
            return line_start
    else:
        ix = line_start.x() + u * (line_end.x() - line_start.x())
        iy = line_start.y() + u * (line_end.y() - line_start.y())
        return QgsPoint(ix, iy)

layerP = processing.getObject(Couche_de_Points)
providerP = layerP.dataProvider()
fieldsP = providerP.fields()
inFeatP = QgsFeature()

layerL = processing.getObject(Couche_de_Lignes)
providerL = layerL.dataProvider()
fieldsL = providerL.fields()
inFeatL = QgsFeature()

counterP = counterL= nElement=0

for featP in layerP.selectedFeatures():
    counterP+=1
if counterP==0:
    QMessageBox.information(None,"information:","Choose at least one point from point layer_"+ str(layerP.name())) 

indexLine=QgsSpatialIndex()
for featL in layerL.selectedFeatures():
    indexLine.insertFeature(featL)
    counterL+=1
if counterL==0:
    QMessageBox.information(None,"information:","Choose at least one line from point layer_"+ str(layerL.name()))
    #QMessageBox.information(None,"DEBUGindex:",str(indexBerge))     
ClosestP=QgsVectorLayer("Point", "Projected_ Points_From_"+ str(layerP.name()), "memory")
QgsMapLayerRegistry.instance().addMapLayer(ClosestP)
prClosestP = ClosestP.dataProvider()

for f in fieldsP:
    znameField= f.name()
    Type= str(f.typeName())
    if Type == 'Integer': prClosestP.addAttributes([ QgsField( znameField, QVariant.Int)])
    if Type == 'Real': prClosestP.addAttributes([ QgsField( znameField, QVariant.Double)])
    if Type == 'String': prClosestP.addAttributes([ QgsField( znameField, QVariant.String)])
    else : prClosestP.addAttributes([ QgsField( znameField, QVariant.String)])
prClosestP.addAttributes([QgsField("DistanceP", QVariant.Double),
                                        QgsField("XDep", QVariant.Double),
                                        QgsField("YDep", QVariant.Double),
                                        QgsField("XProj", QVariant.Double),
                                        QgsField("YProj", QVariant.Double),
                                        QgsField("Xmed", QVariant.Double),
                                        QgsField("Ymed", QVariant.Double)])
featsP = processing.features(layerP)
nFeat = len(featsP)
"""
for inFeatP in featsP:
    progress.setPercentage(int(100 * nElement / nFeatL))
    nElement += 1
    # pour avoir l'attribut d'un objet/feat .... 
    attributs = inFeatP.attributes()
"""

for inFeatP in layerP.selectedFeatures():
    progress.setPercentage(int(100 * nElement / counterL))
    nElement += 1
    attributs=inFeatP.attributes()
    geomP=inFeatP.geometry()
    nearest_point = None
    minVal=0.0
    counterSelec=1
    first= True
    nearestsfids=indexLine.nearestNeighbor(geomP.asPoint(),counterSelec)
    #http://blog.vitu.ch/10212013-1331/advanced-feature-requests-qgis
    #layer.getFeatures( QgsFeatureRequest().setFilterFid( fid ) )
    request = QgsFeatureRequest().setFilterFids( nearestsfids )
    #list = [ feat for feat in CoucheL.getFeatures( request ) ]
    # QMessageBox.information(None,"DEBUGnearestIndex:",str(list))
    NBNodes=0
    Dist=DistT=minValT=Distance=0.0
    for featL in  layerL.getFeatures(request):
        geomL=featL.geometry()
        firstM=True
        geomL2=geomL.asPolyline()
        NBNodes=len(geomL2)
        for i in range(1,NBNodes):
            lineStart,lineEnd=geomL2[i-1],geomL2[i]
            ProjPoint=intersect_point_to_line(geomP.asPoint(),QgsPoint(lineStart),QgsPoint(lineEnd))
            Distance=magnitude(geomP.asPoint(),ProjPoint)
            toto=''
            toto=toto+ 'lineStart :'+ str(lineStart)+ '  lineEnd : '+ str(lineEnd)+ '\n'+ '\n'
            toto=toto+ 'ProjPoint '+ str(ProjPoint)+ '\n'+ '\n'
            toto=toto+ 'Distance '+ str(Distance)
            #QMessageBox.information(None,"DEBUG", toto)
            if firstM:
                minValT,nearest_pointT,firstM = Distance,ProjPoint,False
            else:
                if Distance < minValT:
                    minValT=Distance
                    nearest_pointT=ProjPoint
            #at the end of the loop save the nearest point for a line object
            #min_dist=magnitude(ObjetPoint,PProjMin)
            #QMessageBox.information(None,"DEBUG", " Dist min: "+ str(minValT))
        if first:
            minVal,nearest_point,first = minValT,nearest_pointT,False
        else:
            if minValT < minVal:
                minVal=minValT
                nearest_point=nearest_pointT
                #at loop end give the nearest Projected points on Line nearest Line
    PProjMin=nearest_point
    Geom= QgsGeometry().fromPoint(PProjMin)
    min_dist=minVal
    PX=geomP.asPoint().x()
    PY=geomP.asPoint().y()
    Xmed=(PX+PProjMin.x())/2
    Ymed=(PY+PProjMin.y())/2
    newfeat = QgsFeature()
    newfeat.setGeometry(Geom)
    Values=[]
    #Values.extend(attributs)
    fields=layerP.pendingFields()
    Values=[attributs[i] for i in range(len(fields))]
    Values.append(min_dist)
    Values.append(PX)
    Values.append(PY)
    Values.append(PProjMin.x())
    Values.append(PProjMin.y())
    Values.append(Xmed)
    Values.append(Ymed)
    newfeat.setAttributes(Values)
    ClosestP.startEditing()  
    prClosestP.addFeatures([ newfeat ])
    #prClosestP.updateExtents()
ClosestP.commitChanges()
iface.mapCanvas().refresh()

!!! ADVERTENCIA !!! Tenga en cuenta que se pueden producir algunos puntos proyectados "extraños" / incorrectos debido a este comando de línea:

nearestsfids=indexLine.nearestNeighbor(geomP.asPoint(),counterSelec)

El counterSelecvalor establecido establece cuántos vecinos más cercanos se devuelven. De hecho, cada punto debe proyectarse a la distancia más corta posible a cada objeto de línea; y la distancia mínima encontrada daría la línea correcta y el punto proyectado como los vecinos más cercanos que buscamos. Para reducir el tiempo de bucle, se utiliza el comando vecino más cercano. Elegir un counterSelecvalor reducido a 1 devolverá el "primer" objeto cumplido (es el cuadro delimitador más exactamente) y puede que no sea el correcto. Los objetos de diferentes tamaños de línea pueden obligar a elegir pueden ser 3 o 5, o incluso más objetos más cercanos para determinar la distancia más corta. Cuanto mayor sea el valor, más tiempo se necesita. Con cientos de puntos y líneas, comienza a ser muy lento con 3 o 5 vecinos más cercanos, con miles puede fallar con tales valores.

Dependiendo de sus intereses y caso de uso, puede ser útil buscar "algoritmos de correspondencia de mapas". Por ejemplo, hay un proyecto RoadMatcher en el wiki de OSM: http://wiki.openstreetmap.org/wiki/Roadmatcher .