Mempertimbangkan lubang / kendala dalam pembuatan poligon Voronoi di QGIS?

Saya mencoba membuat voronoi poligon di QGIS yang akan mempertimbangkan "lubang" di domain umum. Contohnya adalah:

Saya benar-benar membuat Vorono pada gambar ini menggunakan QGIS melalui perintah GRASS, kemudian menggunakan alat "Perbedaan" untuk membuat lubang. Shapefile poligon terpisah, yang berisi luasan lubang, digunakan sebagai lapisan "Perbedaan". Contoh aplikasi akan membuat poligon di sekitar titik pengambilan sampel yang dikumpulkan antara struktur yang harus dikeluarkan dari analisis.

Dua masalah muncul di sini:

1. Fungsi "perbedaan" tampaknya tidak berfungsi 100% dengan benar, dengan beberapa batas poligon memanjang ke "lubang". Ini dapat diperbaiki dengan menemukan baris di Tabel Atribut yang tidak memiliki nomor ID poligon (atau ID "0").

2. Jenis "hole-punch" setelah-fakta ini dapat menghasilkan poligon diskontinyu, seperti yang ditunjukkan oleh panah merah pada gambar.

Pertanyaan saya adalah: apakah ada alat atau plugin Voronoi yang dapat mempertimbangkan keberadaan "lubang" di tengah domain, sebagai proses satu langkah, dan juga menghilangkan generasi poligon terputus-putus? Saya membayangkan bahwa alat seperti itu akan memperluas batas poligon ke persimpangan terdekat dengan batas lain, kecuali jika batas itu membanting terhadap batas "lubang" terlebih dahulu.

Ini dimungkinkan menggunakan raster. Konversi poin dan poligon batas Anda terlebih dahulu menjadi raster resolusi tinggi. Tetapkan topeng untuk batas Anda menggunakan r.mask. Kemudian, jalankan r.grow.distancedalam GRASS dan gunakan Value= output. Ini akan memberi Anda untuk setiap piksel, yang merupakan titik terdekat. Ubah ini kembali menjadi poligon vektor. Mungkin ada langkah-langkah tambahan yang dibutuhkan untuk menyingkirkan sliver poligon.

Ini tentu saja mungkin dengan raster.

Tangkapan layar ini mudah-mudahan menunjukkan masalahnya dengan lebih jelas. Bagian B dari voronoi lebih dekat 'saat gagak terbang' ke pusat voronoi yang asli, tetapi ini tidak memperhitungkan fakta bahwa akan memakan waktu lebih lama untuk berjalan di sekitar gedung. Pemahaman saya tentang pertanyaan OP adalah bahwa voronoi perlu memperhitungkan jarak ekstra ini untuk berjalan di sekitar gedung.

Saya suka saran dari @Guillaume. Namun, ketika saya mencobanya saya punya masalah r.grow.distanceuntuk menghormati topeng (lihat di bawah. Riak-riak seharusnya tidak melewati bangunan).

Pengetahuan Rumput saya tidak sekuat yang seharusnya, jadi mungkin saya melakukan sesuatu yang bodoh. Tentunya, periksa saran itu terlebih dahulu karena akan jauh lebih sedikit pekerjaan daripada milik saya ;-)

Langkah 1 - Buat permukaan biaya

Langkah pertama adalah membuat permukaan biaya. Ini hanya perlu dilakukan sekali.

• buat layer yang bisa diedit, lubang dan semua.
• tambahkan bidang yang disebut 'unit', setel ke 1.
• menggunakan polygon-to-raster pada layer vektor "punched" (yang berlubang), menggunakan field 'unit'. Anda sekarang memiliki layer "mask", di mana 1 adalah ruang kosong dan 0 sedang membangun.

• gunakan kalkulator raster untuk mengubahnya menjadi permukaan biaya. Saya akan mengatur 'di luar ruangan' menjadi 1 dan 'di dalam ruangan' ke 9999. Ini akan membuat sulit untuk melewati bangunan.

  (("mask @ 1" = 1) * 1) + (("mask @ 1" = 0) * 9999)

Anda bisa mendapatkan lebih banyak hasil 'organik' dengan menambahkan sedikit noise ke permukaan biaya (mis. Gunakan angka acak dari 1 hingga 3, daripada hanya 1 untuk pxiels outdoor.)

Langkah 2. Buat raster biaya kumulatif untuk setiap pusat voronoi

Sekarang kita dapat menjalankan (untuk satu sel voronoi sekaligus) algoritma GRASS r.cost.coordinatesterhadap lapisan permukaan biaya kami.

Untuk mulai berkoordinasi, gunakan pusat vornoi. Untuk koordinat akhir, pilih salah satu sudut area Anda. Saya sarankan menggunakan 'Knights Tour' karena ini memberikan hasil yang lebih halus.

Hasilnya menunjukkan garis waktu perjalanan yang sama dari satu pusat voronoi. Perhatikan bagaimana pita membungkus bangunan.

Tidak yakin cara terbaik untuk mengotomatisasi ini. Mungkin memproses mode batch, atau dilakukan dalam pyqgis.

Langkah 3. Gabungkan raster

Ini mungkin membutuhkan kode. Algoritma akan menjadi

create a raster 'A' to match the size of your cumulative cost images
fill raster 'A' with a suitably high number e.g. 9999
create an array of the same size as the raster.
for each cumulative cost raster number 1..N
    for each cell in image
        if cell < value in raster 'A'
            set value in raster 'A' to cell value
            set corresponding cell in array to cum. cost image number
write out array as a raster

Pendekatan itu harus menghasilkan raster di mana setiap sel dikategorikan oleh pusat voronoi terdekat, dengan mempertimbangkan hambatan.

Anda kemudian dapat menggunakan raster-ke-poligon. Anda kemudian dapat menggunakan plugin Generalize untuk menghapus artefak efek "langkah" dari raster.

Permintaan maaf atas ketidakjelasan pada langkah 2 dan 3 ... Saya berharap seseorang berpadu dengan solusi yang lebih elegan :)

Catatan # 1 : Saya tidak dapat mereproduksi masalah yang diusulkan karena alat Perbedaan bekerja dengan baik untuk saya dalam beberapa tes yang saya lakukan (mungkin itu karena geometri masalah yang sederhana atau karena alat tersebut telah diperbaiki karena pertanyaannya adalah tanya 1 tahun yang lalu).

Namun, saya mengusulkan solusi di PyQGIS untuk menghindari penggunaan alat Perbedaan . Semuanya didasarkan pada persimpangan lokal antara dua lapisan input (lihat gambar di bawah):

1. lapisan vektor poligon yang mewakili poligon Voronoi;
2. lapisan vektor poligon yang mewakili lubang / kendala yang perlu dikeluarkan dari analisis.

Catatan # 2 : Karena saya tidak ingin menggunakan alat Perbedaan , saya tidak dapat menghindari pembuatan "sliver" (lihat kemudian), jadi saya perlu menjalankan v.cleanalat untuk menghilangkannya. Selanjutnya, seperti yang dikatakan @Chris W,

[...] tetapi yang kedua menghasilkan sliver tidak sepenuhnya tidak terduga - setelah semua, area itu masih akan dialokasikan ke titik yang sama bahkan jika lubangnya ada. Anda bisa menggunakan metode itu dan kemudian memasukkan sliver ke tetangga mereka dengan metode pembersihan .

Setelah tempat yang diperlukan ini, saya memposting kode saya:

##Voronoi_Polygons=vector polygon
##Constraints=vector polygon
##Voronoi_Cleaned=output vector

from qgis.core import *

voronoi = processing.getObject(Voronoi_Polygons)
crs = voronoi.crs().toWkt()
ex = voronoi.extent()
extent = '%f,%f,%f,%f' % (ex.xMinimum(), ex.xMaximum(), ex.yMinimum(), ex.yMaximum())

constraints = processing.getObject(Constraints)

# Create the output layer
voronoi_mod = QgsVectorLayer('Polygon?crs='+ crs, 'voronoi' , 'memory')
prov = voronoi_mod.dataProvider()
fields = voronoi.pendingFields() # Fields from the input layer
prov.addAttributes(fields) # Add input layer fields to the outLayer
voronoi_mod.updateFields()

# Spatial index containing all the 'constraints'
index_builds = QgsSpatialIndex()
for feat in constraints.getFeatures():
    index_builds.insertFeature(feat)

final_geoms = {}
final_attrs = {}

for feat in voronoi.getFeatures():
    input_geom = feat.geometry()
    input_attrs = feat.attributes()
    final_geom = []
    multi_geom = input_geom.asPolygon()
    input_geoms = [] # edges of the input geometry
    for k in multi_geom:
        input_geoms.extend(k)
    final_geom.append(input_geoms)
    idsList = index_builds.intersects(input_geom.boundingBox())
    mid_geom = [] # edges of the holes/constraints
    if len(idsList) > 0:
        req = QgsFeatureRequest().setFilterFids(idsList)
        for ft in constraints.getFeatures(req):
            geom = ft.geometry()
            hole = []
            res = geom.intersection(input_geom)
            res_geom = res.asPolygon()
            for i in res_geom:
                hole.extend(i)
                mid_geom.append(hole)
        final_geom.extend(mid_geom)
    final_geoms[feat.id()] = final_geom
    final_attrs[feat.id()] = input_attrs

# Add the features to the output layer
outGeom = QgsFeature()
for key, value in final_geoms.iteritems():
    outGeom.setGeometry(QgsGeometry.fromPolygon(value))
    outGeom.setAttributes(final_attrs[key])
    prov.addFeatures([outGeom])

# Add 'voronoi_mod' to the Layers panel
QgsMapLayerRegistry.instance().addMapLayer(voronoi_mod)

# Run 'v.clean'
processing.runalg("grass7:v.clean",voronoi_mod, 2, 0.1, extent, -1, 0.0001, Voronoi_Cleaned, None)

# Remove 'voronoi_mod' to the Layers panel
QgsMapLayerRegistry.instance().removeMapLayer(voronoi_mod)

yang mengarah ke hasil ini:

Hanya untuk kejelasan, ini akan menjadi hasil tanpa menggunakan v.cleanalat ini:

Perbedaan dengan hasil oleh @LeaningCactus adalah bahwa, sekarang, geometri tidak rusak dan mereka bisa "dibersihkan" tanpa kesalahan .