jts-空间索引

jts-空间索引

前言： 
      如果您对JTS这三个词还是没有一个概念，那么推荐您关注一下sinoly的博客。这个我能够找到为数不多的关于jts的中文资料。
      http://www.blogjava.net/sinoly/archive/2007/02/09/99042.html
     下面这段话就是摘抄自sinoly老兄的博客： 
        ............它主要是完成了java对几何对象、空间拓扑得核心操作算法。.......集成了java对几何对象（点、线、面等）的对象管理外更大一部分工作是在完成对各种几何对象的buffer、analyze以及空间索引.
      本文想要向您展示的就是一个空间索引的小小demo!
  
       jts本身有一个包就叫Index，当中分别给出了SpatialIndex接口的几个实现。本文展现的就是quadtree的用法。
       quadtree翻译过来就是四叉树的意思，有一个很简单的例子可以来理解四叉树和空间索引的关系。那就是把中国的版图来个十字型的分割，这样就形成一个中心点和四个子节点。然后将每个子节点再次的进行十字分割。当分割到极小处时，整个中国的版图就可以使用一个挂载很多节点的四叉树来表示。每一个节点可以认为是一个具有经纬度及其描述信息的对象。
       当我们手中有很多点的时候，想要建立成一颗四叉树，只要把上边的思路反过来就可以了（对于每个节点之间的距离是否相等，目前我还没有好的认识）。
       正如我们研发部local search的文斌而言，思路很简单，但是不是每个人你都能够实现。接下来，让demo的代码说话。

      1.建立一个对象，这个对象描述point除了经纬度外的其他信息（如果需要可以加上经纬度）。
     

 1 /** */ /**
 2 * 
 3 * @author lang
 4 * @date 2007-12-17
 5 * @email [email protected]
 6 * @desc 代表point的信息
 7 * @since
 8 * 
 9 */
10 public   class  PointInfo  {
11    /** *//**
12     * 名称
13     */
14    private String name;
15    private String info;
16
17    public String getInfo() {
18        return info;
19    }
20
21    public void setInfo(String info) {
22        this.info = info;
23    }
24
25    public PointInfo(String name) {
26        super();
27        this.name = name;
28    }
29
30    public String getName() {
31        return name;
32    }
33
34    public void setName(String name) {
35        this.name = name;
36    }
37}

2.接下来就是建立一颗树，代码如下

public   static   void  main(String[] args)  {
        Quadtree quatree = new Quadtree();
        // 构建几个点
        PointInfo info1 = new PointInfo("故宫");
        quatree.insert(new Envelope(new Coordinate(11638937, 3992178)), info1);
        PointInfo info2 = new PointInfo("太和殿");
        info2
                .setInfo("太和殿，俗称金銮殿，是宫殿群中最大的建筑。殿高36米，宽63米，面积为2380平方米。 “太和”语出《周易》，太和是“阴阳会和，冲和之气也”，“混同宇内以玉太和”之意，即指宇宙万物，和谐圆满。太和殿坐落在“工”字形须弥座上，汉白玉雕成，分上中下三层，称为丹墀或丹陛。雕栏称为望柱，柱头雕以云龙云图案。那些伸出的为螭首，口中小孔为出水孔。共有螭首1142个。如遇雨天，可见千龙吐水之奇观。 台基上放置18个大铜炉，据说代表当时的18个省份。太和殿台基上面的大平台，放置铜龟、铜鹤各一对，象征“龟鹤千秋”，意为长寿。东有日晷西有喜量，象征皇权公正平允。这里是举行大典奏九韶之乐的地方。");
        quatree.insert(new Envelope(new Coordinate(11639073, 3991605)), info2);
        PointInfo info3 = new PointInfo("中和殿");
        info3
                .setInfo(" 中和殿在太和殿后，平面呈方形。“中和”语出《礼记.中庸》，指不偏不倚，凡事做到恰如其分。 殿为方形攒尖顶，在三大殿中居中，也最小，是皇帝去太和殿大典之前休息的地方。皇帝去天、地、日、月四坛祭祀时，前一天也要在中和殿里看祭文。每年二月皇帝到先农坛举行亲耕仪式，前一天要来这里阅视种子、农具、祝文。这里现陈列的是乾隆年间的两顶肩舆，即八抬大轿。 ");
        quatree.insert(new Envelope(new Coordinate(11639081, 3991647)), info3);
        PointInfo info4 = new PointInfo("保和殿");
        info4
                .setInfo("保和殿，其意为“志不外驰，恬神守志”，就是说神志得专一，以保持宇内的和谐，才能福寿安乐，天下太平。 保和殿比太和殿规模小些，为重檐歇山顶。明朝册立皇后，太子时，皇帝在此殿受贺。在清朝是举行盛大宴会的地方。每年初一和十五在此宴请外族王公大臣，场面是十分壮观的。公主下嫁时，也在这个殿里宴请附马。这个殿最有名的事是举行殿试。殿试就是皇帝本人亲自监考、主考，是科举考试的最高层次。前三名分别为状元、榜眼、探花。 保和殿后是故宫最大的一块雕石——云龙雕石，这块苑叶青石长16.57米，宽3.07米，厚1.7米，总重二百多吨。上雕游龙，双龙戏珠，游于云雾之中。 ");
        quatree.insert(new Envelope(new Coordinate(11639079, 3991698)), info4);
        PointInfo info5 = new PointInfo("乾清宫");
        info5
                .setInfo("乾清宫明朝时为皇帝居住之处，皇帝在此处理政务、召见臣仆和外国使节。从清朝雍正皇帝之后，皇帝迁到养心殿居住，但仍在此批阅奏报，召见大臣。 乾清宫除是皇帝的寝宫和日常自理政务外，还举行元旦、灯节、端午、中秋、冬至、万寿等节的家宴。殿内宝座上方有一块匾，上书“正大光明”四个漂亮的正楷字，其意为公正、光明磊落。这块匾很有名气，与秘密立储关系密切。皇帝生前，亲自从皇子中选一个德才兼备的作为皇太子——嗣皇帝，不予宣布，而是由皇帝秘密亲书预立皇太子的名字的“御书”，密封匣内，茂于那块匾后，等皇帝死后或死前，由御前大臣、军机大臣等共同启示，按御书所定，嗣皇帝即位。相传雍正的第四子弘历即乾隆皇帝，就是这…");
        quatree.insert(new Envelope(new Coordinate(11639067, 3991873)), info5);
        PointInfo info6 = new PointInfo("坤宁宫");
        quatree.insert(new Envelope(new Coordinate(11639067, 3991907)), info6);
        // 几个离故宫较远的点
        PointInfo info7 = new PointInfo("香山公园");
        quatree.insert(new Envelope(new Coordinate(11619151, 3999031)), info7);
        PointInfo info8 = new PointInfo("香山寺");
        quatree.insert(new Envelope(new Coordinate(11619150, 3999039)), info8);
        PointInfo info9 = new PointInfo("眼镜湖");
        quatree.insert(new Envelope(new Coordinate(11618154, 3999566)), info9);

当中需要说明的部分如下： 
         quatree.insert(new Envelope(new Coordinate(11638937, 3992178)), info1);
          当中的Coordinate代表了一个只是包含经纬度的点（point）。在jts中，还有另外一个专门的对象表示点，就是point对象，但是这里我们只是想用经纬度来建立好节点之间的关系，故而只是采用了Coordinate。
          而Envelope，这个对象其实代表的是一个矩形框。可能是因为信封就是一个矩形框的原因，所以，加拿大人就用这个单词来表示矩形了。Envelope的构造函数中需要给出矩形的对角坐标。但是我们这里只是有一个点，所以，jts会把这一个单独的点也作为一个矩形。
         这就是说明，jts中结点不是简单的point，而是一个矩形（Envelope）。
         至于最后的info，则是表示点的其他描述信息。
          需要补充的是，jts目前只是支持二维，三维的z坐标永远是0。

 3. 建立一颗树的目的不是等待他发芽，而是为了搜索（everyone has his purpose!）

     quatree 提供了三个搜索方法，签名分别如下： 
         

public  List query(Envelope searchEnv)  {
        /** *//**
         * the items that are matched are the items in quads which overlap the
         * search envelope
         */
        ArrayListVisitor visitor = new ArrayListVisitor();
        query(searchEnv, visitor);
        return visitor.getItems();
    }

     public   void  query(Envelope searchEnv, ItemVisitor visitor)  {
        /** *//**
         * the items that are matched are the items in quads which overlap the
         * search envelope
         */
        root.visit(searchEnv, visitor);
    }

     /** */ /**
     * Return a list of all items in the Quadtree
     */
     public  List queryAll()  {
        List foundItems = new ArrayList();
        root.addAllItems(foundItems);
        return foundItems;
    }

  每个函数的含义也是很简单的，分别表示搜索范围搜索，范围过滤搜索和全部搜索。
   接下来我们就分别尝试分为搜索和范围过滤搜索：
   范围搜索很简单，只要给出一个矩形框，然后传入就可以了，代码如下：
  

//  看看在故宫旁边能够找到什么
        System.out.println( " 看看在故宫旁边能够找到什么 " );
        List < PointInfo >  points  =  quatree.query( new  Envelope( new  Coordinate(
                 11638937 ,  3992178 )));
         for  (PointInfo pointInfo : points)  {
            // 结果是什么，居然就是故宫一个结果
            System.out.println(pointInfo.getName());
        }
         //  只能够调整经纬度，来看看故宫周围有什么
        System.out.println( " ================================= " );
        System.out.println( " 只能够调整经纬度，来看看故宫周围有什么，这个就相当于地图上的周边搜索的概念 " );
        points  =  quatree.query( new  Envelope( new  Coordinate( 11638937 ,  3991605 ),
                 new  Coordinate( 11639081 ,  3992178 )));
         for  (PointInfo pointInfo : points)  {
            // 结果是什么?
            System.out.println(pointInfo.getName());
        }

   可以看到，当只是输入故宫的点的时候，结果只是一个故宫。所以，我就找了一范围来搜，模拟文斌在 http://www.51ditu.com上实现的那个周边搜索的概念。结果会是什么呢？
    说起周边搜索，不可能没有关键词，比如我们经常在群里说得那个搜索模式，我想知道在上地周边哪里有好的酒吧，下班后可以去喝一杯！
    这就是周边过滤搜索的概念了。
     quadtree存在着这样的一个方法：
     public void query(Envelope searchEnv, ItemVisitor visitor) ，这个当中的ItemVisitor 是一个接口。实现的类似于一个访问者的功能，挨个询问过路人：“你可见到戈多，我在等他”！我们可以看一下默认的ArrayListVisitor。看后，也会觉得jts在这个地方多此一举了。
   

/** */ /**
 * @version 1.7
 */
public   class  ArrayListVisitor
     implements  ItemVisitor
{

  private ArrayList items = new ArrayList();
  public ArrayListVisitor() {
  }

  public void visitItem(Object item)
  {
    items.add(item);
  }

  public ArrayList getItems() { return items; }

}

 可以看到，这个类对于过路人什么都没有问。
 接下来，我就仿照着实现一个询问器，问问那个宫殿中悬挂着“正大光明”牌匾。
 

public   void  visitItem(Object item)  {
        PointInfo info = (PointInfo) item;
        if (info.getInfo() != null && !"".equals(info.getInfo())
                && info.getInfo().contains("正大光明")) {
            items.add(item);
        }
    }

  最后在quatree中用法如下： 
   

//  既然可以实现周边搜索，那么就可以在故宫旁边搜索那个宫殿中含有正大光明的牌匾
        System.out.println( " ================================= " );
        System.out.println( " 既然可以实现周边搜索，那么就可以在故宫旁边搜索那个宫殿中含有正大光明的牌匾 " );
        UseArrayListVisitor visitor  =   new  UseArrayListVisitor();
        quatree.query( new  Envelope( new  Coordinate( 11638937 ,  3991605 ),
                 new  Coordinate( 11639081 ,  3992178 )), visitor);
        points  =  visitor.getItems();
         for  (PointInfo pointInfo : points)  {
            // 结果是什么?
            System.out.println(pointInfo.getName());
        }

         结果是什么呢，当然就是乾清宫！
        
         可以说，Jts是一个优雅的空间实用包，但是如果我在刚才过滤器中搜索的词不是那么简单呢，我想向文本搜索一样牵涉到分词，排序的概念呢。
        如果我真的要在中国范围内找某一个酒吧呢？
        我对于这些问题的一个思路就是，让lucene和jts合作！不过这是下一篇博客的内容了。