ArcGIS API for Silverlight 使用GeometryService求解线与面的交点(一)

最近在做项目的时候遇到一个问题，大致情况如下：

已知河流的面要素，需要根据用户输入的矩形以及设定的步长对河流进行网格划分，并得到网格与两边河岸的交点。

查了查资料，发现原生的ArcGIS API for Silverlight并没有提供实现该功能的借口，但是GeometryService提供了一个类似的功能：Intersect.

Intersect：其相交的情况有如下三种：



这里需要注意的时最后一个:线与线相交，从几何的角度来说，最后得到的结果应该是一个点，然而在GeometryService中，最后得到的结果是PolyLine,即是线，而且该线的Extent属性为null,也就是说线段长度为0.因此如果你想通过Intersect来求解两条线的交点实不可取的。那么这里的用处是什么呢？就是可以用来判断交点的个数。

从上图来看我们的情况是属于第二种：即面与线相交。

但是我们发现，这里得到的是相交的线，而我们要的是点，这个该怎么解决呢？

其实我们再一想，就可以发现，既然我们能够得到相交的线，那么我们是不是可以得到线的两个端点呢？如果可以得到两个端点是不是我们的问题就解决了呢？

答案只对了一半，因为我们再仔细一想，又会发现一个问题就是虽然我们可以得到两个端点，但是有的端点并不是网格与河流面要素的交点，例如下图所示：



上图表示对河流进行划分的网格

如果按照上面的思路我们将得到如下的结果：



我们发现，虽然得到了与河流的交点但是左右两侧水平线的端点也包含了进来，而显然它们都不是与河流的交点，那么这里该怎么去除呢？

从上图可以知道，左右边界上非河岸的交点都位于网格的边缘，假设我们设网格矩形的区域为(Xmin,Ymin,Xmax,Ymax),则这些点的X坐标都为Xmin或者Xmax,所以我们由此可以去除边界上的点，然而这里有一个问题是：

当我们按照一定的步长划分时，不一定会整分，即出现如下的情况：



我们发现上面和右边并不是刚好等分的，上面和右面部分线条超出了“范围”，虽然这并不影响河流的交点的提取，但是多少显得不那么好看。

下面我们先看看构造网格的代码：

public void CreateGrid(double xMin,double xMax,double yMin,double yMax,double xstep,double ystep)
{
//定义两个Point,确定一条直线
MapPoint mp1;
MapPoint mp2;
//由步长确定划分成多少份
int Nx = Convert.ToInt32((xMax - xMin)/xstep);
int Ny = Convert.ToInt32((yMax - yMin) / ystep);
//构造竖直方向的线
for (int i = 0; i <Nx+1; i++)
{
mp1=CreateMapPoint(xMin+i*xstep, yMin);
mp2=CreateMapPoint(xMin + i * xstep,yMax);
CreateLine(mp1, mp2);
}
//构造水平方向的线
for (int i = 0; i < Ny+1; i++)
{
mp1 = CreateMapPoint(xMin, yMin +i * ystep);
mp2 = CreateMapPoint(xMax, yMin + i * ystep);
CreateLine(mp1, mp2);
}
//RectExtent为自定义的一种结构体，存储每一次网格划分时的矩形范围
recExtent = new RectExtent()
{
Xmin = Convert.ToDouble((xMin).ToString("#0.000")),
Xmax = Convert.ToDouble((xMin + Nx * xstep).ToString("#0.000")),
Ymin = Convert.ToDouble((yMin).ToString("#0.000")),
Ymax = Convert.ToDouble((yMin + Ny * ystep).ToString("#0.000"))
};
}

以上的CreateMapPoint为自定义方法，表示根据X,Y坐标，新建一个点(MapPoint),示例代码如下：

public MapPoint CreateMapPoint(double x,double y)
{
return new MapPoint(x, y);
}

CreateLine表示根据得到的两个点，绘制一条直线：

public void CreateLine(MapPoint p1,MapPoint p2)
{
ESRI.ArcGIS.Client.Geometry.Polyline polyline = new ESRI.ArcGIS.Client.Geometry.Polyline();
ESRI.ArcGIS.Client.Geometry.PointCollection pc=new ESRI.ArcGIS.Client.Geometry.PointCollection ();
pc.Add(p1);
pc.Add(p2);
polyline.Paths.Add(pc);
//记得对空间坐标系赋值，否则Simplify会出错。
polyline.SpatialReference = map1.SpatialReference;
AddLineGraphic(polyline);

}

AddLineGraphic表示将生成的线添加到图层中：

public void AddLineGraphic(ESRI.ArcGIS.Client.Geometry.Polyline polyline)
{
Graphic g = new Graphic()
{
Geometry = polyline,
Symbol = LayoutRoot.Resources["LineSymbol"] as SimpleLineSymbol
};

glayer.Graphics.Add(g);
}

同理，之后的AddPointGraphic即向图层中添加点:

public void AddPointGraphic(ESRI.ArcGIS.Client.Geometry.MapPoint point)
{
Graphic g = new Graphic()
{
Geometry = point,
Symbol = LayoutRoot.Resources["PointSymbol"] as SimpleMarkerSymbol,
};

glayer.Graphics.Add(g);
}

这里我们实现了网格的绘制，但是你会发现得到的网格如本文第3张图片所示。

这并不是我们所希望的，这里我们修改一下构造水平和垂直直线的代码，如下所示：

//构造竖直方向的线
for (int i = 0; i <Nx+1; i++)
{
mp1=CreateMapPoint(xMin+i*xstep, yMin);
//mp2=CreateMapPoint(xMin + i * xstep,yMax);
mp2 = CreateMapPoint(xMin + i * xstep, yMin + Ny * ystep);
CreateLine(mp1, mp2);
}
//构造水平方向的线
for (int i = 0; i < Ny+1; i++)
{
mp1 = CreateMapPoint(xMin, yMin +i * ystep);
mp2 = CreateMapPoint(xMin + Nx * xstep, yMin + i * ystep);
//mp2 = CreateMapPoint(xMax, yMin + i * ystep);
CreateLine(mp1, mp2);
}

这里我们将Xmax改成了Xmax+Nx*Xstep，同理其他。

这样我们就能得到闭合的网格了。

但是我们还是没有说如何解决上面说的那个问题，上面我们说到通过Xmin和Xmax来判断是否是河流的交点，但是实际运行程序时，是无法实现的，为什么呢？

因为我们再使用Geometry的Intersect时，再Intersect的过程中对每一个点(交线的端点)的坐标值都会进行相应的简化(四舍五入)，这样我们在Intersect完成事件函数中获得端点值就已经不等于Intersect之前的了，因此也就无法根据线段端点的Xmin和Xmax值是否等于边界值来取舍交点。

具体过程可以看下面的示意图：



因此，通过Xmin和Xmax的方式也不行。那到底该怎么办呢？

这里我们仔细一想就会发现，Intersect之后的Xmin和Xmax和实际上的X范围很相近，因为Intersect实际上就是对X范围进行了四舍五入。

而一般来说Intersect之后的的X范围和初始时的X范围相差不超过1.甚至是0.1。于是我们将Intersect之后的值与初始时的值做作差取绝对值，这样就可以确定Intersect之后，线段的端点是不是交点了。



下面给出GeometryService的Intersect完成事件处理函数的代码：

void geometryService_IntersectCompleted(object sender, GraphicsEventArgs e)
{
glayer.Graphics.Clear();

foreach (Graphic g in e.Results)
{
g.Symbol = LayoutRoot.Resources["ResultsLineSymbol"] as SimpleLineSymbol;
if (g.Geometry.Extent != null)
{
#region 垂直线
if (g.Geometry.Extent.Width == 0.0)//垂直线两个端点即为交点
{
foreach (ESRI.ArcGIS.Client.Geometry.PointCollection pc in (g.Geometry as ESRI.ArcGIS.Client.Geometry.Polyline).Paths)
{
foreach (MapPoint mp in pc)
{
if (Math.Abs(mp.Y - recExtent.Ymin) < 0.1 ||
Math.Abs(mp.Y - recExtent.Ymax) < 0.1)
{
continue;
}
else
{
AddPointGraphic(mp);
}
}
}
}
#endregion
#region 水平线
if (g.Geometry.Extent.Height == 0.0)
{
foreach (ESRI.ArcGIS.Client.Geometry.PointCollection pc in (g.Geometry as ESRI.ArcGIS.Client.Geometry.Polyline).Paths)
{
foreach (MapPoint mp in pc)
{
if (Math.Abs(mp.X - recExtent.Xmin) < 0.1 ||
Math.Abs(mp.X - recExtent.Xmax) < 0.1)
{
continue;
}
else
{
AddPointGraphic(mp);
}
}
}
}
#endregion
}
glayer.Graphics.Add(g);
}
}

这里我们将边界点的值与交线的端点值比较，如果两者之差小于0.1，则表示该点为边界点，舍去

以上解释了实现过程中的关键部分，接下来看看具体实现的流程：



（1）：绘制矩形，网格划分

自定义结构体：

public struct RectExtent
{
public double Xmin;
public double Ymin;
public double Xmax;
public double Ymax;
}

声明如下变量：

//定义绘制矩形的画笔
private Draw drawRect = null;
//定义集合服务变量
private GeometryService geometryService = null;
//用来承载绘制的线和点
GraphicsLayer glayer = null;
//河流要素
FeatureLayer fpolygonlayer = null;
//自定义结构体变量
private RectExtent recExtent;

在构造函数中实例化：

public MainPage()
{
InitializeComponent();
geometryService = new GeometryService("http://qzj-pc/ArcGIS/rest/services/Geometry/GeometryServer");
geometryService.IntersectCompleted += new EventHandler<GraphicsEventArgs>(geometryService_IntersectCompleted);
geometryService.SimplifyCompleted += new EventHandler<GraphicsEventArgs>(geometryService_SimplifyCompleted);

geometryService.Failed += new EventHandler<TaskFailedEventArgs>(geometryService_Failed);

glayer=map1.Layers["LineLayer"] as GraphicsLayer;
fpolygonlayer = map1.Layers["RiverPolygon"] as FeatureLayer;

drawGridButton.Click += new RoutedEventHandler(drawGridButton_Click);
intersectButton.Click += new RoutedEventHandler(intersectButton_Click);
ClearButton.Click += new RoutedEventHandler(ClearButton_Click);

drawRect = new Draw(map1);
drawRect.DrawMode = DrawMode.Rectangle;
drawRect.DrawComplete += new EventHandler<DrawEventArgs>(drawRect_DrawComplete);
drawRect.IsEnabled = false;
}

点击绘制要输Button，绘制网格

void drawGridButton_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
//确定用户输入了步长信息
if (xStepTextBox.Text.Trim() == "" || yStepTextBox.Text.Trim() == "")
{
MessageBox.Show("请输入步长信息");
return;
}
drawRect.IsEnabled = true;
}

void drawRect_DrawComplete(object sender, DrawEventArgs e)
{
drawRect.IsEnabled = false;

CreateGrid(e.Geometry.Extent.XMin, e.Geometry.Extent.XMax, e.Geometry.Extent.YMin, e.Geometry.Extent.YMax, Convert.ToDouble(xStepTextBox.Text), Convert.ToDouble(yStepTextBox.Text));
}

CreateGrid在上面已经给出，在此不再说明。

（2）Silmplify河流要素

void intersectButton_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
geometryService.SimplifyAsync(fpolygonlayer.Graphics);
}

(3)在Simplify事件完成函数中进行Intersect操作。

由于这里使用的河流要素只有一个图层所以生成的结果Results只有一个要素，即索引值为0.

void geometryService_SimplifyCompleted(object sender, GraphicsEventArgs e)
{
geometryService.IntersectAsync(glayer.Graphics, e.Results[0].Geometry);
}

(4).在Intersect事件完成函数中筛选正确的交点，代码上面已经给出，在此不在说明。

(5)最后将正确的点添加到图层中。

最后便可以得到正确的结果：



思考：如何绘制出网格的交点呢？

预告：下一篇将讲解线与线交点的求解，欢迎继续关注！

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