Упрощение геометрии: уменьшить GeoJSON и shapefile

Зачем упрощать геометрию

Полигоны границ областей, районов или участков часто получают по крупномасштабной съёмке, и вдоль береговой линии вершины идут через каждые несколько метров. Когда весь набор данных помещается на экран, эта детализация не видна, но файл она раздувает. На веб-карте большой GeoJSON сначала скачивается, затем разбирается браузером, и каждая вершина отрисовывается; чем больше вершин, тем дольше открывается страница, медленнее работают сдвиг и масштабирование, а мобильные устройства могут упереться в предел памяти. Упрощение оставляет вершины, которые задают форму, и убирает остальные, чтобы файл соответствовал масштабу показа.

Порядок работы

1. Загрузите GeoJSON, shapefile или KML. Для shapefile выберите архив .zip или одновременно файлы .shp, .dbf и .prj.
2. Выберите метод и задайте степень упрощения ползунком. В режиме процента задаётся доля сохраняемых вершин, в режиме допуска порог в метрах.
3. На карте серая пунктирная линия показывает исходные данные, красная упрощённые. Число вершин, оценка размера файла и изменение площади обновляются при каждой настройке.
4. Выберите точность координат и скачайте результат в GeoJSON, TopoJSON или shapefile.

Дуглас-Пейкер или Висвалингам

Метод Дугласа-Пейкера соединяет концы линии и сохраняет самую удалённую от этого отрезка вершину, если её расстояние больше допуска, затем повторяет то же для обеих половин. Допуск здесь просто предельное отклонение в метрах, поэтому результат предсказуем. Метод сохраняет острые углы, но при сильном упрощении формы выглядят угловатыми. Метод Висвалингам-Уайетта оценивает каждую вершину по площади треугольника с соседними вершинами и последовательно удаляет ту, чьё удаление меньше всего меняет площадь. На природных границах, таких как береговые линии и реки, он даёт более плавный и естественный результат, поэтому его часто выбирают для мелкомасштабных тематических карт. Для инженерных данных с прямыми рёбрами, то есть дорог, сетей и участков, обычно лучше подходит Дуглас-Пейкер.

Сохранение топологии

Две соседние области имеют общую границу. Если упрощать каждый полигон отдельно, эта граница перерисовывается дважды с разными вершинами, и между областями появляются узкие щели или наложения. При включённом сохранении топологии инструмент сначала выделяет общие границы в отдельные дуги, упрощает каждую дугу один раз и использует одну и ту же дугу в обоих соседях. Узлы, где сходятся границы, остаются на месте. У отдельно стоящих колец, например небольших островов, сохраняются самые важные вершины, чтобы они оставались хотя бы треугольником.

Точность координат

В географических координатах каждый знак после запятой описывает положение примерно в десять раз точнее: 5 знаков соответствуют примерно 1 метру, 6 знаков около 11 сантиметров. Многие файлы содержат до 15 знаков, что далеко превышает точность любой съёмки и лишь увеличивает файл. Снижение точности заметно уменьшает размер независимо от упрощения. В метрических системах 2 знака соответствуют сантиметрам.

Влияние на точность анализа

Упрощение предназначено для отображения. Длины линий и периметры всегда уменьшаются, потому что изгибы спрямляются. Площадь может меняться в обе стороны: заливы и мысы частично компенсируют друг друга, но у небольших и сильно изрезанных полигонов изменение бывает заметным. Поэтому инструмент показывает изменение общей площади и длины, а также объект, площадь которого изменилась сильнее всего. Официальные расчёты площадей и такие операции, как пересечение, буферизация и привязка точек к полигонам, нужно выполнять по исходным данным, а упрощённую копию использовать только для показа. Упрощение может приводить к пересечению рёбер у некоторых полигонов; инструмент считает такие случаи и предупреждает о них.

Данные и метод

Чтение, построение топологии, упрощение и запись результата выполняются в фоновом обработчике (Web Worker), поэтому страница не зависает на больших файлах. Значимость каждой вершины вычисляется один раз, а ползунок лишь применяет порог к этим значениям. Для географических данных расстояния измеряются в метрах на плоскости Меркатора с масштабом по широте точки. Площади считаются по формуле сферического полигона, длины по расстоянию по дуге большого круга. Топология строится библиотеками topojson-server 3.0.1 и topojson-client 3.1.0 (лицензия ISC); алгоритмы упрощения, проверка корректности и запись shapefile выполняются собственным кодом страницы. Shapefile читается библиотекой shpjs 6.1.0 (MIT), zip-архивы библиотекой JSZip 3.10.1 (MIT), KML библиотекой @tmcw/togeojson 5.8.0 (BSD-2-Clause), а предпросмотр данных в проекции строится с помощью proj4js 2.9.0 (MIT). Подложки принадлежат Esri и участникам OpenStreetMap. Значения Z удаляются, результат двумерный. Используемые библиотеки с открытым исходным кодом и их лицензии: Источники данных.

По вопросам веб-карт, где упрощённые слои подаются в зависимости от масштаба, или автоматизации подготовки данных в крупном проекте можно написать через страницу контактов или посетить сайт Rodosto Teknoloji.