- 需求

在用Mike21 或者M(jìn)ike3 做完模型計(jì)算之后，經(jīng)常需要統(tǒng)計(jì)污染帶的面積、長(zhǎng)度、寬度。最初都是在ArcGIS中手動(dòng)統(tǒng)計(jì)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。之前已經(jīng)分別用c#、python實(shí)現(xiàn)過(guò)數(shù)據(jù)的導(dǎo)出、累計(jì)，以及面積統(tǒng)計(jì)功能，但是長(zhǎng)寬統(tǒng)計(jì)一直沒(méi)想好怎么實(shí)現(xiàn)。

最近因?yàn)橐咔?#xff0c;封控在家，突然想到有時(shí)間更新一波統(tǒng)計(jì)工具了。

- 實(shí)現(xiàn)

模型計(jì)算結(jié)果是一堆帶濃度值的三角形（或多邊形），而污染帶一般都是隨著水流輸移的，所以一般都是平行于岸線，所以只需要定義一個(gè)平行于岸線的直線，將所有大于指定濃度值的三角形投影到直線上（即三角形頂點(diǎn)到直線的垂足集合），再將所有投影線段合并成若干個(gè)互不覆蓋的線段，再統(tǒng)計(jì)線段長(zhǎng)度即可。

- 準(zhǔn)備知識(shí)

由于不想import大量的包，所以我打算自己編寫(xiě)一個(gè)Point類(lèi)，一個(gè)Line 類(lèi)、一個(gè)Polygon類(lèi)、一個(gè)Vector類(lèi)。導(dǎo)入太多的包，而實(shí)際只使用一小部分，但是打包的時(shí)候會(huì)被全部塞進(jìn)去，導(dǎo)致最終的包非常臃腫、低效。目前的包由于PyQT5已經(jīng)變得比較臃腫了。

多邊形面積計(jì)算
從維基百科中可以找到相關(guān)的公式，改成python很簡(jiǎn)單，也有很多人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了。

多邊形行心（幾何中心）計(jì)算
內(nèi)容在上面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了。需要注意的是，由于面積的結(jié)果受到多邊形點(diǎn)的順序影響，可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，所以在輸出的時(shí)候需要添加abs()，以獲取絕對(duì)值。但是在幾何中心計(jì)算時(shí)，需要跟面積保持一樣的點(diǎn)順序，所以這里的面積需要直接用前面的計(jì)算結(jié)果，而不是絕對(duì)值。

點(diǎn)到直線的垂足計(jì)算（向量法）
網(wǎng)上的方法大多是先求出直線的方程 y=ax+b中的a、b值，再利用公式計(jì)算垂足。但是這里最大的問(wèn)題是，可能存在y=b，a不存在的情況。所以需要分情況討論，比較繁瑣。其實(shí)可以利用向量來(lái)計(jì)算，規(guī)避斜率不存在的特殊情況。
如下圖所示，要求出P3 到過(guò)P1、P2的直線的垂足P0，只需要計(jì)算出向量 $$P_1{P}_2?P_1{P}_3=|P_1{P}_2|?|P_1{P}_3|?\cos \theta =|P_1{P}_2|?|P_1{P}_0|$$
$$P_1{P}_0=\frac{|P_1{P}_0|}{|P_1{P}_2|}?P_1{P}_2=\frac{(P_1{P}_2?P_1{P}_3)}{|P_1{P}_2{|}^2}?P_1{P}_2$$

4. 判斷上下游（向量法）
一般網(wǎng)絡(luò)上的判斷上下游的方法也是通過(guò)計(jì)算直線的方程y=ax+b，再將待計(jì)算點(diǎn)帶入y=a x0+b，然后將計(jì)算的y與y0比較大小，這樣也面臨斜率不存在問(wèn)題。
利用向量叉積可以計(jì)算判斷上下游。還是用上圖中的例子。
$$P_3{P}_1\times P_3{P}_2=(0,0,z_3)$$
由于點(diǎn)與線都在$z=0$的平面，所以向量叉積的結(jié)果只有$z_3$，叉積計(jì)算方法見(jiàn)維基百科。所以如果$z_3>0$，則表示在上游，反之在下游。

- 成果

經(jīng)過(guò)幾天的Python代碼編寫(xiě)，以及編譯，最終實(shí)現(xiàn)了自己的想法。由于筆記本裝的是deepin系統(tǒng)，沒(méi)有辦法打包成exe，只能打包成Linux上可以運(yùn)行的appimage–》下載地址。

- 使用方法

直接運(yùn)行/制作菜單快捷方式
這個(gè)就不需要說(shuō)太多了。

./area_cal.bin

界面
運(yùn)行后，可以看到工具的界面，主要通過(guò)三個(gè)tab來(lái)設(shè)置參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)是必須填的，后面兩個(gè)tab的參數(shù)可以選擇開(kāi)啟。
基本參數(shù)：
這里需要設(shè)置shp文件位置、選擇濃度字段、輸入需要統(tǒng)計(jì)的濃度梯度值。濃度梯度值可以通過(guò)右側(cè)的‘+’、‘-’、‘清空’三個(gè)按鈕來(lái)設(shè)置，也可以直接在文本框中輸入濃度梯度參數(shù)，濃度值之間用英文的逗號(hào), 來(lái)間隔。可以把濃度梯度參數(shù)復(fù)制到Excel或其他文本文件中，方便下次快速使用。

分段統(tǒng)計(jì)參數(shù)：

分段統(tǒng)計(jì)是為了在統(tǒng)計(jì)時(shí)，區(qū)分上下游，這樣統(tǒng)計(jì)的結(jié)果將分為上游和下游兩塊，一般選擇一條經(jīng)過(guò)排污口，且與岸線或者水流方向垂直的分割線。
分段統(tǒng)計(jì)的計(jì)算原理是 將網(wǎng)格中心點(diǎn)與分割線兩點(diǎn)分別計(jì)算向量，再將兩個(gè)向量進(jìn)行叉乘，因?yàn)椴娉私Y(jié)果滿(mǎn)足右手法則。所以可以根據(jù)叉乘結(jié)果的正負(fù)形來(lái)判定是上游還是下游。
長(zhǎng)寬計(jì)算參數(shù)：

長(zhǎng)寬統(tǒng)計(jì)需要定義 長(zhǎng)度 和寬度 兩個(gè)統(tǒng)計(jì)方向向量，也可以只定義長(zhǎng)度方向，然寬度方向直接垂直與長(zhǎng)度方向即可。
例如，可以在gis軟件中，查看一個(gè)低濃度的污染帶范圍，選擇兩個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)，輸入進(jìn)去。參數(shù)文本框的用法與前面一致。

點(diǎn)擊計(jì)算，稍加等待就可以得到數(shù)據(jù)了。

在Excel的空白處，右鍵粘貼就可以看到統(tǒng)計(jì)好的數(shù)據(jù)結(jié)果了。

稍加整理，就可以顯示完美了。

另外
該工具能夠保存上一次的參數(shù)，方便下次使用的時(shí)候直接調(diào)用。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的DHI Mike 后处理工具——污染带面积、长度、宽度统计工具的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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