快速检查多边形是否包含数据框之间的点

Question

我有两个数据框。一个包含一列多边形，取自多边形形状的图像。每个多边形都有一组坐标。这个数据框还有一个“segment-id”列。我有另一个数据框，其中包含一列点，也带有坐标。这些点表示来自同一多边形形状图像的像素，因此具有相同的坐标系。我想给每个点包含它的多边形的“segment-id”。每个多边形至少包含一个点。

目前，我通过使用嵌套的 for 循环来实现这一点：

    for i, row in enumerate(point_df.itertuples(), 0):
        point = pixel_df.at[i, 'geometry']

        for j in range(len(polygon_df)):
              polygon = polygon_df.iat[j, 0]

              if polygon.contains(point):
                  pixel_df.at[i, 'segment_id'] = polygon_df.at[j, 'segment_id']
              else:
                  pass

这非常慢。对于 100 点，大约需要 10 秒。我需要一种更快的方法来做到这一点。我尝试过使用 apply 但它仍然非常慢。

希望有人能帮帮我，非常感谢。

Answer 1

对于快速“在多边形内的点”：

准备：在获取描述多边形的数据的代码中；使用所有顶点，找到最小和最大 y 坐标，以及最小和最大 x 坐标；并将其与多边形的数据一起存储。

1) 使用点的坐标和多边形的“最小和最大 x 和 y”（在准备过程中预先确定）；做一个“边界框”测试。这只是确定该点是否绝对不在多边形内的一种快速方法（因此您可以在大多数情况下跳过更昂贵的步骤）。

2) 将“是/否”标志设置为“否”

3) 对于多边形中的每条边；确定通过该点的水平线是否与边缘相交，以及是否确定相交的 x 坐标。如果交叉点的 x 坐标小于点的 x 坐标，则切换（使用 NOT）“是/否”标志。在此步骤中忽略“水平线穿过顶点”。

4) 对于每个顶点，将其 y 坐标与该点的 y 坐标进行比较。如果它们相同，则需要查看来自该顶点的两条边以确定边的顶点是否在相同的 y 方向上。如果边的顶点在相同的 y 方向（如果边形成“V”形或倒置的“V”形）忽略顶点。否则（如果边形成 '' 形状），如果顶点的 x 坐标小于点的 x 坐标，则切换“是/否”标志。

这一切都完成了； “是/否”标志会告诉您该点是否在多边形中。