有没有任何命令可以给我一个基于多点几何的 alpha 形状？

大家好，

我拥有具有多点作为几何形状的聚类地理数据。我能够使用 geopanda 的方法 convex_hull 创建凸包。但不知何故，我无法找到类似的命令来创建 alpha 形状。或者给我一个给定簇中所有点的严格边界。

出于演示目的，我将在此处提供代码。该代码从 Open Street Map 下载示例数据，使用 HDBSCAN 方法对点进行聚类，然后为每个聚类创建凸包。

# Import all necessary packages 

import pandas as pd
import geopandas as gpd
import osmnx as ox
from hdbscan import HDBSCAN
import numpy as np

# Get the sample data from OSM 
tags={"amenity": 'restaurant'}

place_name = 'San Diego'

sample = ox.geometries_from_place(
    place_name, tags={"amenity": ['restaurant', 'bar']}
)[["name", "geometry"]]

# Change crs to calculate centroids 

sample_albers = sample.to_crs(epsg=3311) # This is only the sample data. CRS might be wrong, but it is not the main focus here
sample_albers['point'] = sample_albers.centroid
sample_albers.set_geometry('point', inplace = True)

# Create lat and lon to cluster the data
lon_lat = np.column_stack((sample_albers['point'].x, sample_albers['point'].y)) 


# Apply HDBSCAN, get labels directly and dissolve the sample data by labels 

labels = HDBSCAN(min_cluster_size=10).fit(lon_lat).labels_

clusters = sample_albers[['point']].dissolve(by=labels)

# Creating Convex Hulls
clusters['convex_hull'] = clusters.convex_hull

主要问题是关于最后一个命令。我想以类似的方式创建一个 alpha 形状（带有 predifend alpha 参数），其中我将拥有多边形，就像凸包的情况一样。

有什么建议吗？

虽然 GeoPandas 没有直接创建 α 形状的内置函数，但你可以使用 Shapely 库来实现。Shapely 有一个 alphashape 函数，可以用来从点集创建 α 形状。

以下是如何修改你的代码以创建 α 形状的方法：

import geopandas as gpd
from shapely.ops import alphashape
from descartes import PolygonPatch
import matplotlib.pyplot as plt

#...（你的现有代码）...

# 创建 Alpha 形状
alpha = 0.2  # 定义 alpha 参数。你可能需要对此进行试验以找到最适合你数据的数值
clusters['alpha_shape'] = clusters['point'].apply(lambda points: alphashape(points.unary_union, alpha))

# 绘制结果，比较凸包和 alpha 形状
fig, ax = plt.subplots()
clusters.plot(ax=ax, color='white', edgecolor='black')
clusters.convex_hull.plot(ax=ax, color='blue', alpha=0.3)
clusters.alpha_shape.plot(ax=ax, color='red', alpha=0.3)

plt.show()

这段代码首先计算每个集群的 α 形状，然后将其存储在 alpha_shape 列的新几何中。 alphashape 函数直接应用于每个集群的点几何。

解释：

1. 导入 alphashape ： 你需要从 shapely.ops 导入 alphashape 函数。
2. 定义 alpha ： alpha 参数控制 α 形状的平滑度。较低的数值会产生更紧密的形状，而较高的数值会产生更平滑的形状。你需要根据你的数据和所需的粒度对此参数进行试验。
3. 应用 alphashape ： alphashape 函数以点集合作为输入，在本例中是每个集群的 point 几何。 unary_union 用于将点的 GeoSeries 转换为 Shapely MultiPoint 对象，该对象是 alphashape 所需的。
4. 绘制结果： 为了比较，代码会绘制凸包和 α 形状。

通过这种修改，你就可以为你的聚类地理数据生成 α 形状并分析它们。