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Validation and Automatic Repair of Planar Partitions Using a Constrained Triangulation

Ohori, Ken Arroyo; Ledoux, Hugo; Meijers, Martijn

PFG Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformation Jahrgang 2012 Heft 5 (2012), p. 613 - 630

published: Oct 1, 2012

DOI: 10.1127/1432-8364/2012/0143

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ArtNo. ESP172201205011

P

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Abstract

Planar partitions are frequently used to model, among others, land cover, cadastral parcels and administrative boundaries. In practice, they are often stored as a set of individual polygons to which attributes are attached, e.g. with the Simple Features paradigm, causing different errors and inconsistencies, e.g. gaps, overlaps and disconnected polygons, which are introduced during their creation, manipulation and exchange. These errors severely hamper the use of planar partitions in other software, e.g. due to false assumptions causing erroneous calculations. Existing approaches to validate planar partitions involve first building a planar graph of the polygons and enforcing constraints, then repair is done by snapping vertices and edges of this graph. We argue that these approaches have many shortcomings in terms of complexity, numerical robustness and difficulty of implementation, and do not guarantee valid results. Furthermore, they are semi-automatic, requiring manual user intervention. We propose in this paper a novel method to validate and automatically repair planar partitions. It uses a constrained triangulation of the polygons as a base - which by definition is a planar partition - and only simple operations are needed, i.e., labelling of triangles, to both validate and repair. Perhaps the biggest advantage of our method is that we can guarantee that a planar partition is valid after repair. In the paper we describe the details of our method, our implementation, and the experiments we have done with real-world datasets. We show that our implementation scales to big datasets and that it offers better capabilities and overall performance than existing solutions.

Kurzfassung

Planare Graphen werden neben anderen Methoden oft für die Modellierung von Landnutzung, Kataster und Verwaltungsgrenzen verwendet. In der praktischen Anwendung werden die Flächeneinheiten oft als selbstständige Polygone, denen Attribute zugeordnet sind, gespeichert, z.B. als Simple Features. Die Anwendung dieser Methode verursacht oft Inkonsistenzen, z.B. Lücken, Überlappungen und nicht verbundene Polygone. Diese Fehler behindern die Weiterverarbeitung der Flächenaufteilung in anderen Anwendungen, z.B. wenn falsche Annahmen den Folgeberechnungen zu Grunde gelegt werden müssen. Existierende Verfahren zur Validierung von planaren Graphen nutzen oft einen bedingten planaren Graphen. Die Korrektur wird dann durch Snapping auf Knoten und Kanten des Graphen durchgeführt. Wir sind der Meinung, dass dieses Verfahren Nachteile bezüglich Komplexität, numerischer Stabilität und Implementierung hat. Vor allem kann ein richtiges Ergebnis nicht garantiert werden. Darüber hinaus sind die Algorithmen oft nur halbautomatisch. Daher schlagen wir in diesem Artikel ein neues Verfahren zur Validierung und automatischen Korrektur von planaren Graphen vor. Es beginnt mit einer bedingten Triangulation der gegebenen Polygone, die per De nition ein pla narer Graph ist. Danach sind nur einfache Operationen zur Beschreibung der Dreiecke, zur Validierung und zur Korrektur erforderlich. Wahrscheinlich ist der größte Vorteil unserer Methode, dass eine gültige Raumaufteilung im Ergebnis garantiert wird. Im Artikel beschreiben wir unsere Methode, die Implementierung und die Anwendung auf reale Datensätze. Wir zeigen, dass unsere Methode auch für große Datensätze geeignet und sogar leistungsfähiger als andere Methoden ist.

Keywords

triangulationrepairplanar partitiontopological data structurepolygonal coverage