Strumento di cancellazione GIS: rimuovi elementi dentro un altro layer

Cosa fa lo strumento di cancellazione

Erase (cancella) è l'opposto di Clip (ritaglia). Gli dai due layer. Il primo è il layer di input: i dati che vuoi tenere, per esempio particelle catastali, strade o edifici. Il secondo è il layer di cancellazione: poligoni che segnano le aree da togliere, per esempio zone di esondazione, aree protette o un lago. Lo strumento ritaglia i poligoni di cancellazione dall'input. Tutto ciò che sta fuori resta. Tutto ciò che sta dentro viene rimosso.

L'output ha lo stesso tipo di geometria dell'input. Una strada che attraversa una zona di esondazione viene tagliata al bordo della zona, e restano solo i tratti asciutti. Una particella per metà dentro la zona tiene solo la sua metà asciutta. Una fermata dell'autobus dentro la zona sparisce. La tabella degli attributi dell'input viene copiata senza modifiche, quindi ogni particella conserva il suo ID, il proprietario e la destinazione d'uso. Il layer di cancellazione fornisce solo la sua forma, e i suoi attributi non vengono aggiunti. ArcGIS Pro (Erase e Pairwise Erase) e QGIS (Differenza) seguono la stessa regola.

Ho creato questo strumento perché "togli tutto ciò che sta dentro queste aree" è una delle domande più comuni nel GIS, e non dovrebbe richiedere un GIS desktop con licenza avanzata. Trascina sulla mappa uno Shapefile compresso, GeoJSON, KML, KMZ, GPX o WKT, oppure disegna le tue forme e i tuoi rettangoli di cancellazione. Scegli il layer di input e quello di cancellazione, clicca su Erase e scarica il risultato. Tutto il calcolo geometrico avviene nel tuo browser, quindi i tuoi file restano sul tuo computer. La mappa parte senza mappa di base per essere veloce. Puoi attivare una mappa stradale o satellitare quando vuoi.

Erase, Clip, Intersect e Differenza: quale ti serve?

Questi quattro strumenti di sovrapposizione si confondono facilmente, perché tutti usano un layer per tagliarne un altro. La differenza sta nella parte che tengono e negli attributi che portano con sé. Questa tabella li confronta per un layer di input A e un layer di sovrapposizione B.

Una prova veloce: se esegui Clip ed Erase sullo stesso input con la stessa sovrapposizione, i due output insieme restituiscono l'input originale. Clip tiene l'interno, Erase tiene l'esterno, e niente si perde o viene contato due volte.

Formati di file supportati

Puoi caricare più file insieme e mescolare i formati. Ogni file diventa un layer a sé nel pannello Layers. Un layer può contenere insieme punti, linee e poligoni, e ognuno viene cancellato con il metodo giusto.

Ogni file può arrivare a 50 MB. Per dataset nazionali molto grandi, un GIS desktop resta la scelta migliore. Vedi il confronto più in basso in questa pagina.

Dettagli tecnici

Ecco esattamente cosa fa lo strumento con i tuoi dati. Se conosci Erase in ArcGIS Pro o Differenza in QGIS, quasi tutto ti sembrerà familiare.

Tipi di geometria in input

Point, MultiPoint, LineString, MultiLineString, Polygon e MultiPolygon. Un layer può mescolarli tutti.

Tipi di geometria di cancellazione

Polygon e MultiPolygon, con o senza buchi. Un layer senza poligoni non può essere scelto come layer di cancellazione.

Più poligoni di cancellazione

Tutti i poligoni del layer di cancellazione vengono uniti (dissolti) in una sola maschera prima di cancellare. Dove i poligoni di cancellazione si sovrappongono, l'area viene tolta una volta sola.

Buchi nel layer di cancellazione

Un buco in un poligono di cancellazione non fa parte dell'area da cancellare. Gli elementi dentro il buco restano. Per esempio, un'isola dentro un lago cancellato viene tenuta.

Attributi

Ogni attributo dell'elemento di input viene copiato senza modifiche. Gli attributi del layer di cancellazione non vengono aggiunti. Come opzione, lo strumento aggiunge erase_status (outside o erased) e erase_area_m2, erase_length_m o erase_points per ciò che resta.

Sistema di coordinate

Longitudine e latitudine WGS84 (EPSG:4326), come GeoJSON. Uno Shapefile compresso con file .prj viene convertito in WGS84 al caricamento.

Modello geometrico

Il taglio avviene su un piano, in gradi, con lo stesso modello di Turf.js e della maggior parte delle librerie GIS web. Aree e lunghezze nel pannello dei risultati sono misurate sulla sfera (geodetiche), in metri quadrati e metri.

Regola del bordo

Il bordo di un poligono di cancellazione conta come parte dell'area da cancellare. Un punto esattamente sul bordo viene cancellato, e così un tratto di linea che corre lungo il bordo. Così Erase è l'esatto opposto dello strumento di ritaglio di questo sito, che tiene questi elementi.

Quota (Z)

I valori Z esistenti restano sui loro vertici. Un nuovo vertice creato dove una linea viene tagliata riceve un valore Z interpolato tra i suoi due vicini.

Output multiparte

Se la cancellazione taglia un elemento in più pezzi, i pezzi restano insieme come un elemento multiparte (MultiLineString, MultiPolygon o MultiPoint), come in ArcGIS Pro. Spunta "Split multipart results" per avere un elemento per pezzo.

Geometria non valida

Se un elemento di input ha una geometria rotta (per esempio un poligono che si autointerseca), quell'elemento viene saltato e contato, e il resto del layer viene elaborato comunque.

Privacy

Tutto gira nel tuo browser. Nessun file e nessuna geometria vengono inviati a un server.

Come usare lo strumento di cancellazione, passo dopo passo

Ecco tutto il flusso con i dati di esempio inclusi: un layer di città con particelle, strade e punti, e tre poligoni di zona di esondazione da cancellare. I tuoi file funzionano allo stesso modo.

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Passo 1: Apri lo strumento

La mappa si apre vuota e senza mappa di base, quindi non si carica nulla che non ti serve. La barra ha gli strumenti di disegno Point, Line, Polygon ed Erase Rectangle, un pulsante Upload e un pulsante Sample Data.

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Passo 2: Aggiungi un layer di input e un layer di cancellazione

Trascina i tuoi file sulla mappa o clicca su Upload. Qui ho cliccato su Sample Data. Aggiunge un layer di città con particelle, strade e punti, e un layer di zone di esondazione con un alveo di piena, una vasca di laminazione e uno sfioratore che si sovrappongono.

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Passo 3: Scegli i layer e le opzioni

Nel pannello Erase, scegli il layer di input (i dati che restano) e il layer di cancellazione (le aree da togliere). Nella lista di cancellazione compaiono solo layer con poligoni. Decidi se vuoi i campi extra erase_status, area e lunghezza, e se i risultati multiparte vanno divisi.

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Passo 4: Clicca su Erase Layer

Il risultato appare come un nuovo layer a colore pieno, e il layer di input viene nascosto. Le zone di esondazione ora sono vuoti nella città. Il riquadro dei risultati mostra quanti elementi sono rimasti intatti, cancellati in parte o cancellati del tutto, e l'area, la lunghezza e i punti rimasti e tolti.

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Passo 5: Controlla il risultato con mappa di base e attributi

Spunta "Show basemap" per vedere il risultato su una mappa stradale o satellitare. Clicca su un elemento per aprirne gli attributi. Ci sono tutti i campi originali, più i campi di cancellazione opzionali.

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Passo 6: Scarica il layer elaborato

Nel pannello Export, scegli il layer e scaricalo come GeoJSON, KML o CSV con una colonna WKT. La piccola freccia accanto a ogni layer nel pannello Layers è un download veloce in GeoJSON.

Come cancellare elementi in un GIS

Ogni GIS ha questo strumento, ma il nome cambia. ArcGIS lo chiama Erase, QGIS lo chiama Differenza, e PostGIS e GeoPandas chiamano la funzione difference. Ecco come usarlo in questo strumento, in ArcGIS Pro, in ArcMap e in QGIS, e come scriverlo in uno script.

La stessa cancellazione in codice

Se togli le stesse zone ogni settimana, uno script fa risparmiare tempo. Tutti questi esempi tolgono zone di esondazione da un layer di particelle.

import arcpy

arcpy.env.workspace = r"C:\data\city.gdb"

# ArcGIS Pro: Analysis toolbox > Pairwise Overlay > Pairwise Erase
arcpy.analysis.PairwiseErase("parcels", "flood_zones", "parcels_dry")

# ArcGIS Pro: Analysis toolbox > Overlay > Erase
arcpy.analysis.Erase("parcels", "flood_zones", "parcels_dry")

# Older ArcMap syntax (same tool, old name)
arcpy.Erase_analysis("parcels", "flood_zones", "parcels_dry")

# QGIS Python console: Vector > Geoprocessing Tools > Difference
processing.run("native:difference", {
    "INPUT": "C:/data/parcels.shp",
    "OVERLAY": "C:/data/flood_zones.shp",
    "OUTPUT": "C:/data/parcels_dry.gpkg",
})

# GeoPandas (works for points, lines and polygons)
import geopandas as gpd
parcels = gpd.read_file("parcels.shp")
flood = gpd.read_file("flood_zones.shp").to_crs(parcels.crs)

parcels_dry = parcels.copy()
parcels_dry.geometry = parcels.geometry.difference(flood.union_all())
parcels_dry = parcels_dry[~parcels_dry.is_empty]

-- PostGIS
SELECT p.*, ST_Difference(p.geom, f.geom) AS geom_dry
FROM parcels p
CROSS JOIN (SELECT ST_Union(geom) AS geom FROM flood_zones) f
WHERE NOT ST_IsEmpty(ST_Difference(p.geom, f.geom));

Il mio parere: per una cancellazione singola su un file di dimensioni normali, questo strumento è la strada più veloce dal file al risultato. In ArcGIS Pro, prova prima Pairwise Erase. Per i lavori che si ripetono, scrivi lo script una volta e riusalo.

Come funziona lo strumento, passo dopo passo

Questo è il percorso dei tuoi dati dal clic su Erase Layer. Ogni passo avviene nel tuo browser.

1. Leggere e pulire l'input. Ogni file viene trasformato in elementi GeoJSON in WGS84. Una GeometryCollection viene divisa in elementi separati con gli stessi attributi, così il motore vede solo tipi di geometria semplici.
2. Dissolvere il layer di cancellazione. Tutti i poligoni del layer di cancellazione vengono uniti in una geometria, la maschera M, con un'unione di poligoni. I buchi restano buchi. I poligoni di cancellazione sovrapposti diventano una sola forma, quindi un'area coperta da due viene tolta una volta sola.
3. Test veloce con il riquadro di delimitazione. Lo strumento confronta il riquadro di delimitazione di ogni elemento di input con quello di M. Se i due riquadri non si toccano, l'elemento non può perdere nulla, quindi viene copiato subito nell'output senza calcoli dettagliati. È il contrario di Clip, dove questi elementi vengono scartati.
4. Cancellare i punti. Ogni punto viene verificato con un test punto nel poligono contro M. I punti chiaramente fuori da M restano. I punti dentro o sul bordo vengono tolti. In un MultiPoint restano solo i punti esterni.
5. Cancellare le linee. Ogni segmento di linea viene confrontato con ogni lato di M che gli sta vicino. Lo strumento trova ogni punto in cui il segmento attraversa un lato e lo taglia lì. Poi verifica il punto medio di ogni piccolo pezzo. Se il punto medio è fuori da M, il pezzo resta. I pezzi che si toccano vengono riuniti in una linea.
6. Cancellare i poligoni. Da ogni poligono viene sottratta M con una differenza booleana a linea di scansione (Martinez-Rueda). Il risultato può avere nuovi buchi, dove un poligono di cancellazione stava tutto dentro una particella, o più parti, dove un poligono di cancellazione l'ha divisa in due.
7. Copiare gli attributi e aggiungere campi. Ogni elemento di output riceve una copia di tutti gli attributi del suo elemento di input. Se l'hai chiesto, lo strumento aggiunge erase_status e l'area, la lunghezza o il numero di punti rimasti. Se hai spuntato l'opzione multiparte, i risultati multiparte vengono divisi qui in parti singole.
8. Riepilogo e disegno. Lo strumento conta gli elementi intatti, cancellati in parte, cancellati del tutto e saltati, somma l'area, la lunghezza e i punti rimasti e tolti, e disegna il risultato come un nuovo layer. Il layer di input viene nascosto perché tu veda bene il risultato.

Il codice delle linee è condiviso con lo strumento di ritaglio di questo sito, con un interruttore nella posizione opposta: Clip tiene i pezzi il cui punto medio è dentro la maschera, Erase tiene i pezzi il cui punto medio è fuori. Per questo i due strumenti combaciano sempre senza vuoti né sovrapposizioni.

La teoria e la matematica della cancellazione

Erase è la differenza tra insiemi applicata alla geometria. Ecco la matematica, dalla regola degli insiemi agli algoritmi e alle misure.

Erase(A, M) = { a \ M  :  a ∈ A  e  a \ M ≠ ∅ }

a \ M = { p ∈ a  :  p ∉ M }

M = M₁ ∪ M₂ ∪ … ∪ Mₖ     (tutti i poligoni di cancellazione, uniti prima)

a = (a ∩ M) ∪ (a \ M)        parte Clip + parte Erase
(a ∩ M) ∩ (a \ M) = ∅        nessuna sovrapposizione

area(a) = area(a ∩ M) + area(a \ M)

Punto P = (x, y). Lato da (xi, yi) a (xj, yj).

Il lato è attraversato quando:
  (yi > y) ≠ (yj > y)
  e  x < xi + (y − yi) · (xj − xi) / (yj − yi)

P è dentro  ⇔  il numero di lati attraversati è dispari
Erase tiene P  ⇔  P non è dentro e non è su un lato

Strada:  p = (−5, 5)   q = (15, 5)   lunghezza 20

Pezzo (t)      Medio x    Test          Erase tiene
0.00 – 0.25    −2.5       fuori         sì → (−5, 5) – (0, 5)
0.25 – 0.45     2.0       dentro        no
0.45 – 0.55     5.0       nel buco      sì → (4, 5) – (6, 5)
0.55 – 0.75     8.0       dentro        no
0.75 – 1.00    12.5       fuori         sì → (10, 5) – (15, 5)

Risultato Erase: MultiLineString, 3 pezzi, 5 + 2 + 5 = 12 unità
Risultato Clip:  MultiLineString, 2 pezzi, 4 + 4     =  8 unità
12 + 8 = 20  (tutta la strada)

Area dell'anello (λ = longitudine, φ = latitudine, in radianti):
A = (R² / 2) · | Σ (λ(i+1) − λ(i−1)) · sin φi |

Lunghezza del segmento (haversine):
h = sin²(Δφ / 2) + cos φ1 · cos φ2 · sin²(Δλ / 2)
d = 2R · asin(√h)

R = 6 371 008.8 m

Erase in questo strumento, ArcGIS Pro e QGIS a confronto

Con dati normali, tutti e tre danno la stessa geometria. Cambiano costo, installazione e quantità di dati. Ecco un confronto fianco a fianco.

Il mio consiglio: se i tuoi dati stanno in una geodatabase ArcGIS, usa Pairwise Erase in ArcGIS Pro. È veloce, funziona a ogni livello di licenza, e arcpy ti permette di ripetere il lavoro. Se vuoi un GIS desktop completo senza costi, Differenza in QGIS fa lo stesso lavoro e legge quasi ogni formato.

Questo strumento vince quando ti serve un risultato in un minuto: qualcuno ti manda uno Shapefile compresso di particelle e un KML di zone non edificabili, e ti servono le particelle che restano. Non devi installare nulla, e nulla lascia il tuo computer. È anche un modo chiaro per capire come si comporta Erase, perché vedi ogni taglio sulla mappa.

10 casi d'uso reali

Erase risponde alla domanda "cosa resta dopo aver tolto queste aree?". Questi sono i lavori che vedo più spesso.

1. Terreno edificabile dopo i vincoli. Un costruttore parte da un layer di particelle e cancella zone di esondazione, zone umide, aree protette e fasce di rispetto. Ciò che resta è il terreno davvero edificabile, con l'ID e il proprietario di ogni particella.
2. Screening del rischio alluvione. Una pianificatrice cancella la zona di esondazione da un layer di edifici o strade e ottiene i beni che restano all'asciutto. Clip sugli stessi dati dà i beni a rischio. Insieme, i due output coprono ogni bene una sola volta.
3. Copertura del suolo senza acqua. Un analista cancella laghi e fiumi dai poligoni di copertura o di suolo, così le statistiche di area contano solo la terra. Le isole dentro i laghi sono buchi nel layer dell'acqua, quindi restano in automatico.
4. Campi senza fasce di non trattamento. Un'agronoma cancella le fasce attorno a fossi, pozzi e case dai confini dei campi. Il risultato è la superficie che si può trattare o concimare, pronta per la macchina o per il piano di distribuzione.
5. Ricerca di siti eolici e solari. I pianificatori energetici cancellano le fasce attorno a case, aeroporti, strade e habitat protetti da un'area di studio. I poligoni che restano sono siti candidati, e la loro area indica la potenza possibile.
6. Rete fuori da un'area di servizio esistente. Un'azienda dell'acqua o della fibra cancella la sua area di servizio attuale dalla rete stradale. Le strade che restano mostrano dove servirebbero nuovi tubi o cavi per raggiungere i prossimi clienti.
7. Habitat fuori dalle aree di progetto. Un ecologo cancella le aree di progetto previste da una mappa degli habitat. Il risultato mostra quanto habitat resterebbe, e ogni area rimasta tiene il suo tipo di habitat e il suo punteggio di stato.
8. Pulire le tracce GPS. Una runner o un ricercatore cancella le zone private, come l'area attorno a casa, dalle tracce GPX prima di condividerle. Il resto della traccia resta, con la quota su ogni punto.
9. Campionamento fuori dalle aree escluse. I ricercatori sul campo cancellano strade, edifici e acque da un'area di studio prima di mettere punti di campionamento casuali. Così ogni punto cade in un posto che si può davvero rilevare.
10. Insegnare l'analisi di sovrapposizione. Gli insegnanti mostrano Clip ed Erase fianco a fianco con gli stessi dati di esempio. Gli studenti vedono che i due risultati combaciano come pezzi di un puzzle, e così capiscono facilmente la differenza tra insiemi.

Domande frequenti

Diciotto domande sulla cancellazione (Erase) nel GIS, con risposte dirette.

Librerie usate e ringraziamenti

Questo strumento è costruito su software open source. Grazie di cuore alle persone che scrivono e curano questi progetti.

• Leaflet 1.9 · BSD-2-Clause · Volodymyr Agafonkin and contributors
  Disegna la mappa interattiva, i layer, gli strumenti di disegno e i popup.
• Turf.js 7 (@turf/difference, @turf/union, @turf/area, @turf/boolean-point-in-polygon) · MIT · Turf authors
  Differenza di poligoni per cancellare i poligoni, unione per dissolvere il layer di cancellazione, area geodetica e il test punto nel poligono.
• polyclip-ts · MIT · Luiz Felipe Machado Barboza, based on polygon-clipping by Mike Fogel
  Il motore booleano dei poligoni dietro difference e union di Turf. Usa l'algoritmo a linea di scansione di Martinez-Rueda con calcolo a precisione arbitraria.
• point-in-polygon-hao · MIT · Rowan Winsemius
  Il test veloce punto nel poligono che decide quali punti e pezzi di linea cadono dentro l'area di cancellazione.
• shpjs · MIT · Calvin Metcalf
  Legge Shapefile Esri compressi (.shp, .shx, .dbf, .prj, .cpg) nel browser.
• proj4js · MIT · proj4js contributors
  Converte gli Shapefile proiettati in WGS84 con il loro file .prj (usato da shpjs).
• @tmcw/togeojson · BSD-2-Clause · Tom MacWright
  Converte file KML e GPX in GeoJSON.
• JSZip · MIT o GPL-3.0 · Stuart Knightley
  Apre gli archivi KMZ per leggere il file KML al loro interno.
• @terraformer/wkt · MIT · Terraformer contributors
  Legge l'input WKT e scrive la colonna di geometria WKT nell'esportazione CSV.
• OpenStreetMap, Protomaps (hosted by KONAKTIVE), CARTO, Esri World Imagery · ODbL e condizioni del fornitore · OpenStreetMap contributors, Protomaps, KONAKTIVE, CARTO, Esri
  Tile della mappa di base e immagini, mostrate solo quando attivi la mappa di base.

Il passo di taglio delle linee (dividere i segmenti negli incroci con il bordo e verificare ogni pezzo) è stato scritto per questo sito ed è condiviso con lo strumento di ritaglio. Il motore di cancellazione è verificato da test automatici: linee che attraversano buchi, punti sul bordo e nei buchi, poligoni che diventano una cornice attorno a un'isola, poligoni di cancellazione sovrapposti, interpolazione Z e la regola per cui Clip più Erase restituisce l'intero input.

Strumenti di geoelaborazione correlati