Python地图栅格化实例

引言

shapefile是GIS中的一种非常重要的数据类型，由ESRI开发的空间数据开放格式，目前该数据格式已经成为了GIS领域的开放标准。目前绝大多数开源以及收费的GIS软件都支持该数据类型。事实上，shapefile文件指的一种文件存储的方法，实际上该种文件是由多个文件组成的。组成一个shapefile有三种文件必不可少, '.shp','.shx','.dbf'文件。

geopandas对shapefile提供了很好的读取与写出支持。geopandas库允许对几何类型进行空间操作，其中DataFrame结构相当于GIS数据中的一张属性表，使得可以直接操作矢量数据属性表，使得python中操作地理数据更加方便。本实例通过geopandas实现对地理数据的操作。

开发准备

由于geopandas库的安装需要一些前提库，因此需要先安装一些库

pip install pipwin
pipwin install gdal
pipwin install fiona
pip install geopandas

实测以上方法可以成功在windows下安装（注：如果在Anaconda下安装geopandas更为方便）

数据准备

下载地址

该数据是一段GPS扫描数据，包含经纬度。

代码实例

环境引入

import geopandas as gp
import matplotlib.pyplot as plt
from shapely import geometry
import math

GPS数据处理

lake_original_path = 'data.txt'
lake_original_data = ''
lake_points = []
# 读取文件
with open(lake_original_path) as f:
    lake_original_data = f.read()
# 处理经纬度坐标 并以Point的形式添加到list中
for xy in lake_original_data.split(';'):
    x, _, y = xy.partition(',')
    x = float(x.strip()) / 100
    y = float(y.strip()) / 100
    lake_points.append(geometry.Point(y, x))

创建要素

# 创建线状要素
lake_line = geometry.LineString(lake_points)
# crs指定坐标系
lake_ = gp.GeoSeries(lake_line, crs='EPSG:4326')
# 保存shp文件
lake_.to_file("boundary.shp", driver='ESRI Shapefile', encoding='utf-8')
# 记录边界条件 用于构建栅格
x_min, y_min, x_max, y_max = lake_line.bounds[:4]
# 绘图
lake_.plot()
plt.show()

Python地图栅格化实例

构建栅格

# 栅格大小
GRID_WIDTH = 0.009 * 2 / 100
grid_rows_num = int(math.ceil((y_max - y_min) / float(GRID_WIDTH)))
grid_columns_num = int(math.ceil((x_max - x_min) / float(GRID_WIDTH)))
grids = []
for r in range(grid_rows_num):
    for c in range(grid_columns_num):
        grid_4coords = []
        # 左上角
        x_lt = x_min + c * GRID_WIDTH
        y_lt = y_max - r * GRID_WIDTH
        # 右上角
        x_rt = x_lt + GRID_WIDTH
        y_rt = y_lt
        # 左下角
        x_lb = x_lt
        y_lb = y_lt - GRID_WIDTH
        # 右下角
        x_rb = x_rt
        y_rb = y_lb
        # 两个三角形拼接一个栅格
        grid_4coords.append(geometry.Point(x_lt,y_lt))
        grid_4coords.append(geometry.Point(x_rt,y_rt))
        grid_4coords.append(geometry.Point(x_rb,y_rb))
        grid_4coords.append(geometry.Point(x_lb,y_lb))
        grid_4coords.append(geometry.Point(x_lt,y_lt))
        # 创建一个网格
        grids.append(geometry.LineString(grid_4coords))
grid_ = gp.GeoSeries(grids)
grid_.to_file('E:\just\海韵湖智能技术实验场\data\grids.shp',driver='ESRI Shapefile', encoding='utf-8')
grid_.plot()
plt.show()

Python地图栅格化实例

要素叠加

# 要素叠加
elements = [lake_line]
elements += grids
elements_ = gp.GeoSeries(elements)
elements_.to_file('elements.shp', driver='ESRI Shapefile', encoding='utf-8')
elements_.plot()
plt.show()

Python地图栅格化实例