pythongdal教程之:用gdal读取栅格数据

gdal原生支持超过100种栅格数据类型,涵盖所有主流gis与rs数据格式,包括

arcinfo grids, arcsde raster, imagine, idrisi, envi, grass, geotiff

hdf4, hdf5

usgs doq, usgs dem

ecw, mrsid

tiff, jpeg, jpeg2000, png, gif, bmp

完整的支持列表可以参考http://www.gdal.org/formats_list.html

导入gdal支持库

旧版本(1.5以前):import gdal, gdalconst

新版本(1.6以后):from osgeo import gdal, gdalconst

gdal和gdalconst最好都要导入,其中gdalconst中的常量都加了前缀,力图与其他的module冲突最小。所以对gdalconst你可以直接这样导入:from osgeo.gdalconst import *

gdal数据驱动,与ogr数据驱动类似,需要先创建某一类型的数据驱动,再创建响应的栅格数据集。

一次性注册所有的数据驱动,但是只能读不能写:gdal.allregister()

单独注册某一类型的数据驱动,这样的话可以读也可以写,可以新建数据集:

driver = gdal.getdriverbyname(‘hfa’)

driver.register()

打开已有的栅格数据集:

fn = ‘aster.img’

ds = gdal.open(fn, ga_readonly)

if ds is none:

print ‘could not open ‘ + fn

sys.exit(1)

读取栅格数据集的x方向像素数,y方向像素数,和波段数

cols = ds.rasterxsize

rows = ds.rasterysize

bands = ds.rastercount

注意后面没有括号,因为他们是属性(properties)不是方法(methods)

读取地理坐标参考信息(georeference info)

geotransform是一个list,存储着栅格数据集的地理坐标信息

adfgeotransform[0] /* top left x 左上角x坐标*/

adfgeotransform[1] /* w–e pixel resolution 东西方向上的像素分辨率*/

adfgeotransform[2] /* rotation, 0 if image is “north up” 如果北边朝上,地图的旋转角度*/

adfgeotransform[3] /* top left y 左上角y坐标*/

adfgeotransform[4] /* rotation, 0 if image is “north up” 如果北边朝上,地图的旋转角度*/

adfgeotransform[5] /* n-s pixel resolution 南北方向上的像素分辨率*/

注意栅格数据集的坐标一般都是以左上角为基准的。

下面的例子是从一个栅格数据集中取出geotransform作为一个list,然后读取其中的数据

geotransform = ds.getgeotransform()

originx = geotransform[0]

originy = geotransform[3]originy = geotransform[3]

pixelwidth = geotransform[1]

pixelheight = geotransform[5]

计算某一坐标对应像素的相对位置(pixel offset),也就是该坐标与左上角的像素的相对位置,按像素数计算,计算公式如下:

xoffset = int((x – originx) / pixelwidth)

yoffset = int((y – originy) / pixelheight)

读取某一像素点的值,需要分两步

首先读取一个波段(band):getrasterband(),其参数为波段的索引号

然后用readasarray(, , , ),读出从(xoff,yoff)开始,大小为(xsize,ysize)的矩阵。如果将矩阵大小设为1×1,就是读取一个像素了。但是这一方法只能将读出的数据放到矩阵中,就算只读取一个像素也是一样。例如:

band = ds.getrasterband(1)

data = band.readasarray(xoffset, yoffset, 1, 1)

如果想一次读取一整张图,那么将offset都设定为0,size则设定为整个图幅的size,例如:

data = band.readasarray(0, 0, cols, rows)

但是要注意,从data中读取某一像素的值,必须要用data[yoff, xoff]。注意不要搞反了。数学中的矩阵是[row,col],而这里恰恰相反!这里面row对应y轴,col对应x轴。

注意在适当的时候释放内存,例如band = none 或者dataset = none。尤其当图很大的时候

如何更有效率的读取栅格数据?显然一个一个的读取效率非常低,将整个栅格数据集都塞进二维数组也不是个好办法,因为这样占的内存还是很多。更好的方法是按块(block)来存取数据,只把要用的那一块放进内存。本周的样例代码中有一个utils模块,可以读取block大小。

例如:

import utils

blocksize = utils.getblocksize(band)

xblocksize = blocksize[0]

yblocksize = blocksize[1]

平铺(tiled),即栅格数据按block存储。有的格式,例如geotiff没有平铺,一行是一个block。erdas imagine格式则按64×64像素平铺。

如果一行是一个block,那么按行读取是比较节省资源的。

如果是平铺的数据结构,那么设定readasarray()的参数值,让它一次只读入一个block,就是效率最高的方法了。例如:

rows = 13, cols = 11, xbsize = 5, ybsize = 5

for i in range(0, rows, ybsize):

if i + ybsize < rows:

numrows = ybsize

else:

numrows = rows – i

for j in range(0, cols, xbsize):

if j + xbsize < cols:

numcols = xbsize

else:

numcols = colsnumcols = cols – j

data = band.readasarray(j, i, numcols, numrows)

这一段代码具有通用性,可以时常拿来用的。

下面介绍一点二维数组的处理技巧

这里要用到两个库,numeric和numpy。numeric比较老了,fwtools用它。自己安装配置的话还是配功能更强的numpy。

数据类型转换:

data = band.readasarray(j, i, ncols, nrows)

data = data.astype(numeric.float) # numeric

data = data.astype(numpy.float) # numpy

或者简单点只写一句

data = band.readasarray(j, i, ncols, nrows).astype(numeric.float)

掩膜mask

这是numeric和numpy库的功能,输入一个数组和条件,输出一个二值数组。例如

mask = numeric.greater(data, 0)mask = numeric.greater(data, 0)

>>> a = numeric.array([0, 4, 6, 0, 2])

>>> print a

[0 4 6 0 2]

>>> mask = numeric.greater(a, 0)

>>> print mask

[0 1 1 0 1]

数组求和

>>> a = numeric.array([0, 4, 6, 0, 2])

>>> print a>>> print a

[0 4 6 0 2]

>>> print numeric.sum(a)

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如果是二维数组,那sum就会返回一个一维数组

>>> b = numeric.array([a, [5, 10, 0, 3, 0]])

>>> print b

[[ 0 4 6 0 2]

[ 5 10 0 3 0]]

>>> print numeric.sum(b)>>> print numeric.sum(b)

[ 5 14 6 3 2]

所以,二维数组的求和就要这样

>>> print numeric.sum(numeric.sum(b))

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这里有一个小技巧,统计大于0的像素个数,可以联合运用mask和sum两个函数

>>> print a

[0 4 6 0 2]

>>> mask = numeric.greater(a, 0)

>>> print mask

[0 1 1 0 1]

>>> print numeric.sum(mask)

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