GDAL/OGR használata Python nyelvben

A nyílt GDAL/OGR (Geospatial Data Abstraction Library, OpenGIS Simple Features Reference Implementation) könyvtárak számos eszközzel segítik a térképészeti adatok feldolgozását. A GDAL a raszteres, az OGR pedig a vektoros adatok kezeléséért felel. A C++ nyelven írt könyvtárakhoz úgynevezett Python kötéseket készítettek, hogy Python programokból elérhetők legyenek a funkciók. A két könyvtár Python kötését a SWIG eszköz segítségével generálják. Az alkalmazásprogramozási felület (API) általában pontosan követi a GDAL és OGR könyvtárak C++ implementációiban használt osztályok és eljárások megnevezéseit. Az elérhető hivatalos dokumentáció (http://gdal.org/python) is automatikusan generált, a meglévő C/C++ függvények leírásai alapján.

Tartalomjegyzék

1 Függőségek
2 Telepítés
3 Használat
4 Példaprogramok
- 4.1 Shape file geometriájának egyszerűsítése
- 4.2 Népsűrűség ábrázolása térképen
5 Hivatkozások

Függőségek

A GDAL/OGR könyvtárak használatához a következőkre van szükség:

Python 2.X (Python 3.X a GDAL 1.7.0 verziójától kezdődően). Python 2-höz ajánlott 2.3 és 2.7 közötti verziót használni.
libgdal (1.5.0 vagy ennél újabb verzió) a hozzá tartozó header fájlokkal együtt (gdal-devel)
numpy (1.0.0 vagy ennél újabb verzió) a hozzá tartozó header fájlokkal együtt (numpy-devel)

A numpy telepítése nem feltétlenül szükséges, viszont sok példaprogram és eszköz használja, ezért ajánlott.

Telepítés

Használat

Támogatott adatformátumok

Az OGR könyvtár segítségével számos vektoros formátumot (állománytípust vagy egyéb

adatforrást) tudunk kezelni, például:

ESRI shapefile

personal geodatabase (térinformatikai adatokat tároló Microsoft Access adatbázis)

ArcSDE adatbázis

MapInfo formátum

GRASS formátum

Bentley Systems MicroStation formátum

TIGER/Line

SDTS

GML

KML

MySQL, PostgreSQL, MariaDB, stb

Oracle Spatial

Informix

ODBC

Hozzáférés a filehoz

A különböző fájltípusoknak és más adatforrásoknak a kezelésére az OGR könyvtár úgynevezett meghajtókat (vagy drivereket) használ. A következő Python kóddal tudjuk megvizsgálni, hogy milyen driverek állnak rendelkezésünkre:

from osgeo import ogr
driverList = []

for i in range(ogr.GetDriverCount()):
  driver = ogr.GetDriver(i)
  driverName = driver.GetName()
  if not driverName in driverList:
    formatsList.append(driverName)

for i in formatsList:
  print i

A kiírt nevek alapján azonosíthatjuk a megfelelő drivert. A Shape fájl formátumot például az „ESRI Shapefile” nevű meghajtóval kezelhetjük. A megfelelő driver név szerint is elérhető (ha nincs telepíve az adott nevű driver, akkor a GetDriverByName függvény None értéket térít vissza). A Shape fájlokat kezelő meghajtót tehát a következő függvényhívással érhetjük el: driver = ogr.GetDriverByName('ESRI Shapefile') Az állományt ezután a meghatón keresztül nyitjuk meg az Open függvény segítségével, aminek első paramétere az állomány neve (teljes elérési útvonal), a második pedig egy egész szám, aminek értéke 0 vagy 1 lehet. A második paraméter 0, ha az állományt csak olvasásra nyitjuk meg, az érték 1 ha írni is szeretnénk bele.

file = driver.Open(filename, 0)
if file is None:
  print ('Nem tudtam megnyitni a fájlt!')

Amennyiben a meghajtó nem tudta megnyitni az állományt, akkor a None értéket adja vissza. Ez a helyzet akkor fordulhat elő, ha a Shape fájl tartalma sérült vagy az shx vagy dbf fájl nem található.

Térképészeti adat kinyerése

A következő lépés a Shape fájlban található réteghez (layer) valő hozzáférés. Ezt a funkciót a

GetLayer(index) függvény biztosítja. Shape fájlok esetében az index mindig 0 (vagy el is lehet hagyni ezt a paramétert), az index csak olyan formátumok esetében hasznos, mint pl. a GML vagy a TIGER. A következő sorral tehát a Shape fájl egyetlen rétegét szerezzük be:

layer = datasource.GetLayer()

Ezután következik a rétegen található elemek (features) beolvasása. A featureek számát a layer GetFeatureCount() függvényével kérhetjük le, és az egyes featureek a GetFeature(index) függvénnyel érhetjük el. Vagy végig lehet menni az összes featureen a következő kóddal:

feature = layer.GetNextFeature()
while feature:
  # feldolgozás
  feature = layer.GetNextFeature()
  layer.ResetReading() #ha újra kell kezdeni a beolvasást

A Shape fájlunk csak egyetlen featuret tartalmaz, ezért a GetNextFeauter() egyszeri meghívásával megoldjuk a hozzáférést. Az elem mértani objetkumát a GetGeometryRef() függvénnyel kérhetjük le, típusát pedig a GetGeometryType() vagy GetGeometryName() függvénnyekkel ellenőrizhetjük le. A következő sorokban például azt ellenőrizzük le, hogy a poligon vagy multipoligon típusú elemmel vane dolgunk:

geometry = feature.GetGeometryRef()
if geometry.GetGeometryName() == 'POLYGON' or geom.GetGeometryName() =='MULTIPOLYGON':
  # feldolgozás

A típusokat az OGR konstansaival (pl. ogr.wkbPoint, ogr.wkbLineString, ogr.wkbPolygon, ogr.wkbMultiPoint, ogr.wkbMultiLineString, ogr.wkbMultiPolygon, stb.) is azonosíthatjuk.

Attribútumok

Az attribútomokat a GetField() függvénnyel és annak variációival érhetjük el. Például:

attr = feature.GetField('id')
attrstr = feature.GetFieldAsString('id')

Az attribútumok számát a GetFieldCount() függvénnyel kapjuk meg.

Példaprogramok

Shape file geometriájának egyszerűsítése

A következő Python kód egy Shape file geometriáját egyszerűsíti, adott toleranciával. A fontosabb sorokhoz magyarázatot fűztünk.

#!/usr/bin/python
# * coding: utf8 *

import os, sys
from osgeo import ogr

# infile  bemeneti állomány neve
# outfile  kimeneti állomány neve
# tolerance  a egyszerűsítés paramétere

def simplify(infile, outfile, tolerance):
  # az ESRI Shapefile meghajtó
  driver = ogr.GetDriverByName('ESRI Shapefile')
  
  # olvasásra nyitjuk meg a bemeneti állományt
  infile = driver.Open(infile,0)
  if infile is None:
    print 'Nem tudom megnyitni a(z) ', infile, ' nevű állományt!'
    sys.exit(1)

  # a bemeneti állomány adatai: layer, feature, geometry
  inputLayer = infile.GetLayer()
  inputFeature = inputLayer.GetNextFeature()
  geom = inputFeature.GetGeometryRef()
  geomType = geom.GetGeometryType()

  # a kimeneti állomány létrehozása
  if os.path.exists(outfile):
    os.remove(outfile)
  try:
    output = driver.CreateDataSource(outfile)
  except:
    print 'Nem tudom létrehozni a(z)', outfile, ' nevű állományt!'
    sys.exit(1)

  # réteg létrehozása a kimeneten
  outputLayer = output.CreateLayer('Tolerance',geom_type=geomType,srs=inputLayer.GetSpatialRef())
  if outputLayer is None:
    print 'Nem tudom lérehozni a megfelelő layert a kimeneti állományban!'
    sys.exit(1)
  outputLayerDef = outputLayer.GetLayerDefn()
  featureID = 0

# végigmegyünk az összes elemen
while inputFeature:
  # az eredeti geometria
  geometry = inputFeature.GetGeometryRef()
  # az egyszerűsített geometria
  simplifiedGeom = geometry.Simplify(tolerance)
  # megpróbálunk létrehozni egy új featuret az egyszerűsített geometriával
  try:
    newFeature = ogr.Feature(outputLayerDef)
    newFeature.SetGeometry(simplifiedGeom)
    newFeature.SetFID(featureID)
    outputLayer.CreateFeature(newFeature)

  except:
    print "Nem tudtam létrehozni az egyszerűsített geomatriát!"

  newFeature.Destroy()
  inputFeature.Destroy()
  inputFeature = inputLayer.GetNextFeature()
  featureID += 1
  infile.Destroy()
  output.Destroy()
  print "Az egyszerűsítést sikeresen végrehajtottam"

return

# a parancssorban átadott paraméterek
if (len(sys.argv) < 4):
  print ('Használat: python simplify.py <bemenet> <kimenet> <tolerancia>')
  sys.exit(0)

# az egyszerűsítő függvény meghívása
simplify(sys.argv[1], sys.argv[2], float(sys.argv[3]))

Népsűrűség ábrázolása térképen

Az alábbi kód, egy meglévő shapefile rétegre egy másikat generál, egy megadott atríbútum táblából, aminek segítségével szemlélteti, hogy az adott területeken mekkora a népsűrűség. Ehhez pontokat generál, egy pont 100 embert reprezentál.

from osgeo import ogr
import random
# shapefile megnyitasa ogr reteg letrehozasa elso feature lekerese
source = ogr.Open("GIS_CensusTract_poly.shp")
county = source.GetLayer("GIS_CensusTract_poly")
feature = county.GetNextFeature()
# kimeneti shapefile es reteg letrehozasa
driver = ogr.GetDriverByName('ESRI Shapefile')
output = driver.CreateDataSource("PopDensity.shp")
dots = output.CreateLayer("PopDensity", geom_type=ogr.wkbPoint)
while feature is not None:
  field_index = feature.GetFieldIndex("POPULAT11")
  population = int(feature.GetField(field_index))
  # 1 pont szaz embert reprezental 
  density = population / 100
  count = 0   
  while count < density:
    geometry = feature.GetGeometryRef()
    minx, maxx, miny, maxy = geometry.GetEnvelope()
    x = random.uniform(minx,maxx)
    y = random.uniform(miny,maxy)
    f = ogr.Feature(feature_def=dots.GetLayerDefn())
    wkt = "POINT(%f %f)" % (x,y)
    point = ogr.CreateGeometryFromWkt(wkt)
    # Csak akkor hasznaljuk a pontot, ha benne van az adott alakzatban
    if feature.GetGeometryRef().Contains(point):
        f.SetGeometryDirectly(point)
        dots.CreateFeature(f)
        count += 1
    # objektum eltorlese
    f.Destroy()
  feature = county.GetNextFeature()
source.Destroy()
output.Destroy()