基于Python+GDAL实现nc格式转geotiff格式

系统 4152 0

基于Python+GDAL实现nc格式转geotiff格式

        • 1. 目的
        • 2. 版本
        • 3. 基础知识
          •  3.1 什么是nc文件?
          •  3.2 基于Python处理nc文件需要用到的库
        • 4. 程序示例
        • 5. 问题
          •   5.1 影像分辨率的设置
        • 参考资料

1. 目的

(1)掌握基于Python处理nc格式文件的基本方法
(2)学会将程序函数化,提高程序可读性【待补充】

2. 版本

(1)2019年6月20日;    Version 1

3. 基础知识

 3.1 什么是nc文件?

  NetCDF(network Common Data Form)网络通用数据格式是由美国大学大气研究协会(University Corporation for Atmospheric Research,UCAR)的Unidata项目科学家针对科学数据的特点开发的,是一种面向数组型并适于网络共享的数据的描述和编码标准。目前,NetCDF广泛应用于大气科学、水文、海洋学、环境模拟、地球物理等诸多领域。用户可以借助多种方式方便地管理和操作NetCDF 数据集 [1]

 3.2 基于Python处理nc文件需要用到的库

  基于Python处理nc数据必要的库是 netCDF4 ,同时如果需要将nc文件转换为tiff文件,还需要osgeo库中的gdal子库和osr子库。

4. 程序示例

  以Python将nc格式的标准化降水蒸散发指数(SPEI)文件转换为tif格式的文件为例,说明nc转tif的python实现过程,SPEI数据下载自西班牙国家研究委员会(CSIC)下属的SPEI下载网站 [2]

            
              
                '''
 1. 目的:基于Python将.nc文件转换为.tif文件
 2. 山东青岛  2019年6月20日
'''
              
              
                # 0. 模块导入
              
              
                import
              
               numpy 
              
                as
              
               np

              
                import
              
               netCDF4 
              
                as
              
               Dataset

              
                from
              
               osgeo 
              
                import
              
               gdal
              
                ,
              
              osr


              
                # 1. 路径处理和变量定义
              
              
RootDir 
              
                =
              
               r
              
                'F:\SPEI_NC'
              
              
SPEI_NC 
              
                =
              
               RootDir 
              
                +
              
              
                '\\spei12.nc'
              
              
                # 输入文件
              
              
                # 1.1 输出路径-OutPath
              
              
OutPath 
              
                =
              
               RootDir 
              
                +
              
              
                '\\SPEI_TIF'
              
              
                if
              
               os
              
                .
              
              path
              
                .
              
              exists
              
                (
              
              OutPath
              
                )
              
              
                :
              
              
    shutil
              
                .
              
              rmtree
              
                (
              
              OutPath
              
                )
              
              
    os
              
                .
              
              mkdir
              
                (
              
              OutPath
              
                )
              
              
                else
              
              
                :
              
              
    os
              
                .
              
              mkdir
              
                (
              
              OutPath
              
                )
              
              
OutTif 
              
                =
              
               OutPath 
              
                +
              
              
                '\\Global_SPEI_Test.tif'
              
              
                # 2. NetCDF文件处理
              
              
NC_DS 
              
                =
              
               Dataset
              
                (
              
              SPEI_NC
              
                )
              
              
                print
              
              
                (
              
              NC_DS
              
                ,
              
              
                type
              
              
                (
              
              NC_DS
              
                )
              
              
                )
              
              
                # 了解NC_DS的数据类型,
                
              
              
                print
              
              
                (
              
              NC_DS
              
                .
              
              variables
              
                )
              
              
                # 了解变量的基本信息
              
              
                print
              
              
                (
              
              NC_DS
              
                .
              
              variables
              
                [
              
              
                'spei'
              
              
                ]
              
              
                )
              
              
                # 了解SPEI的基本信息
              
              
Lat 
              
                =
              
               NC_DS
              
                .
              
              variables
              
                [
              
              
                'lat'
              
              
                ]
              
              
                [
              
              
                :
              
              
                ]
              
              
Lon 
              
                =
              
               NC_DS
              
                .
              
              variables
              
                [
              
              
                'Lon'
              
              
                ]
              
              
                [
              
              
                :
              
              
                ]
              
              
SPEI 
              
                =
              
               NC_DS
              
                .
              
              variables
              
                [
              
              
                'spei'
              
              
                ]
              
              
                [
              
              
                13
              
              
                ,
              
              
                :
              
              
                ,
              
              
                :
              
              
                ]
              
              
                # 1901年1月的SPEI_12,注意SPEI的存储形式决定了读取方式
              
              
                print
              
              
                (
              
              
                type
              
              
                (
              
              SPEI
              
                )
              
              
                ,
              
              SPEI
              
                .
              
              shape
              
                )
              
              
                # 了解SPEI的数据类型,和维数
              
              
                # 2.1 异常值处理
              
              
SPEI 
              
                =
              
               np
              
                .
              
              asarray
              
                (
              
              SPEI
              
                )
              
              
                # 数据类型转换
              
              
SPEI
              
                [
              
              np
              
                .
              
              where
              
                (
              
              SPEI 
              
                ==
              
              
                1.e+30
              
              
                )
              
              
                ]
              
              
                =
              
              
                -
              
              
                99
              
              
                # 3. 将数据写出到.tif文件中
              
              
                # 3.1 影像的左上角和右下角坐标
              
              
LonMin
              
                ,
              
              LatMax
              
                ,
              
              LonMax
              
                ,
              
              LatMin 
              
                =
              
              
                [
              
              Lon
              
                .
              
              
                min
              
              
                (
              
              
                )
              
              
                ,
              
              Lat
              
                .
              
              
                max
              
              
                (
              
              
                )
              
              
                ,
              
              Lon
              
                .
              
              
                max
              
              
                (
              
              
                )
              
              
                ,
              
              Lat
              
                .
              
              
                min
              
              
                (
              
              
                )
              
              
                ]
              
              
                # 3.2 影像的分辨率,此处float(N_Lon)-1是为了保证分辨率为0.5 degree,不知是否合理,望指正
              
              
N_Lat 
              
                =
              
              
                len
              
              
                (
              
              Lat
              
                )
              
               
N_Lon 
              
                =
              
              
                len
              
              
                (
              
              Lon
              
                )
              
              
Lon_Res 
              
                =
              
              
                (
              
              LonMax 
              
                -
              
               LonMin
              
                )
              
              
                /
              
              
                (
              
              
                float
              
              
                (
              
              N_Lon
              
                )
              
              
                -
              
              
                1
              
              
                )
              
              
Lat_Res 
              
                =
              
              
                (
              
              LatMax 
              
                -
              
               LatMin
              
                )
              
              
                /
              
              
                (
              
              
                float
              
              
                (
              
              N_Lat
              
                )
              
              
                -
              
              
                1
              
              
                )
              
              
                # 3.3 构建.tiff文件框架
              
              
spei_ds 
              
                =
              
               gdal
              
                .
              
              GetDriverByName
              
                (
              
              
                'Gtiff'
              
              
                )
              
              
                .
              
              Create
              
                (
              
              OutTif
              
                ,
              
              N_Lon
              
                ,
              
              N_Lat
              
                ,
              
              
                1
              
              
                ,
              
              gdal
              
                .
              
              GDT_Float32
              
                )
              
              
                # 3.4 设置影像的显示范围
              
              
geotransform 
              
                =
              
              
                (
              
              LonMin
              
                ,
              
              Lon_Res
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
               LatMin
              
                ,
              
              
                0
              
              
                ,
              
               Lat_Res
              
                )
              
              
spei_ds
              
                .
              
              SetGeoTransform
              
                (
              
              geotransform
              
                )
              
              
                # 3.5 地理坐标系统信息
              
              
srs 
              
                =
              
               osr
              
                .
              
              SpatialReference
              
                (
              
              
                )
              
              
                #获取地理坐标系统信息,用于选取需要的地理坐标系统
              
              
                print
              
              
                (
              
              
                type
              
              
                (
              
              srs
              
                )
              
              
                )
              
              
                print
              
              
                (
              
              srs
              
                )
              
              
srs
              
                .
              
              ImportFromEPSG
              
                (
              
              
                4326
              
              
                )
              
              
                # 定义输出的坐标系为"WGS 84",AUTHORITY["EPSG","4326"]
              
              
spei_ds
              
                .
              
              SetProjection
              
                (
              
              srs
              
                .
              
              ExportToWkt
              
                (
              
              
                )
              
              
                )
              
              
                # 给新建图层赋予投影信息
              
              
                # 3.6 数据写出
              
              
spei_ds
              
                .
              
              GetRasterBand
              
                (
              
              
                1
              
              
                )
              
              
                .
              
              WriteArray
              
                (
              
              SPEI
              
                )
              
              
                # 将数据写入内存,此时没有写入硬盘
              
              
spei_ds
              
                .
              
              FlushCache
              
                (
              
              
                )
              
              
                # 将数据写入硬盘
              
              
spei_ds 
              
                =
              
              
                None
              
              
                # 关闭spei_ds指针,注意必须关闭
              
              
                print
              
              
                (
              
              
                'Finished'
              
              
                )
              
            
          

5. 问题

  5.1 影像分辨率的设置
            
              
                # 3.2 影像的分辨率,此处float(N_Lon)-1是为了保证分辨率为0.5 degree,不知是否合理,望指正
              
              
N_Lat 
              
                =
              
              
                len
              
              
                (
              
              Lat
              
                )
              
               
N_Lon 
              
                =
              
              
                len
              
              
                (
              
              Lon
              
                )
              
              
Lon_Res 
              
                =
              
              
                (
              
              LonMax 
              
                -
              
               LonMin
              
                )
              
              
                /
              
              
                (
              
              
                float
              
              
                (
              
              N_Lon
              
                )
              
              
                -
              
              
                1
              
              
                )
              
              
Lat_Res 
              
                =
              
              
                (
              
              LatMax 
              
                -
              
               LatMin
              
                )
              
              
                /
              
              
                (
              
              
                float
              
              
                (
              
              N_Lat
              
                )
              
              
                -
              
              
                1
              
              
                )
              
            
          

参考资料

[1] : netCDF百度百科
[2] : MATLAB中利用ncread函数读取nc文件


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