Python空间数据处理1： GDAL读写遥感图像

GDAL是空间数据处理的开源包，支持多种数据格式的读写。遥感图像是一种带大地坐标的栅格数据，遥感图像的栅格模型包含以下两部分的内容：

栅格矩阵：由正方形或者矩形栅格点组成，每个栅格点所对应的数值为该点的像元值，在遥感图像中用于表示地物属性值；遥感图像有单波段与多波段，波段表示地物属性的种类，每个波段表示地物一种属性。

大地坐标：空间数据参考表示地图的投影信息；仿射矩阵能将行列坐标映射到面坐标上。

GDAL读写遥感数据的代码：

from osgeo import gdal
import os

class GRID:

    #读图像文件
    def read_img(self,filename):
        dataset=gdal.Open(filename)       #打开文件

        im_width = dataset.RasterXSize    #栅格矩阵的列数
        im_height = dataset.RasterYSize   #栅格矩阵的行数

        im_geotrans = dataset.GetGeoTransform()  #仿射矩阵
        im_proj = dataset.GetProjection() #地图投影信息
        im_data = dataset.ReadAsArray(0,0,im_width,im_height) #将数据写成数组，对应栅格矩阵

        del dataset 
        return im_proj,im_geotrans,im_data

    #写文件，以写成tif为例
    def write_img(self,filename,im_proj,im_geotrans,im_data):
        #gdal数据类型包括
        #gdal.GDT_Byte, 
        #gdal .GDT_UInt16, gdal.GDT_Int16, gdal.GDT_UInt32, gdal.GDT_Int32,
        #gdal.GDT_Float32, gdal.GDT_Float64

        #判断栅格数据的数据类型
        if 'int8' in im_data.dtype.name:
            datatype = gdal.GDT_Byte
        elif 'int16' in im_data.dtype.name:
            datatype = gdal.GDT_UInt16
        else:
            datatype = gdal.GDT_Float32

        #判读数组维数
        if len(im_data.shape) == 3:
            im_bands, im_height, im_width = im_data.shape
        else:
            im_bands, (im_height, im_width) = 1,im_data.shape 

        #创建文件
        driver = gdal.GetDriverByName("GTiff")            #数据类型必须有，因为要计算需要多大内存空间
        dataset = driver.Create(filename, im_width, im_height, im_bands, datatype)

        dataset.SetGeoTransform(im_geotrans)              #写入仿射变换参数
        dataset.SetProjection(im_proj)                    #写入投影

        if im_bands == 1:
            dataset.GetRasterBand(1).WriteArray(im_data)  #写入数组数据
        else:
            for i in range(im_bands):
                dataset.GetRasterBand(i+1).WriteArray(im_data[i])

        del dataset

if __name__ == "__main__":
    os.chdir(r'D:\Python_Practice')                        #切换路径到待处理图像所在文件夹
    run = GRID()
    proj,geotrans,data = run.read_img('LC81230402013164LGN00.tif')        #读数据
    print proj
    print geotrans
    print data
    print data.shape
    run.write_img('LC81230402013164LGN00_Rewrite.tif',proj,geotrans,data) #写数据

在GDAL遥感影像读写的基础上，我们可以进行遥感图像的各种公式计算和统计分析。
例如我们所熟知的计算NDVI（归一化植被指数），只要在以上代码倒数第二行中插入代码：

import numpy as np
data = data.astype(np.float)
ndvi = (data[3]-data[2])/(data[3]+data[2])                         #3为近红外波段；2为红波段
run.write_img('LC81230402013164LGN00_ndvi.tif',proj,geotrans,ndvi) #写为ndvi图像

当然，这是理想的NDVI，实际处理NDVI还会遇到一些其他要处理的问题。例如NDVI值应该在区间[-1，1]内，但实际中会出现大于1或小于-1的情况，或者某些像点是坏点，出现空值nan，需要进一步的配套处理。