通过Python实现NC文件转GeoTiff格式

通过Python实现NC文件转GeoTiff格式

一、前言

• 基于Python和GDAL库介绍处理nc文件的基本操作
• 简单处理nc文件为GeoTiff文件的Python函数

---

二、基本了解

• 什么是NC格式

  NC文件即NetCDF (Network Common Data Form），是一种通用的数据存储格式。广泛用于存储地学、大气科学、海洋科学等一系列多维数据，可封装时间、经度、纬度、降水、温度等多个维度数据，数据结构清晰易读，可以很方便的提取、应用。

  ---

• 什么是GeoTiff格式

  GeoTIFF 是一种地理栅格文件，可以理解为专门存储地理信息的Tiff图像文件格式。地理坐标系、地图投影等要素直接嵌入到图像文件中。

  ---

• Python处理nc文件需要用到的库

  • NetCDF4用于读取NC文件；numpy用于数据修改；osgeo的子库gdal和osr，前者用于实现转换和栅格编辑功能，后者可用于确定地理坐标系和地图投影。

    import numpy as np
    import netCDF4 as nc
    from osgeo import gdal,osr
    

  • 建议使用 Anaconda 配置虚拟Python环境，可以很方便地进行包管理，我这里使用的环境版本是

    python 3.6.12(64bit)
    numpy 1.19.1
    netCDF4 1.4.2
    gdal 3.0.2
    

三、功能实现

1. 查看NC文件信息

   import netCDF4 as nc 
   import numpy as np
   
   item = r'***.nc'#选取一个nc文件路径
   DS = nc.Dataset(item)
   
   print(DS,type(NC_DS)) # 返回DS的数据类型，
   print('{:-<100}'.format('----'))
   
   print(DS.variables) # 了解变量的基本信息
   print('{:-<100}'.format('----'))
   
   print(DS.variables['lon']) # 了解某一变量如“lon”(经度)的基本信息
   print('{:-<100}'.format('----'))
   
   TEMP = NC_DS.variables['temp'][666,123,:] # 这是一个三维数据的NC文件，["纬度","经度","温度"]，需要按实际修改
   print(TEMP) # 查看特定维度数据
   

---

2. NC文件转GeoTiff

   #NetCDF文件处理 
   def Convert(item,day):        
       DS = nc.Dataset(item)
       Lat = DS.variables['lat'][:]
       Lon = DS.variables['lon'][:]
       PREC = DS.variables['prec'][day,:,:] #[day,lon,lat],即生成 某天 全纬度、经度范围 图像
   
       PREC = np.asarray(PREC) #数据类型转换
       PREC[np.where(PREC == -33321)] = np.nan #异常值处理
   
       #影像的部分信息
       LonMin,LatMax,LonMax,LatMin = [Lon.min(),Lat.max(),Lon.max(),Lat.min()] 
   
       #构建tiff框架
       prec_ds = gdal.GetDriverByName('Gtiff').Create(OutTif,len(Lon),len(Lat),1,gdal.GDT_Float32) 
       #dst_ds = driver.Create(dst_filename, xsize, ysize,bands, eType=gdal.GDT_Byte)
       
       #设置影像的显示范围
       prec_ds.SetGeoTransform(LonMin,0.1, 0, LatMin, 0, 0.1)
       #SetGeoTransform(double xLeft,double dX,double 	yProjOnX,double yTop,double x,ProjOnY,double dY)
       #这里通常选取的是左上角点的坐标(lonmin,latmax)，但如此我的图像会上下颠倒，不知为何
       #图像分辨率xsize ysize通常在NC属性中给出，也可以 xsize = (lonmax-lonmin)/len(lon)
   
   
       #设置地理坐标系和投影坐标系，这里设置为WGS_84,索引号4326
       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"]
       prec_ds.SetProjection(srs.ExportToWkt()) # 给新建图层赋予投影信息
   
   
       # 数据写出
       prec_ds.GetRasterBand(1).SetNoDataValue(-9999)
       prec_ds.GetRasterBand(1).WriteArray(PREC) # 将数据写入内存
       prec_ds.GetRasterBand(1).GetStatistics(0,1)# 添加统计信息
       prec_ds.FlushCache() # 将数据写入硬盘
       prec_ds = None # 关闭
   

---

3. 设置自定义投影

       #设置地理坐标系和投影坐标系，这里设置为WGS_84_Albers
       sr = 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(sr))
       print(sr)
       sr.SetProjCS('WGS_84_Albers')
       sr.SetWellKnownGeogCS('WGS84')#设置地理坐标系为WGS_84
       sr.SetLCC(35,50,0,90,0,0)#设置等面积圆锥投影的参数
       wkt = sr.ExportToWkt()
       #print(wkt)
       sr.ImportFromWkt(wkt) # 将定义好的参数导出为WKT 
       prec_ds.SetProjection(sr.ExportToWkt()) # 给新建图层赋予投影信息 
   

---

4. 用掩膜裁剪

   from osgeo import gdal
   import os
   import time
   
   def clip(input_shape,input_raster,output_raster):
       
       # 栅格文件路径，打开栅格文件
       input_raster=gdal.Open(input_raster)
           
       # 裁剪，gdal.warp函数，input_shape是掩膜文件
       ds = gdal.Warp(output_raster,input_raster,
           format = 'GTiff',
           cutlineDSName = input_shape, 
           dstNodata = -9999)#设置nodata值为-9999，ArcGIS自动识别为nodata
       
       # 添加统计信息     
       ds.GetRasterBand(1).GetStatistics(0,1)     
       
       # 关闭文件
       ds = None 
   

---

四、成图预览

1. 生成的 Tiff 图像

---

2. ArcGIS打开属性
   

---

3. 掩膜裁剪成图

---

五、参考

1. 基于Python+GDAL实现nc格式转geotiff格式.
2. 使用python的netCDF4库读取.nc文件 和 创建.nc文件.
3. Python3.GDAL从shp文件生成mask.

---

六、总结

本文包括了NC文件读取，NC文件转TIFF、TIFF文件掩膜裁剪、自定投影操作。吸收了多篇文章内容整合而成。代码多有错误，烦请指正。