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Python で GeoTIFF を使ってみる

GeoTIFF ファイルの読み込み,

キーワード: GeoTIFF, Python で GeoTIFF ファイルの読み込み,Python で GeoTIFF ファイルからの緯度経度の取得,osr, gdal, 基盤地図情報, 数値標高モデル, 基盤地図情報ダウンロード


前準備

前準備として,Anaconda のインストールが終わっていること. 手順を下に説明しています.

Anaconda のインストール

Python 3 の開発環境である Anacondaをおすすめ.Window でのインストール手順は次の通りです(Linuxでも同様の手順です).

  1. https://www.continuum.io/downloads#windowsを開く

  2. Download」をクリックする.

  3. ダウンロードが始まるので確認する.

  4. ダウンロードした .exe ファイルを実行して,Anacondaをインストール.

    Python処理系にはいくつかの種類がある. この Web ページでは Anaconda をおすすめしている. 以下,Windows に Anacondaをインストールしたものとして説明を続ける.

  5. コマンドプロンプトを管理者として実行

  6. まずは,最新の conda-build パッケージが欲しい.コマンドプロンプトで,次のコマンドを実行

    conda install -y conda-build
    

    ※ 「Proceed ([y]/n)?」と表示されたら, y + Enter で続行する.「反応が遅いなあ」と思ったら、Enter キーを押してみる.

  7. conda が更新されたので,コマンドプロンプトをいったん閉じる
  8. 再び,コマンドプロンプトを管理者として実行
  9. Anaconda プロンプトで,次のコマンドを実行

    conda update -y pip
    conda update -y setuptools
    conda update -y conda
    conda update -y conda-build
    

    ※ 「Proceed ([y]/n)?」と表示されたら, y + Enter で続行する.「反応が遅いなあ」と思ったら、Enter キーを押してみる.


gdal パッケージと前提となる Python パッケージのインストール手順

次の手順で,Anaconda の Python 環境に gdal前提パッケージをインストールします.

  1. コマンドプロンプトを管理者として実行

  2. Anaconda プロンプトで,次のコマンドを実行

    ※ Anaconda や Miniconda を使っていないときは conda コマンドがないので pip コマンドを使ってください

    conda install -c conda-forge gdal 
    

    ※ 「Proceed ([y]/n)?」のように表示されたときは y, Enter キー


GeoTIFF サンプルデータファイルの準備 (1)

  1. GeoTIFF サンプルデータファイルのダウンロード

    次の Web ページから cea.tif をダウンロード

    http://download.osgeo.org/geotiff/samples/gdal_eg/

  2. ダウンロードした .tif ファイルを,分かりやすいディレクトリ(例えばd:\)に保存

GeoTIFF サンプルデータファイルの準備 (基盤地図情報の数値標高モデル)

参考 Web ページ: http://sanvarie.hatenablog.com/entry/2016/01/10/163027

ありがとうございます.

基盤地図情報・数値標高モデルのダウンロード

  1.  国土地理院の「基盤地図情報ダウンロード」の Web ページを開く

    https://fgd.gsi.go.jp/download/

  2. ログイン画面はこちら」をクリック

  3. 「基盤地図情報・数値標高モデル」の下の 「ファイル選択へ」をクリック

  4. ダウンロードしたい数値標高モデルの範囲を選ぶ

  5. 選び終わったら,「ダウンロードファイル確認へ」をクリック

  6. すべてチェック」をクリック

    ※ 「5A」は航空レーザー測量,「5B」は写真測量.

  7. まとめてダウンロード」をクリック

  8. ログインする

  9. アンケートに協力する(正しく回答する)

  10. .zip ファイルがダウンロードされるので確認する

  11. ダウンロードした .zip ファイルを展開(解凍)する.分かりやすいディレクトリに置く.

    ※ 展開(解凍)すると .zip ファイルができるので確認する.

  12. さらに展開(解凍)すると .xml ファイルができるので確認する.

    ファイル名: FG_GML-5133-41-00-DEM5A-201601001.xml

基盤地図情報の数値標高モデルを GeoTIFF に変換

  1. GeoTIFFを格納するフォルダ」を1つ作り,そこに,すべての .xml ファイル を集める.

  2. http://sanvarie.hatenablog.com/entry/2016/01/10/163027 に記載のプログラムを実行してみる

    優れたソフトウエアの公開に感謝を表明します.

    まず,プログラム内のXMLを格納するフォルダ,GeoTIFFを格納するフォルダは適切に設定する必要があります(下図のように).

    実行は簡単でした.

    ※ Windows で実行するとき,次のようなエラーが出ることがあります

    UnicodeDecodeError: 'cp932' codec can't decode byte 0x85 in position 395: illegal multibype sequence.

    ※ 次のように,プログラムファイルを書き換えて回避しました(書き換え箇所2か所)

  3. Windows でファイルを見てみると、つぎのようになります

GeoTIFF ファイルの読み込み

Python で GeoTIFF のデータを読み込む

ここでは,GeoTIFF のファイル d:/cea.tif を numpy 形式のオブジェクト a に読み込む.確認のため print コマンドで,a の中身, a の要素数, GeoTIFF の縦横, 画素値の最大値と最小値を表示している

  1. Python 処理系」で次を実行.(Anacondaに入っている開発環境 spyder を実行し,左上のPython エディタを使うのが簡単.)
    import gdal
    import numpy as np
    
    ds = gdal.Open('d:/cea.tif', gdal.GA_ReadOnly)
    a = np.array([ds.GetRasterBand(i + 1).ReadAsArray() for i in range(ds.RasterCount)])
    print(a)
    print(a.shape)
    print(ds.RasterXSize, ds.RasterYSize)
    

    Python プログラムの編集と実行

  2. 実行結果を確認する.

    「514 415」は、GeoTIFF の縦横を表示している

  3. 続いて次のプログラムを実行してみる

    「255」や「0」は、画素値の最大値と最小値である.

    np.max(a)
    np.min(a)
    

  4. 念のため別の GeoTIFF ファイル E:/FG-GML-5133-41-DEM5A/51334100.tifで,同じことを繰り返してみる
    import gdal
    import numpy as np
    
    ds = gdal.Open('E:/FG-GML-5133-41-DEM5A/51334100.tif', gdal.GA_ReadOnly)
    a = np.array([ds.GetRasterBand(i + 1).ReadAsArray() for i in range(ds.RasterCount)])
    print(a)
    print(a.shape)
    print(ds.RasterXSize, ds.RasterYSize)
    print( np.max(a) )
    print( np.min(a) )
    

    そして、実行結果を確認する


GeoTIFF ファイルからの緯度経度の取得

  1. Python で GeoTIFF の緯度経度を取得

    https://stackoverflow.com/questions/2922532/obtain-latitude-and-longitude-from-a-geotiff-file に記載のプログラムを次のように書き換えて使用.(書き換えた部分は太字で示す)。

    
    import gdal
    import osr
    
    ds = gdal.Open('d:/cea.tif', gdal.GA_ReadOnly)
    
    old_cs= osr.SpatialReference()
    old_cs.ImportFromWkt(ds.GetProjectionRef())
    
    # create the new coordinate system
    wgs84_wkt = """
    GEOGCS["WGS 84",
        DATUM["WGS_1984",
            SPHEROID["WGS 84",6378137,298.257223563,
                AUTHORITY["EPSG","7030"]],
            AUTHORITY["EPSG","6326"]],
        PRIMEM["Greenwich",0,
            AUTHORITY["EPSG","8901"]],
        UNIT["degree",0.01745329251994328,
            AUTHORITY["EPSG","9122"]],
        AUTHORITY["EPSG","4326"]]"""
    new_cs = osr.SpatialReference()
    new_cs .ImportFromWkt(wgs84_wkt)
    
    # create a transform object to convert between coordinate systems
    transform = osr.CoordinateTransformation(old_cs,new_cs) 
    
    #get the point to transform, pixel (0,0) in this case
    width = ds.RasterXSize
    height = ds.RasterYSize
    gt = ds.GetGeoTransform()
    minx = gt[0]
    miny = gt[3] + width*gt[4] + height*gt[5] 
    maxx = gt[0] + width*gt[1] + height*gt[2]
    maxy = gt[3] 
    
    #get the coordinates in lat long
    latlong = transform.TransformPoint(minx, miny) 
    print(latlong)
    latlong = transform.TransformPoint(maxx, maxy) 
    print(latlong)
    

    Python プログラムの編集と実行

    実行結果の例

  2. 正しい値なのか確認のため,gdal に付属の gdalinfo コマンドで, .tif ファイルの情報を取得. 先ほどの結果が正しいか確認できる.

    太字のところは、実際のディレクトリを調べて読み替えてください

    C:\ProgramData\Anaconda3\pkgs\libgdal-2.2.1-vc14_2\Library\bin\gdalinfo.exe d:\cea.tif
    

  3. 念のため別の GeoTIFF ファイル E:/FG-GML-5133-41-DEM5A/51334100.tifで,同じことを繰り返してみる
    
    import gdal
    import osr
    
    ds = gdal.Open('E:/FG-GML-5133-41-DEM5A/51334100.tif', gdal.GA_ReadOnly)
    
    old_cs= osr.SpatialReference()
    old_cs.ImportFromWkt(ds.GetProjectionRef())
    
    # create the new coordinate system
    wgs84_wkt = """
    GEOGCS["WGS 84",
        DATUM["WGS_1984",
            SPHEROID["WGS 84",6378137,298.257223563,
                AUTHORITY["EPSG","7030"]],
            AUTHORITY["EPSG","6326"]],
        PRIMEM["Greenwich",0,
            AUTHORITY["EPSG","8901"]],
        UNIT["degree",0.01745329251994328,
            AUTHORITY["EPSG","9122"]],
        AUTHORITY["EPSG","4326"]]"""
    new_cs = osr.SpatialReference()
    new_cs .ImportFromWkt(wgs84_wkt)
    
    # create a transform object to convert between coordinate systems
    transform = osr.CoordinateTransformation(old_cs,new_cs) 
    
    #get the point to transform, pixel (0,0) in this case
    width = ds.RasterXSize
    height = ds.RasterYSize
    gt = ds.GetGeoTransform()
    minx = gt[0]
    miny = gt[3] + width*gt[4] + height*gt[5] 
    maxx = gt[0] + width*gt[1] + height*gt[2]
    maxy = gt[3] 
    
    #get the coordinates in lat long
    latlong = transform.TransformPoint(minx, miny) 
    print(latlong)
    latlong = transform.TransformPoint(maxx, maxy) 
    print(latlong)