GDAL库概念学习记录

• 一、GDAL库的两个核心组件：

   gdal - 处理栅格数据（图像、DEM等）
   ogr - 处理矢量数据（点、线、面等）
  

  功能：数据读取、写入、转换、处理、分析

• 1. 栅格数据（Raster Data）

  像图像一样的数据，由像素矩阵组成
  每个像素有位置信息和属性值

  • 典型应用：
    卫星影像
    数字高程模型（DEM）
    温度分布图
    土地利用分类图

• 2.矢量数据（Vector Data)

  由几何图形组成的数据
  三种基本几何类型：

    点（Point）：位置点（如：气象站）
    线（Line）：道路、河流
    面（Polygon）：行政区划、湖泊
  

// 矢量数据结构示例
点: (经度, 纬度)           # 如：(116.397, 39.908)
线: [(x1,y1), (x2,y2), ...]  # 如：河流路径
面: [[(x1,y1), (x2,y2), ...]] # 如：省界多边形

• 3. 投影（Projection）
  • 为什么需要投影？
    地球是球体，地图是平面，需要把球面展开成平面，这个过程就是投影。
    • 两种主要坐标系：

# 1. 地理坐标系（Geographic Coordinate System）
#    - 用经纬度表示（度°）
#    - 单位：角度
#    - 如：WGS84 (EPSG:4326)
#    - 示例：北京 (116.397°E, 39.908°N)

# 2. 投影坐标系（Projected Coordinate System）
#    - 用平面坐标表示（米）
#    - 单位：长度
#    - 如：UTM, 高斯-克吕格投影
#    - 示例：(500000m, 4500000m)

常见投影举例：

投影类型	EPSG代码	用途	单位
WGS84	4326	GPS全球定位	度
Web墨卡托	3857	谷歌/百度地图	米
UTM Zone 50N	32650	中国部分地区	米
CGCS2000	4490	中国国家坐标系	度

• 4.重投影（Reprojection）

   定义：将数据从一个坐标系转换到另一个坐标系
  

	# 重投影的真实场景
	原始数据：卫星影像（UTM投影，单位：米）
	目标需求：叠加到百度地图（Web墨卡托投影，单位：米）
	
	# 重投影过程：
	输入：影像(UTM) → 转换计算 → 输出：影像(Web墨卡托)

• 二、GDAL数据模型详解

1. 栅格数据模型

Dataset (数据集)
    ├── RasterBand 1 (波段1)
    ├── RasterBand 2 (波段2)
    ├── RasterBand 3 (波段3)
    ├── GeoTransform (地理变换)
    └── Projection (投影信息)

GeoTransform是关键参数
eg. 计算某个像素的地理坐标

# GeoTransform是关键参数：
# 6个参数定义像素位置与地理坐标的关系
# (左上角X坐标, 像素宽度, 旋转角度,
#  左上角Y坐标, 旋转角度, 像素高度)
datas = gdal.Open('input.tif')
gt = datas.GeoTransform()
//gt = (120.0, 0.0001, 0, 30.0, 0, -0.0001)

# 计算某个像素的地理坐标
pixel_x, pixel_y = 100, 200
geo_x = gt[0] + pixel_x * gt[1] + pixel_y * gt[2]
geo_y = gt[3] + pixel_x * gt[4] + pixel_y * gt[5]

2.矢量数据模型

DataSource (数据源)
    ├── Layer 1 (图层1)
    │   ├── Feature 1 (要素1)
    │   │   ├── Geometry (几何)
    │   │   └── Attributes (属性)
    │   ├── Feature 2
    │   └── ...
    └── Layer 2

• 三、数据格式举例

栅格格式：

GeoTIFF (.tif) - 最常用，支持地理信息
JPEG2000 (.jp2) - 压缩率高
NetCDF (.nc) - 科学数据
HDF (.hdf) - 卫星数据格式
PNG/JPEG - 普通图像（无地理信息）

矢量格式：

Shapefile (.shp) - 最常用，多个文件组成
GeoJSON (.geojson) - WebGIS常用
KML (.kml) - Google Earth
GML (.gml) - XML格式
FileGDB (.gdb) - ESRI地理数据库

# 栅格数据处理 vs 矢量数据处理

# ===== 栅格操作 =====
# 读取卫星影像
raster_ds = gdal.Open('satellite.tif')
# 像操作图片一样处理
band = raster_ds.GetRasterBand(1)
data = band.ReadAsArray()  # 得到numpy矩阵

# ===== 矢量操作 =====
# 读取行政区划
vector_ds = ogr.Open('boundary.shp')
layer = vector_ds.GetLayer()
# 像操作图形一样处理
for feature in layer:
    geometry = feature.GetGeometryRef()  # 得到几何图形
    if geometry.GetGeometryName() == 'POLYGON':
        area = geometry.GetArea()  # 计算面积

四、学习路径建议

第一阶段：理解核心概念（投影、坐标系统）
第二阶段：掌握基本读写操作
第三阶段：学习空间分析功能
第四阶段：优化性能和实际项目应用

五、常见误区提醒

经纬度顺序：GIS中通常是(经度, 纬度)，不是(纬度, 经度)
投影单位：地理坐标系用度，投影坐标系用米
数据范围：不同投影有不同有效范围
精度损失：重投影可能导致精度变化