Knihovna GDAL/OGR

Programování v GIS 2

Jan Caha

2025-03-03

Popis GDAL/OGR

• nízkoúrovňová open source knihovna
• v Pythonu zpřístupňujeme její binding - dokumentace
• kód knihovny v C/C++ odlišnosti v chování od Pythonu (místy ne zcela logické chování, řídí se historickými přístupy)
• většinu objektů uložených v proměnných je vhodné po použití nastavit na None, čímž se explicitně uvolní paměťové prostředky
• knihovna má hlavní modul osgeo a několik dílčích modulů
  • gdal - rastry
  • ogr - vektory
  • osr - souřadnicové systémy
• kód není typovaný jak je Pythonu doporučované a je dobré místy typování doplňovat, aby IDE mohlo poskytovat nápovědu a mypy dobře kontrolovat kód

Příklady typování

from pathlib import Path

from osgeo import gdal, ogr

gdal.UseExceptions()

file = Path(__file__).parent / "soubor.txt"

ds: gdal.Dataset = gdal.OpenEx(file.as_posix())

layer: ogr.Layer = ds.GetLayer()

Zdroje informací

• GDAL/OGR Cookbook
• řada ukázek a příkladům, které jsou vhodným startovacím bodem

Otevírání souborů

• funkce gdal.OpenEx() (rastry i vektory) a ogr.Open() (pouze vektory)
• jako první první parametr cesta k souboru
  • buď lokální - klasický zápis
  • nebo virtuální začínající /vsi* kde * je typ virtuální složky

Virtuální složky

• např. /vsicurl/cesta_k_online.souboru - automaticky stahuje data
• /vsizip/cesta_k_lokálnímu.souboru - extrahuje ze zip souboru
• /vsis3, /vsigs, /vsiaz, /vsioss pro přístup k online službám
• /vsimem - soubory v RAM paměti, existují pouze po dobu běhu programu, mají ale excelentní rychlost přístup - neomezuje je fyzický disk ale mají specifický určený formát
• tyto adresy pak fungují všude, kde je GDAL/OGR využíván (třeba python knihovny ale i QGIS)

Drivery

• každý podporovaný formát má svůj vlastní
• mohou být pouze pro čtení (DWG), značná část ale podporuje i zápis (GPKG, GeoTiff)
• některé drivery nepodporují změnu dat, lze je pouze načíst a vytvořit (GeoJSON)
• často není nutné k nim přistupovat přímo, ale např. pro vytvoření nových dat (souboru) to nutné je
• drivery MEM - raster a Memory - vektor pro data neuložené fyzicky, ale pouze v RAM
  • velice jednoduché a rychlé formáty, ale pouze pro dobu běhu programu
  • nemají formát v pravém slova smyslu (existují jako objekty v nějaké podobě v paměti)
  • neplést s daty s adresou /vsimem - také v RAM, ale mají formát

Obecné struktury

• drivery gdal.Driver a ogr.Driver - reprezentace jednotlivých driverů
• souřadnicový systém osr.SpatialReference - reprezentace souřadnicového systému a operací s nimi

GDAL Struktury

• datový zdroj gdal.Dataset - základní objekt pro práci s daty, zdroj dat
• pásmo gdal.Band - jednotlivá vrstva v rastrovém souboru, může být i pouze jedna
• array gdal.MDArray - sice existuje, ale v Pythonu spíše používáme numpy.array (funkce ReadAsArray())
• a další, ale tyto jsou nejdůležitější

OGR Struktury

• datový zdroj ogr.DataSource (ale může být i gdal.Dataset) - základní objekt pro práci s daty, zdroj dat
• vrstva ogr.Layer - reprezentace jedné vrstvy v datovém zdroji
• definice vrstvy ogr.FeatureDefn - definice vrstvy, obsahuje informace o atributech (typy, geometrie etc.)
• prvek ogr.Feature - reprezentace jednoho prvku ve vrstvě
• geometrie ogr.Geometry - reprezentace geometrie prvku
• atributy ogr.Field - reprezentace atributu prvku
• a další, ale tyto jsou nejdůležitější

OGR geometrie

• funkce ogr.GT_*() pro modifikace a konverze (ForceTo*())
• ogr.CreateGeometryFrom* pro tvorbu geometrie z různých formátů
• formáty WKB a WKT
• třída ogr.Geometry reprezentace geometrie - s i bez informací o souřadnicovém systému
• řada funkcí a operací, přímo na objektu
• funkce SetPrecision() - přesnost geometrie
• prostorové operace např. union, intersection atd.
• prostorové interakce např. touches, crosses, contains atd. (řešeno přes knihovnu GEOS)

Příklad

• data z Natural Earth
  • vektorová data
  • rastrová data
• otevření souboru (bez i za použití driveru)
• výběr vrstvy
• iterace přes prvky - geometrie i atributy
• definice vrstvy

Načtení souboru a základní info

• další ukázka v příkladech

from pathlib import Path

from osgeo import gdal, ogr

gdal.UseExceptions()

if __name__ == "__main__":
    file = Path.cwd().parent.parent / \
        "_data" / "ne_10m_admin_0_countries.shp"

    print(file.exists())

    ds: gdal.Dataset = gdal.OpenEx(file.as_posix())

    layer: ogr.Layer = ds.GetLayer()

    print(layer.GetName())
    print(layer.GetFeatureCount())

Vlastní kontextové managery

• pro práci s vrstvami, pásmy, ale i datovými zdroji GDAL/OGR může být užitečné vytvořit si vlastní třídy kontextových managerů
• předejdeme tak problémům s uvolněním paměti a zjednodušíme si práci
• příklad na cvičení

Spouštění operací z GDAL

• hlavní funkce
• gdal.VectorTranslate() (gdal.VectorTranslateOptions()) pro vektorová data
• pro rastrová data je funkcí vícero gdal.Translate() (gdal.TranslateOptions()), gdal.Warp() (gdal.WarpOptions())
• mnoho dalších popsaných v dokumentaci
• množství parametrů, vhodné prostudovat - mnoho operací lze řešit pomocí těchto funkcí
• všude, kde se používají cesty k souborům lze použít cesty /vsi* nebo přímo objekty gdal.Dataset

Práce s daty v paměti

• viz ukázkový kód na cvičení
• bez formátu s určitým formátem

Výhody GDAL/OGR

• dostupnost
• přístup k širokému spektru geodat
• přístup na všech úrovních
• široké spektrum možností a nastavení
• přípravené nástroje

Nevýhody GDAL/OGR

• někdy ne úplně “pythonový” přístup k operacím
• komplikovanější postupy
• někdy až příliš široké možnosti
• vede ke složitějším skriptům

Zhodnocení

• nástroj s nejširší nabídkou možností a potenciálem
• klade vyšší nároky na programátora
• mohou vznikat “zajímavé” chyby, těžší na odhalení a vyřešení
  
• zcela jistě nástroj o němž má geoinformatik mít přehled a znát ho

Dotazy?