（數據科學學習手札65）利用Python實現Shp格式向GeoJSON的轉換

時間  2019-12-13
標籤 數據 科學 學習 手札 利用 python 實現 shp 格式 geojson 轉換 欄目 Python 简体版
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1、簡介json

　　Shp格式是GIS中很是重要的數據格式，主要在Arcgis中使用，但在進行不少基於網頁的空間數據可視化時，一般只接受GeoJSON格式的數據，衆所周知JSON（JavaScript Object Nonation）是利用鍵值對+嵌套來表示數據的一種格式，以其輕量、易解析的優勢，被普遍使用與各類領域，而GeoJSON就是指在一套規定的語法規則下用JSON格式存儲矢量數據，本文就將針對GeoJSON的語法規則，以及如何利用Python完成Shp格式到GeoJSON格式的轉換進行介紹。app

 

2、Shp轉GeoJSON函數

2.1 GeoJSON格式說明編碼

　　GeoJSON本質依舊是JSON，其基本格式以下：spa

{
  "type": "FeatureCollection",
  "features": []
}

　　一個完整的GeoJSON文件最外層爲一個字典，把整個GeoJSON文件看作自頂向下的樹狀結構的話，其根目錄包含鍵值對"type":"FeaturesCollection"，以及存放全部要素的鍵值對"features":[]，全部矢量要素都存放在這個列表中，每一個要素都是一個字典，下面咱們來認識一下各類矢量要素在GeoJSON中的規範格式：code

點要素（Point）：對象

　　對於單個點要素，其格式以下：blog

{"type":"Feature",
    "properties":{value1,value2},
    "geometry":{
        "type":"Point",
        "coordinates":[經度,緯度]
        }
    }

　　其中properties對應的值爲這個要素對應的屬性表中按順序存放的值，geometry對應的值中type指明瞭要素類型，coordinates傳入一個包含兩個元素的列表，第一個元素表明經度，第二個元素表明緯度。ip

多點要素（MultiPoint）：utf-8

　　多點要素是點要素的特殊狀況，其geometry下的type屬性傳入"MultiPoint"，其coordinates屬性傳入的是一個二維列表，其最內層列表定義了每一個點的經緯度，以下：

{"type":"Feature",
    "properties":{value1,value2},
    "geometry":{
        "type":"MultiPoint",
        "coordinates":[[經度1,緯度1],
                [經度2,緯度2]
            ]
        }
        }

線要素（LineString）：

　　線要素記錄的是一條線上全部折點的經緯度信息，只須要按順序鏈接這些折點就能夠還原一條線的形態，在GeoJSON中線要素與多點要素在coordinates屬性上格式相同，區別在於geometry屬性須要傳入"LineString"，以下：

{"type":"Feature",
    "properties":{value1,value2},
    "geometry":{
        "type":"LineString",
        "coordinates":[[經度1,緯度1],
        [經度2,緯度2],
        [經度3,緯度3],
        [經度4,,緯度4]]
        }
    }

多線要素（MultiLineString）：

　　多線要素是多個線要素的組合，所以其coordinates傳入三維列表，來組合多條線，對應的geometry下type屬性爲"MultiLineString"，以下：

{"type":"Feature",
    "properties":{value1,value2},
    "geometry":{
        "type":"MultiLineString",
        "coordinates":
        [
            [
                [經度1,緯度1],
                [經度2,緯度2],
                [經度3,緯度3],
                [經度4,緯度4]
            ],
            [
                [經度5,緯度5],
                [經度6,緯度6]
            ]
        ]
                }
    }

多邊形要素（Polygon）：

　　多邊形要素記錄了構成一個多邊形全部邊緣折點的經緯度信息，其coordinates屬性傳入"Polygon"，其geometry下type屬性格式爲三維列表，其第三層列表中嵌套的全部列表記錄的經緯度按順序鏈接即構成了一個多邊形，但須要注意的是，多邊形頭尾折點的經緯度須要相同，才能構成一個閉合的多邊形，以下：

{"type":"Feature",
    "properties":{value1,value2},
    "geometry":{
        "type":"Polygon",
        "coordinates":[
                        [
                          [經度1,緯度1],
                          [經度2,緯度2],
                          [經度3,緯度3],
                          [經度4,緯度4],
                          [經度1,緯度1]
                        ]
                      ]
        }
    }

多多邊形要素（MultiPolygon）：

　　多多邊形的格式爲四維列表，其geometry下type屬性傳入"MultiPloygon"，因爲多多邊形要素中存在幾種特殊狀況，下面咱們在geojson.io中進行對應GeoJSON數據的可視化以便於理解：

　　互不重疊的兩個多邊形：

　　下面是互不重疊的兩個多邊形的示例：

　　對應的GeoJSON數據以下：

{
  "type": "Feature",
  "properties": {},
  "geometry": {
  "type": "MultiPolygon",
  "coordinates":
    [ 
        [
            [
                [102.74414062499999,36.217687122250574],
                [102.7001953125,35.585851593232356],
                [104.8590087890625,35.496456056584165],
                [104.96337890625,36.24427318493909],
                [102.74414062499999,36.217687122250574]
            ]
        ],
        [
            [
                [102.6397705078125,35.074964853989556],
                [103.0352783203125,34.23905366851639],
                [105.00732421875,34.24813554589752],
                [105.3973388671875,35.77771427205079],
                [104.556884765625,35.05698043137265],
                [102.711181640625,35.16931803601131],
                [102.6397705078125,35.074964853989556]
            ]
        ]
    ]
             }
}

　　能夠看到在多個多邊形不重疊時，直接將兩個多邊形要素對應的三維列表存放在最外層列表下便可。

　　互有重疊的兩個多邊形：

　　互有重疊的多個多邊形要素格式同多個不重疊的多邊形，效果以下：

　　對應的GeoJSON數據以下：

{
  "type": "Feature",
  "properties": {},
  "geometry": {
    "type": "MultiPolygon",
    "coordinates": [
      [
        [
          [101.6455078125,27.68352808378776],
          [114.78515624999999,27.68352808378776],
          [114.78515624999999, 35.209721645221386],
          [101.6455078125,35.209721645221386],
          [101.6455078125,27.68352808378776]
        ]
      ],
      [
        [
          [104.2822265625,30.107117887092357],
          [108.896484375,30.107117887092357],
          [108.896484375,33.76088200086917],
          [104.2822265625,33.76088200086917],
          [104.2822265625,30.107117887092357]
        ]
      ]
    ]
  }
}

　　有孔的多邊形：

　　有孔的多邊形在類別上也是歸類到MultiPolygon，下面是一個示例：

　　對應的GeoJSON數據以下，能夠看出其與多個重疊的多邊形的區別在於多邊形矢量信息嵌套在第二層列表中：

{
      "type": "Feature",
      "properties": {},
      "geometry": {
        "type": "MultiPolygon",
        "coordinates":
    [ 
        [
            [
                [101.6455078125,27.68352808378776],
                [114.78515624999999,27.68352808378776],
                [114.78515624999999,35.209721645221386],
                [101.6455078125,35.209721645221386],
                [101.6455078125,27.68352808378776]
            ],
            [
                [104.2822265625,30.107117887092357],
                [108.896484375,30.107117887092357],
                [108.896484375,33.76088200086917],
                [104.2822265625,33.76088200086917],
                [104.2822265625,30.107117887092357]
            ]
        ]
    ]
  }
}

 


2.2 將Shp格式轉換爲GeoJSON

　　在2.1中咱們較爲詳細的瞭解到矢量數據在GeoJSON數據中具體的表現形式，經過下面的自編函數，以Shp文件名稱（去除文件拓展名）、Shp文件編碼、GeoJSON文件編碼爲輸入參數：

def Shp2JSON(filename,shp_encoding='utf-8',json_encoding='utf-8'):
    '''
    這個函數用於將shp文件轉換爲GeoJSON文件
    :param filename: shp文件對應的文件名（去除文件拓展名）
    :return:
    '''

    '''建立shp IO鏈接'''
    reader = shapefile.Reader(filename,encoding=shp_encoding)

    '''提取全部field部份內容'''
    fields = reader.fields[1:]

    '''提取全部field的名稱'''
    field_names = [field[0] for field in fields]

    '''初始化要素列表'''
    buffer = []

    for sr in tqdm(reader.shapeRecords()):
        '''提取每個矢量對象對應的屬性值'''
        record = sr.record

        '''屬性轉換爲列表'''
        record = [r.decode('gb2312','ignore') if isinstance(r, bytes)
                  else r for r in record]

        '''對齊屬性與對應數值的鍵值對'''
        atr = dict(zip(field_names, record))

        '''獲取當前矢量對象的類型及矢量信息'''
        geom = sr.shape.__geo_interface__

        '''向要素列表追加新對象'''
        buffer.append(dict(type="Feature",
                           geometry=geom,
                           properties=atr))

    '''寫出GeoJSON文件'''
    geojson = codecs.open(filename + "-geo.json","w", encoding=json_encoding)
    geojson.write(json.dumps({"type":"FeatureCollection",
                              "features":buffer}) + '\n')
    geojson.close()
    print('轉換成功！')

　　下面咱們經過一個示例來展現實際轉換效果，使用到的Shp數據爲中國省份數據，在arcgis中效果以下：

import shapefile
import json
import codecs

def Shp2JSON(filename,shp_encoding='utf-8',json_encoding='utf-8'):
    '''
    這個函數用於將shp文件轉換爲GeoJSON文件
    :param filename: shp文件對應的文件名（去除文件拓展名）
    :return:
    '''

    '''建立shp IO鏈接'''
    reader = shapefile.Reader(filename,encoding=shp_encoding)

    '''提取全部field部份內容'''
    fields = reader.fields[1:]

    '''提取全部field的名稱'''
    field_names = [field[0] for field in fields]

    '''初始化要素列表'''
    buffer = []

    for sr in tqdm(reader.shapeRecords()):
        '''提取每個矢量對象對應的屬性值'''
        record = sr.record

        '''屬性轉換爲列表'''
        record = [r.decode('gb2312','ignore') if isinstance(r, bytes)
                  else r for r in record]

        '''對齊屬性與對應數值的鍵值對'''
        atr = dict(zip(field_names, record))

        '''獲取當前矢量對象的類型及矢量信息'''
        geom = sr.shape.__geo_interface__

        '''向要素列表追加新對象'''
        buffer.append(dict(type="Feature",
                           geometry=geom,
                           properties=atr))

    '''寫出GeoJSON文件'''
    geojson = codecs.open(filename + "-geo.json","w", encoding=json_encoding)
    geojson.write(json.dumps({"type":"FeatureCollection",
                              "features":buffer}) + '\n')
    geojson.close()
    print('轉換成功！')


if __name__ == '__main__':
    import os
    os.chdir(r'C:\Users\hp\Desktop\飛線圖素材')
    Shp2JSON(filename='bou2_4p.shp',
             shp_encoding='gbk',
             json_encoding='utf-8')

　　運行以後同一目錄下出現對應的json文件：

　　導入到Kepler.gl中進行可視化：

from keplergl import KeplerGl
import json

with open('bou2_4p.shp-geo.json') as b:
    data = json.load(b)

map1 = KeplerGl(height=700,data={'layer1':data});map1

　　

 

　　以上就是本文的所有內容，若有筆誤望指出！

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