GDAL的基本操作

　　上一节简单介绍了GDAL，这一节将介绍一些GDAL的基本操作，如影像读写、波段提取、波段合成等。代码均用python编写。

1.遥感影像的读写

　　众所周知，遥感影像是以栅格形式存储的，GDAL中使用dataset表示一个栅格数据（使用抽象类GDALDataset表示），一个dataset包含了对于栅格数据的波段，空间参考以及元数据等信息。一张GeoTIFF遥感影像，一张DEM影像，或者一张土地利用图，在GDAL中都是一个GDALDataset。

• 坐标系统（使用OGC WKT格式表示的空间坐标系统或者投影系统）
• 地理放射变换（使用放射变换表示图上坐标和地理坐标的关系）
• GCPs（大地控制点记录了图上点及其大地坐标的关系，通过多个大地控制点可以重建图上坐标和地理坐标的关系）
• 元数据（键值对的集合，用于记录和影像相关的元数据信息）
• 栅格波段（使用GDALRasterBand类表示，真正用于存储影像栅格值，一个栅格数据可以有多个波段）
• 颜色表（Color Table用于图像显示）

　　GDAL使用Open（）函数读取影像数据，函数返回Dataset对象。GDAL目前支持约100种格式的栅格数据读取，包括ERDAS Imagine、ENVI、GRASS、GeoTIFF、HDF4、HDF5、TIFF、JPEG、JPEG2000、PNG、GIF、BMP等。

import numpy as np
from osgeo import gdal
in_ds = gdal.Open(r"D:\data\test.tif")  # 打开样本文件
xsize = in_ds.RasterXSize  # 获取行列数
ysize = in_ds.RasterYSize
bands = in_ds.RasterCount  # 获取波段数
geotransform = in_ds.GetGeoTransform() # 获取投影信息
projection = in_ds.GetProjectionRef()
block_data = in_ds.ReadAsArray(0,0,xsize,ysize).astype(np.float32)# 获取影像信息
B = block_data[0, :, :] #获取第一波段数据
G = block_data[1,:, :] #获取第二波段数据
R = block_data[2,:, :] #获取第三波段数据

　　Dataset对象的RasterYSize、RasterXSize和RasterCount属性分别返回栅格数据的行数、列数和波段数。Dataset对象的GetGeoTransform()方法返回栅格数据的坐标转换参数，即行列坐标与空间坐标的转换参数。Dataset对象的GetProjection()方法返回栅格数据的空间参照系统信息（WKT文本）。栅格数据通常有多个波段， Dataset对象的GetRasterBand(index)方法将返回某个波段的数据对象（Band对象），如ds.GetRasterBand(1)返回第一个波段的数据对象（注意：第一波段是1，不是0GetMinimum()和GetMaximum() 方法返回波段数据的最小值和最大值。ComputeStatistics()方法返回波段数据的统计信息，包括最小值、最大值、平均值和标准偏差，approx_ok参数表示是否抽样统计，值为False表示统计所有栅格。ReadAsArray()函数返回的二维数组，astype()可以改变数组的数据类型。

driver = gdal.GetDriverByName('GTiff')
out_dataset=driver.Create("RGB.tif",xsize,ysize,3,gdal.GDT_Float32)
out_band1 = out_dataset.GetRasterBand(1)
out_band1.WriteArray(B)
out_band2 = out_dataset.GetRasterBand(2)
out_band2.WriteArray(G)
out_band3 = out_dataset.GetRasterBand(3)
out_band3.WriteArray(R)
out_dataset.SetGeoTransform(geotransform)  # 写入仿射变换
out_dataset.SetProjection(projection)

　　将上一步得到的R、G、B三个波段数据存储为新的数据（RGB.tif）。gdal.GDT_Float32代表数据类型，数据类型决定了栅格值的范围，如数据类型为GDT_Byte，则栅格值的范围是0～255；如要存储的数据栅格值的范围是0～65535，则数据类型应该是GDT_UInt16。　　

　　gdal常用的数据类型包括：

• • gdal.GDT_Byte           8bit正整型
  • gdal.GDT_UInt16       16bit正整型
  • gdal.GDT_Int16          16bit整型
  • gdal.GDT_UInt32        32bit 正整型
  • gdal.GDT_Int32           32bit整型
  • gdal.GDT_Float32       32bit 浮点型
  • gdal.GDT_Float64       64bit 浮点型

2.栅格数据行列号和地理坐标相互转换

2.1行列坐标转空间坐标

from osgeo import gdal
def Pixel2world(geotransform, line, column):
    originX = geotransform[0]
    originY = geotransform[3]
    pixelWidth = geotransform[1]
    pixelHeight = geotransform[5]
    x = column*pixelWidth + originX - pixelWidth/2
    y = line*pixelHeight + originY - pixelHeight/2
    return(x,y)

　　line和column为行列坐标（行列号）；pixelWidth和pixelHeigt为x方向比例尺和y方向比例尺；originX和originY为左上角的x和y坐标。

2.2空间坐标转行列坐标：

from osgeo import gdal
def world2Pixel(geotransform, x, y):
    originX = geotransform[0]
    originY = geotransform[3]
    pixelWidth = geotransform[1]
    pixelHeight = geotransform[5]
    line = int((y-originY)/pixelHeight)+1
    column = int((x-originX)/pixelWidth)+1
    return (line,column)

import numpy as np