Escribir una matriz numpy en un archivo raster

Question

Soy nuevo en el SIG.

Tengo un código que convierte imágenes infrarrojas de Marte en mapas de inercia térmica, que luego se almacenan como matrices 2D de numpy. He estado guardando estos mapas como archivos hdf5 pero realmente me gustaría guardarlos como imágenes raster para poder procesarlos en QGIS. He realizado múltiples búsquedas para encontrar cómo hacer esto pero sin suerte. He intentado seguir las instrucciones del tutorial en http://www.gis.usu.edu/~chrisg/python/ pero los archivos que produzco usando su código de ejemplo se abren como simples cajas grises cuando los importo a QGIS. Creo que si alguien pudiera sugerir el procedimiento más sencillo posible para un ejemplo simplificado de lo que me gustaría hacer, entonces podría ser capaz de hacer algún progreso. Tengo QGIS y GDAL, estaría encantado de instalar otros frameworks que alguien pudiera recomendar. Uso Mac OS 10.7.

Así que si por ejemplo tengo un array de numpy de inercia térmica que se parece a:

TI = ( (0.1, 0.2, 0.3, 0.4),
       (0.2, 0.3, 0.4, 0.5),
       (0.3, 0.4, 0.5, 0.6),
       (0.4, 0.5, 0.6, 0.7) )

Y para cada píxel tengo la latitud y la longitud:

lat = ( (10.0, 10.0, 10.0, 10.0),
        ( 9.5,  9.5,  9.5,  9.5),
        ( 9.0,  9.0,  9.0,  9.0),
        ( 8.5,  8.5,  8.5,  8.5) )
lon = ( (20.0, 20.5, 21.0, 21.5),
        (20.0, 20.5, 21.0, 21.5),
        (20.0, 20.5, 21.0, 21.5),
        (20.0, 20.5, 21.0, 21.5) ) 

¿Qué procedimiento me recomiendan para convertir estos datos en un archivo raster que pueda abrir en QGIS?

Answer 1

Abajo hay un ejemplo que escribí para un taller que utiliza los módulos de Python numpy y gdal. Lee los datos de un archivo .tif en un array de numpy, hace una reclasificación de los valores en el array y luego los escribe de nuevo en un .tif.

Por tu explicación, parece que has conseguido escribir un archivo válido, pero sólo necesitas simbolizarlo en QGIS. Si no recuerdo mal, cuando se añade por primera vez un raster, a menudo aparece todo de un solo color si no se tiene un mapa de colores preexistente.

import numpy, sys
from osgeo import gdal
from osgeo.gdalconst import *

# register all of the GDAL drivers
gdal.AllRegister()

# open the image
inDs = gdal.Open("c:/workshop/examples/raster_reclass/data/cropland_40.tif")
if inDs is None:
  print 'Could not open image file'
  sys.exit(1)

# read in the crop data and get info about it
band1 = inDs.GetRasterBand(1)
rows = inDs.RasterYSize
cols = inDs.RasterXSize

cropData = band1.ReadAsArray(0,0,cols,rows)

listAg = [1,5,6,22,23,24,41,42,28,37]
listNotAg = [111,195,141,181,121,122,190,62]

# create the output image
driver = inDs.GetDriver()
#print driver
outDs = driver.Create("c:/workshop/examples/raster_reclass/output/reclass_40.tif", cols, rows, 1, GDT_Int32)
if outDs is None:
    print 'Could not create reclass_40.tif'
    sys.exit(1)

outBand = outDs.GetRasterBand(1)
outData = numpy.zeros((rows,cols), numpy.int16)

for i in range(0, rows):
    for j in range(0, cols):

    if cropData[i,j] in listAg:
        outData[i,j] = 100
    elif cropData[i,j] in listNotAg:
        outData[i,j] = -100
    else:
        outData[i,j] = 0

# write the data
outBand.WriteArray(outData, 0, 0)

# flush data to disk, set the NoData value and calculate stats
outBand.FlushCache()
outBand.SetNoDataValue(-99)

# georeference the image and set the projection
outDs.SetGeoTransform(inDs.GetGeoTransform())
outDs.SetProjection(inDs.GetProjection())

del outData

Answer 2

Finalmente he dado con esta solución, que obtuve de esta discusión ( http://osgeo-org.1560.n6.nabble.com/gdal-dev-numpy-array-to-raster-td4354924.html ). Me gusta porque puedo pasar directamente de un array de numpy a un archivo tif raster. Estaría muy agradecido por los comentarios que puedan mejorar la solución. Lo publicaré aquí por si alguien más busca una respuesta similar.

import numpy as np
from osgeo import gdal
from osgeo import gdal_array
from osgeo import osr
import matplotlib.pylab as plt

array = np.array(( (0.1, 0.2, 0.3, 0.4),
                   (0.2, 0.3, 0.4, 0.5),
                   (0.3, 0.4, 0.5, 0.6),
                   (0.4, 0.5, 0.6, 0.7),
                   (0.5, 0.6, 0.7, 0.8) ))
# My image array      
lat = np.array(( (10.0, 10.0, 10.0, 10.0),
                 ( 9.5,  9.5,  9.5,  9.5),
                 ( 9.0,  9.0,  9.0,  9.0),
                 ( 8.5,  8.5,  8.5,  8.5),
                 ( 8.0,  8.0,  8.0,  8.0) ))
lon = np.array(( (20.0, 20.5, 21.0, 21.5),
                 (20.0, 20.5, 21.0, 21.5),
                 (20.0, 20.5, 21.0, 21.5),
                 (20.0, 20.5, 21.0, 21.5),
                 (20.0, 20.5, 21.0, 21.5) ))
# For each pixel I know it's latitude and longitude.
# As you'll see below you only really need the coordinates of
# one corner, and the resolution of the file.

xmin,ymin,xmax,ymax = [lon.min(),lat.min(),lon.max(),lat.max()]
nrows,ncols = np.shape(array)
xres = (xmax-xmin)/float(ncols)
yres = (ymax-ymin)/float(nrows)
geotransform=(xmin,xres,0,ymax,0, -yres)   
# That's (top left x, w-e pixel resolution, rotation (0 if North is up), 
#         top left y, rotation (0 if North is up), n-s pixel resolution)
# I don't know why rotation is in twice???

output_raster = gdal.GetDriverByName('GTiff').Create('myraster.tif',ncols, nrows, 1 ,gdal.GDT_Float32)  # Open the file
output_raster.SetGeoTransform(geotransform)  # Specify its coordinates
srs = osr.SpatialReference()                 # Establish its coordinate encoding
srs.ImportFromEPSG(4326)                     # This one specifies WGS84 lat long.
                                             # Anyone know how to specify the 
                                             # IAU2000:49900 Mars encoding?
output_raster.SetProjection( srs.ExportToWkt() )   # Exports the coordinate system 
                                                   # to the file
output_raster.GetRasterBand(1).WriteArray(array)   # Writes my array to the raster

output_raster.FlushCache()

Answer 3

Una posible solución a su problema: convertirlo en un ASCII Raster, cuya documentación está aquí . Esto debería ser bastante fácil de hacer con python.

Así, con los datos de tu ejemplo anterior, terminarías con lo siguiente en un archivo .asc:

ncols 4
nrows 4
xllcorner 20
yllcorner 8.5
cellsize 0.5
nodata_value -9999
0.1 0.2 0.3 0.4
0.2 0.3 0.4 0.5
0.3 0.4 0.5 0.6
0.4 0.5 0.6 0.7

Esto se añade con éxito tanto a QGIS como a ArcGIS, y estilizado en ArcGIS se ve así:

Adición: Aunque se puede añadir a QGIS como se ha indicado, si se intenta entrar en sus propiedades (para estilizarlo), QGIS 1.8.0 se cuelga. Estoy a punto de reportar esto como un bug. Si esto también te ocurre, hay muchos otros SIG gratuitos por ahí.

Answer 4

Una alternativa al enfoque sugerido en las otras respuestas es utilizar el rasterio paquete. Tuve problemas al generar estos usando gdal y encontró este sitio para ser útil.

Suponiendo que tengas otro archivo tif( other_file.tif ) y una matriz numpy ( numpy_array ) que tiene la misma resolución y extensión que este archivo, este es el enfoque que me funcionó:

import rasterio as rio    

with rio.open('other_file.tif') as src:
    ras_data = src.read()
    ras_meta = src.profile

# make any necessary changes to raster properties, e.g.:
ras_meta['dtype'] = "int32"
ras_meta['nodata'] = -99

with rio.open('outname.tif', 'w', **ras_meta) as dst:
    dst.write(numpy_array, 1)

Answer 5

También hay un buena solución en el libro oficial GDAL/OGR Cookbook for Python.

Esta receta crea una trama a partir de una matriz

import gdal, ogr, os, osr
import numpy as np

def array2raster(newRasterfn,rasterOrigin,pixelWidth,pixelHeight,array):

    cols = array.shape[1]
    rows = array.shape[0]
    originX = rasterOrigin[0]
    originY = rasterOrigin[1]

    driver = gdal.GetDriverByName('GTiff')
    outRaster = driver.Create(newRasterfn, cols, rows, 1, gdal.GDT_Byte)
    outRaster.SetGeoTransform((originX, pixelWidth, 0, originY, 0, pixelHeight))
    outband = outRaster.GetRasterBand(1)
    outband.WriteArray(array)
    outRasterSRS = osr.SpatialReference()
    outRasterSRS.ImportFromEPSG(4326)
    outRaster.SetProjection(outRasterSRS.ExportToWkt())
    outband.FlushCache()

def main(newRasterfn,rasterOrigin,pixelWidth,pixelHeight,array):
    reversed_arr = array[::-1] # reverse array so the tif looks like the array
    array2raster(newRasterfn,rasterOrigin,pixelWidth,pixelHeight,reversed_arr) # convert array to raster

if __name__ == "__main__":
    rasterOrigin = (-123.25745,45.43013)
    pixelWidth = 10
    pixelHeight = 10
    newRasterfn = 'test.tif'
    array = np.array([[ 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
                      [ 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
                      [ 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1],
                      [ 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1],
                      [ 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1],
                      [ 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1],
                      [ 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1],
                      [ 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
                      [ 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
                      [ 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1]])

    main(newRasterfn,rasterOrigin,pixelWidth,pixelHeight,array)