利用Python實(shí)現(xiàn)Shp格式向GeoJSON的轉(zhuǎn)換方法

更新時間：2019年07月09日 13:52:10 作者：費(fèi)弗里

JSON（JavaScript Object Nonation）是利用鍵值對+嵌套來表示數(shù)據(jù)的一種格式，以其輕量、易解析的優(yōu)點(diǎn)，這篇文章主要介紹了利用Python實(shí)現(xiàn)Shp格式向GeoJSON的轉(zhuǎn)換,需要的朋友可以參考下

一、簡介

Shp格式是GIS中非常重要的數(shù)據(jù)格式，主要在Arcgis中使用，但在進(jìn)行很多基于網(wǎng)頁的空間數(shù)據(jù)可視化時，通常只接受GeoJSON格式的數(shù)據(jù)，眾所周知JSON（JavaScript Object Nonation）是利用鍵值對+嵌套來表示數(shù)據(jù)的一種格式，以其輕量、易解析的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用與各種領(lǐng)域，而GeoJSON就是指在一套規(guī)定的語法規(guī)則下用JSON格式存儲矢量數(shù)據(jù)，本文就將針對GeoJSON的語法規(guī)則，以及如何利用Python完成Shp格式到GeoJSON格式的轉(zhuǎn)換進(jìn)行介紹。

二、Shp轉(zhuǎn)GeoJSON

2.1 GeoJSON格式說明

GeoJSON本質(zhì)依舊是JSON，其基本格式如下：

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

一個完整的GeoJSON文件最外層為一個字典，把整個GeoJSON文件看做自頂向下的樹狀結(jié)構(gòu)的話，其根目錄包含鍵值對 "type":"FeaturesCollection" ，以及存放所有要素的鍵值對 "features":[] ，所有矢量要素都存放在這個列表中，每個要素都是一個字典，下面我們來認(rèn)識一下各種矢量要素在GeoJSON中的規(guī)范格式：

點(diǎn)要素（Point）：

對于單個點(diǎn)要素，其格式如下：

{"type":"Feature",
 "properties":{value1,value2},
 "geometry":{
  "type":"Point",
  "coordinates":[經(jīng)度,緯度]
  }
 }

其中properties對應(yīng)的值為這個要素對應(yīng)的屬性表中按順序存放的值，geometry對應(yīng)的值中type指明了要素類型，coordinates傳入一個包含兩個元素的列表，第一個元素代表經(jīng)度，第二個元素代表緯度。

多點(diǎn)要素（MultiPoint）：

多點(diǎn)要素是點(diǎn)要素的特殊情況，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(nèi)層列表定義了每個點(diǎn)的經(jīng)緯度，如下：

{"type":"Feature",
 "properties":{value1,value2},
 "geometry":{
  "type":"MultiPoint",
  "coordinates":[[經(jīng)度1,緯度1],
    [經(jīng)度2,緯度2]
   ]
  }
  }

線要素（LineString）：

線要素記錄的是一條線上所有折點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，只需要按順序連接這些折點(diǎn)就可以還原一條線的形態(tài)，在GeoJSON中線要素與多點(diǎn)要素在coordinates屬性上格式相同，區(qū)別在于geometry屬性需要傳入"LineString"，如下：

{"type":"Feature",
 "properties":{value1,value2},
 "geometry":{
  "type":"LineString",
  "coordinates":[[經(jīng)度1,緯度1],
  [經(jīng)度2,緯度2],
  [經(jīng)度3,緯度3],
  [經(jīng)度4,,緯度4]]
  }
 }

多線要素（MultiLineString）：

多線要素是多個線要素的組合，因此其coordinates傳入三維列表，來組合多條線，對應(yīng)的geometry下type屬性為"MultiLineString"，如下：

{"type":"Feature",
 "properties":{value1,value2},
 "geometry":{
  "type":"MultiLineString",
  "coordinates":
  [
   [
    [經(jīng)度1,緯度1],
    [經(jīng)度2,緯度2],
    [經(jīng)度3,緯度3],
    [經(jīng)度4,緯度4]
   ],
   [
    [經(jīng)度5,緯度5],
    [經(jīng)度6,緯度6]
   ]
  ]
    }
 }

多邊形要素（Polygon）：

多邊形要素記錄了構(gòu)成一個多邊形所有邊緣折點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，其coordinates屬性傳入"Polygon"，其geometry下type屬性格式為三維列表，其第三層列表中嵌套的所有列表記錄的經(jīng)緯度按順序連接即構(gòu)成了一個多邊形，但需要注意的是，多邊形頭尾折點(diǎn)的經(jīng)緯度需要相同，才能構(gòu)成一個閉合的多邊形，如下：

{"type":"Feature",
 "properties":{value1,value2},
 "geometry":{
  "type":"Polygon",
  "coordinates":[
      [
       [經(jīng)度1,緯度1],
       [經(jīng)度2,緯度2],
       [經(jīng)度3,緯度3],
       [經(jīng)度4,緯度4],
       [經(jīng)度1,緯度1]
      ]
      ]
  }
 }

多多邊形要素（MultiPolygon）：

多多邊形的格式為四維列表，其geometry下type屬性傳入"MultiPloygon"，由于多多邊形要素中存在幾種特殊情況，下面我們在geojson.io中進(jìn)行對應(yīng)GeoJSON數(shù)據(jù)的可視化以便于理解：

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(yīng)的GeoJSON數(shù)據(jù)如下：

{
 "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]
   ]
  ]
 ]
    }
}

可以看到在多個多邊形不重疊時，直接將兩個多邊形要素對應(yīng)的三維列表存放在最外層列表下即可。

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，效果如下：

對應(yīng)的GeoJSON數(shù)據(jù)如下：

{
 "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(yīng)的GeoJSON數(shù)據(jù)如下，可以看出其與多個重疊的多邊形的區(qū)別在于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(zhuǎn)換為GeoJSON

在2.1中我們較為詳細(xì)的了解到矢量數(shù)據(jù)在GeoJSON數(shù)據(jù)中具體的表現(xiàn)形式，通過下面的自編函數(shù)，以Shp文件名稱（去除文件拓展名）、Shp文件編碼、GeoJSON文件編碼為輸入?yún)?shù)：

def Shp2JSON(filename,shp_encoding='utf-8',json_encoding='utf-8'):
 '''
 這個函數(shù)用于將shp文件轉(zhuǎn)換為GeoJSON文件
 :param filename: shp文件對應(yīng)的文件名（去除文件拓展名）
 :return:
 '''

 '''創(chuàng)建shp IO連接'''
 reader = shapefile.Reader(filename,encoding=shp_encoding)

 '''提取所有field部分內(nèi)容'''
 fields = reader.fields[1:]

 '''提取所有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()):
  '''提取每一個矢量對象對應(yīng)的屬性值'''
  record = sr.record

  '''屬性轉(zhuǎn)換為列表'''
  record = [r.decode('gb2312','ignore') if isinstance(r, bytes)
     else r for r in record]

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

  '''獲取當(dāng)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(zhuǎn)換成功！')

下面我們通過一個示例來展示實(shí)際轉(zhuǎn)換效果，使用到的Shp數(shù)據(jù)為中國省份數(shù)據(jù)，在arcgis中效果如下：

import shapefile
import json
import codecs

def Shp2JSON(filename,shp_encoding='utf-8',json_encoding='utf-8'):
 '''
 這個函數(shù)用于將shp文件轉(zhuǎn)換為GeoJSON文件
 :param filename: shp文件對應(yīng)的文件名（去除文件拓展名）
 :return:
 '''

 '''創(chuàng)建shp IO連接'''
 reader = shapefile.Reader(filename,encoding=shp_encoding)

 '''提取所有field部分內(nèi)容'''
 fields = reader.fields[1:]

 '''提取所有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()):
  '''提取每一個矢量對象對應(yīng)的屬性值'''
  record = sr.record

  '''屬性轉(zhuǎn)換為列表'''
  record = [r.decode('gb2312','ignore') if isinstance(r, bytes)
     else r for r in record]

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

  '''獲取當(dāng)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(zhuǎn)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(yùn)行之后同一目錄下出現(xiàn)對應(yīng)的json文件：

導(dǎo)入到Kepler.gl中進(jìn)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

總結(jié)

以上所述是小編給大家介紹的利用Python實(shí)現(xiàn)Shp格式向GeoJSON的轉(zhuǎn)換方法 ,希望對大家有所幫助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對腳本之家網(wǎng)站的支持！
如果你覺得本文對你有幫助，歡迎轉(zhuǎn)載，煩請注明出處，謝謝！

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