如何使用Python生成规则的地理网格？

Question

我想检索某个地图区域上规则网格的所有纬度/经度坐标对。我找到了 geopy 库，但根本无法解决这个问题。

例如，我有一个矩形地理区域，由其四个角在纬度/经度坐标中描述，我试图计算间距为例如 的网格。 1公里覆盖该区域。

Answer 1

初步考虑因素

您的特定区域的定义方式略有不同。如果它只是一个矩形区域（注意：投影中的矩形不一定是地球表面上的矩形！），您可以使用所需的步长在两个坐标维度中简单地从最小值迭代到最大值。如果您手头有任意多边形形状，则需要测试生成的哪些点与该多边形相交，并且仅返回满足此条件的那些坐标对。

计算规则网格

规则网格不等于跨投影的规则网格。您正在谈论纬度/经度对，这是一个以度为单位测量的极坐标系，以地球表面形状的近似值为单位。在纬度/经度 (EPSG:4326) 中，距离不是以米/公里/英里为单位，而是以度为单位。

此外，我假设您想要计算一个网格，其“水平”步骤平行于赤道（即纬度）。对于其他网格（例如旋转的矩形网格、垂直于经度的网格等），您需要花费更多的精力来改变形状。

问自己：您想创建一个以度为单位还是以米为单位的规则间隔的网格？

以度为单位的网格

如果您想要以度为单位，您可以简单地迭代：

stepsize = 0.001
for x in range(lonmin, lonmax, stepsize):
    for y in range(latmin, latmax, stepsize):
        yield (x, y)

但是： 请务必知道，以米为单位的步长（以度为单位）在地球表面上并不相同。例如，靠近赤道的 0.001 纬度在地表上覆盖的距离（以米为单位）与靠近两极的距离不同。

以米为单位的网格

如果您想要以米为单位，则需要将输入区域（地图上的特定区域）的纬度/经度边界投影到支持以米为单位的距离的坐标系中。您可以使用 Haversine 公式 作为粗略近似值来计算纬度/经度对之间的距离，但这不是您可以使用的最佳方法。

更好的是搜索合适的投影，将您感兴趣的区域转换为该投影，通过直接迭代创建网格，获取点，并将它们投影回纬度/经度对。例如，欧洲的合适预测为 EPSG：3035。顺便说一句，Google 地图使用 EPSG:900913 作为其网络地图服务。

在Python中，您可以使用库

shapely

和

pyproj

来处理地理形状和投影：

import shapely.geometry
import pyproj

# Set up transformers, EPSG:3857 is metric, same as EPSG:900913
to_proxy_transformer = pyproj.Transformer.from_crs('epsg:4326', 'epsg:3857')
to_original_transformer = pyproj.Transformer.from_crs('epsg:3857', 'epsg:4326')

# Create corners of rectangle to be transformed to a grid
sw = shapely.geometry.Point((-5.0, 40.0))
ne = shapely.geometry.Point((-4.0, 41.0))

stepsize = 5000 # 5 km grid step size

# Project corners to target projection
transformed_sw = to_proxy_transformer.transform(sw.x, sw.y) # Transform NW point to 3857
transformed_ne = to_proxy_transformer.transform(ne.x, ne.y) # .. same for SE

# Iterate over 2D area
gridpoints = []
x = transformed_sw[0]
while x < transformed_ne[0]:
    y = transformed_sw[1]
    while y < transformed_ne[1]:
        p = shapely.geometry.Point(to_original_transformer.transform(x, y))
        gridpoints.append(p)
        y += stepsize
    x += stepsize

with open('testout.csv', 'wb') as of:
    of.write('lon;lat\n')
    for p in gridpoints:
        of.write('{:f};{:f}\n'.format(p.x, p.y))

此示例生成此均匀间隔的网格：