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如何在 Python 中高效遍历矢量要素并逐个裁剪栅格影像

霞舞

霞舞

发布时间:2026-02-02 22:51:22

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来源于php中文网

原创

如何在 Python 中高效遍历矢量要素并逐个裁剪栅格影像

本文介绍使用 `rioxarray` 和 `geopandas` 对多边形矢量要素进行循环迭代,逐个裁剪栅格影像并提取统计信息的正确方法,解决因误用 `.loc` 导致的 `indexingerror: too many indexers` 错误。

在遥感与地理空间分析中,常需对栅格影像按多个矢量面(如行政区、地块、样方)分别裁剪并计算统计值(如均值、标准差、像元数量等)。虽然可将每个面单独保存为独立 shapefile 再调用 raster.rio.clip(),但面对成千上万的要素时,这种“文件拆分+重复读写”的方式效率极低且易出错。理想做法是直接在内存中遍历 GeoDataFrame 的每一行,并构造符合 rioxarray.clip() 要求的几何输入。

关键问题在于:raster.rio.clip() 接收的是 一个 GeoDataFrame(含 geometry 列)或包含 {'type': ..., 'coordinates': ...} 字典的列表,而非单个 shapely.geometry 对象。原代码中:

shp = row.loc[index, 'geometry']  # ❌ 返回单个 Polygon/MultiPolygon 对象
raster_clipped = raster.rio.clip(shp.geometry.apply(mapping))  # ❌ shp 无 .geometry 属性,且 mapping() 作用对象错误

不仅逻辑混乱(row.loc[index, ...] 在 iterrows() 中本身已按行索引,无需再用 loc 取索引),还误将单个几何体当作 GeoDataFrame 处理,导致 IndexingError 或 AttributeError。

✅ 正确做法是:将每行构造成单行 GeoDataFrame,再调用 .geometry.apply(mapping) 得到 GeoJSON-like 字典列表(即使只有一个要素,也必须是 list[dict]):

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import geopandas as gpd
import rioxarray as rxr
from shapely.geometry import mapping

# 读取数据
shpfile = gpd.read_file('shapefile.shp')
raster = rxr.open_rasterio('raster.tif')

# 遍历每个多边形要素并裁剪
for idx, row in shpfile.iterrows():
    # ✅ 构造仅含当前要素的 GeoDataFrame
    single_gdf = gpd.GeoDataFrame([row], geometry='geometry', crs=shpfile.crs)

    # ✅ 传入 clip:要求 geometry 列存在,且返回 list of geojson dicts
    try:
        clipped = raster.rio.clip(single_gdf.geometry.apply(mapping), drop=True)

        # 示例:计算该区域栅格均值(忽略 nodata)
        mean_val = float(clipped.mean(dim=['x', 'y'], skipna=True).item())
        print(f"Feature {idx}: mean = {mean_val:.4f}")

    except ValueError as e:
        print(f"Feature {idx} skipped — {e}")  # 如无重叠、全 nodata 等情况

⚠️ 注意事项:

  • drop=True(默认)会移除被裁剪后全为 nodata 的像元,推荐保留;
  • 若矢量与栅格坐标系不一致,务必先统一 CRS:shpfile = shpfile.to_crs(raster.rio.crs);
  • 对于超大栅格或海量要素,建议添加 raster.rio.nodata 显式指定无效值,并考虑使用 dask 延迟计算提升性能;
  • rioxarray.clip() 要求输入几何必须与栅格 CRS 一致,否则会报 CRSError。

最终,该方法避免了磁盘 I/O 开销,内存可控,且结构清晰,适用于从几十到数十万个面要素的批量处理任务。

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