(数据科学学习手札147)Python GIS利器shapely全新2.0版本一览

本文示例代码已上传至我的Github仓库https://github.com/CNFeffery/DataScienceStudyNotes

1 简介

  大家好我是费老师,我写过很多篇介绍geopandas相关技术的文章,而geopandas之所以如此高效易用,成为Python GIS生态中的翘楚,离不开其底层依赖库shapely对其矢量计算功能的支持。

  不仅是作为geopandas的基石,直接使用shapely中极其丰富的各种矢量操作API,也可以帮助我们轻松实现各种细致入微的矢量操作。而就在几天前,shapely发布了其颇具里程碑意义的2.0正式版本,为我们带来了更加澎湃的运算性能提升,以及更稳定更丰富的新功能,今天的文章费老师我就来带大家一览shapely 2.0版本中的主要新特性🥳。

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2 shapely 2.0重要新特性一览

  通常我们不会专门去安装shapely,在安装geopandas的过程中它就顺带被安装上了,在我的本地示例虚拟环境中shapely原先的版本为1.8.5,通过执行conda update shapely -c conda-forge -y可将其稳定升级到2.0.0以上的正式版本:

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  接下来我们来看看本次大的版本更新中带来了哪些重要内容:

2.1 向量化矢量操作带来高达百倍的性能提升

  新版shapely重写了底层对C++库GEOS的封装方式,大幅度降低了冗余计算成本,并且吸收了pygeos中的底层逻辑,对各种常用接口进行ufunc向量化运算支持,使得我们可以配合numpy快速实现,以contains()为例,基于shapely的顶级API接口:

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  在上面的例子中,相较于标量一对一运算列表批量运算,新的向量化运算分别取得了500多倍和70多倍的运算加速😉。

  目前shapely的所有顶级API,以及shapely.ops等子模块下的顶级API均已支持向量化运算特性,具体见shapely中的API文档是否如下图所示提及ufunc

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2.2 矢量对象不可变

  在以前的版本中,shapely中的矢量要素对象是可变的,譬如对于LineString要素,可以在被创建后,通过为其coords属性赋值新的坐标串信息以改变其矢量信息:

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  而从2.0.0开始,shapely中所有的矢量要素变为不可变对象,这意味着它们可hash,譬如可以作为字典的键,或pandas分组运算的分组依据等:
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2.3 矢量要素类可作为顶级API使用

  从上面的几个例子中你也可以发现,新版shapely中我们可以直接从shapely导入常用的各种矢量要素类,这将作为from shapely.geometry import XXX方式的备选方式:

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2.4 多部件要素不再可视作序列型对象

  在以前的版本中,多部件要素譬如MultiPoint可以直接视作数组对象来直接按位置索引或迭代,而从2.0.0开始,原有的方式会引发错误,请注意更换为使用其geoms属性实现相关操作:

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2.5 矢量要素支持精度控制

  从2.0.0开始,shapely新增API接口set_precision()get_precision()用于针对矢量要素进行坐标精度设置和精度查询,非常的方便:

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2.6 基于GEOS新增大量新功能函数

  随着对底层GEOS依赖库的版本更新(当前依赖版本:3.11.1),一大批新的实用功能函数得以被添加到shapely中,由于数量非常众多,下面我仅对其中的部分典型新功能函数做介绍:

  • extract_unique_points()

  通过新增的函数extract_unique_points(),我们可以从指定要素中快速提取去重后的折点要素:

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  • node()

  通过新增的函数node(),我们可以轻松地从线要素中提取出彼此不交叉的片段:

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  • minimum_bounding_circle()与minimum_bounding_radius()

  通过minimum_bounding_circle()minimum_bounding_radius()我们可以快速得到目标要素的最小外接圆及其对应半径:

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  • dwithin()

  通过dwithin(),我们可以快速判断要素之间的距离是否小于所给定的阈值:

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2.7 新增force_2d()、force_3d()函数

  通过新增的快捷函数force_2d()force_3d(),我们可以直接为指定要素移除/添加z轴信息:

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  篇幅有限,本文只针对shapely 2.0中一些比较重要的内容进行介绍,更多新特性请移步其更新说明文档页:https://shapely.readthedocs.io/en/stable/release/2.x.html


  以上就是本文的全部内容,欢迎在评论区与我进行讨论~

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