Gravando numpy array em arquivo raster

Eu sou novo no GIS.

Eu tenho algum código que converte imagens infravermelhas de Marte em mapas de inércia térmica, que são armazenados como matrizes numpy 2D. Eu tenho salvado esses mapas como arquivos hdf5, mas eu realmente gostaria de salvá-los como imagens rasterizadas, para poder processá-los no QGIS. Eu passei por várias pesquisas para descobrir como fazer isso, mas sem sorte. Eu tentei seguir as instruções no tutorial em http://www.gis.usu.edu/~chrisg/python/, mas os arquivos que eu produzo usando o código de exemplo são abertos como caixas cinza simples quando os importo para o QGIS. Sinto que se alguém pudesse sugerir o procedimento mais simples possível para um exemplo simplificado do que eu gostaria de fazer, talvez eu pudesse fazer algum progresso. Eu tenho QGIS e GDAL, ficaria muito feliz em instalar outras estruturas que qualquer pessoa poderia recomendar. Eu uso o Mac OS 10.7.

Portanto, se, por exemplo, eu tenho uma matriz numpy de inércia térmica que se parece com:

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) )

E para cada pixel eu tenho a latitude e longitude:

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) ) 

Qual procedimento as pessoas recomendariam para converter esses dados em um arquivo raster que eu possa abrir no QGIS?

Uma solução possível para o seu problema: converta-o em uma varredura ASCII, cuja documentação está aqui . Isso deve ser bastante fácil de fazer com python.

Portanto, com seus dados de exemplo acima, você terminaria com o seguinte em um arquivo .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

Isso adiciona com sucesso ao QGIS e ao ArcGIS e, estilizado no ArcGIS, fica assim:

Adendo: Embora você possa adicioná-lo ao QGIS conforme observado, se você tentar acessar as propriedades dele (para estilizá-lo), o QGIS 1.8.0 trava. Estou prestes a relatar isso como um bug. Se isso acontecer com você também, existem muitos outros SIG gratuitos por aí.

Abaixo está um exemplo que escrevi para um workshop que utiliza os módulos numpy e gdal Python. Ele lê os dados de um arquivo .tif em uma matriz numpy, faz uma reclassificação dos valores na matriz e os grava de volta em um .tif.

Pela sua explicação, parece que você conseguiu escrever um arquivo válido, mas você só precisa simbolizá-lo no QGIS. Se bem me lembro, quando você adiciona um raster pela primeira vez, ele geralmente mostra todas as cores se você não possui um mapa de cores 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

Finalmente encontrei esta solução, obtida com essa discussão ( http://osgeo-org.1560.n6.nabble.com/gdal-dev-numpy-array-to-raster-td4354924.html ). Gosto porque posso ir direto de uma matriz numpy para um arquivo raster tif. Ficaria muito grato por comentários que poderiam melhorar a solução. Vou postá-lo aqui, caso alguém procure uma resposta semelhante.

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()

Há também uma boa solução no livro de receitas oficial do GDAL / OGR para Python.

Esta receita cria uma varredura a partir de uma 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)

Uma alternativa à abordagem sugerida nas outras respostas é usar o rasteriopacote. Ocorreu um problema ao gerá-los gdale achei este site útil.

Supondo que você tenha outro arquivo tif ( other_file.tif) e uma matriz numpy ( numpy_array) que tenha a mesma resolução e extensão que este arquivo, esta é a abordagem que funcionou para mim:

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)