使用 Python 和 GeoJSON 计算多边形的边界框（Bounding Box）

ytkz2024-10-162024-10-16

在地理信息系统 (GIS) 中，边界框 (Bounding Box) 是用来描述一个几何图形的最小矩形区域的。它可以简单地表示为两个坐标：左下角和右上角的点。在这篇文章中，我们将介绍如何使用 Python 的 geojson 库计算一个多边形的边界框。

代码实现

下面是一段简单的 Python 代码，它接受一个坐标列表，计算出包含这些坐标的边界框，并返回一个表示这个边界框的字符串：

import geojson

def bbox(coord_list):
    # 获取所有的x坐标和y坐标
    xs, ys = zip(*coord_list)
    # 计算最小最大值
    min_x, max_x = min(xs), max(xs)
    min_y, max_y = min(ys), max(ys)
    # 返回边界框
    return (min_x, min_y, max_x, max_y)

# 测试数据：一个简单的 GeoJSON 多边形
poly = geojson.Polygon([[
    (2.38, 57.322),
    (23.194, -20.28),
    (-120.43, 19.15),
    (2.38, 57.322)
]])

# 提取坐标
coords = list(geojson.utils.coords(poly))

# 计算边界框
boundary_box = bbox(coords)

print("边界框:", boundary_box)

代码解析

导入 geojson 模块：我们使用了 geojson 库来处理 GeoJSON 格式的多边形。这是一个非常常见的格式，广泛用于地理数据的表示。
```
import geojson
```
定义 bbox 函数：该函数接受一个包含坐标的列表（即一个二维点的集合），然后通过按 X 和 Y 坐标分别排序来计算边界框。边界框的 X 维度和 Y 维度分别取最小和最大的值。
- 我们分别对 X 坐标和 Y 坐标进行排序。
- box 存储的是最小 X 坐标到最大 X 坐标，以及最小 Y 坐标到最大 Y 坐标。
- 最后返回一个表示边界框的数据，格式为 (min_x, min_y, max_x, max_y)。
```
def bbox(coord_list):
    # 获取所有的x坐标和y坐标
    xs, ys = zip(*coord_list)
    # 计算最小最大值
    min_x, max_x = min(xs), max(xs)
    min_y, max_y = min(ys), max(ys)
    # 返回边界框
    return (min_x, min_y, max_x, max_y)
```
创建一个多边形：我们使用了 geojson.Polygon() 来定义一个 GeoJSON 格式的多边形，该多边形由一组坐标组成。这里的坐标定义了一个简单的闭合多边形，最后一个点与第一个点相同。
```
poly = geojson.Polygon([[
    (2.38, 57.322),
    (23.194, -20.28),
    (-120.43, 19.15),
    (2.38, 57.322)
]])
```
计算边界框：我们使用 geojson.utils.coords() 来提取多边形的坐标，并将它们传递给 bbox() 函数进行计算。最后，打印出计算结果。
```
# 提取坐标
coords = list(geojson.utils.coords(poly))

# 计算边界框
boundary_box = bbox(coords)

print("边界框:", boundary_box)
```

输出结果

当运行这段代码时，输出如下：


(-120.43 -20.28, 23.194 57.322)

这个输出表示的是该多边形的边界框，左下角的坐标为 (-120.43, -20.28)，右上角的坐标为 (23.194, 57.322)。

使用 Folium 进行可视化

部分代码如下：

import folium

# 创建一个地图，中心点设置为多边形的大致中心位置
center_lat = sum([coord[1] for coord in coords]) / len(coords)
center_lon = sum([coord[0] for coord in coords]) / len(coords)
m = folium.Map(location=[center_lat, center_lon], zoom_start=4)

# 将GeoJSON数据添加到地图上
folium.GeoJson(poly).add_to(m)

# 显示地图（如果你在Jupyter环境中）
m

完整代码

import geojson
import folium

def bbox(coord_list):
    # 获取所有的x坐标和y坐标
    xs, ys = zip(*coord_list)
    # 计算最小最大值
    min_x, max_x = min(xs), max(xs)
    min_y, max_y = min(ys), max(ys)
    # 返回边界框
    return (min_x, min_y, max_x, max_y)

# 测试数据：一个简单的 GeoJSON 多边形
poly = geojson.Polygon([[
    (2.38, 57.322),
    (23.194, -20.28),
    (-120.43, 19.15),
    (2.38, 57.322)
]])

# 提取坐标
coords = list(geojson.utils.coords(poly))

# 计算边界框
boundary_box = bbox(coords)

print("边界框:", boundary_box)

# 创建一个地图，中心点设置为多边形的大致中心位置
center_lat = sum([coord[1] for coord in coords]) / len(coords)
center_lon = sum([coord[0] for coord in coords]) / len(coords)
m = folium.Map(location=[center_lat, center_lon], zoom_start=4)

# 将GeoJSON数据添加到地图上
folium.GeoJson(poly).add_to(m)

# 添加边界框到地图
folium.Rectangle(
    bounds=((boundary_box[1], boundary_box[0]), (boundary_box[3], boundary_box[2])),
    color="red",
    fill=False,
    popup="Boundary Box"
).add_to(m)

# 显示地图（如果你在Jupyter环境中）
m

# 保存地图为HTML文件（可选）
m.save("polygon_with_bbox_map.html")