geopandas 是一个基于 pandas 的地理空间数据处理库，专门用于处理矢量数据（如点、线、面）。它结合了 pandas 的数据处理能力和 shapely 的地理空间计算能力，是地理信息系统（GIS）分析中的重要工具。

创建矢量数据的步骤

1. 准备数据：
   数据通常是一个包含地理坐标（如经度和纬度）的表格。每一行代表一个地理要素（如点、线、面）。

2. 创建几何对象：
   使用 shapely.geometry 中的类（如 Point、LineString、Polygon）将坐标转换为几何对象。

3. 创建 GeoDataFrame：
   使用 geopandas.GeoDataFrame 将数据和几何对象组合成一个地理数据框（GeoDataFrame）。

4. 设置坐标系：
   使用 set_crs() 方法为 GeoDataFrame 设置坐标系（如 WGS84，EPSG:4326）。

5. 保存数据：
   使用 to_file() 方法将 GeoDataFrame 保存为矢量文件（如 GeoPackage、Shapefile）。

6. 可视化数据：
   使用 matplotlib 或 geopandas 内置的绘图功能可视化地理数据。

示例代码分块注释说明

1. 导入库

import geopandas as gpd
from shapely.geometry import Point
import matplotlib.pyplot as plt

• 功能：导入所需的库。
  • geopandas：用于处理地理空间数据。
  • shapely.geometry.Point：用于创建点几何对象。
  • matplotlib.pyplot：用于绘图。

2. 设置 matplotlib 的字体和符号显示

plt.rcParams["font.sans-serif"] = ["SimHei"]
plt.rcParams["axes.unicode_minus"] = False

• 功能：设置 matplotlib 的中文字体和解决负号显示问题。
  • SimHei 是一种常用的中文字体。
  • axes.unicode_minus=False 确保负号正常显示。

3. 准备学生位置数据

students_data = [
    {"姓名": "张三", "经度": 116.4074, "纬度": 39.9042},  # 北京
    {"姓名": "李四", "经度": 121.4737, "纬度": 31.2304},  # 上海
    {"姓名": "王五", "经度": 113.2644, "纬度": 23.1291},  # 广州
    {"姓名": "赵六", "经度": 108.9379, "纬度": 34.0522},  # 西安
    {"姓名": "孙七", "经度": 114.1694, "纬度": 22.3193},  # 香港
]

• 功能：定义一个包含学生姓名和家乡经纬度的列表。每个字典表示一个学生的数据。

4. 将经纬度转换为几何对象

geometry = [Point(x['经度'], x['纬度']) for x in students_data]

• 功能：使用列表推导式将每个学生的经纬度转换为 shapely.geometry.Point 对象。

5. 创建 GeoDataFrame

gdf = gpd.GeoDataFrame(students_data, geometry=geometry)

• 功能：将学生数据和几何对象组合成一个 GeoDataFrame。
  • students_data：表格数据。
  • geometry：几何列。

6. 设置坐标系

gdf.set_crs("EPSG:4326", allow_override=True, inplace=True)

• 功能：为 GeoDataFrame 设置坐标系为 WGS84（EPSG:4326）。
  • EPSG:4326：WGS84 坐标系，常用于全球范围的经纬度数据。
  • allow_override=True：允许覆盖现有坐标系。
  • inplace=True：直接修改原对象。

7. 保存为 GeoPackage 文件

gdf.to_file(r"数据\students.gpkg", driver="GPKG")

• 功能：将 GeoDataFrame 保存为 GeoPackage 文件。
  • r"数据\students.gpkg"：文件保存路径。
  • driver="GPKG"：指定文件格式为 GeoPackage。

8. 创建绘图窗口

fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 10))

• 功能：创建一个 10x10 大小的绘图窗口。

9. 绘制学生家乡位置

gdf.plot(ax=ax, color='blue', marker='o', markersize=50, label="学生家乡")

• 功能：在绘图窗口中绘制学生家乡位置。
  • ax=ax：指定绘图区域。
  • color='blue'：设置点的颜色为蓝色。
  • marker='o'：设置点的形状为圆形。
  • markersize=50：设置点的大小为 50。
  • label="学生家乡"：设置图例标签。

10. 设置标题和坐标轴标签

ax.set_title("本学期选课同学家乡位置", fontsize=15)
ax.set_xlabel("经度")
ax.set_ylabel("纬度")

• 功能：设置图表的标题和坐标轴标签。

11. 添加图例

ax.legend()

• 功能：在图表中添加图例。

12. 显示绘图

plt.show()

• 功能：显示绘图窗口。

13. 打印提示信息

print("GeoPackage文件已创建：students.gpkg")

• 功能：提示用户 GeoPackage 文件已成功创建。