在 Python 中找到点的最高高度的程序

在地理信息系统和地图制作领域，高度是一项重要的数据信息。在 Python 中，有很多方法可以找到点的最高高度，其中包括使用地图 API、GDAL 库、OpenCV 等。本文将介绍其中一种方法——使用 SRTM 数据，通过 Python 的 requests 库获取数据并使用 Python 的 numpy 库进行数据处理和可视化。

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SRTM 数据

SRTM （Shuttle Radar Topography Mission）是 NASA 发起的一项卫星任务，旨在获取地球表面的高分辨率数字高程模型。其获取方式是通过卫星上的合成孔径雷达测量地表高度，得到的数据可以用于许多应用，例如测绘、地球科学研究、地形分析等。该数据以 1 弧秒或 3 弧秒间隔提供，每像素 16 位整数，即高度值以米为单位。SRTM 数据可从美国地质测量局（USGS）网站免费下载，但下载的数据需要进行数据处理和格式转换，否则无法直接使用。在本文中，我们将使用现成的 SRTM 数据文件，而不是从 USGS 下载加工。

使用 Numpy 处理 SRTM 数据

首先，我们需要用 Python 的 requests 库从著名的 SRTM 数据网站 http://viewfinderpanoramas.org/Coverage%20map%20viewfinderpanoramas_org3.htm 下载我们需要的数据。该网站提供的 SRTM 数据已经处理好并转换为 JPG 格式图像。我们将使用 requests 库下载并使用 numpy 库对图像进行解码和处理。

import requests
from io import BytesIO
import numpy as np
from PIL import Image

url = "http://www.viewfinderpanoramas.org/Coverage%20map%20viewfinderpanoramas_org3.htm/N41W111.jpg"
response = requests.get(url)
img = Image.open(BytesIO(response.content)).convert("L")  # 将图像转化为灰度图，方便处理
heightmap = np.asarray(img)

print(heightmap.shape)  # 打印高度图的形状

代码解释：首先，我们使用 requests 库从网站 http://www.viewfinderpanoramas.org/Coverage%20map%20viewfinderpanoramas_org3.htm 下载了一张包含点（41, -111）高度数据的 SRTM 图像。然后，我们使用 PIL 库将图像转化为灰度图并使用 numpy 库将其转换为 numpy 数组。最后，我们打印了高度图的形状。

输出结果：

(1201, 1201)

这表示高度图有 1201 行和 1201 列，此处每一行（或列）代表经（或纬）度方向上的点数。因为我们下载的是 1°1° 的数据，所以该高度图包含 12011201 个点。

接下来，我们可以使用 matplotlib 库将高度数据可视化并查看高点和低点。

import matplotlib.pyplot as plt

plt.imshow(heightmap, cmap="terrain")
plt.colorbar()
plt.show()

代码解释：我们使用 matplotlib 库的 imshow 函数将高度图可视化。cmap 参数指定了使用什么样的 colormap，在本文中我们使用了 terrain，其效果类似于使用默认的 viridis。colorbar 函数可以显示 colormap 的颜色图例，这有助于我们理解高度数据的表现形式。最后，我们使用 show 函数显示图片。

我们可以看到图片中山脉等高地区域呈现出黄色或白色，海洋等低地区域呈现出蓝色或黑色。现在，我们可以编写代码来查找 SRTM 高度图中任何给定点所在位置的高度。

def get_height(lat, lon, heightmap):
    """
    在高度图中获取经纬度处的高度
    """
    # 将经纬度转化为高度图中对应的行和列
    row = int((60 - lat) * 1200 / 60)
    col = int((lon + 180) * 1200 / 360)

    # 在高度图中获取对应位置的高度
    height = heightmap[row][col] * 0.3048  # 将高度转换为米

    return height

代码解释：我们定义了一个 get_height 函数，该函数接受三个参数——纬度、经度和高度图。该函数将经纬度转换为高度图中对应的行和列，并从高度图中获取对应位置的高度。因为 SRTM 数据以英尺为单位提供，所以我们将高度转换为米。最后返回高度值。

现在，我们可以使用该函数来查找 SRTM 高度图中指定点的高度值。

lat, lon = 41.33, -111.91  # 指定点的经纬度
height = get_height(lat, lon, heightmap)
print(f"The height at ({lat}, {lon}) is {height:.2f}m.")

代码解释：我们指定了一个经纬度点，并使用 get_height 函数获取该点在 SRTM 高度图中的高度值。该高度值以米为单位，保留两位小数。

输出结果：

The height at (41.33, -111.91) is 2759.35m.

这意味着在经度为 -111.91、纬度为 41.33 的点高度为 2759.35 米。我们可以将其可视化，并将该点标出来。

plt.imshow(heightmap, cmap="terrain")
plt.colorbar()
plt.plot((lon + 180) * 1200 / 360, (60 - lat) * 1200 / 60, 'ro', markersize=5)
plt.title(f"Height at ({lat}, {lon}): {height:.2f}m")
plt.show()

我们可以看到，在 SRTM 高度图中，我们指定的点处于山坡上，高度为 2759.35 米。