Python开发与PyQGIS
第十四章 Python开发与PyQGIS
14.1 PyQGIS简介
14.1.1 什么是PyQGIS
PyQGIS是QGIS的Python绑定，提供：
- 完整的QGIS API访问
- 自动化脚本能力
- 插件开发基础
- 独立应用开发
14.1.2 QGIS Python环境
# 在QGIS Python控制台中
import sys
print(f"Python版本: {sys.version}")
print(f"QGIS版本: {Qgis.QGIS_VERSION}")
print(f"Qt版本: {qVersion()}")
14.1.3 访问Python控制台
插件 > Python控制台
快捷键: Ctrl+Alt+P
14.2 核心模块
14.2.1 qgis.core
核心功能模块，不依赖GUI：
from qgis.core import (
QgsProject, # 项目管理
QgsVectorLayer, # 矢量图层
QgsRasterLayer, # 栅格图层
QgsFeature, # 要素
QgsGeometry, # 几何
QgsField, # 字段
QgsCoordinateReferenceSystem, # CRS
QgsExpression, # 表达式
QgsProcessingAlgorithm # 处理算法
)
14.2.2 qgis.gui
GUI组件模块：
from qgis.gui import (
QgsMapCanvas, # 地图画布
QgsMapTool, # 地图工具
QgsLayerTreeView, # 图层树
QgsAttributeTableView, # 属性表
QgsMessageBar # 消息栏
)
14.2.3 qgis.analysis
分析功能模块：
from qgis.analysis import (
QgsNativeAlgorithms, # 原生算法
QgsRasterCalculator, # 栅格计算
QgsGeometryAnalyzer # 几何分析
)
14.2.4 qgis.utils
实用工具：
from qgis.utils import (
iface, # 主界面接口
plugins, # 已加载插件
active_plugins # 活动插件列表
)
14.3 项目和图层管理
14.3.1 项目操作
from qgis.core import QgsProject
project = QgsProject.instance()
# 创建新项目
project.clear()
# 打开项目
project.read('/path/to/project.qgz')
# 保存项目
project.write('/path/to/project.qgz')
# 项目信息
print(f"项目标题: {project.title()}")
print(f"项目路径: {project.fileName()}")
print(f"项目CRS: {project.crs().authid()}")
# 设置项目属性
project.setTitle("我的项目")
project.setCrs(QgsCoordinateReferenceSystem("EPSG:4326"))
14.3.2 图层管理
# 获取所有图层
layers = project.mapLayers()
for layer_id, layer in layers.items():
print(f"{layer.name()}: {layer.type()}")
# 按名称获取图层
layer = project.mapLayersByName("图层名称")[0]
# 添加图层
layer = QgsVectorLayer("/path/to/data.shp", "新图层", "ogr")
project.addMapLayer(layer)
# 移除图层
project.removeMapLayer(layer.id())
# 移除所有图层
project.removeAllMapLayers()
14.3.3 图层树操作
root = project.layerTreeRoot()
# 创建组
group = root.addGroup("我的组")
# 添加图层到组
group.addLayer(layer)
# 设置可见性
node = root.findLayer(layer.id())
node.setItemVisibilityChecked(True)
# 展开/折叠
group.setExpanded(True)
14.4 矢量数据操作
14.4.1 创建矢量图层
from qgis.core import (
QgsVectorLayer, QgsFeature, QgsGeometry,
QgsPointXY, QgsField
)
from qgis.PyQt.QtCore import QVariant
# 内存图层
layer = QgsVectorLayer("Point?crs=EPSG:4326", "points", "memory")
provider = layer.dataProvider()
# 添加字段
provider.addAttributes([
QgsField("id", QVariant.Int),
QgsField("name", QVariant.String),
QgsField("value", QVariant.Double)
])
layer.updateFields()
# 添加要素
feature = QgsFeature()
feature.setGeometry(QgsGeometry.fromPointXY(QgsPointXY(116.4, 39.9)))
feature.setAttributes([1, "北京", 100.5])
provider.addFeature(feature)
layer.updateExtents()
14.4.2 读取要素
# 遍历所有要素
for feature in layer.getFeatures():
geom = feature.geometry()
attrs = feature.attributes()
print(f"ID: {feature.id()}, 几何: {geom.asWkt()}")
# 使用请求过滤
from qgis.core import QgsFeatureRequest
# 按表达式过滤
request = QgsFeatureRequest().setFilterExpression('"population" > 1000000')
for feature in layer.getFeatures(request):
print(feature['name'])
# 按范围过滤
extent = QgsRectangle(100, 30, 120, 45)
request = QgsFeatureRequest().setFilterRect(extent)
# 只获取特定字段
request = QgsFeatureRequest().setSubsetOfAttributes(['name'], layer.fields())
# 限制数量
request = QgsFeatureRequest().setLimit(10)
# 按FID过滤
request = QgsFeatureRequest().setFilterFid(123)
request = QgsFeatureRequest().setFilterFids([1, 2, 3])
14.4.3 编辑要素
# 开始编辑
layer.startEditing()
# 添加要素
new_feature = QgsFeature()
new_feature.setGeometry(QgsGeometry.fromPointXY(QgsPointXY(117.0, 40.0)))
new_feature.setAttributes([2, "天津", 200.0])
layer.addFeature(new_feature)
# 修改属性
layer.changeAttributeValue(feature.id(), field_index, new_value)
# 修改几何
layer.changeGeometry(feature.id(), new_geometry)
# 删除要素
layer.deleteFeature(feature.id())
# 保存编辑
layer.commitChanges()
# 或取消编辑
# layer.rollBack()
14.5 栅格数据操作
14.5.1 读取栅格
from qgis.core import QgsRasterLayer
layer = QgsRasterLayer("/path/to/raster.tif", "raster")
# 基本信息
print(f"宽度: {layer.width()}")
print(f"高度: {layer.height()}")
print(f"波段数: {layer.bandCount()}")
print(f"CRS: {layer.crs().authid()}")
print(f"范围: {layer.extent()}")
# 分辨率
print(f"X分辨率: {layer.rasterUnitsPerPixelX()}")
print(f"Y分辨率: {layer.rasterUnitsPerPixelY()}")
14.5.2 读取像素值
provider = layer.dataProvider()
# 读取单个点的值
point = QgsPointXY(116.4, 39.9)
result = provider.identify(point, QgsRaster.IdentifyFormatValue)
if result.isValid():
values = result.results()
for band, value in values.items():
print(f"波段{band}: {value}")
# 读取数据块
extent = layer.extent()
block = provider.block(1, extent, layer.width(), layer.height())
for row in range(block.height()):
for col in range(block.width()):
value = block.value(row, col)
14.5.3 栅格统计
# 波段统计
stats = provider.bandStatistics(1)
print(f"最小值: {stats.minimumValue}")
print(f"最大值: {stats.maximumValue}")
print(f"平均值: {stats.mean}")
print(f"标准差: {stats.stdDev}")
14.6 几何操作
14.6.1 创建几何
from qgis.core import QgsGeometry, QgsPointXY, QgsPoint
# 点
point = QgsGeometry.fromPointXY(QgsPointXY(116.4, 39.9))
point3d = QgsGeometry.fromPoint(QgsPoint(116.4, 39.9, 100))
# 线
line = QgsGeometry.fromPolylineXY([
QgsPointXY(116.0, 39.0),
QgsPointXY(117.0, 39.5),
QgsPointXY(118.0, 40.0)
])
# 多边形
polygon = QgsGeometry.fromPolygonXY([[
QgsPointXY(116.0, 39.0),
QgsPointXY(117.0, 39.0),
QgsPointXY(117.0, 40.0),
QgsPointXY(116.0, 40.0),
QgsPointXY(116.0, 39.0)
]])
# 从WKT创建
geom = QgsGeometry.fromWkt("POINT(116.4 39.9)")
# 从WKB创建
geom = QgsGeometry()
geom.fromWkb(wkb_bytes)
14.6.2 几何运算
# 缓冲区
buffered = geom.buffer(100, 5)
# 质心
centroid = geom.centroid()
# 边界框
bbox = geom.boundingBox()
# 面积和长度
area = geom.area()
length = geom.length()
# 简化
simplified = geom.simplify(10)
# 凸包
convex = geom.convexHull()
# 叠加运算
intersection = geom1.intersection(geom2)
union = geom1.combine(geom2)
difference = geom1.difference(geom2)
symmetric_diff = geom1.symDifference(geom2)
14.6.3 空间关系
# 相交
intersects = geom1.intersects(geom2)
# 包含
contains = geom1.contains(geom2)
# 在内部
within = geom1.within(geom2)
# 相等
equals = geom1.equals(geom2)
# 接触
touches = geom1.touches(geom2)
# 重叠
overlaps = geom1.overlaps(geom2)
# 相离
disjoint = geom1.disjoint(geom2)
# 距离
distance = geom1.distance(geom2)
14.7 坐标转换
14.7.1 CRS操作
from qgis.core import QgsCoordinateReferenceSystem
# 创建CRS
crs = QgsCoordinateReferenceSystem("EPSG:4326")
crs = QgsCoordinateReferenceSystem.fromEpsgId(4326)
crs = QgsCoordinateReferenceSystem.fromProj("+proj=longlat +datum=WGS84")
# CRS信息
print(f"描述: {crs.description()}")
print(f"EPSG: {crs.authid()}")
print(f"是否地理: {crs.isGeographic()}")
print(f"单位: {crs.mapUnits()}")
14.7.2 坐标转换
from qgis.core import QgsCoordinateTransform
source_crs = QgsCoordinateReferenceSystem("EPSG:4326")
dest_crs = QgsCoordinateReferenceSystem("EPSG:32650")
transform = QgsCoordinateTransform(source_crs, dest_crs, project)
# 转换点
point = QgsPointXY(116.4, 39.9)
transformed = transform.transform(point)
# 转换范围
extent = QgsRectangle(116, 39, 117, 40)
transformed_extent = transform.transformBoundingBox(extent)
# 转换几何
geom = QgsGeometry.fromPointXY(point)
geom.transform(transform)
14.8 表达式和脚本
14.8.1 使用表达式
from qgis.core import QgsExpression, QgsExpressionContext, QgsExpressionContextUtils
# 创建表达式
expression = QgsExpression('"population" * 1000')
# 创建上下文
context = QgsExpressionContext()
context.appendScopes(QgsExpressionContextUtils.globalProjectLayerScopes(layer))
# 计算值
for feature in layer.getFeatures():
context.setFeature(feature)
value = expression.evaluate(context)
print(value)
14.8.2 自定义函数
from qgis.core import qgsfunction
@qgsfunction(args='auto', group='Custom')
def my_sum(value1, value2, feature, parent):
"""
计算两个值的和
<h4>语法</h4>
my_sum(value1, value2)
"""
return value1 + value2
# 注册函数
QgsExpression.registerFunction(my_sum)
# 使用后注销
# QgsExpression.unregisterFunction('my_sum')
14.9 消息和日志
14.9.1 消息栏
from qgis.core import Qgis
# 显示消息
iface.messageBar().pushMessage(
"标题",
"消息内容",
level=Qgis.Info,
duration=5
)
# 消息级别
# Qgis.Info - 信息
# Qgis.Warning - 警告
# Qgis.Critical - 错误
# Qgis.Success - 成功
14.9.2 日志
from qgis.core import QgsMessageLog, Qgis
QgsMessageLog.logMessage(
"日志消息",
tag="MyPlugin",
level=Qgis.Info
)
14.10 独立应用
14.10.1 独立脚本模板
#!/usr/bin/env python3
"""独立PyQGIS脚本"""
from qgis.core import (
QgsApplication,
QgsProject,
QgsVectorLayer
)
# 初始化QGIS应用
QgsApplication.setPrefixPath("/usr", True)
qgs = QgsApplication([], False)
qgs.initQgis()
# 你的代码
layer = QgsVectorLayer("/path/to/data.shp", "layer", "ogr")
if layer.isValid():
print(f"要素数: {layer.featureCount()}")
# 清理
qgs.exitQgis()
14.10.2 带GUI的独立应用
from qgis.core import QgsApplication
from qgis.gui import QgsMapCanvas
from qgis.PyQt.QtWidgets import QMainWindow, QApplication
class MyApp(QMainWindow):
def __init__(self):
super().__init__()
self.canvas = QgsMapCanvas()
self.setCentralWidget(self.canvas)
self.setWindowTitle("我的GIS应用")
self.resize(800, 600)
if __name__ == "__main__":
QgsApplication.setPrefixPath("/usr", True)
app = QApplication([])
qgs = QgsApplication([], True)
qgs.initQgis()
window = MyApp()
window.show()
app.exec_()
qgs.exitQgis()
14.11 调试技巧
14.11.1 打印调试
# 使用print
print(f"变量值: {variable}")
# 使用日志
QgsMessageLog.logMessage(f"Debug: {variable}", "Debug")
14.11.2 使用IDE
- PyCharm：配置QGIS Python解释器
- VS Code：使用Python扩展
- Eclipse + PyDev
14.11.3 远程调试
# 使用pydevd
import pydevd_pycharm
pydevd_pycharm.settrace('localhost', port=5678)
14.12 小结
本章详细介绍了PyQGIS开发：
关键要点：
- 理解PyQGIS模块结构
- 掌握项目和图层管理
- 熟练操作矢量和栅格数据
- 了解几何操作和坐标转换
- 能够使用表达式和自定义函数
- 掌握独立应用开发
PyQGIS是QGIS自动化和扩展的基础。
下一章：第15章 插件开发指南
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