10 کتابخانه پایتون در سیستم اطلاعات جغرافیایی و نقشه کشی – سامانه آموزش سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور

کتابخانه های پایتون در زمینه سیستم اطلاعات جغرافیایی

کتابخانه های پایتون افزونه های بسیار عالی در سیستم اطلاعات جغرافیای هستند، زیرا برای شما امکان ارتقای عملکرد در این زمینه را فراهم می آورند. با استفاده از کتابخانه های پایتون، می توانید از فضای سیستم اطلاعات جغرافیایی فرا رفته و در مسائل مربوط به علوم داده و داده کاوی نیز دستی داشته باشید. بیش از 200 کتابخانه استاندارد در پایتون وجود دارد. اما بیش از چندین هزار کتابخانه نسل سومی نیز موجود است. البته ما در این نوشته تنها به برخی از کتابخانه های مهم و قدرتمند در زمینه سیستم اطلاعات جغرافیایی می پردازیم. در این نوشته به لیستی از کتابخانه های مهم و کلیدی برای متخصصین GIS می پردازیم که دارای کاربرد گسترده در زمینه های مختلف هستند.

چرا از کتابخانه های پایتون در سیستم اطلاعات جغرافیایی استفاده می شود ؟

آیا تاکنون به این مورد توجه کرده اید که گاهی موارد در GIS قابلیتی که شما به آن نیازمند هستید وجود ندارد و هیچ نرم افزار GIS قابلیت انجام آن را ندارد. در این شرایط کتابخانه های GIS آن قابلیت اضافی که شما به دنبال آن هستید را می تواند ایجاد و اعمال کند.

به زبان ساده، یک کتابخانه پایتون، یک یا چندین قطعه کد می باشد که توسط یک یا گروهی از برنامه نویسان حرفه ای نوشته شده تا اینکه کار برای دیگر توسعه دهندگان و برنامه نویسان مبتدی و نیمه حرفه ای را ساده تر نموده، علاوه بر آنکه سرعت توسعه و پیشبرد پروژه های تجاری و غیر تجاری برنامه نویسی را تسریع نماید. توسعه دهندگان پایتون در زمینه های یادگیری ماشین، گزارش گیری، گرافیک و تقریباً هر چیزی در زبان برنامه نویسی پایتون، کتابخانه های کاربردی و مفیدی نوشته و توسعه داده اند.

در صورتی که شما نیاز به قابلیت های جدید در برنامه هایتان داشته باشید، می توانید با Import کردن این کتابخانه ها به برنامه های کاربردی خود، قابلیت های دلخواه را به برنامه ها اضافه کنید. در اصل کتابخانه های پایتون به توابعی گفته می شود که جز هسته اصلی برنامه نویسی پایتون نبوده و بایستی به طور مجزا بر روی مفسر پایتون نصب شده و سپس با دستور Import به برنامه های پایتون اضافه گردد و سپس از امکانات این کتابخانه ها که شامل توابع مختلفی در زمینه ها و بخش های مختلف می شود، استفاده کنند.

نکته

نکته قابل توجه آن است که با استفاده از کتابخانه pip در پایتون می توانید سایر کتابخانه ها را دانلود و نصب کنید.

کتابخانه های پایتون برای GIS

در این بخش به معرفی کوتاهی از برخی از کتابخانه های پایتون در زمینه سیستم اطلاعات جغرافیایی و علوم داده می پردازیم.

کتابخانه Arcpy

در صورتی که از نرم افزار Arc GIS محصول شرکت ESRI استفاده می کنید، احتمالاً با کتابخانه Arcpy آشنایی داشته باشید. کتابخانه Arcpy برای انجام اپراتورهای مختلف ژئوپروسسینگ طراحی شده است. اما این کتابخانه نه تنها برای آنالیزهای خاص بلکه برای تبدیل داده، مدیریت و تولید نقشه ها نیز کاربرد گسترده ای دارد.

کتابخانه Geopandas

کتابخانه Geopandas شبیه به کتابخانه Pandas می باشد که به طور تخصصی در زمینه GIS کاربرد دارد. این کتابخانه از توابعی برای اجرای آنالیزهای تخصصی GIS بهره می برد.

کتابخانه GDAL/OGR

کتابخانه GDAL/OGR برای ایجاد ارتباط بین فرمت های GIS و افزونه ها مورد استفاده قرار می گیرند. نرم افزارهای QGIS، ArcGIS، ERDAS، ENVI و GRASS GIS و تقریباً تمامی نرم افزاری GIS از این کتابخانه به طریقی استفاده می کنند. در حال حاضر GDAL/OGR از 97 فرمت برداری و 162 فرمت رستری پشتیبانی می کند.

کتابخانه RSGISLib

کتابخانه RSGISLIB مجموعه ای از ابزارهای سنجش از دوری برای پردازش رستری و آنالیزهای رستری می باشند. به عنوان مثال می توان از برخی از توانایی های این کتابخانه در طبقه بندی، فیلتر و اجرای توابع آماری بر روی تصاویر نام برد. یکی از توابع بسیار کاربردی در این کتابخانه را می توان به GEOBIA اشاره نمود، که در قطعه بندی شئی گرا و طبقه بندی تصاویر کاربرد دارد.

کتابخانه PyProj

هدف اصلی کتابخانه PyProj در کار با سیستم های رفرنس مکانی می باشد. این کتابخانه قابلیت Project و Transform سیستم های مختصاتی را در یک طیفی از سیستم های رفرنس مکانی دارا می باشد. کتابخانه PyProj نیز می تواند محاسبات ژئودتیکی و فواصل را برای دیتوم های مختلف محاسبه نماید.

کتابخانه های پایتون در زمینه علوم داده

علوم داده، از داده ها به استخراج یک سری اطلاعات می پردازد. در این علوم داده ها را گرفته و تلاش می کند که معانی پشت آنها را استخراج و اکتشاف کند. به طور مثال با پلات کردن داده ها و یا استفاده از پروسه یادگیری ماشین این هدف را دنبال می کند. این طیف از کتابخانه های پایتون در این زمینه ها می توانند مورد استفاده قرار بگیرند.

کتابخانه NumPy

کتابخانه Numpy که مخفف Numerical Python می باشد، داده ها را به صورت جدولی از داده ها دریافت نموده و آنها را به صورت آرایه هایی تنظیم می کند. زمانی که داده ها به صورت آرایه ای تنظیم شوند در محاسبات کامپیوتری بسیار سریع تر خواهند بود. یکی از نکات برجسته و مهم در مورد استفاده از این کتابخانه در هماهنگی و استفاده همزمان از این کتابخانه با سایر کتابخانه های پایتون همچون SciPy در اجرای اپراتورهای مختلف آماری و ریاضی است.

کتابخانه Pandas

کتابخانه Pandas به طور گسترده در داده کاوی مورد استفاده قرار می گیرد. نه تنها این کتابخانه در زمینه های آماری مورد استفاده قرار می گیرد، در زمینه GIS نیز بسیار سودمند می باشد. عملکرد محاسباتی، یک نکته کلیدی در مورد Pandas است. موفقیت Pandas در Data Frame آن نهفته است. Data Frame این کتابخانه برای کار با داده های بزرگ بهینه سازی شده است. این کتابخانه برای وضعیتی بهینه سازی شده است که محیط هایی همچون ماکروسافت اکسل به هیچ عنوان قادر به مدیریت و Handle کردن آن نمی باشد.

کتابخانه Matplotlib

زمانی که در حال کار با تعداد بسیار زیادی نقاط باشید، برخی موارد بهترین راهکار پلات کردن آنها بر روی گراف می باشد. در این صورت می توانید از کتابخانه Matplotlib استفاده کنید. متخصصین آمار از کتابخانه Matplotlib برای نمایش های بصری و گرافیکی استفاده می کنند. کتابخانه Matplotlib می تواند انواع و اقسام نمایش های گرافیکی آماری را در زمینه های مختلف انجام دهد. این کتابخانه گراف ها، نمودارها و نقشه ها را می تواند ترسیم کند. حتی این کتابخانه امکان و قابلیت کار با داده های بزرگ را نیز دارد.

کتابخانه Scikit

اخیرا یادگیری ماشین به صورت گسترده در حال استفاده و توسعه می باشد و به همین دلیل کتابخانه Sckit به عنوان یک کتابخانه پایتون امکان استفاده از الگوریتم های یادگیری ماشین را فراهم می آورد. در صورتی که قصد انجام محاسبات داده کاوی، طبقه بندی و یا پیش بینی داشته باشید، کتابخانه Scikit انتخاب مناسبی است.

کتابخانه Re (regular expressions)

کتابخانه Re یک ابزار بسیار قوی برای فیلتر می باشد. در صورتی که قصد یافتن یک رشته خاص در یک جدول اطلاعاتی را داشته باشید، این کتابخانه به کمک شما خواهد آمد. شما همچنین می توانید از آن در تشخیص و استخراج اطلاعات در زمینه تطبیق الگو نیز استفاده کنید.