kaggle : Geospatial Analysis ①

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본 포스팅은 kaggle : Geospatial Analysis을 수료하고 정리한 글입니다.

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Geospatial Analysis

1. Your First Map

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1.1 Introduction

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다음과 같은 문제를 Geospatial Analysis 을 통해 해결책을 제시할 수 있다.

• 세계적인 비영리 단체가 필리핀에 진출하지 않은 곳은 어디인가?
• 멸종위기종 보라색 마틴의 북미와 남미 간 이동 경로를 파악하고 새들이 자연보호구역으로 오가는가?
• 캘리포니아 주의 스타벅스 중 다음 리저브 로스터리 매장으로 유력한 후보지는 어디인가?
• 일본에서 추가적인 지진 보강으로 얻을 수 있는 잠재적 이익이 가장 큰 지역은 어디인가?
• 뉴욕시는 차량 사고에 대처할 수 있는 충분한 병원이 있는가? 도시의 어떤 지역이 차량 사고 대응에 취약한가?
• 부산시 어르신 놀이터 최적 입지는 어디인가?

또한 보스턴시의 범죄 현황을 시각화하고, 유럽의 우수 대학을 탐색할 수 있다.

1.2 Reading data

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첫 번째 단계는 지리공간 데이터를 읽어오는 것이다. 이를 위해서는 Geopandas 라이브러리가 필요하다.

import geopandas as gpd

다양한 지리공간 파일 형식이 존재한다. 예를 들면 shapefile, GeoJSON, KML, GPKG 등이 있다. 이 과정에서는 이들 파일 형식의 차이점에 대해서는 다루지 않는다. 가장 일반적으로 사용되는 지리공간 파일 형식은 Shaplefile이라는 점만 알아두자.

모든 지리공간 파일 형식은 gpd.read_file() 함수를 사용하여 이용할 수 있다.

다음 코드는 뉴욕 주에서 환경 보호국이 관리하는 산림, 야생 지역 등에 대한 정보가 들어있는 shapefile를 로드한다.

full_data = gpd.read_file("../input/geospatial-learn-course-data/DEC_lands/DEC_lands/DEC_lands.shp")

# 불러온 데이터의 상위 5개 행 출력
full_data.head()

OBJECTID	OBJECTID	CATEGORY	UNIT	FACILITY	CLASS	UMP	DESCRIPTIO	REGION	COUNTY	URL	SOURCE	UPDATE_	OFFICE	ACRES	LANDS_UID	GREENCERT	SHAPE_AREA	SHAPE_LEN	geometry
0	1	FOR PRES DET PAR	CFP	HANCOCK FP DETACHED PARCEL	WILD FOREST	None	DELAWARE COUNTY DETACHED PARCEL	4	DELAWARE	http://www.dec.ny.gov/	DELAWARE RPP	5/12	STAMFORD	738.620192	103	N	2.990365e+06	7927.662385	POLYGON ((486093.245 4635308.586, 486787.235 4...
1	2	FOR PRES DET PAR	CFP	HANCOCK FP DETACHED PARCEL	WILD FOREST	None	DELAWARE COUNTY DETACHED PARCEL	4	DELAWARE	http://www.dec.ny.gov/	DELAWARE RPP	5/12	STAMFORD	282.553140	1218	N	1.143940e+06	4776.375600	POLYGON ((491931.514 4637416.256, 491305.424 4...
2	3	FOR PRES DET PAR	CFP	HANCOCK FP DETACHED PARCEL	WILD FOREST	None	DELAWARE COUNTY DETACHED PARCEL	4	DELAWARE	http://www.dec.ny.gov/	DELAWARE RPP	5/12	STAMFORD	234.291262	1780	N	9.485476e+05	5783.070364	POLYGON ((486000.287 4635834.453, 485007.550 4...
3	4	FOR PRES DET PAR	CFP	GREENE COUNTY FP DETACHED PARCEL	WILD FOREST	None	None	4	GREENE	http://www.dec.ny.gov/	GREENE RPP	5/12	STAMFORD	450.106464	2060	N	1.822293e+06	7021.644833	POLYGON ((541716.775 4675243.268, 541217.579 4...
4	6	FOREST PRESERVE	AFP	SARANAC LAKES WILD FOREST	WILD FOREST	SARANAC LAKES	None	5	ESSEX	http://www.dec.ny.gov/lands/22593.html	DECRP, ESSEX RPP	12/96	RAY BROOK	69.702387	1517	N	2.821959e+05	2663.909932	POLYGON ((583896.043 4909643.187, 583891.200 4...

1.3 Prerequisites

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GeoPandas는 파이썬에서 지리정보 데이터 처리의 기하학적 연산과 시각화 등을 돕는 패키지이다. GeoPandas에는 두 가지의 자료형 GeoSeries와 GeoDataFrame이 있다. GeoPandas는 이름에서 알 수 있듯이, Pandas와 비슷하며 다루는 방법에도 큰 차이가 없다.

• 타입확인

type(full_data)

geopandas.geodataframe.GeoDataFrame

• 일부 열 추출

data = full_data.loc[:, ["CLASS", "COUNTY", "geometry"]].copy()

• 토지 유형의 목록 및 데이터 셋에 나타나는 횟수 파악

data.CLASS.value_counts()

WILD FOREST                   965
INTENSIVE USE                 108
PRIMITIVE                      60
WILDERNESS                     52
ADMINISTRATIVE                 17
UNCLASSIFIED                    7
HISTORIC                        5
PRIMITIVE BICYCLE CORRIDOR      4
CANOE AREA                      1
Name: CLASS, dtype: int64

• loc(iloc), isin

wild_lands = data.loc[data.CLASS.isin(['WILD FOREST', 'WILDERNESS'])].copy()
wild_lands.head()

CLASS	COUNTY	geometry
0	WILD FOREST	DELAWARE	POLYGON ((486093.245 4635308.586, 486787.235 4...
1	WILD FOREST	DELAWARE	POLYGON ((491931.514 4637416.256, 491305.424 4...
2	WILD FOREST	DELAWARE	POLYGON ((486000.287 4635834.453, 485007.550 4...
3	WILD FOREST	GREENE	POLYGON ((541716.775 4675243.268, 541217.579 4...
4	WILD FOREST	ESSEX	POLYGON ((583896.043 4909643.187, 583891.200 4...

1.4 Create your first map!

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plot() 메서드를 이용해서 데이터를 시각화 해보자

wild_lands.plot()

GeoDataFrame은 "geometry" 이라는 특수한 열을 가지고 있다. plot() 메서드를 이용하면, GeoPandas 내부의 geometry 데이터를 손쉽게 시각화 할 수 있다. geometry 데이터는 지리정보를 표현하는 점, 선, 도형을 의미하는데 GeoPandas는 내부적으로 점, 선, 도형을 Shapely 패키지를 사용하여 처리한다.

wild_lands.geometry.head()

0    POLYGON ((486093.245 4635308.586, 486787.235 4...
1    POLYGON ((491931.514 4637416.256, 491305.424 4...
2    POLYGON ((486000.287 4635834.453, 485007.550 4...
3    POLYGON ((541716.775 4675243.268, 541217.579 4...
4    POLYGON ((583896.043 4909643.187, 583891.200 4...
Name: geometry, dtype: geometry

wild_lands의 geometry 데이터는 POLYGON(다각형)인 것을 확인할 수 있다.

# 캠핑장 위치 
POI_data = gpd.read_file("../input/geospatial-learn-course-data/DEC_pointsinterest/DEC_pointsinterest/Decptsofinterest.shp")
campsites = POI_data.loc[POI_data.ASSET=='PRIMITIVE CAMPSITE'].copy()

# 하이킹 코스 
roads_trails = gpd.read_file("../input/geospatial-learn-course-data/DEC_roadstrails/DEC_roadstrails/Decroadstrails.shp")
trails = roads_trails.loc[roads_trails.ASSET=='FOOT TRAIL'].copy()

# 뉴욕 주 경계 
counties = gpd.read_file("../input/geospatial-learn-course-data/NY_county_boundaries/NY_county_boundaries/NY_county_boundaries.shp")

아래 코드는 4개의 GeoDataFrame을 한 개의 지도에 나타나게 해준다.

# 지역 경계를 나타내는 지도 정의
ax = counties.plot(figsize=(10,10), color='none', edgecolor='gainsboro', zorder=3)

# 기본 맵에 3가지 추가
wild_lands.plot(color='lightgreen', ax=ax)
campsites.plot(color='maroon', markersize=2, ax=ax)
trails.plot(color='black', markersize=1, ax=ax)

중요한점은 ax에 값을 설정해야 모든 정보를 동일한 지도 위에 표시할 수 있다는 점이다!