从数码照片中读取定位信息

摘要：数码照片在拍摄时会记录照片的拍摄信息，如果拍照时开启了GPS定位服务功能，则就会记录拍摄时的经纬度坐标及高程信息。本文介绍如何读取数码照片中的位置信息，以及根据位置信息转换成shapefile格式点数据。

1、目标

数码照片在拍摄时会产生一个Exif数据（Exchangeable image file format），该数据记录了照片的拍摄信息，并附加于JPEG、TIFF、RIFF等文件之中，如果拍照时开启了GPS定位服务功能，则Exif数据就会记录照片拍摄时的位置数据（经纬度坐标及高程）。打开照片的属性对话框可以看到Exif数据。

图1 照片属性对话框

通过从数码照片中读取位置信息，则可以产生拍摄点的点数据，进一步根据多个照片的拍摄时间可以产生拍摄点的轨迹数据。

2、方法

照片中的Exif数据读取可利用PIL（新的版本称为Pillow）图像处理包。PIL图像对象的_getexif()方法以字典形式返回照片的Exif数据，形式如下：

{271: 'HUAWEI',

272: 'HUAWEI B199',

282: (72, 1),

283: (72, 1),

296: 2,

531: 1,

33434: (1, 1089),

34665: 146,

……

字典中的键用整数表示，可利用ExitTags模块中的TAGS字典查看每个键对应的描述字符串，代码及输出结果如下：

from PIL.ExifTags import TAGS
for item in TAGS.items():print(item)

(11, 'ProcessingSoftware')

(254, 'NewSubfileType')

(255, 'SubfileType')

(256, 'ImageWidth')

(257, 'ImageLength')

……

从输出结果中可以查看到记录GPS信息的键为34853。以下代码是输出一个照片的GPS信息：

from PIL import Image
fname = "20160828042149.jpg"
img = Image.open(fname)
exifinfo = img._getexif()
GPSinfo = exifinfo[34853]
GPSinfo

输出结果如下：

{1: 'N',

2: ((30, 1), (18, 1), (417659, 10000)),

3: 'E',

4: ((119, 1), (26, 1), (394445, 10000)),

5: b'\x00',

6: (296000, 1000),

7: ((8, 1), (22, 1), (30, 1)),

27: 'ASCII\x00\x00\x00GPS',

29: '2016:08:28'}

GPS信息的值是一个字典，字典中的键用整数表示，可利用ExitTags模块中的GPSTAGS字典查看每个键对应的描述字符串，代码及输出结果如下：

from PIL.ExifTags import GPSTAGS
for item in GPSTAGS.items():print(item)

(0, 'GPSVersionID')

(1, 'GPSLatitudeRef')

(2, 'GPSLatitude')

(3, 'GPSLongitudeRef')

(4, 'GPSLongitude')

(5, 'GPSAltitudeRef')

……

GPS信息中最主要的信息是经度和纬度坐标，经度坐标的键为2，纬度坐标的键为4，这两个键对应的值都是元组，元组中有三个元素，分别记录坐标的度、分、秒数据，元素的类型也是元组，由两个元素组成，前一个元素和后一个元素的比值为实际数据。

由于GPS信息中的坐标单位是度分秒，如要把照片的位置转换为点数据，需要把坐标的单位转成十进制度。

3、示例

以下示例是输出一个照片的经纬度坐标（十进制度），考虑到有些照片没有记录经纬度坐标，GPS信息字典中没有相应的键，通过键去获取经纬度坐标时就会出错，因此，在代码中增加了try语句。

import os
from PIL import Imagedef photo_lonlat(fname):img = Image.open(fname)exifinfo = img._getexif()try:GPSinfo = exifinfo[34853]lat_d = GPSinfo[2][0][0]/GPSinfo[2][0][1]lat_m = GPSinfo[2][1][0]/GPSinfo[2][1][1]lat_s = GPSinfo[2][2][0]/GPSinfo[2][2][1]lon_d = GPSinfo[4][0][0]/GPSinfo[4][0][1]lon_m = GPSinfo[4][1][0]/GPSinfo[4][1][1]lon_s = GPSinfo[4][2][0]/GPSinfo[4][2][1]lat = lat_d + lat_m/60.0 + lat_s/3600.0lon = lon_d + lon_m/60.0 + lon_s/3600.0return (lon,lat)except:return Nonefname = "20160828042149.jpg"
lon = photo_lonlat(fname)[0]
lat = photo_lonlat(fname)[1]
print(f"Longitude: {lon}")
print(f"Latitude:  {lat}")

输出结果如下：

Longitude: 119.44429013888889

Latitude: 30.311601638888888

以下示例是读取某个文件夹下面所有jpg和tif文件的经纬度以及时间信息，并产生shapefile格式的点数据，示例使用shapely包创建点几何对象，利用geopandas包产生shapefile格式数据。

import os
from PIL import Image
from shapely.geometry import Point
import geopandas as gpddef photo_lonlat(fname):img = Image.open(fname)exifinfo = img._getexif()DateTimeOriginal = exifinfo[36867]try:GPSinfo = exifinfo[34853]      lat_d = GPSinfo[2][0][0]/GPSinfo[2][0][1]lat_m = GPSinfo[2][1][0]/GPSinfo[2][1][1]lat_s = GPSinfo[2][2][0]/GPSinfo[2][2][1]lon_d = GPSinfo[4][0][0]/GPSinfo[4][0][1]lon_m = GPSinfo[4][1][0]/GPSinfo[4][1][1]lon_s = GPSinfo[4][2][0]/GPSinfo[4][2][1]lat = lat_d + lat_m/60.0 + lat_s/3600.0lon = lon_d + lon_m/60.0 + lon_s/3600.0return (lon,lat,DateTimeOriginal)except:return Nonefnames = []
dirpath = "photos"
for filename in os.listdir(dirpath):if os.path.splitext(filename)[1] in ('.tiff', '.tif', '.jpg', '.jpeg'):fnames.append(os.path.join(dirpath, filename))data = []
for fname in fnames:if photo_lonlat(fname) == None:print(f"{fname} hasn't GPSinfo")else:lon = photo_lonlat(fname)[0]lat = photo_lonlat(fname)[1]DateTimeOriginal = photo_lonlat(fname)[2]basename = os.path.basename(fname)point = Point([lon,lat])data.append([basename,DateTimeOriginal,point])gdf = gpd.GeoDataFrame(data,columns=["name","time","geometry"])
gdf.to_file("photo_point.shp")

图2是输出结果。

图2 输出的点数据

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