第七章：IO 步骤详解

IO 步骤（io.*）负责地理数据的读取和写入，是每个流水线的入口和出口。GeoPipeAgent 内置 4 个 IO 步骤，支持主流矢量和栅格格式。

7.1 步骤总览

步骤 ID	名称	功能
`io.read_vector`	读取矢量数据	从文件读取矢量数据为 GeoDataFrame
`io.write_vector`	写入矢量数据	将 GeoDataFrame 写入矢量文件
`io.read_raster`	读取栅格数据	从文件读取栅格数据为数组+元信息
`io.write_raster`	写入栅格数据	将栅格数组写入 GeoTIFF

7.2 `io.read_vector`：读取矢量数据

参数

参数	类型	必填	默认值	说明
`path`	string	✅	—	矢量文件路径
`layer`	string	❌	—	图层名（多图层文件，如 GPKG）
`encoding`	string	❌	`utf-8`	文件编码（Shapefile 中文乱码时设为 `gbk`）

输出（StepResult）

属性	类型	说明
`output`	GeoDataFrame	读取的矢量数据
`stats.feature_count`	int	要素数量
`stats.crs`	str	坐标参考系（如 `"EPSG:4326"`）
`stats.geometry_types`	list	几何类型列表（如 `["Polygon"]`）
`stats.columns`	list	属性字段名列表

支持格式

格式	文件扩展名
GeoJSON	`.geojson`, `.json`
Shapefile	`.shp`（需配套 `.dbf`、`.shx`）
GeoPackage	`.gpkg`
KML/KMZ	`.kml`, `.kmz`
其他 GDAL/Fiona 支持格式	见 GDAL 文档

示例

# 基础读取
- id: load-vector
  use: io.read_vector
  params:
    path: "data/buildings.shp"

# 指定编码（中文 Shapefile）
- id: load-cn-data
  use: io.read_vector
  params:
    path: "data/roads_cn.shp"
    encoding: "gbk"

# 读取 GeoPackage 的特定图层
- id: load-layer
  use: io.read_vector
  params:
    path: "data/city.gpkg"
    layer: "buildings"

# 使用变量
- id: load-data
  use: io.read_vector
  params:
    path: "${input_path}"

常用引用

# 后续步骤引用读取结果
- id: buffer
  use: vector.buffer
  params:
    input: "$load-data"            # 引用 GeoDataFrame
    distance: 100

# 在 when 中引用统计信息
- id: check
  use: qc.geometry_validity
  params:
    input: "$load-data"
  when: "$load-data.feature_count > 0"  # 有数据时才执行检查

# 引用字段列表（用于 QC 步骤）
outputs:
  columns: "$load-data.columns"

7.3 `io.write_vector`：写入矢量数据

参数

参数	类型	必填	默认值	说明
`input`	geodataframe	✅	—	输入矢量数据
`path`	string	✅	—	输出文件路径
`format`	string	❌	`GeoJSON`	输出格式（见下表）
`encoding`	string	❌	`utf-8`	文件编码

支持的 `format` 值

`format` 值	GDAL Driver	输出格式
`GeoJSON`	GeoJSON	`.geojson` 文件
`Shapefile` / `shp`	ESRI Shapefile	`.shp` 文件组
`GPKG` / `GeoPackage`	GPKG	`.gpkg` 文件

输出（StepResult）

属性	类型	说明
`output`	str	输出文件路径（字符串）
`stats.feature_count`	int	写入的要素数量
`stats.output_path`	str	输出路径（与 output 相同）
`stats.format`	str	实际使用的 GDAL Driver 名

示例

# 保存为 GeoJSON
- id: save-geojson
  use: io.write_vector
  params:
    input: "$buffer"
    path: "output/buffer_result.geojson"
    format: "GeoJSON"

# 保存为 Shapefile
- id: save-shapefile
  use: io.write_vector
  params:
    input: "$dissolve"
    path: "output/dissolved.shp"
    format: "Shapefile"

# 保存为 GeoPackage
- id: save-gpkg
  use: io.write_vector
  params:
    input: "$process"
    path: "output/result.gpkg"
    format: "GPKG"

# 使用变量控制格式
- id: save-result
  use: io.write_vector
  params:
    input: "$process"
    path: "${output_path}"
    format: "${output_format}"

说明

自动创建目录：输出路径的父目录不存在时会自动创建（mkdir -p）
覆盖行为：若目标文件已存在，默认覆盖
write_vector 输出：output 字段是字符串（文件路径），而非 GeoDataFrame。outputs 声明中引用此步骤得到的是路径字符串。

7.4 `io.read_raster`：读取栅格数据

参数

参数	类型	必填	默认值	说明
`path`	string	✅	—	栅格文件路径

输出（StepResult）

output 是一个 raster_info 字典（不是裸数组），供后续 raster.* 步骤直接引用：

键	类型	说明
`output.data`	ndarray	像素数组（shape: `[bands, height, width]`）
`output.transform`	Affine	仿射变换矩阵
`output.crs`	CRS	坐标参考系
`output.profile`	dict	rasterio 完整写入参数（含 dtype、nodata、count 等）
`output.path`	str	源文件路径

统计信息位于 stats（可通过 $step.<key> 引用）：

属性	类型	说明
`stats.width` / `stats.height`	int	栅格尺寸（像素）
`stats.crs`	str	坐标参考系
`stats.band_count`	int	波段数量
`stats.dtype`	str	数据类型（如 `uint8`、`float32`）
`stats.bounds`	list	地理范围

示例

# 读取 GeoTIFF
- id: load-dem
  use: io.read_raster
  params:
    path: "data/dem.tif"

# 后续步骤使用栅格数据（raster_info 字典整体传递）
- id: calc-ndvi
  use: raster.calc
  params:
    input: "$load-multispectral"
    expression: "(B4 - B3) / (B4 + B3)"

- id: get-stats
  use: raster.stats
  params:
    input: "$load-dem"

7.5 `io.write_raster`：写入栅格数据

参数

参数	类型	必填	默认值	说明
`input`	raster_info	✅	—	输入栅格数据（包含 `data`、`profile` 的字典）
`path`	string	✅	—	输出文件路径

输出（StepResult）

属性	类型	说明
`output`	str	输出文件路径（字符串）
`stats.output_path`	str	输出路径
`stats.width` / `stats.height`	int	写入尺寸（取自 profile）

说明

io.write_raster 通常与 io.read_raster / raster.* 步骤配合使用：写入所需的 transform、crs、dtype 等元信息已随 raster_info 字典中的 profile 一起传递，无需单独的 metadata 参数：

- id: load-raster
  use: io.read_raster
  params:
    path: "data/dem.tif"

- id: reproject-raster
  use: raster.reproject
  params:
    input: "$load-raster"
    target_crs: "EPSG:3857"

- id: save-raster
  use: io.write_raster
  params:
    input: "$reproject-raster"     # 重投影后的 raster_info（含更新后的 profile）
    path: "output/dem_3857.tif"

输出目录不存在时会自动创建。

7.6 IO 步骤最佳实践

6.1 始终检查 CRS

读取数据后，及时检查坐标系，避免后续分析因 CRS 不匹配而失败：

- id: load-data
  use: io.read_vector
  params: { path: "data/roads.shp" }

- id: check-crs
  use: qc.crs_check
  params:
    input: "$load-data"
    expected_crs: "EPSG:4326"
  on_error: skip

- id: reproject
  use: vector.reproject
  params:
    input: "$load-data"
    target_crs: "EPSG:3857"

6.2 先用 `geopipe-agent info` 了解数据

geopipe-agent info data/roads.shp
# 输出：feature_count, crs, geometry_types, columns, bounds

6.3 Shapefile 中文编码

中国区域数据常见 GBK 编码的 Shapefile：

- id: load-cn-roads
  use: io.read_vector
  params:
    path: "data/roads_china.shp"
    encoding: "gbk"              # 避免属性字段中文乱码

6.4 大文件处理建议

对于大型矢量文件，可以先用 vector.query 过滤需要的数据，减少后续处理量：

- id: load-all
  use: io.read_vector
  params: { path: "data/national_roads.shp" }

- id: filter-major
  use: vector.query
  params:
    input: "$load-all"
    expression: "road_class in ['highway', 'primary']"   # 只保留主要道路

7.7 本章小结

本章详细介绍了 4 个 IO 步骤：

io.read_vector：支持 GeoJSON、Shapefile、GPKG 等格式，返回 GeoDataFrame，可查看 feature_count、crs、columns 等统计信息
io.write_vector：将 GeoDataFrame 写入文件，支持 GeoJSON/Shapefile/GPKG，自动创建输出目录
io.read_raster：读取 GeoTIFF 等栅格文件，output 为 raster_info 字典（data/transform/crs/profile），stats 提供 width、height、band_count、dtype、bounds 等
io.write_raster：接收含 data 和 profile 的 raster_info 字典，写入 GeoTIFF 等栅格文件，自动创建输出目录

下一章将介绍矢量分析步骤，包括缓冲、裁剪、投影转换等 7 个步骤。

导航：← 第六章：条件执行与错误策略｜第八章：矢量分析步骤 →

第七章：IO 步骤详解

7.1 步骤总览

7.2 io.read_vector：读取矢量数据

参数

输出（StepResult）

支持格式

示例

常用引用

7.3 io.write_vector：写入矢量数据

参数

支持的 format 值

输出（StepResult）

示例

说明

7.4 io.read_raster：读取栅格数据

参数

输出（StepResult）

示例

7.5 io.write_raster：写入栅格数据

参数

输出（StepResult）

说明

7.6 IO 步骤最佳实践

6.1 始终检查 CRS

6.2 先用 geopipe-agent info 了解数据

6.3 Shapefile 中文编码

6.4 大文件处理建议

7.7 本章小结

7.2 `io.read_vector`：读取矢量数据

7.3 `io.write_vector`：写入矢量数据

支持的 `format` 值

7.4 `io.read_raster`：读取栅格数据

7.5 `io.write_raster`：写入栅格数据

6.2 先用 `geopipe-agent info` 了解数据