GeoPandas中英国部分礼仪郡点面空间匹配失败问题求助

问题背景 #

我使用英国礼仪郡边界Shapefile（坐标系为British National Grid，EPSG:27700），需要将一个包含WGS84经纬度的位置DataFrame中的每个点匹配到所属礼仪郡。大部分郡的空间连接正常，但Cornwall、大伦敦（Greater London）和Rutland的点始终返回NaN，尽管可视化显示这些点明显位于对应郡的边界内。

代码 #

import geopandas as gpd
from shapely.geometry import Point

regions = gpd.read_file("Ceremonial_County_Boundaries.shp")

points = gpd.GeoDataFrame(df, geometry=gpd.points_from_xy(df["lon"], df["lat"]))
points_bng = points.to_crs(regions.crs)

# 空间连接
joined = gpd.sjoin(points_bng, regions, how="left", predicate="within")

问题详情 #

空间连接可正确匹配约90%的位置，但Cornwall、大伦敦和Rutland的所有点均匹配失败（index_right = NaN）。检查这些区域的几何有效性：

county_poly = regions[regions["NAME"] == "Cornwall"]
print("Valid:", county_poly.geometry.is_valid.unique())

输出：

Valid: [False]

大伦敦和Rutland的几何有效性检查结果同样为False，其他所有郡的几何均有效且匹配正常。

已尝试操作 #

• 可视化确认点位于多边形内部：绘图显示点明显在Cornwall/伦敦/Rutland边界内。
• 确认坐标系正确：Shapefile为EPSG:27700，点已从EPSG:4326转换为EPSG:27700。

解决方案思路 #

问题根源是这三个区域的几何图形存在拓扑错误（无效），导致Shapely的within空间判断无法正常工作，修复无效几何即可解决：

方法1：使用buffer(0)快速修复 #

该方法能处理大部分常见的拓扑错误（如自相交、多边形方向问题）：

# 修复所有区域的几何
regions['geometry'] = regions['geometry'].buffer(0)

方法2：使用make_valid()全面修复（需GDAL 3.1+） #

对于更复杂的拓扑错误，推荐使用Shapely的make_valid方法：

from shapely.validation import make_valid

regions['geometry'] = regions['geometry'].apply(make_valid)

验证修复效果 #

修复后再次检查几何有效性：

target_counties = ["Cornwall", "Greater London", "Rutland"]
print(regions[regions["NAME"].isin(target_counties)].geometry.is_valid.unique())

预期输出为[True]，之后重新运行空间连接即可正常匹配这些区域的点。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Calculus5803