DTM ako súčasť GIS (riešenie úloh v Idrisi 15.0) Gabriel Petříček, Juraj Straka Katedra kartografie, GIS a DPZ Prírodovedecká fakulta UK, Bratislava

Idrisi 15.0 – The Andes Edition Komerčný softvér Tvorca: Clarkove laboratóriá, Clarkova univerzita, Worcester, USA Natívne pre Windows OS Užívateľsky príjemné GUI Modulárny GIS Podporuje rastre aj vektory

Začíname Ponuka Štart – Všetky programy – Idrisi Andes

Idrisi 15.0 – GUI Lišta IDRISI prieskumníka File – Idrisi Explorer

Idrisi Explorer 3 dôležité funkcie správa údajových zdrojov prieskumník údajov (jednoduchá obdoba ArcCatalog) + editor metaúdajov editor filtra pre prieskumníka údajov

Správa údajov (prostriedkov) Koncepcia údajových zdrojov: Pracovný adresár (Working Folder) C:\Idrisi Tutorial\Using Idrisi Pripojené adresáre vstupných údajov (Resource Folders) Pripája ich užívateľ / my Možnosť pripojiť viac adresárov súčasne Fungujú len pre definíciu vstupov (výstupy definujeme opakovane manuálne) Pripojenie: New Folder Odpojenie: Remove Folder

Prieskum údajov & metaúdaje Prieskumník zobrazuje súbory v pripojených adresároch podľa filtrovacích pravidiel Editor metaúdajov umožňuje meniť a uchovávať metaúdaje toho-ktorého súboru podľa potreby. Ide najmä o: Formát Údajový typ Hranice regiónu Referenčný systém Úroveň rozlíšenia Jednotky ...

Explorer Filters Pomocou zaškrtávacích políčok definuje, ktoré formáty zobrazí prieskumník

Trénovacie údaje DVBP v rozsahu jedného mapového listu ŠMO-5 Mapový list „Prešov 6-6“ Rozmer územia (EW x NS): 2,5 km x 2 km Cca. 2500 bodov

Idrisi - natívne formáty údajov RST = RaSTer (rastrový súbor sám o sebe) t.j. GIS rastre príp. obrazy RDC = Raster DoCumentation (metaúdaje k RST súboru) RGF = Raster Group File (zoskupenie rastrových súborov) VCT = VeCTor (vektorový súbor sám o sebe) t.j. body/čiary/plochy VDC = Vector DoCumentation (metaúdaje k VCT súboru) VGF = Vector Group File (zoskupenie vektorových súborov) VLX = Vector Link File (pripojená databáza (MDB, ...) SM0, SM1, SM2, SMP, SMT = súbor kartografických SyMbolov (paleta)

Import údajov - XYZIDRIS File – Import – General Conversion Tools – XYZIDRIS (Ascii XYZ) XYZ to Idrisi Oddelené čiarkou Vstup: body66.txt Výstup: body66.vct Referenčný systém: rovina Jednotky: metre Mierka: 1.0

Vizualizácia & dopyt na hodnotu (Display Launcher, Inquiry mode, Feature Properties) Display – DISPLAY Launcher Typ: vektor Legenda: áno Nadpis: áno Autoscale: nie Paleta: Kvalita vs. Kvantita Dopyt Lišta nástrojov: Cursor Inquiry Mode (priama hodnota) Lišta nástrojov: Feature Properties (extra info o stĺpci, riadku, príp. atribútoch v pripojenej tabuľke (via VLX)

Composer – symbolika & kompozície Prehľad vrstiev „zažať“ / „zhasnúť“ vrstvu Pridať vrstvu (Add Layer) Odstrániť vrstvu (Remove Layer) Farebné kanály Priehľadnosť Odstrániť pozadie Paleta, Autoscale, Kontrast Kompozícia mapy (legenda, severka, mierka, nadpisy, sieť...) Dopyt Zoom+posun

Modelovanie DMR - Geoštatistika GIS Analysis – Surface Analysis – Geostatistics: Spatial Dependence Modeler Model Fitting Kriging and Simulation

Spatial Dependence Modeler (SDM) Nastavenie: intervalov (tried) párov [počet+rozpätie] Cutoff (% z diagonály územia) Typ semivariogramu SMEROVÝ (DIRECTIONAL) semivariogram, znázorňuje hodnoty variability (rozdielov nadm. výšok v pároch). IBA v závislosti vzájomnej vzdialenosti dvoch bodov v páre, t.j. nie v závislosti na azimute IBA v reze (profile) pre JEDEN AZIMUT (+ pásmo tolerancie (zhladí krivku vario-modelu)). POVRCHOVÝ (SURFACE) semivariogram, znázorňuje hodnoty variability (rozdielov nadm. výšok v pároch) v závislosti od azimutu páru a vzájomnej vzdialenosti dvoch bodov v páre. MODRÁ = malá variabilita ŽLTÁ = stredná variabilita ZELENÁ = veľká variabilita Štatistika intervalov

Modelovanie priestor. závislosti pomocou SDM 1. krok: Povrchový semovariogram Nastaviť „Lags“ a „Cutoff“ (empiricky vyskúšať viac možností a vybrať „správnu“ kombináciu): „Number of Lags” (počet intervalov) „Lag Width” (šírka intervalu) „Cutoff percentage“ (podiel z dĺžky diagonály určuje veľkosť územia, v ktorom sa spočíta štatistika pre páry (spravidla stačí medzi 33.33% a 50%). Čím väčší „Cutoff“ tým väčší „výrez “ územia sa zobrazí v oblasti povrchového semivariogramu.

Modelovanie priestor. závislosti pomocou SDM 2. krok: Povrchový semovariogram Pohľadom na povrchový semivariogram vybrať vhodný separačný azimut a na základe neho vytvoriť smerový semivariogram Nezaškrtnúť „Omnidirectional override“ (vytvoril by sa izotropický model a dostali by sme nekorektné výsledky) „Direction Angle” (DA) - azimut, ktorý považujeme za vhodný „Angular tolerance“ (AT) - pásmo uhlovej tolerancie, t.j. pri tvorbe variogramového modelu (VAR súbor) sa použijú páry s azimutom, ktorý špecifikujeme v položke „Direction Angle“ a všetky ďalšie páry, ktorých separačný azimut vyhovuje kritériu uhlovej tolerancie (Ak má pár azimut, ktorý nepatrí do intervalu <AT – DA ; AT + DA>, nepoužije sa). Príliš malá AT: Zložitý priebeh variogramovej krivky, nemusí sa podariť ju správne nahradiť matematickou funkciou, resp. sa to nemusí podariť vôbec. Príliš veľká AT: Zhladí (zjednoduší) priebeh variogramovej krivky, môže skresliť výsledky do neúnosnej miery. Uložiť variogramový model do VAR súboru, stlačením SAVE.

Optimalizácia variogramového modelu – - Model Fitting (MF) Optimalizácia (prispôsobenie) spojitej krivky voči diskrétnym bodom: Zadať VAR súbor primárny je povinný pre účely porovnania si môžeme v grafe zobraziť aj 2 extra variogramy, kt. ale nevstúpia do ďalších výpočtov (budú mať v grafe len ilustratívny význam) Zvoliť „Structure 2“ druh matematickej funkcie, ktorá bude vystihovať priebeh variogramu Nastaviť hodnoty interpolačných váh Nugget, Range, Sill na „najlepšie možné“ (nastavenie je možné s presnosťou vyše 6 desatinných miest) Štatistiku jednotlivých „Lags“ (intervalov separačnej vzdialenosti) možno zobraziť pomocou zaškrtnutia políčka „Lag Stats“ Použitie iba určitej skupiny „Lags“ je možné pomocou voľby „Change number of lags“ Počet iterácií riadi hodnota položky „Iteration Limit“. Jej zníženie niekedy rieši problém s nefunkčnosťou automatickej optimalizácie modelu (tlačidlo „Fit Model“). Model uložiť cez „Save Model...“. Získame tým predikčný (predpovedný) PRD súbor.

Kriging and Simulation Výpočet hodnôt buniek rastra DMR: Možnosti štatistického odhadovania hodnôt: Ordinary Kriging Špecifikácia zdroja modelu zadať adresu predikčného súboru Špecifikácia vstupného bodového vektorového súboru Voľby lokálneho susedstva: Akčný rádius výberu vzoriek: zadať vhodnú hodnotu v metroch, aby bolo úplne pokryté celé územie mapového listu Počet pozorovaní v rámci 1 kvadrantu: nechať implicitnú hodnotu 1. Špecifikácia masky Zadávame binárnu rastrovú mapu s hodnotami 0 a 1. V bunkách a hodnotami 0 zostane farba pozadia, v bunkách 1 sa zobrazí hodnota výšky DMR. Pre celý mapový list použijeme obdĺžnik s hodnotou 1 pre všetky bunky Ak masku nemáme, vytvoríme si ju pomocou modulu INITIAL zo sekcie „Data Entry“ s nasledovnými parametrami: Define spatial parameters individually: Output data type: Real Initial value: 1.0 Output reference information: Počet stĺpcov (columns): 500 Počet riadkov (rows): 400 Min X, Max X, Min Y, Max Y podľa hraníc mapového listu v S-JTSK Reference system: Plane Reference units: meters Unit distance: 1.0

Kriging and Simulation Výpočet hodnôt buniek rastra DMR: Špecifikácia výstupu: Hotové DMR ako rastrový súbor uložiť do adresára, k ostatným údajom, ktoré používate (VCT, VAR, PRD, TXT a ďalšie súbory, s ktorými robíte).

DMR post-processing Anomálie povrchu vyhladiť s použitím zhladzujúceho obrazového filtra – priemerový alebo mediánový Použiť primeranú veľkosť filtra (3x3 vs. 5x5 vs. 7x7) Modul FILTER zo sekcie GIS Analysis – Context Operators

Hodnotenie výškovej presnosti DMR Zistiť veľkosť globálnej miery neurčitosti pre hodnotenie kvality DMR prostredníctvom zistenia hodnoty strednej kvadratickej chyby (RMSE) Zdi = i-ta nadmorská výška z povrchu DMR Zri = korešpondujúca pôvodná nadmorská výška n = počet bodov

Rasterizácia vstupného DVBP Reformat – RASTERVECTOR Konverzia: Vector to raster Geometria: Point to raster Operácia: Change cells to record identifiers of points Výsledkom bude rastrový súbor. Väčšina buniek bude mať hodnotu „0“, okrem tých, do ktorých sa „premietli“ body DVBP (zrastrovali sa). Hodnoty rastrovaných bodov budú mať hodnotu nadmorskej výšky bodu, ktorý sa do danej bunky „premietol“.

Tvorba rastrovej masky Rastrovanú vektorovú vrstvu je potrebné reklasifikovať na binárnu mapu (s hodnotami buniek len „0“ a „1“). GIS Analysis – Database Query – RECLASS Reklasifikujeme rastrový „Image“ súbor Použijeme „User-defined“ reklasifikáciu (vlastné, nami napísané, pravidlá reklasifikácie) Pravidlá napísať tak, aby všetky pixle „0“ zo vstupu boli „0“ aj vo výstupe a všetky pixle „iné než 0“ vo vstupe, boli „1“ vo výstupe.

Mapová algebra - Image Calculator GIS Analysis – Database Query – Image Calculator Operácia pozostáva z dvoch krokov: vynásobiť DMR vytvorenou maskou (binárnou mapou) odčítať výšky z namodelovaného DMR od referenčných výšok získaných rasterizáciou bodov DVBP Výsledkom bude raster rozdielov (odchýlok). Pre vizualizáciu je vhodná bipolárna paleta. Záporný pól by mal byť studenej farby (modrá, zelená...), kladný pól teplej farby (žltá, červená,...)

Export odchýlok do atribútového súboru Pripraviť si „masku“, ktoré pixle sa majú, a ktoré nemajú exportovať. Využijeme modul GROUP z GIS Analysis – Context Operators. Vstupom je maska (binárna mapa) z predchádzajúcich krokov. Všetky „aktívne“ pixle v nej však majú hodnotu „1“. Modul GROUP zmení hodnoty „1“ na jedinečné hodnoty týmto spôsobom: Takto pripravenú masku využijeme pre modul GIS Analysis – Statistics – EXTRACT. Ako výstup nastavíme atribútový súbor, ktorý môžeme ďalej importovať do MS-Excel a robiť ďalšie potrebné výpočty. Pixel Hodnota pixla Prvý 1 Druhý Tretí Štvrtý ... atď. Pixel Hodnota pixla Prvý 1 Druhý 2 Tretí 3 Štvrtý 4 ... atď.

Tvorba vrstevníc Modul CONTOUR zo sekcie GIS Analysis – Surface Analysis – Feature Extraction Min a Max vrstevnice zistiť z metaúdajov DMR, resp. metaúdajov vstupného vektorového bodového súboru. Krok vrstevníc 10m Vrstevnice vedieť naložiť (metóda Overlay) nad DMR pridaním vrstvy (Add Layer... – Composer) vo vhodnej farebnej symbolike (čierne, biele, hnedé, ... t.j. určite nie gradientálne prechody (kvantitatívna pal.) ani jedinečné farby (kvalitatívna pal.)

Tvorba tieňovaného modelu reliéfu, efekty interakcie vrstiev Modul HILLSHADE zo sekcie GIS Analysis – Surface Analysis – Topographic Variables Azimut oslnenia v našich podmienkach (Slovensko) zo severozápadu, t.j. 315° Výšku slnka nad obzorom medzi 30° a 45° Tieňovaný reliéf vedieť naložiť (metóda Overlay) pod DMR pridaním vrstvy (Add Layer... – Composer) vo vhodnej farebnej symbolike (stupne šedi) a vzájomne prekryť efektom „Blend“

Morfometria – sklon georeliéfu Modul SLOPE zo sekcie GIS Analysis – Surface Analysis – Topographic Variables Sklon georeliéfu znázorniť v stupňoch, nie percentách Možnosť reklasifikovať na intervaly podľa potreby pomocou modulu RECLASS z ponuky GIS Analysis – Database Query

Morfometria – orientácia georeliéfu Modul ASPECT zo sekcie GIS Analysis – Surface Analysis – Topographic Variables Možnosť reklasifikovať na intervaly 45°, pomocou modulu RECLASS z ponuky GIS Analysis – Database Query

Morfometria – krivosť georeliéfu Modul CURVATURE zo sekcie GIS Analysis – Surface Analysis – Topographic Variables Maximum Curvature = normálová krivosť georeliéfu v smere spádnic Minimum Curvature = horizontálna krivosť georeliéfu v smere vrstevníc

Hydrologické modelovanie Vyplnenie depresií (PIT REMOVAL) Určenie smeru odtoku (FLOW) Určenie dĺžky svahov (SLOPELENGTH) Delimitácia povodí (WATERSHED)

Vyplnenie depresií je to nevyhnutný krok pred hydrologickým modelovaním v prostredí Idrisi ide o jednorazovú operáciu, v GRASS-e sa dá vykonávať opakovane s rôznymi výsledkami Modul PIT REMOVAL z ponuky GIS Analysis – Surface Analysis – Feature Extraction

Vyplnenie depresií

Určenie smeru odtoku Modul FLOW z ponuky GIS Analysis – Surface Analysis – Feature Extraction Výsledkom sú oblasti (regióny), v ktorých by potenciálny vodný tok tiekol pod tým istým azimutom (v rámci jedného regiónu) a vždy kolmo na vrstevnice (kopíruje priebeh spádnice)

Určenie dĺžky svahov Modul SLOPELENGTH z ponuky GIS Analysis – Surface Analysis – Feature Extraction Vstupom je DMR a obraz regiónov Obraz regiónov získame tak, že výstup z modulu FLOW spracujeme modulom GROUP, pričom číslovanie začneme od 1.

Delimitácia povodí Modul WATERSHED z ponuky GIS Analysis – Surface Analysis – Feature Extraction Minimálnu rozlohu jedného povodia treba určiť empiricky (vyskúšať a podľa výsledku buď zväčšiť alebo zmenšiť)