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

2. 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

3. Začíname
Ponuka Štart – Všetky programy – Idrisi Andes

4. Idrisi 15.0 – GUI
Lišta IDRISI prieskumníka
File – Idrisi Explorer

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

6. 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

7. 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
...

8. Explorer Filters
Pomocou zaškrtávacích políčok definuje, ktoré formáty zobrazí prieskumník

9. 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 bodov

10. 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)

11. 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

12. 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)

13. 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

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

15. 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

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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

20. 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).

21. 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

22. 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

23. 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“.

24. 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.

25. 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,...)

26. 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.

27. 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.)

28. 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“

29. 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

30. 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

31. 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

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

33. 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

34. Vyplnenie depresií

35. 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)

36. 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.

37. 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)