Geoinformatyka
Ćwiczenie 4
Wprowadzanie danych rastrowych i wektorowych
Opracowanie: Mateusz Troll
Charakterystka narzędzi edytora w ArcGIS: Andrzej Kotarba, Mateusz Troll
Zakład Systemów Informacji Geograficznej, Kartografii i Teledetekcji
Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ
Kraków 2011
2
WPROWADZENIE
Dwiczenie poświęcone jest wprowadzaniu danych przestrzennych metodą digitalizacji na ekranie wybranych
elementów treści mapy topograficznej w skali 1:10 000 oraz ortofotomapy lotniczej opracowanej z cyfrowego
zdjęcia lotniczego wykonanego przez firmę MGGP Aero w roku 2009. Ortofotomapa umożliwi nam aktualizację
sytuacji topograficznej przedstawionej na mapie topograficznej. Ponieważ wynikiem digitalizacji będą dane
zapisane w modelu wektorowym, a podkładem są cyfrowe dane rastrowe, metodę wprowadzania danych możemy
określid mianem wektoryzacji.
Wektoryzacja metodą manualnej digitalizacji na ekranie jest metodą pracochłonną, a jej wyniki mogą byd
obarczone różnymi błędami – niektóre mogą byd generowane przez operatora w trakcie digitalizacji, inne mogą
mied swoje źródło w jakości podkładu podlegającego wektoryzacji (np. mapa będąca wynikiem skanowania
papierowego oryginału). Nim zdecydujesz się na wprowadzanie danych tą metodą upewnij się, czy potrzebne
dane nie są dostępne w postaci wektorowej, np. w zasobach właściwego Wojewódzkiego Ośrodka Dokumentacji
Geodezyjnej i Kartograficznej lub Centralnego Ośrodka Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej w Warszawie.
Przykładowo, obecnie bezcelowa jest digitalizacja poziomic z map topograficznych (kiedyś powszechny sposób
pozyskiwania cyfrowych danych o wysokości), ponieważ bardzo tanio możemy zakupid znacznie dokładniejszy
model wysokości udostępniany w postaci wektorowej (jako TIN w cenie ok. 7 zł/arkusz). Dane tego typu dla okolic
Krakowa oraz niektórych rejonów Karpat znajdują się również w zasobach Zakładu SIGKiT IGiGP UJ.
Przed przystąpieniem do wektoryzacji zapoznasz się z przykładem wprowadzania do systemów informacji
geograficznej danych rastrowych. Dowiesz się, jak z cyfrowego obrazu mapy (jakim może byd np. skan mapy
papierowej) uzyskad rastrową mapę cyfrową, czyli zestaw danych geograficznych przedstawionych w modelu
rastrowym. Przetworzenie obrazu do postaci mapy cyfrowej opiera się na procedurze, która bywa różnie
nazywana – kalibracja, rektyfikacja (georektyfikacja). Wszystkie te określenia oznaczają procedurę przypisania
obrazowi mapy właściwego układu współrzędnych wraz z kompletną definicją systemu odniesieo przestrzennych.
Uzyskane w ten sposób dane geograficzne w modelu rastrowym będą w dalszej części dwiczenia podlegad
wektoryzacji.
CZĘŚĆ 1. KALIBRACJA PODKŁADU W POSTACI ORTOFOTOMAPY LOTNICZEJ (PROGRAM
ARCGIS)
Procedura kalibracji składa się z kilku etapów:
wyznaczenie na obrazie mapy punktów dostosowania, zwanych również punktami kontrolnymi, dla
których dysponujemy współrzędnymi w układzie współrzędnych, do którego kalibrujemy mapę,
obliczenie równania transformacji oraz błędów transformacji,
transformacja, w trakcie której obraz mapy zostaje transformowany do układu współrzędnych
wybranego systemu odniesieo przestrzennych; w trakcie tej transformacji obraz może podlegad korekcji
geometrycznej, musi również zostad przepróbowany (resampling).
Ogólna zasada, której powinno się przestrzegad podczas kalibracji obrazu mapy: współrzędne docelowe punktów
dostosowania powinny byd wyrażone w układzie, w którym opracowana została kalibrowana mapa. Na mapach
topograficznych będą to więc współrzędne odczytywane z siatki topograficznej. Przykładowo, jeśli chcemy uzyskad
cyfrową wersję papierowej mapy topograficznej w układzie 1965, powinniśmy zeskanowany obraz tej mapy
kalibrowad na współrzędnych prostokątnych płaskich w układzie 1965, niezależnie od tego, w jakim systemie
odniesieo przestrzennych chcemy tą mapę później przetwarzad. Podczas kalibracji do macierzystego układu,
geometria mapy będącej wynikiem kalibracji jest najbardziej zbliżona do geometrii skanu, co minimalizuje
błędy transformacji. Po skalibrowaniu mapę możemy transformowad do innego systemu odniesieo
przestrzennych.
Uwaga analogiczna, jak w przypadku wektoryzacji – zanim zdecydujesz się na skanowanie mapy papierowej,
sprawdź czy nie możesz uzyskad cyfrowej wersji danej mapy. Przykładowo mija się z celem skanowanie papierowej
wersji mapy topograficznej w układzie 1992 skoro cyfrowy oryginał takiej mapy można zakupid w cenie 7 zł/arkusz.
Zwród uwagę, że w tym przypadku mapa papierowa jest niedoskonałą wersją cyfrowego oryginału a więc jej
ponowne wprowadzanie do komputera metodą skanowania i kalibracji musi dad w efekcie wynik gorszy od
cyfrowego oryginału.
3
W ramach tego dwiczenia będziemy korzystad z cyfrowego obrazu fragmentu arkusza mapy topograficznej w skali
1:10 000 w układzie 1992 – obrazu, czyli wersji celowo pozbawionej informacji o współrzędnych. Obraz ten zostanie
poddany kalibracji, a następnie porównany z oryginalną cyfrową wersją mapy.
Podstawowe metadane na temat tego arkusza mapy dostępne są na stronie CODGiKu (
Rys. 1. Metadane mapy topograficznej 1:10 000 w układzie 1992 arkusz M-34-64-D-d-3 (
KALIBRACJA OBRAZU ORTOFOTOMAPY
1.
Uruchom ArcMap tworząc nowy projekt.
2.
Dodaj warstwę Kampus_topo_obraz.jpg zapisaną w katalogu roboczym Cwiczenie_4/Dane.
3.
Zwród uwagę na komunikat wyświetlający się w trakcie dodawania warstwy do okna ArcMap (
Rys. 2. Komunikat o braku definicji systemu odniesieo przestrzennych dla warstwy Kampus_topo_obraz.jpg
4.
Sprawdź metadane obrazu w właściwościach warstwy (Properties > Source); zwród uwagę na brak
systemu odniesieo przestrzennych (Spatial Reference <undefined>) oraz umowny układ
4
współrzędnych (Extent) i rozdzielczośd przestrzenną obrazu równą 1 (Cellsize).
Obraz mapy zapisany jest w umownym układzie współrzędnych, podobnie jak to ma miejsce w przypadku obrazu
uzyskanego w wyniku skanowania. Nie jest w związku z tym znana jego faktyczna rozdzielczośd przestrzenna –
wartośd ta zostanie określona dopiero na etapie kalibracji obrazu.
5.
Zanalizuj wartości współrzędnych opisanych na ramce obrazu – są to współrzędne prostokątne płaskie
układu 1992 wyrażone w metrach.
6.
Włącz pasek z narzędziami do kalibracji (Georeferencing) wybierając go z menu pod prawym
klawiszem myszy (jeśli nie pamiętasz jak to zrobid kliknij PKW na szarym pasku nad oknem z mapą);
wyświetla się narzędzia do kalibracji (
).
1
2
3 4 5
Rys. 3. Pasek narzędziowy Georeferencing:
1 – menu z odznaczoną opcją Auto Adjust (w naszym przypadku powinna byd wyłączona przed rozpoczęciem kalibracji):
2 – aktualnie kalibrowana warstwa (w naszym przypadku powinna nią byd warstwa Kampus_ortofoto.jpg)
3 – narzędzia zmiany rozmiaru obrazu, przesuwania go i obracania – przydatne kiedy obraz kalibrowany jest do mapy
wyświetlonej w tym samym oknie ArcMap
4 – narzędzie digitalizacji punktów dostosowania Select Control Points (punkt zdigitalizowany w pierwszej kolejności
traktowany jest jako punkt o współrzędnych w układzie podlegającym transformacji a punkt zdigitalizowany po nim – jako
punkt w układzie docelowym (w naszym przypadku punkt w układzie 1992)
5 – wyświetlanie tabeli ze współrzędnymi punktów dostosowania oraz wartościami błędów transformacji (Link Table)
7.
Przed przystąpieniem do kalibracji wyłącz opcję automatycznego dopasowywania obrazu Auto Adjust w
menu Georeferencing usuwając znaczek obok nazwy (por.
); opcja Auto Adjust powoduje
ciągłe przesuwanie kalibrowanej mapy w trakcie wprowadzania punktów dostosowania, co jest efektem
pożądanym, kiedy kalibrujemy jedną mapę do drugiej; w naszym przypadku opcję tą włączymy dopiero po
skompletowaniu punktów dostosowania – spowoduje to obliczenie parametrów transformacji i
transformację obrazu na ekranie.
8.
Za pomocą polecenia Add Control Points
(pasek narzędziowy Georeferencing) zdigitalizuj
cztery punkty dostosowania położone na przecięciach linii siatki topograficznej; wybieraj krzyże siatki
usytuowane jak najbliżej narożników ortofotomapy oraz jeden punkt na krzyżu w środku obrazu (
). W
pierwszej kolejności digitalizujesz punkt źródłowy oznaczany zielonym krzyżykiem, a następnie punkt
docelowy (krzyżyk czerwony), przy czym punkt docelowy umiejscowiony może byd gdziekolwiek, ponieważ
jego współrzędne będziesz za chwilę edytowad.
!
Digitalizację przeprowadź na dużym powiększeniu ponieważ od precyzji umiejscowienia punktów na
przecięciach linii siatki zależy dokładnośd kalibracji podkładu.
5
Rys. 4. Digitalizacja punktów dostosowania (narzędzie Georeferencing w ArcGIS)
9.
Po wprowadzeniu wszystkich pięciu punktów wyświetl tabelę ze współrzędnymi punktów (Link Table) –
ikona
; X i Y Source to współrzędne źródłowe, a więc współrzędne umownego układu obrazu
ortofotomapy, natomiast X i Y Map to współrzędne docelowe układu, do którego kalibrujemy podkład, a
więc układu 1992; obecnie, zamiast współrzędnych 1992, widnieją tam przypadkowe wartości lokalnego
układu współrzędnych wynikające z umiejscowienia czerwonych krzyżyków (
).
Rys. 5. Edycja współrzędnych docelowych pierwszego punktu – w kolumnie X Map wprowadzono właściwą współrzędną
poziomą równą 564400 (zaznaczona na niebiesko); w kolejnym kroku w kolumnie Y Map wprowadzamy współrzędną pionową
równą 240500
10. Wprowadź współrzędne docelowe punktów dostosowania w układzie 1992 – współrzędne te odczytujesz z
ramki podkładu; pamiętaj, że pracujesz w programie GIS, a więc X w tabeli oznacza współrzędną poziomą, a Y
pionową.
6
11. Po wprowadzeniu pięciu par współrzędnych 1992 zaznacz Auto Adjust – program obliczy równanie
transformacji (
); będzie to transformacja liniowa (First Order Polynomial) zwana również
afiniczną (Affine), tak dobrana, aby średni błąd transformacji (RMS) był jak najmniejszy; zwród uwagę na
średni błąd RMS oraz rozkład błędów dla poszczególnych punktów dostosowania (Residual) – wielkości
tych błędów powinny byd zbliżone do siebie i możliwie zbliżone do tych przedstawionych na
!
Błąd w kolumnie Residual informuje nas o odległości pomiędzy lokalizacją danego punktu dostosowania
na mapie skalibrowanej a lokalizacją jaką posiadałby ten punkt gdyby transformacja nie była obarczona
żadnym błędem (czyli dla RMS = 0); wektory błędów dla poszczególnych punktów zobaczysz po
zatwierdzeniu tabeli i powiększeniu krzyży siatki w punktach dostosowania (pkt 12,
).
12. Jeśli Twoje wyniki nie odbiegają zbytnio od tych przedstawionych na rycinie 6, zatwierdź transformację
zamykając okno tabeli; jeśli natomiast Twoje wyniki są znacznie gorsze (większy błąd RMS), sprawdź
współrzędne punktów dostosowania – jeden z „czeskich błędów”, jakie można popełnid, to przypisanie
współrzędnych docelowych niewłaściwym współrzędnym źródłowym, np. przypisanie punktowi 2
współrzędnych punktu 3 a punktowi 3 – współrzędnych punktu 2. Można również pomylid współrzędną X z Y.
Rys. 6. Rozkład błędów transformacji liniowej podkładu z ortofotomapą do układu 1992; błędy wyrażone są w jednostce układu
docelowego czyli w metrach, a więc średni błąd RMS wynosi 0,36633 m tj. poniżej 40 cm
Po zatwierdzeniu transformacji w oknie tabeli mapa zostanie transformowana w oknie ArcMap; zauważysz to
łatwo po zmniejszeniu się wektorów łączących czerwone i zielone krzyżyki (ryc. 7); po transformacji wektory te
odpowiadają rzeczywistym błędom transformacji dla poszczególnych punktów, a więc ich długości wynikają z
wartości w kolumnie Residual.
Rys. 7. Wektor błędu transformacji dla wybranego punktu dostosowania
7
!
Błąd transformacji, nie powinien byd utożsamiany z dokładnością mapy, która podlega transformacji;
przy odpowiednim ułożeniu punktów dostosowania i wartościach ich współrzędnych średni błąd może byd
równy zero chod mapa będąca wynikiem takiej transformacji może byd obarczona sporym błędem. Taki
zerowy lub zbliżony do zera błąd łatwo osiągnąd jeśli układ umowny i układ docelowy są układami
prostokątnymi płaskimi a punkty dostosowania są wierzchołkami figur podobnych.
13. Powiększ fragment ortofotomapy dla wybranego punktu dostosowania aby zobaczyd wielkośd błędu
transformacji dla danego punktu (
. Jak wynika z tabeli transformacji błędy te są znikome i nie
przekraczają 50 cm.
Możesz obecnie zapisad wynik transformacji ortofotomapy z zastosowaniem obliczonego równania
transformacji.
14. Z menu Georeferencing wybierz Rectify (czyli rektyfikuj) – wyświetli się okienko Save As (
).
Zauważ, że program sugeruje rozdzielczośd mapy będącej wynikiem transformacji równą ok. 0,84 m –zmieo ją
na okrągły 1 m a następnie w Output Location ustaw ścieżkę dostępu do katalogu roboczego – wskazujesz
tam tylko katalog roboczy Dane, nazwę pliku wpisujesz w innym miejscu! Następnie wybierz format zapisu dla
ortofotomapy w układzie 1992 – niech będzie to format TIFF (ściślej jest to GeoTIFF) i podajesz nazwę pliku –
Kampus_topo_1992.
Rys. 8. Okno polecenia Rectify z ustawieniami dla mapy będącej wynikiem kalibracji
Dla zainteresowanych:
Zwród uwagę na opcje w pozycji Resample Type czyli metoda przepróbkowania:
• Nearest Neighbor (for discrete data) – przepróbkowanie metodą najbliższego sąsiada
Wartości pikseli w macierzy będącej wynikiem transformacji odpowiadają wartościom pikseli w macierzy
podlegającej transformacji przy czym każdy „nowy” piksel otrzymuje wartośd pochodzącą z jednego piksela
obrazu oryginalnego – tego, który znajduje się najbliżej środka nowego piksela (należy sobie to wyobrazid, jako
dwie siatki kwadratów nałożone na siebie). Metoda stosowana zawsze dla danych dyskretnych ponieważ jako
jedyna nie zmienia wartości pikseli.
• Bilinear Interpolation (for continuous data) – przepróbkowanie metodą interpolacji
dwuliniowej Wartości pikseli w macierzy będącej wynikiem transformacji są wartościami średnimi pikseli z
macierzy oryginalnej przy czym nowy piksel otrzymuje wartośd będącą średnią ważoną z 4 najbliżej
położonych pikseli oryginału (2x2 piksele). Metoda stosowana wyłącznie dla danych ilościowych.
• Cubic Convolution (for continuous data) – przepróbkowanie metodą splotu sześciennego
Wartości pikseli w macierzy będącej wynikiem transformacji są wartościami średnimi pikseli z macierzy
oryginalnej przy czym nowy piksel otrzymuje wartośd będącą średnią ważoną z 16 najbliżej położonych pikseli
oryginału (4x4 piksele). Metoda stosowana wyłącznie dla danych ilościowych.
W naszym przypadku powinniśmy wybrad metodę najbliższego sąsiada ponieważ dane na mapie topograficznej
są danymi jakościowymi.
15. Po ustawieniu wszystkich parametrów w oknie wybierz Save; następnie dodaj mapę do projektu.
8
16. Po wyświetleniu skalibrowanego podkładu Kampus_topo_1992.tif sprawdź jej metadane w oknie właściwości
warstwy; zwród uwagę na wartości współrzędnych w pozycji Extent – są to współrzędne układu 1992; mapa
posiada więc współrzędne układu 1992 natomiast w dalszym ciągu nie posiada zdefiniowanego systemu
odniesieo przestrzennych – nie podawaliśmy bowiem tych informacji dotychczas.
Aby wprowadzid definicję systemu odniesieo przestrzennych możesz skorzystad z narzędzia ArcToolbox bądź
z ArcCatalogu. Obecnie użyjesz w tym celu Toolboxa, natomiast w dalszej części dwiczenia podobną czynnośd
przeprowadzisz w aplikacji ArcCatalog.
17. Włącz ArcToolbox
i znajdź grupę narzędzi Data Management Tools > Projections and
Transformations.
18. Uruchom polecenie Define Projection umożliwiające zdefiniowanie systemu odniesieo przestrzennych
dla mapy, która zapisana jest w określonym układzie współrzędnych.
19. Podstaw warstwę Kampus_topo_1992.tif jako Input Dataset a następnie w polu Coordinate System
wybierz ikonę
- wyświetli się okno Spatial Reference Properties.
Jednym ze sposobów podstawienia definicji układu 1992 jest zaimportowanie jej z warstwy, która taki układ ma
już zdefiniowany; może to byd mapa topograficzna M34_64D_d3.tif, która będzie używana w czasie digitalizacji.
20. Korzystając z opcji Import wczytaj definicje układu 1992 z mapy M34_64D_d3.tif, którą znajdziesz w swoim
katalogu roboczym; następnie zamknij okno Spatial Reference Properties oraz zatwierdź
ustawienia w oknie Define Projection.
21. Usuo z projektu obraz Kampus_topo_obraz.jpg skoro dysponujesz już wersją skalibrowaną tego zbioru.
22. Następnie dodaj do projektu zarówno skalibrowaną wersję obrazu czyli Kampus_topo_1992.tif jak i
oryginalną mapę topograficzną M34_64D_d3.tif zakupioną w WODGiKu.
23. Sprawdź dokładnośd nakładania się obydwóch map (pomocne będzie znane Ci już narzędzie Effects,
dostępne PPKW).
24. Usuo z okna skalibrowaną wersję mapy topograficznej Kampus_topo_1992.tif – w dalszej części
dwiczenia będziemy pracowali na oryginalnej wersji tej mapy udostępnionej przez WODGiK w Krakowie
(M34_64D_d3.tif).
CZĘŚĆ 2. WEKTORYZACJA
25. Dodaj do projektu ortofotomapę lotniczą Kampus_ortofoto.jpg oraz sprawdź dokładnośd nakładania się
ortofotomapy na mapę topograficzną M34_64D_d3.tif.
26. Oceo różnice w zagospodarowaniu terenu jakie nastąpiły pomiędzy rokiem 1996 (data aktualizacji treści
mapy) i 2009 (data zarejestrowania zdjęcia lotniczego).
?
Porównaj sposób przedstawienia zjawisk i obiektów na obydwóch mapach – na czym polega zasadnicza różnica?
Dysponujesz dwoma podkładami do digitalizacji różniącymi się zakresem treści, sposobem jej przedstawienia oraz
aktualizacją. Podkłady te wykorzystasz do opracowania wektorowej mapy zagospodarowania terenu najbliższej
okolicy IGiGP UJ. Granice obszaru badao wyznacza zasięg ortofotomapy lotniczej.
W pierwszej części digitalizacji z mapy topograficznej wprowadzone zostaną następujące elementy treści:
geodezyjny punkt wysokościowy – jako przykład obiektu punktowego,
cieki i drogi – przykłady obiektów liniowych,
las – jako przykład obiektu powierzchniowego.
Następnie z ortofotomapy lotniczej zdigitalizowane zostaną:
budynki – jako przykłady obiektów powierzchniowych wymagających generalizacji,
drogi – tam gdzie wymagana jest aktualizacja mapy topograficznej.
9
TWORZENIE BAZY DANYCH I KLAS OBIEKTÓW
Przed przystąpieniem do digitalizacji musisz utworzyd warstwy wektorowe, w których będą zapisywane wyniki
wektoryzacji. Jedną z możliwości jest utworzenie zbiorów w formacie Shapefile, jednak możliwości w zakresie
edycji danych wektorowych w ArcGIS są większe, jeśli dane wektorowe zapisywane są w bazie danych. Dlatego
wybierzemy format zapisu danych wektorowych w postaci tzw. personalnej bazy danych (personal
geodatabase). Strukturę bazy danych zdefiniujesz w aplikacji ArcCatalog.
27. Przejdź do aplikacji ArcCatalog, a następnie w drzewie katalogów wskaż katalog roboczy Dane.
28. Uruchom narzędzie definiowania personalnej bazy danych w formacie MS Access wybierając z menu File
New > Personal Geodatabase; w katalogu Dane pojawi się plik o rozszerzeniu *.mdb (czyli
rozszerzeniu bazy danych w formacie MS Access) – wpisz nazwę bazy danych Wektoryzacja.mdb.
Do bazy danych zaimportujesz jedną warstwę w formacie Shapefile, zawierająca ramkę obszaru, który będzie
podlegad wektoryzacji, a następnie utworzysz nowe klasy obiektów.
29. Pod prawym klawiszem myszy wybierz Import > Feature Class Single i wczytaj warstwę
Ramka.shp nadając jej taką samą nazwę w bazie danych nadając jej taką samą nazwę w bazie danych (w
okienku Output Feature Class).
Zdefiniujemy teraz pierwszą klasę obiektów, w której będą zapisywane digitalizowane obiekty punktowe.
30. Pod prawym klawiszem myszy wybierz New > Feature Class – wyświetli się okno New Feature
Class (ryc. 10); nadaj nazwę Reper, oraz wybierz typ obiektów punktowych (Type: Point Features).
Rys. 9. Definiowanie nowej klasy obiektów punktowych o nazwie Reper
31. Przejdź do drugiego okna i zaimportuj definicję systemu odniesieo przestrzennych, podobnie jak to robiliśmy w
ArcToolbox (przycisk Import); kolejne okna zatwierdź z ustawieniami domyślnymi.
32. Po utworzeniu warstwy Reper sprawdź, czy faktycznie została ona zapisana otwierając w ArcCatalogu bazę
Wektoryzacja.mdb – w środku powinny się znajdowad dwie klasy obiektów – Ramka oraz Reper.
33. W ten sam sposób zdefiniuj pozostałe klasy obiektów:
Cieki – obiekty liniowe (Line Feature)
Drogi – obiekty liniowe (Line Feature)
Budynki – obiekty powierzchniowe (Polygon Feature)
Lasy – obiekty powierzchniowe (Polygon Feature)
10
Sprawdzenie czy dla poszczególnych klas obiektów wybraliśmy właściwy typ obiektu wektorowego (punkt,
linia, poligon) ułatwiają ikony obok ich nazw (
Rys. 10. Właściwie zdefiniowana struktura bazy danych Wektoryzacja.mdb
34. Zamknij ArcCatalog i wród do ArcMap, a następnie dodaj do projektu wszystkie klasy obiektów utworzone w
bazie danych Wektoryzacja.mdb.
!
Warstwy wektorowe nie zawierają jeszcze żadnych obiektów, dlatego unikaj zmiany powiększenia mapy z
użyciem narzędzia Full Extent – program nie potrafi zlokalizowad obiektów na mapach wektorowych i
„gubi się”. Jeśli chcesz zmienid powiększenie na takie, które umożliwia zobaczenie całego podkładu, skorzystaj z
narzędzia Zoom to Layer (PPKM).
DEFINIOWANIE ATRYBUTÓW
Wektoryzacja wiąże się często z wprowadzaniem atrybutów digitalizowanych obiektów. Aby możliwe było
wpisywanie atrybutów muszą one zostad wcześniej zdefiniowane przez dodanie do tabeli danej warstwy
wektorowej dodatkowych kolumn atrybutowych (Field). Kolumny atrybutowe można dodawad do tabeli tylko
wtedy, gdy warstwa nie znajduje się w trybie edycji geometrii.
Zdefiniujesz obecnie atrybuty dla kilku klas wektoryzowanych obiektów:
warstwa Reper: atrybut Wysokosc, w którym zapisana będzie wysokośd punktu geodezyjnego; będzie to
atrybut liczbowy typu zmiennoprzecinkowego (Float), bowiem wysokości punktów geodezyjnych na
mapach podawane są z dokładnością do dziesiętnych części metra,
warstwa Budynki: atrybut Nazwa, w którym zapisywane będą nazwy budynków UJ; atrybut tekstowy
(Text) o długości 50 znaków,
warstwa Drogi: atrybut Rodzaj, w którym zapisywane będą rodzaje dróg; atrybut tekstowy (Text) o
długości 50 znaków.
35. Wyświetl tabelę atrybutową warstwy Reper klikając prawym przyciskiem myszy na nazwę warstwy i wybierając
Open Attribute Table.
W tabeli nowo utworzonej klasy obiektów należącej do bazy danych znajdują się minimum dwie domyślne
kolumny atrybutowe:
• OBJECTID – identyfikator generowany automatycznie przez program podczas wprowadzania obiektów,
• SHAPE – klasa obiektu wektorowego (Point, Polyline, Polygon).
Dla klas obiektów liniowych i powierzchniowych dodatkowo generowane są atrybuty geometrii – długośd
obiektu (SHAPE Legth) i jego powierzchnia (SHAPE Area).
36. Aby dodad nową kolumnę z meny Table Options
wybieramy polecenie Add Field.
37. W oknie dialogowym Add Field podaj nawę Wysokosc (bez polskich znaków) oraz wybierz typ
danych Float (
), który pozwala na zapisywanie danych liczbowych wyrażonych w liczbach
rzeczywistych; pozostałych pozycji okna Add Field nie musisz wypełniad.
11
Rys. 11. Definiowanie atrybutu liczbowego Wysokosc, zapisywanego w postaci liczby rzeczywistej
Tab. 1. Najważniejsze typy danych atrybutowych
Short Integer
liczbowe, całkowite, 16 bitowe
Long Integer
liczbowe, całkowite, 64 bitowe
Float
liczbowe, zmiennoprzecinkowe, 32 bitowe
Double
liczbowe, zmiennoprzecinkowe, 64 bitowe
Text
tekstowe, alfanumeryczne
Data
data, czas
Ostatnią czynnością przed rozpoczęciem digitalizacji jest uruchomienie trybu edycji warstw wektorowych–
domyślnie bowiem geometria warstw wektorowych wyświetlana jest w trybie tylko do odczytu.
38. Upewnij się, że masz wyświetlony pasek narzędziowy Editor (ryc. 11) – jeśli nie, włącz go, podobnie jak
wcześniej pasek Georeferencing.
Rys. 12. Pasek narzędziowy edytora:
1 – menu (m.in. uruchamianie edycji, dociąganie węzłów i in. narzędzia)
2 – narzędzie Edit Tool służące do edycji geometrii zdigitalizowanych wcześniej obiektów
3 – narzędzie EditAnnotation służące do edycji etykiet tekstowych
4 – narzędzie Segment – digitalizacji obiektów typu liniowego jako linii łamanej
5 – narzędzie digitalizacji łuków (arc) – End Point Arc Segment (tworzy łuk przechodzący przez punkt leżący na koocu łuku)
6 – narzędzie digitalizacji obiektów punktowych
7 – narzędzie Edit Verices służące do edycji węzłów
8 – zmiana kształtu obiektu
9 – dzielenie poligonów
10 – dzielenie linii
11 – obrót obiektu
12 – wyświetlanie okna atrybutów digitalizowanego/edytowanego obiektu
13 – wyświetlanie współrzędnych węzłów obiektu
14 – wyświetlanie okna głównego Create Feature (utwórz obiekt )
39. Korzystając z menu Editor uruchom edycję wybierając Start Editing. W oknie Start Editing, wybierz przestrzeo
roboczą geobazy Wektoryzacja.mdb wskazując ją w okienku Source.
!
Jeśli w trakcie uruchamiania edycji wyświetli się okno informujące o różnych systemach odniesieo
przestrzennych, oznacza to, że któraś warstwa nie ma zdefiniowanego systemu, bądź ma zdefiniowany inny
system niż pozostałe.
12
CHARAKTERYSTYKA NARZĘDZI EDYTORA
Menu paska narzędziowego edytora
Większośd narzędzi edycyjnych jest dostępna z paska narzędzi Editor. Przez menu edytora mamy dostęp do
trzech najważniejszych funkcji:
Start Editing – rozpoczyna sesję edycji
Stop Editing – kooczy sesję edycji
Save Edits – zapisuje zmiany wykonane w czasie sesji edycji
oraz m.in. do opcji:
Move - przesunięcie obiektu o zadany wektor
Split - linia dzielona jest na odcinki o określonej długości
Construct points – na linii dzielona jest na określoną liczbę odcinków
Copy Parallel - tworzona jest linia równoległa
Merge - obiekty są łączone nie tworząc nowego elementu
Buffer - wokół obiektu tworzony jest bufor
Union - obiekty zostają połączone tworząc nowy element
Clip - z dwóch lub więcej obiektów zostaje wycięta częśd wspólna (jako nowy obiekt)
Poprzez More Editing Tools otrzymujemy dostęp do zaawansowanych narzędzi edycji, m.in. narzędzi
edycji topologicznej, a przez Snapping do ustawieo opcji automatycznego dociągania (opisanych poniżej).
Narzędzie edycji geometrii
W czasie trwania sesji edycji obiekty (poligony lub linie) wyświetlają się na dwa sposoby. Z pierwszym (tryb edycji)
mamy do czynienia w czasie rysowania elementu – widzimy wtedy zarówno węzły, jak i krawędzie. Po zakooczeniu
edycji węzły nie są wyróżnione graficznie (
Rys. 13. Obiekt liniowy w trybie edycji i po jej zakooczeniu
Podgląd węzłów w trybie edycji, np. w sytuacji, gdy chcemy poprawid źle zdigitalizowaną linię bądź też dodad lub
usunąd węzeł uzyskujemy po dwukrotnym kliknięciu na dany element obiektu kursorem myszy, po uprzednim
wybraniu narzędzia Edit Tool – ikona
w pasku narzędziowym edytora. Narzędzie to pozwala jednak
przede wszystkim na wskazywanie obiektów warstwy podczas edytowania.
13
Dla zainteresowanych:
Różne narzędzia edycji danych wektorowych dostępne są w rozwijanym menu Trace
na pasku narzędzi
edytora. Dostępnośd niektórych zależy od typu danych.
Niezależnie od narzędzia, zakooczenie edycji danego obiektu warstwy odbywa się przez dwukrotne kliknięcie
lewym przyciskiem myszy w miejscu ostatniego węzła linii lub poligonu (nie dotyczy to oczywiście punktu, w
przypadku, którego edycja ogranicza się tylko do jednego kliknięcia).
Właściwości geometryczne tworzonego obiektu
Możemy dokładnie definiowad współrzędne węzłów poligonu i linii oraz punktów. Służy do tego okno Sketch
Properties, wywoływane ikoną
Wyświetlają się w nim współrzędne wszystkich węzłów obiektu (
). Pola, w których podane są wartości X i Y są edytowalne i można w nich zmieniad położenie węzłów.
Kliknięcie Finish Sketch kooczy edycję właściwości obiektu.
Wartości X i Y pojawią się tylko wtedy, gdy dany obiekt jest w trybie edycji.
Rys. 14. Podgląd współrzędnych węzłów edytowanego obiektu
Atrybuty tworzonego obiektu
Jeśli digitalizowanym obiektom zamierzamy przypisad atrybuty, tuż po zakooczeniu edycji danego obiektu, ale
przed zakooczeniem sesji edycji, klikamy ikonę
- pojawi się okno atrybutów aktualnie wybranego obiektu
).
14
Rys. 15. Okno atrybutów obiektu – punkt wysokościowy ID 3 z atrybutem w postaci wartości wysokości 195 m n.p.m.
Przypisanie atrybutu nie będzie możliwe, jeżeli żaden obiekt warstwy nie jest wskazany. Atrybuty można również
przypisywad w trakcie edycji tabeli atrybutowej, wpisując wartośd atrybutu (np. wysokośd n.p.m.) do
odpowiedniej kolumny tabeli i odpowiedniego wiersza, który reprezentuje dany obiekt.
Automatyczne dociągnie węzłów
W większości przypadków digitalizowane linie muszą się ze sobą stykad – na przykład miejsca zbiegu potoków i
rzek, skrzyżowania dróg, węzły sieci telekomunikacyjnych, itp. Aby mied pewnośd, że digitalizowane obiekty są ze
sobą styczne korzystamy z opcji automatycznego dociągania węzłów (Snapping). Wprowadzany w danej chwili
węzeł może byd przyciągany do punktów koocowych linii, do dowolnego węzła linii lub do najbliższego miejsca na
danej linii (
).
Rys. 16. Opcje automatycznego dociągania węzłów dla obiektów liniowych i powierzchniowych
W ArcGIS 10 opcje automatycznego dociągania węzłów zostały rozdzielone na dwa niezależne zestawy narzędzi –
Classic Snapping oraz Snapping Toolbar. W trakcie edycji można korzystad tylko z jednego z nich.
Decyduje o tym opcja znajdująca się w zakładce General okna Editing Options wywoływanego z menu
Editor > Options (
). Zaznaczenie opcji Use classic snapping powoduje, że w trakcie edycji
używane jest okno Snapping przedstawione na
15
Rys. 17. Okno ustawieo ogólnych edytora z zaznaczoną opcją Use classic snapping
Po zaznaczeniu opcji Use classic snapping okno z narzędziami automatycznego dociągania węzłów
Classic Snapping wyświetlamy z menu Editor > Snapping > Snapping Window.
Rys. 18. Okno Classic Snapping
Okno Classic Snapping umożliwia wybór warstw w których działa automatyczne dociąganie węzłów.
Uwaga: jeśli opcja Use classic snapping nie jest zaznaczona w oknie ustawieo ogólnych, wówczas w menu
Editor > Snapping uzyskujemy dostęp jedynie do paska narzędziowego Snapping Toolbar (
Rys. 19. Pasek narzędziowy Snapping:
1 – menu Snapping
2 – dociąganie do obiektów punktowych (Point Snapping)
3 – dociąganie do węzła koocowego linii (End Snapping)
4 – dociąganie do dowolnego węzła linii/poligonu (Vertex Snapping)
5 – dociąganie do dowolnego miejsca na krawędzi linii/poligonu (Edge Snapping)
Uwaga: wyświetlony pasek narzędziowy Snapping pozwala jedynie na wybór, do których części obiektów chcemy
zastosowad dociąganie, nie można w nim ograniczad działania dociągania do wybranych warstw.
16
Definiowanie zasięgu przestrzennego w jakim działa automatyczne dociąganie węzłów
Zasięg działania automatycznego dociągania węzłów definiujemy podając promieo odległości (Snapping
Tolerance), w jakiej przyciąganie będzie aktywne. Jeśli operujemy narzędziami Classic Snapping, wówczas
mamy możliwośd wyrażenia promienia w jednostkach układu współrzędnych (Map units; w przypadku układu
1992 w metrach), bądź w pikselach (
), jeśli natomiast używamy paska narzędziowego Snapping
Toolbar, promieo wyraża się jedynie w pikselach (
Rys. 20. Okno opcji automatycznego dociągania węzłów dla zestawu narzędzi Classic Snapping – definiowanie promienia
w jednostkach układu współrzędnych (metrach)
Rys. 21. Okno opcji automatycznego dociągania węzłów dla paska narzędziowego Snapping Toolbar – definiowanie
promienia w pikselach
Omówione powyżej narzędzia edytora wykorzystasz w trakcie digitalizacji.
Digitalizacja obiektów
W pierwszej części digitalizacji będziemy korzystad z mapy topograficznej, z której zdigitalizowane zostaną: punkt
geodezyjny, cieki i lasy. Następnie, korzystając z ortofotomapy zdigitalizujemy wybrane budynki Kampusu UJ.
Digitalizację rozpoczniesz od obiektu punktowego – będzie to geodezyjny punkt wysokościowy przedstawiony na
mapie topograficznej, na południe od ul. Gronostajowej (wysokośd 210,8 m n.p.m.).
Uwaga: przed rozpoczęciem digitalizacji należy wyłączyd możliwośd selekcji ramki – w przeciwnym razie selekcja
ramki będzie uniemożliwiała nam selekcję innych obiektów znajdujących się wewnątrz.
40. Aby wyłączyd możliwośd selekcji dowolnej warstwy – w naszym przypadku Ramki – zmieo zakładkę w oknie
Table of Contents na List by Selection
41. Nastepnie dla warstwy Ramka odznacz
- warstwa ta zostanie przeniesiona pod Not Selectable
).
17
Rys. 22. Okno List by Selection z wyłączoną możliwością selekcji dla warstwy Ramka
42. Po uruchomieniu edycji dla geobazy Wektoryzacja.mdb wyświetla się okno Create Features z wykazem
wszystkich klas obiektów zdefiniowanych w geobazie. Klikając dwukrotnie na górną belkę tego okna możesz go
zakotwiczyd.
43. Powiększ mapę, tak aby widzied dokładnie punkt wysokościowy 210,8 przy ul. Gronostajowej.
44. Aby przejśd do digitalizacji obiektów w warstwie Reper wskaż ją w oknie – domyślnie zostanie wybrane
narzędzie digitalizacji punktów w Construction Tools.
45. Wskaż środek sygnatury punktu wysokościowego klikając jednorazowo lewym klawiszem myszy – pojawi się
kółeczko (domyślnie w kolorze niebieskim).
46. Po zdigitalizowaniu punktu otwórz okno atrybutów korzystając z ikony
i wpisz wartośd atrybutu
Wysokosc równą 210,8 zwracając uwagę na separator miejsc dziesiętnych (może byd nim przecinek albo
kropka!).
47. Po zdigitalizowaniu punktu zapisz zmiany w menu Edytor > Save Edits.
48. Zanim rozpoczniesz digitalizację obiektów liniowych zauważ, że niektóre cieki wykraczają poza granicę
obszaru, którą wyznacza poligon na warstwie Ramka; pamiętaj, że digitalizację obiektów liniowych i
powierzchniowych, które wykraczają poza granicę, kooczymy na granicy.
49. Przechodząc do digitalizacji cieków zwród uwagę, że cieki te wykraczają poza granicę interesującego nas
obszaru. Ich digitalizację będziesz przerywad na granicy pokazanej na warstwie Ramka. Aby ostatni węzeł
każdego cieku pokrywał się z granicą, przydatna będzie funkcja automatycznego dociągania węzłów.
50. Uaktywnij narzędzia Classic Snapping.
51. Z menu edytora wybierz Snapping > Snapping Window.
52. Ponieważ granica obszaru ma kształt prostokątny, ramka składa się tylko z czterech węzłów, a więc jedyną
możliwością jest w tym przypadku dociąganie punktów koocowych cieków do krawędzi (opcja Edge) - ustaw
dociąganie węzłów do krawędzi ramki.
53. Zdefiniuj promieo dociągania równy 10 metrów w menu Editor > Snapping > Options >
Snapping tolerance: 10 map units oraz włącz wyświetlanie wskazówek dotyczących dociągania
Show snap tips.
54. Po ustawieniu opcji automatycznego dociągania wskaż warstwę Cieki w okienku Create Features –
domyślnie wybierane jest narzędzie digitalizacji prostej łamanej
Rozpocznij digitalizację pierwszego cieku w miejscu gdzie przecina się on z ramką (
Błąd! Nie można
odnaleźd źródła odwołania.
); zdigitalizuj pierwszy węzeł, jak na rycinie 23. Zauważ, że nie musisz ustawiad
kursora myszy dokładnie na ramce – zasięg działania dociągania sygnalizowany jest kółeczkiem; aby
wprowadzid drugi węzeł musisz wyłączyd dociąganie odznaczając Edge, ponieważ drugi węzeł nie może byd
umieszczony na ramce (
Błąd! Nie można odnaleźd źródła odwołania.
); kolejne kliknięcia będą tworzyły
dalsze węzły linii. Punkty węzłów powinny byd tak dobierane by powstająca linia, oddawała wiernie przebieg
cieku na mapie; unikaj wprowadzania zbędnych węzłów, które nie wnoszą nic do obrazu danego obiektu bądź
18
zmieniają ten obraz w stosunku do oryginału na digitalizowanym podkładzie; po zakooczeniu digitalizacji
cieków zapisz zmiany.
Ostatnim wektoryzowanym elementem treści mapy topograficznej będą lasy, a w zasadzie fragment jednego
kompleksu leśnego przy zachodnim koocu ul. Gronostajowej. Również w tym przypadku przydatna będzie
funkcja automatycznego dociągania węzłów ponieważ zasięg lasu wykracza poza ramkę a dodatkowo na
jednym odcinku jego granica biegnie dokładnie wzdłuż wcześniej zdigitalizowanego cieku. Opcja
automatycznego dociągania do ramki (Edge) oraz do cieków (End) będzie musiała byd kilka razy włączona i
wyłączona.
55. Wybierz warstwę Lasy w oknie Create Features, a następnie za pomocą domyślnego narzędzia
Poligon (widocznego w okienku Construction Tools) zdigitalizuj kompleks leśny w granicach
wyznaczonych przez ramkę; digitalizację poligonu przeprowadza się analogicznie, jak w przypadku linii
ponieważ digitalizowana jest zawsze jego granica; ponieważ granica ta jest linią zamkniętą, digitalizację kooczy
się w miejscu, gdzie się ją rozpoczęło, a ściślej tuż obok, tzn. ostatnim digitalizowany węzłem jest węzeł
położony najbliżej węzła początkowego; aby zakooczyd digitalizację poligonu klikamy lewym klawiszem myszy
dwukrotnie; po zakooczeniu digitalizacji zapisz zmiany.
Przejdziesz obecnie do digitalizacji budynków Kampusu UJ przedstawionych na ortofotomapie lotniczej. Ich
wektoryzacja będzie wymagad uproszczenia rzutów budynków, a więc pewnej generalizacji. Przyglądnij się rzutom
budynków, które są zobrazowane na ortofotomapie a jednocześnie w wersji zgeneralizowanej przedstawione są na
mapie topograficznej.
56. Podstaw warstwę Budynki w oknie Create Features
i
zdigitalizuj
budynek
Centrum
Badao
Przyrodniczych UJ (ul. Gronostajowa 3) starając się, aby wynik był zbliżony do tego przedstawionego na
digitalizując południową ścianę budynku możesz spróbowad wykorzystad narzędzie umożliwiające
wprowadzenie łuków Arc Tool
Rys. 25. Digitalizacja cieku – drugi węzeł (na czerwono) zdigitalizowany po wyłączeniu
automatycznego dociągania
Rys. 24. Digitalizacja cieku – działanie automatycznego dociągania do ramki
Rys. 23. Dygitalizacja cieku – drugi węzeł (na czerwono) zdigitalizowany po wyłączeniu automatycznego
przyciągania
19
57. Po zdigitalizowaniu podaj wartośd atrybutu Nazwa – wpisując Centrum Badao Przyrodniczych UJ; następnie
zdigitalizuj kompleks główny Kampusu (ul. Gronostajowa 7) podobnie jak na
, a następnie również wpisz
nazwę czyli Kompleks Nauk Biologicznych UJ; zapisz zmiany.
Dla zainteresowanych:
Edycja topologiczna
Ostatnim punktem dwiczenia z digitalizacji jest zapoznanie się z edycją danych wektorowych zachowującą relacje
topologiczne pomiędzy obiektami. Zalety stosowania edycji topologicznej poznasz na przykładzie edycji fragmentu
wektoryzowanej treści mapy topograficznej w miejscu, gdzie dokładnie wzdłuż granicy lasu płynie ciek. Tak więc
będzie tu chodzid o relacje topologiczne pomiędzy obiektami na warstwach Lasy i Cieki.
58. Z menu edytora wybierz More Editing Tools > Topology – wyświetli się pasek narzędziowy
Topology (
59. Wybierz z niego jedyną aktywna ikonę
Map Topology, a następnie w okienku o tej samej nazwie
zaznacz dwie warstwy: Cieki i Lasy (
60. W celu przeprowadzenia edycji topologicznej wybierz narzędzie Topology Edit Tool
a następnie wskaż wspólny węzeł, na koocu cieku, a jednocześnie na granicy lasu – zostanie on wyróżniony
Rys. 26. Zwektoryzowane budynki Kampusu UJ
Rys. 27. Pasek narzędziowy Topology oraz okno Map Topology z wybranymi warstwami, które
będą edytowane z zachowaniem relacji topologicznych
20
graficznie (
); następnie wyświetl informacje o obiektach, które są w tym przypadku powiązane relacjami
topologicznymi za pomocą narzędzia Show Shared Features (
61. Zamknij okno Shared Features i upewnij się że wszystkie opcje dociągania są wyłączone.
62. Przesuo za pomocą narzędzia Topology Edit Tool wspólny węzeł cieku i granicy lasu w inne miejsce, a
następnie upewnij się, że przesunięta została zarówno granica lasu, jak i sam ciek; następnie wybierz z menu
Edit > Undo move element(s).
63. Zakoocz edycję geobazy wybierając w menu Edytor > Stop Editing, a następnie zapisz zmiany w
geobazie oraz w całym projekcie.
ZADANIE
Korzystając z mapy topograficznej zdigitalizuj drogi znajdujące się na obszarze objętym ramką; zastosuj rodzaje dróg
zgodne z legendą mapy topograficznej 1:10 000. Legendę znajdziesz w katalogu Dane (M34_64D_d3_legenda.jpg).
Następnie porównaj przebieg ulicy Gronostajowej na mapie topograficznej i na ortofotomapie. Zaktualizuj zapis
wektorowy ul. Gronostajowej edytując wcześniej zdigitalizowane obiekt. W trakcie edycji przydatne mogą byd
narzędzia edycji topologicznej.
Rys. 28. Edycja topologiczna – wybrany węzeł wspólny dla geometrii cieku i lasu oraz okno z informacją o
obiektach powiązanych relacjami topologicznymi