plik


ÿþGeoinformatyka wiczenie 7  Modele wysoko[ci i ich pochodne. Interpolacja, algebra map. opracowanie: Katarzyna Ostapowicz ZakBad SIGKiT IGiGP UJ Kraków, 2011 Cel Celem wiczenia jest przedstawienie mo|liwo[ci analizy map przedstawiajcej okre[lon cech [rodowiska. Wybrana zostaBa charakterystyczna cech, wysoko[ bezwzgldna dlatego przedstawione zostan przede wszystkim mo|liwo[ci analizy powierzchni topograficznej. SBowa klucze: TIN, DEM, interpolacja przestrzenna, IDW, trend powierzchniowy, poligony Thiessena, mapa nachyleD, ekspozycji, widoczno[ci, reklasyfikacja, algebra map Dane ·ð model TIN opracowany w ramach projektu LPIS (m34_088aa4; zródBo danych WODGIK) ·ð SRTM DEM (zródBo http://srtm.usgs.gov/) ·ð punkty wysoko[ciowe; warstwa shapefile punkty (zródBo: wygenerowane z SRTM DEM) Tok postpowania Wy[wietl projekt modele.mxd W oknie mapy widzisz dwa modele TIN i STRM DEM. Prac w tym wiczeniu zaczniesz od przyjrzenia si tym dwóm typom zapisu informacji o wysoko[ci bezwzgldnej. TIN Model TIN (Triangulated Irregular Network)  struktura modelu reprezentuje powierzchni w postaci ssiadujcych ze sob i nie pokrywajcych si trójktów. TIN tworzy si na podstawie zbioru punktów o znanych wspóBrzdnych x, y, z wykorzystujc np. triangulacj Delaunaya (Longley i in. 2006, s. 196-197). Jedn z warstw zawartych w dokumencie mapy modele.mxd jest model TIN Ryc. 1. Model TIN Powiksz fragment modelu TIN i zmieD ustawienia w Layer Properties w zakBadce Symbology (Ryc. 2) tak aby byBa widoczna peBna struktura TIN (ryc. 3) 2 Ryc. 2. Ustawienia Layer Properties Ryc. 3. Fragment modelu TIN WyBcz w ustawieniach Layer Properties, w zakBadce Symbolowy wy[wietlanie  Edge type (Ryc. 3) Ryc. 4. Ustawienia Layer Properties 3 Ryc. 5. Model TIN ze zmienionymi ustawieniami ? Jak wyglda struktura modelu TIN? Co wiesz o tego typu modelach wysoko[ci? WyBcz wy[wietlanie warstwy TIN Model rastrowy Innym typem zapisu danych wysoko[ciowych jest rastrowy model wysoko[ci, w dokumencie mapy znajduje si przykBad takiego modelu warstwa SRTM DEM  warstwa srtm.img. Wicej na temat SRTM DEM znajdziesz na stronie: http://srtm.usgs.gov/ z tej strony równie| mo|esz pozyska te dane. Na analizowanym obszarze maksymalna wysoko[ to 1725 m n.p.m (Babia Góra). Sprawdz jaka jest maksymalna wysoko[ modelu (Layer Properties, zakBadka Source) rastrowego Ryc. 6. Fragment modelu SRTM DEM ? Jak wyglda struktura rastrowego modelu wysoko[ci? Co wiesz o tego typu modelach wysoko[ci? 4 Konwersja TIN àð Raster W kolejnym kroku przekonwertuj korzystajc z narzdzia ArcToolbox > 3D Analyst Tools > Conversion > From TIN > TIN to Raster model TIN do modelu rastrowego. Wykonaj ta operacj najpierw dla rozdzielczo[ci przestrzennej 10m (Ryc. 7), a nastpnie dla 90m (Ryc. 8) Ryc. 7. Ustawienia dla rozdzielczo[ci przestrzennej 10m Ryc. 8. Ustawienia dla rozdzielczo[ci przestrzennej 90m Porównaj histogramy rozkBadu warto[ci na dwóch analizowanych modelach ? Jakie widzisz ró|nice w sposobie przedstawiania wysoko[ci bezwzgldnych na analizowanych modelach? Ryc. 9. Fragmenty czterech modeli wysoko[ci (do lewej): TIN, model rastrowy (wynik konwersji TIN-raster, rozdzielczo[ przestrzenna 10m), model rastrowy (wynik konwersji TIN-raster, rozdzielczo[ przestrzenna 90m), SRTM DEM Zadanie Sprawdz dla 20 dowolnie wybranych punktów warto[ci wysoko[ci bezwzgldne na modelu SRTM DEM oraz na modelu rastrowym 90m. Jak ró|ni si od siebie warto[ci [rednie wysoko[ci bezwzgldnej i odchylenie standardowe w dwóch analizowanych modelach, w wybranych punktach? 5 Poziomice Wygeneruj poziomice z modelu TIN korzystajc z narzdzia ArcToolbox > 3D Analyst Tools > Terrainand TIN Surface > Surface Contour (Ryc. 10) ! Wybierz interwaB wysoko[ci 100m (contour interval 100) oraz poziomic podstawow równ 800m (Base contour 800) Ryc. 10. Ustawienia narzdzia TIN Contour Wygeneruj poziomice z modelu rastrowego o rozdzielczo[ci przestrzennej 10 m (model uzyskany z konwersji TIN-raster) korzystajc z narzdzia ArcToolbox > Spatial Analyst Tools > Surface > Contour ! Wybierz interwaB wysoko[ci 100m (contour interval 100) oraz poziomic podstawow równ 800m (Base contour 800) Ryc. 11. Ustawienia narzdzia Contour; generowanie poziomic z modelu rastrowego (10m) Wygeneruj poziomice z modelu SRTM DEM korzystajc z narzdzia ArcToolbox > Spatial Analyst Tools > Surface > Contour ! Wybierz interwaB wysoko[ci 100m (contour interval 100) oraz poziomic podstawow równ 800m (Base contour 800) 6 Ryc. 11. Ustawienia narzdzia Contour; generowanie poziomic z modelu SRTM DEM ? Porównaj poziomice, które uzyskaBe[ z modelu TIN i modeli rastrowych. W której lokalizacji i dlaczego wystpuj najwiksze ró|nice w przebiegu poziomic? Ryc. 12. Porównanie poziomic z trzech modeli  legenda patrz tabela zawarto[ci ? Jakie widzisz zalety a jakie wady ka|dego z modeli, kiedy sugerujesz stosowanie modelu TIN, a kiedy modeli rastrowych W ostatnich latach nastpiB znaczny postp w pozyskiwaniu danych wysoko[ciowych, kiedy[ jedn z czstych metod gromadzenia danych byBa digitalizacja poziomic lub punktów wysoko[ciowych na mapach topograficznych, z których w dalszym procesie przetwarzania, wykorzystujc m.in. ró|ne metody interpolacji przestrzennej uzyskiwano modele wysoko[ciowe. Nale|y jednak pamita, |e metody interpolacji przestrzennej s u|ywane nie tylko przy generowaniu modeli wysoko[ci ale równie| na wielu innych polach np. w klimatologii. Interpolacja przestrzenna Interpolacja przestrzenna to metoda przewidywania warto[ci zmiennych w punktach, dla których te warto[ci nie zostaBy zmierzone. Istnieje wiele metod interpolacyjnych my w tym wiczeniu zapoznamy si z trzema: metod odwrotnych odlegBo[ci, trendu oraz poligonów Thiessena. 7 Metoda odwrotnych odlegBo[ci Metoda odwrotnych odlegBo[ci (IDW  Inverse distance weighting) jest jedn z cz[ciej stosowanych metod interpolacji przestrzennej. W metodzie warto[ zmiennej w punkcie interpolacji jest wyznaczana jako [rednia wagowa z otaczajcych punktów pomiarowych. Przy czym wag jest odlegBo[ midzy punktami (Longley i in. 2006, s. 314) Wygeneruj powierzchni wykorzystujc narzdzie ArcToolbox > Spatial Analyst Tools > Interpolation > IDW (funkcje interpolacji s równie| dostpne w pasku narzdzi Geostatistical Analyst) dla trzech ró|nych ustawieD parametrów i rozdzielczo[ci przestrzennej map wyj[ciowych równej 50m. ! Kolumna z warto[ciami wysoko[ci bezwzgldnej do interpolacji to  wys Przeprowadz interpolacje trzy razy dla ró|nych ustawieD. Ustawienia 1: WykBadnik potgi (Power) = 2, liczba punktów = 10 Wynik 8 Ustawienia 2: WykBadnik potgi (Power) = 2, liczba punktów = 20 Wynik 9 Ustawienia 3: WykBadnik potgi (Power) = 1, liczba punktów = 10 Wynik ZmieD przedziaBy wysoko[ci bezwzgldnej, tak aby paleta barw byBa podzielona na 100-metrowe klasy (Ryc. 13). 10 Ryc. 13. Zmiana interwaBów wysoko[ci bezwzgldnej i zmiana palety barw. Ryc. 14. Interpolacja przestrzenna, odpowiednio od lewej stronny ustawienia parametrów 1-3 Powiksz wygenerowane mapy i sprawdz czy warto[ci uzyskane w punktach ró|ni si od warto[ci interpolowanych oraz jak ró|ni si Ryc. 15. Narzdzie Identify i sprawdzanie warto[ci wysoko[ci bezwzgldnej. Trend pierwszego i drugiego stopnia W kolejnym kroku spróbujesz sprawdzi czy w rozkBadzie wysoko[ci s obserwowane jakie[ prawidBowo[ci. Wykorzystasz metod trendu powierzchniowego. 11 Do konstrukcji powierzchni trendu pierwszego i drugiego stopnia u|yj narzdzia ArcToolbox > Spatial Analyst Tools > Interpolation >Trend Ryc. 16. Ustawienia dla trendu pierwszego stopnia Ryc. 17. Wynik  powierzchnia trendu pierwszego stopnia 12 Ryc. 18. Ustawienia dla trendu drugiego stopnia Ryc. 19. Wynik  powierzchnia trendu drugiego stopnia ? Jakie prawidBowo[ci w zró|nicowaniu analizowanej zmiennej mo|esz okre[li na postawie wygenerowanych modeli? Poligony Thiessena Jeszcze inn metod interpolacji przestrzennej s poligony Thiessena (wieloboki równego zadeszczenia lub Voronina). Metoda polega na wyznaczeniu wieloboków w granicach, których przyjmowane s warto[ci z najbli|szego punktu pomiarowego (Longley i in. 2006, s. 341) Za pomoc narzdzia Spatial Analyst Tools / Distance / Euclidean Allocation wykonaj map wieloboków Thiessena (Ryc. 20) . ? Przeanalizuj powstaB map. Sprawdz warto[ci przypisane ró|nym pikselom mapy. Jakie warto[ci maj ró|ne piksele w danym wieloboku? 13 Ryc. 20. Ustawienia  generowanie poligonów Thiessena Ryc. 21. Wynik  poligony Thiessena ZmieD ustawienia w Layer properties/symbolowy (Ryc. 22) Ryc. 22. Zmiana ustawieD palety barw 14 Ryc. 23. Poligony Thiessena po zmianie palety barw. ? Która z metod interpolacji przestrzennej jest najlepsza do obrazowania zmiennej analizowanej w wiczeniu? Jakie znasz lub sugerujesz inne zastosowania przedstawionych metod interpolacji przestrzennej Pochodne modelu wysoko[ci Z modeli wysoko[ci mo|na generowa wielu pochodnych, w wiczeniu zajmiemy si trzema: nachyleniem, ekspozycj i widoczno[ci Nachylenia Nachylenie stoku, nachylenie (spadek) to kt pBaski zawarty pomidzy powierzchni terenu a poziomem. Okre[lane jest najcz[ciej w stopniach od 0° (obszar caBkowicie pBaski, równinny) do 90° (pionowa [ciana skalna) i obliczy go mo|na z tgað przy danej ró|nicy wysoko[ci (Dðh) i odlegBo[ci w poziomie (d): tgað = Dðh/d. Nachylenie stoku mo|na równie| okre[la poprzez stosunek ró|nicy wysoko[ci (Dðh) do odlegBo[ci w poziomie (d), wyra|ony w procentach lub promilach: Dðh/d * 100% (np. 4,5% oznacza, |e na odlegBo[ci 100 m ró|nica wysoko[ci wynosi 4,5 m). Mapa nachyleD w programie ArcGIS (jak równie| w innych programach z rodziny GISc) wykonywana jest za pomoc tzw. funkcji na lokalnym ssiedztwie (focal). To typowa i bardzo rozpowszechniona klasa operacji na danych rastrowych. W jej wyniku ka|demu pikselowi mapy wynikowej (w naszym wypadku mapy nachyleD) przypisywana jest warto[, wynikajca z przetworzenia warto[ci danego piksela mapy wej[ciowej (w naszym wypadku mapy wysoko[ci) i pewnej liczby pikseli otaczajcych. A wic pojedynczy piksel nie ma nachylenia, natomiast mo|na je obliczy na podstawie np. pikseli poBo|onych w kwadracie 3 x 3. Operacje na lokalnym ssiedztwie maj szerokie zastosowanie w analizach modeli wysoko[ci, w przetwarzaniu obrazów i zdj (nie tylko satelitarnych i lotniczych). Stanowi wa|ny element morfologicznej analizy obrazów (morphological image processing). 15 Wykonaj map nachyleD na podstawie warstwy srtm.img. Wykorzystaj narzdzie Spatial Analyst Tools / Surface / Slope. srtm.img wprowadz jako Input raster, now map (output raster) nazwij nachylenia. Map wykonaj w stopniach (DEGREE). Ryc. 24. Ustawienia narzdzia slope Ryc. 25. Mapa nachyleD stoków Reklasyfikacja Spróbuj znalez obszary niekorzystne dla u|ytkowania rolniczego, czyli obszary poBo|one na stokach o nachyleniu powy|ej 6Ú. Wykonaj reklasyfikacj otrzymanej mapy nachyleD, mo|esz w tym celu skorzysta np. z narzdzia reklasyfikacji (Spatial Analyst Tools > Reclass > Reclassify) 16 Ryc. 24 Ustawienia narzdzia Reclassify Ryc. 25 Reklasyfikacja mapy nachyleD stoków Ekspozycja Mapa ekspozycji, podobnie jak mapa nachyleD, wykonywana jest za pomoc funkcji na lokalnym ssiedztwie. Okre[la ona w ka|dym pikselu mapy azymut linii maksymalnego spadku. Warto[ci ekspozycji kodowane s w stopniach 0°ð-360°ð, zaczynajc od 0°ð czyli N zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Obszary pBaskie otrzymuj warto[: -1. 17 Wykonaj map ekspozycji na podstawie warstwy srtm.img. Wykorzystaj narzdzie Spatial Analyst Tools / Surface / Aspect. Now map nazwij ekspozycja. Ryc. 26. Ustawienia narzdzia Aspect Ryc. 27. Mapa ekspozycji stoków Dokonamy teraz reklasyfikacji mapy ekspozycji, tak aby otrzyma map zerojedynkow, w której 1 oznacza ekspozycje poBudniowe, a 0  wszystkie pozostaBe. W tym celu nale|y zapozna si z legend mapy i rozstrzygn, w jaki sposób kodowane s ekspozycje. Do reklasyfikacji mo|na u|y operatorów algebry map. Na przykBad, wykonanie wyra|enia ekspozycja >= 45 and ekspozycja < 135 spowoduje utworzenie nowej mapy, na której stoki o wystawie wschodniej (45º  135º) bd zakodowane warto[ci 1, a wszystkie pozostaBe  warto[ci 0. Otwórz narzdzie Spatial Analyst Tools / Map algebra / Single output MA. W puste pole wprowadz odpowiednie polecenie. Map wynikow nazwij stoki_pd. NakBadanie map (Algebra map) PoznaBe[ ju| mo|liwo[ci tworzenia podstawowych pochodnych modelu wysoko[ci teraz przejdziesz do podstawowych operacji zwianych z nakBadaniem map. WYZNACZENIE OBSZARÓW NIEKORZYSTNYCH POD KTEM WARUNKÓW PRZYRODNICZYCH DLA ROLNICTWA 18 W klasyfikacji obszarów pod ktem warunków przyrodniczych dla rolnictwa wezmiemy pod uwag dwie cechy zwizane z uksztaBtowaniem powierzchni  wysoko[ bezwzgldn oraz nachylenie. ZaBó|my, ze najniekorzystniejszymi dla rolnictwa s obszary poBo|one powy|ej wysoko[ci 350 m n.p.m. i równocze[nie poBo|one na stokach o nachyleniu przekraczajcym 6°. Podobny sposób postpowania przyjty jest przy wyznaczaniu tzw. obszarów o niekorzystnych warunkach, ONW (Less Favourable Areas, LFA), które mog otrzymywa np. dodatkowe subwencje na dziaBalno[ rolnicz. W tym celu dokonamy reklasyfikacji modelu wysoko[ci oraz otrzymanej mapy nachyleD. Wykorzystamy w tym celu prosty operator algebry map  Raster Calculator. Zanim go uruchomimy musimy jednak sprawdzi czy mamy wBczone rozszerzenie Spatial Analyst, niezbdne do wykonywania przeksztaBceD map rastrowych (jest on dodatkowym / opcjonalnym rozszerzeniem ArcGIS). W tym celu: Wybierz z menu gBównego Customize > Extensions > zaznacz Spatial Analyst. Je[li mamy ju| wBczone rozszerzenie Spatial Analyst mo|emy przej[ do operacji w Raster Calculator, w wyniku których utworzymy map interesujcych nas obszarów. Najpierw zajmiemy si przeksztaBceniem mapy wysoko[ci (warstwa srtm). Otwórz narzdzie Raster Calculator: Spatial Analyst Tools > Map algebra > Raster Calculator. Klikajc dwukrotnie na potrzebn warst (w tym wypadku srtm) wprowadz w polu kalkulatora polecenie srtm.img > 350, po czym wci[nij OK. W wyniku kalkulacji otrzymasz map wynikow nazwij j warunek1. Utworzona mapa jest mapa  zerojedynkow tj ma warto[ zero, tam gdzie warunek srtm > 350 nie jest speBniony, natomiast warto[ 1 pojawia si tam, gdzie sformuBowany warunek jest speBniony (warunek ten mo|na zinterpretowa jako  warto[ na mapie srtm.img wiksza od 350 ). W analogiczny sposób (ale z warto[ci progow równ 6) nale|y przeksztaBci map nachyleD. Utworzon map nazwij warunek2 Mno|enie map Aby znalez obszary równocze[nie poBo|one powy|ej 350 m n.p.m. oraz na stokach o nachyleniu przekraczajcym 6 stopni, musimy sprawdzi, w których miejscach (pikselach mapy rastrowej) warto[ 1 wystpuje równocze[nie na mapie warunek1 oraz warunek2. Nale|y wic poBczy przetworzone mapy nachyleD i wysoko[ci (warunek1 i warunek2). PoBczenia map dokonamy ponownie za pomoc narzdzia Raster Calculator. Otwórz narzdzie Raster Calculator. Wprowadz polecenie warunek1 * warunek2. Iloczyn dwóch map zachowuje warto[ 1 tylko tam, gdzie na obu mapach wej[ciowych byBa warto[ 1. PozostaBe obszary otrzymaj warto[ 0. Operacja ta odpowiada logicznej koniunkcji. Map wynikow nazwij wynik ! Je[li otrzyman map na trwale zapisa na dysku musisz ja wyeksportowa jako now warstw. W tym celu: PKM > Data > Export Data. Wybierz [cie|k dostpu (wska| folder, w którym chcesz zapisa warstw), okre[l jej format (rozszerzenie)  tu jako TIFF i wpisz nazw np. wynik2. W ten sposób znalezli[my interesujce nas obszary na obszarze objtym modelem wysoko[ci. Literatura Longley i in., 2006, GIS Teoria i praktyka, PWN SzczegóBowe zasady tworzenia powierzchni interpolowanych oraz pochodnych modelu wysoko[ci znajdziesz w pomocy do programu ArcGIS. 19

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
przykładowe zadania kwasy organiczne i ich pochodne nazewnictwo
Nazwy zwyczajowe grup alkilowych i acylowych oraz ważne węgowodory i ich pochodne
Wyklad 8,9,10,11 Kwasy karboksylowe i ich pochodne
Kwasy Karboksylowe i ich pochodne
pochode cukrow i ich funkcje
Duplikacje chromosomowe na chromosomie Y i ich potencjalny wpływ na interpretację Y STR
praca Modele kontroli dostępu do zasobów i ich wpływ na bezpieczeństwo sys komp
Wykład3 Liniowe modele optymalizacyjne, rozwiązanie algebraiczne

więcej podobnych podstron