VÁCLAV PALEČEK JARO 2018 Z8818 Aplikovaná geoinformatika – Cvičení 4 Digitální výškové modely • Souvislé datové modely zachycující nejčastěji nadmořskou výšku •Speciální případy – modelování jiných proměnných • Různé zdroje výškových dat: DPZ (radar, stereofotogrammetrie, LIDAR…), pozemní měření • Terminologie: •ČR - DMR, DMT, DMP •Svět - DEM, DTM, DSM • Různé datové struktury: •Rastr •TIN (+lomové linie) •Vrstevnice •Body TIN vs Rastr TIN-Triangulated irregular network ◦Síť propojených nepravidelně rozmístěných bodů tvořící jednotlivé plošky modelu ◦Nejčastěji využívá Delauneyho triangulace – snaha o co nejvíce rovnostranné trojúhelníky ◦Základ pro tvorbu Thiessenových polygonů ◦Lze zjistit výšku v jakémkoliv bodě povrchu Rastr ◦Nejčastěji využívaná struktura ◦Pravidelná matice buněk o zvoleném prostorovém rozlišení ◦Mnoho dalších způsobů využití v současných GIS nástrojích ◦Webové služby ◦Kvalita závislá na způsobu výpočtu (interpolační algoritmy) TIN v ArcGIS • 3D Analyst Tools • Příklady nástrojů: •Create TIN – podpora všech 3D geometrií/2D s atributem Z → SF Types •Edit TIN – přímo modifikuje vstupní TIN = potřeba zálohy (Copy TIN) •Delineate TIN Area – odstraňuje trojúhelníky s větší než povolenou délkou hrany •… • TIN „on-the-fly“ = Terrain dataset •Podpora pyramidování – pro daná měřítka se zobrazuje pouze určitá úroveň podrobnosti dat • Rastrový model - Interpolační algoritmy • Dělení: •Globální x lokální •Exaktní x aproximující •Deterministické x stochastické •Spojité x zlomové • Podmínky použití interpolačních algoritmů: •Reprezentativní vzorek •Rozmístění v prostoru •Znalost fungování zvolených metod interpolace •Teoretická znalost „fungování“ studovaného jevu •… • Různé požadavky na vstupní geometrie – body, linie, plochy • V ArcGIS: 3D Analyst, Statistical Analyst, Geostatistical Analyst Tools • Interpolace v ArcGIS • IDW (Inverse Distance Weighted) •Na vstupu bodová vrstva, váha vzdálenosti, tvar okolí •Aproximující – nevypočítává vyšší a nižší hodnoty než jsou body v okolí buňky • Natural Neighbour •Vychází z Thiessenových polygonů •Bod je dán jako vážená vzdálenost plochou • Trend •Metoda nejmenších čtverců •Prokládání polynomickou funkcí • • Interpolace v ArcGIS • Spline •Exaktní (výjimka při hustém bodovém poli!), metoda dvoudimenzionální minimální křivosti •Vypočítává i vyšší a nižší hodnoty ze svého okolí • • • • • • Kriging •Stochastická metoda, lokální interpolátor •Výpočet na základě vzdálenosti bodů a další studované veličiny •Strukturní analýza, vyhodnocení semivariogramu, konstrukce teoretického modelu Interpolace v ArcGIS • Topo To Raster •Určeno pro tvorbu hydrologicky korektního DEM (ANUDEM) •Iterativní proces •Možnost zapojení i dalších typů objektů a geometrií než bodových jevů •Široká škála nastavení • Další užitečné nástroje: •Average Nearest Neighbour – výpočet průměrné vzdálenosti bodů •Feature Vertices To Points – převod vertexů na bodovou vrstvu •Extract Values To Points – slouží pro přenesení hodnot interpolovaného povrchu na bodovou vrstvu Konverze rastru a TINu • 3D Analyst Tools/Conversion • Z rastru na TIN a naopak • Z modelů na geometrie Simple Features (body, linie, plochy) Odvozené parametry DMR • V základu společné pro rastr i TIN: •Aspect – orientace svahů vůči světovým stranám •Slope – sklon svahu (%, °) •Contour – vytváří izolinie (vrstevnice) z daných modelů • Dále pro rastr: •Hillshade – vytváří stínovaný reliéf podle zadané výšky a azimutu slunce •Curvature – vyhodnocuje typ svahu (konvexní x konkávní) • Dále pro TIN: •Polygon Volume – vypočítává objem v dané oblasti •Surface Difference – porovnává dva výškové modely, výstup může být rastr i TIN s hodnotami „pod“, „nad“, „planárně uložený“ Hodnocení kvality vytvořených DMR • 1) Na vektorové úrovni – atributová tabulka = např. rozdíl sloupců; bodová pole: •Pravidelný grid – např. z buněk rastru (Raster To Points), centroidy polygonů (Create Fishnet) •Náhodně generovaná – Create Random Points (rozsah, počet, min. vzdálenost) •Měřené body / vertexy geometrií: •Všechny – Extract Values To Points •Podmnožina – Subset Features – rozdělí soubor na zdrojová a testovací data •2) Na rastrové úrovni •Mapová algebra (viz předchozí cvičení) Hydrologické modelování v ArcGIS • Povrchové a podzemní analýzy (Spatial Analyst Tools – Hydrology/Groundwater) • Rozšířená varianta v extenzi ArcHydro • Založeno nejčastěji na vytvořeném výškovém modelu území (DEM) ve formě rastru (Topo To Raster) • Korektnost vychází z kvality výškového modelu • Kombinace s dalšími rastry (geomorfologické, pedologické aj. charakteristiky) Hydrologické modelování v ArcGIS • • • • • Flow Direction: •Směr odtoku z buněk •8 směrů, povolen vždy jen jednosměrný odtok • Hydrologické modelování v ArcGIS •V případě hydrologicky nekorektního DEM: •Sink – Watershed – Zonal Statistics – Zonal Fill - Minus •http://desktop.arcgis.com/en/arcmap/10.3/tools/spatial-analyst-toolbox/how-sink-works.htm •Přepočet Flow Direction • Flow Accumulation •Sumace buněk vtékajících do každé buňky •Vychází z Flow Direction • Con/Set Null •Jednoduchý způsob prahování rastru do formy bitmapy •Lze využít pro stanovení vodních toků z rastru akumulace odtoku Hydrologické modelování v ArcGIS •Basin •Tvorba povodí z rastru směru odtoku •Stream To Feature •Převod rastrových vodních toků na vektorovou reprezentaci •Stream Link •Identifikace jednotlivých vodních toků a přítoků •Flow Length •Výpočet délky úseků vodních toků •Stream Order •Rozdělení vodních toků podle geogr. systémů • Cut Fill/Surface Volume •Podobné jako Surface Difference •Výpočet a statistika proložení dvou rastrových modelů Další analýzy na DEM • Toolbar 3D Analyst - použitelné na rastry i vektorové struktury (TIN, Terrain) •Create Contour – vytváří uzavřenou izolinii o výšce v místě kliknutí myši = vrstevnice •Create Steepest Path – vytváří spádnice z místa kliknutí myši •Create Line of Sight – na zvolené 3D úsečce vymezuje viditelné a neviditelné oblasti / případně nová místa rozhledu •Interpolate Point/Line/Polygon – umisťuje geometrie na daný DEM •Profile Graph – vytvoří liniový graf profilu zvolené linie •Point Profile – vytvoří bodový graf profilu •Terrain Point Profile – vytvoří bodový graf nad vybraným terénem Další analýzy na DEM • 3D Analyst Tools •Stack Profile •Vytváří profil a dodatečné statistiky •Interpolate Shape •Důležitý nástroj pro převod 2D geometrie do 3D •Vyžaduje DEM a zvolenou vektorovou vrstvu •Bez převodu do 3D geometrie nejsou možné některé typy analýz a nástroje •Feature To 3D By Attribute •Jednoduchý převod do 3D podle atributů •Add Surface Information •Převádí 3D informace z podkladového povrchu na vstupní 2D geometrii