MODULARIZACE VÝUKY EVOLUČNÍ A EKOLOGICKÉ BIOLOGIE CZ.1.07/2.2.00/15.0204 BÍ9009 Geografické informační systémy v botanice a zoologii II Cvičení 7 Open GIS software - Quantum GIS (QGIS) Analýza v rastru ^^^^fc I S0Claln' MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, OP Vzdělávání '^^iJ^.v H fond V CR EVROPSKÁ UNIE MLÁDEŽE A TĚLOVÝCHOVY pro konkurenceschopnost 4 \,\ V' INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ 0. Zadání Možnosti rastrové analýzy v QGISu budeme objevovat na území NPR Čertoryje na úpatí Bílých Karpat. V rezervaci budeme hledat místa, na kterých: 1. se koncentrace zkoumané látky v půdních vzorcích pohybuje mezi hodnotami 25-75, ještě raději v rozmezí 40-60, místa s hodnotami 0-24 a 76-99 vyloučíme zcela 2. není terén orientován k severu, ze zbývajících světových stran preferujeme východ nebo západ, méně potom jih 3. sklon svahu nepřesáhne 10°, nejlépe pokud bude v rozmezí 0-7° Pro každou z podmínek vytvoříme rastr s hodnotami pixelů 0 nebo 1 nebo 2. Rastry sečteme, přičemž zcela vyřadíme místa (pixely), na kterých se alespoň v jednom rastru vyskytla 0. Použijeme tyto nástroje: • Georeferencování • Editace • Pravidelná síť bodů, náhodné body, pravidelný grid • Průsečík • Výpočet plochy • Výpočet souřadnic bodů • Spojit atributové tabulky, nebo vytvořit bodovou vrstvu z párů souřadnic • Převést textové pole na číselné • Interpolace • Rastrový kalkulátor • Sklon svahu, orientace svahu • Rastr na vektor 1. Vlastnosti projektu Při spuštění programu se nám vždy otevírá nový čistý mapový projekt. Dříve než přidáme první vrstvy, je třeba nastavit některé vlastnosti projektu Nastavení> Vlastnosti Projektu. (:l Quantum GIS 1.6 O-Lisboa Soubor Editovat Zobrazit Vrstva | Nastaveni Zásuvné moduly Vektor Rastr Databáze Web Nápověda j m a & ô ä |j Vlastnosti projektu.., Ctrl+Shift+P Vistvy \ Uživatelský SRS... Správce stylů... Nastavit zástupce... ■ Přizpůsobení... Volby... Možnosti prichytávaní. ŕ \£ m r, « V záložce Souřadnicový referenční systém (SRS/CRS) povolíme OTF („on-the-fly") transformaci. (i Vlastnosti projektu ^ Obecné Souřadnicový referenční systém (SRS/tRS) (M) Povolit'on-the-fly' SRS transformaci Nový projekt se otvírá vždy ve WGS84 a na rozdíl od ArcGISu se přidáním první vrstvy nenastavuje souřadný systém projektu. Tedy: pokud chceme mít mapový projekt v jiném souřadném systému než je WGS 84, je třeba souřadný systém vybrat. Cesta k S-42 je Promítnutý (Projected) > Transverse Mercator > Pulkovo 1942 / Gauss-Kruger zone 3. 2. Ortofoto z geoportal.gov.cz? Pokud se od minulé hodiny smazalo nastavení k WMS mapovým službám, nemusíme smutnit, na geoportal.gov.cz totiž už ortofoto nenajdeme. Služba byla z tohoto portálu odstraněna, majitel dat (tedy ČÚZK) ji přesunul na svůj geoportal.cuzk.cz (prozatím je služba velmi pomalá, snad se časem výkon serverů zlepší). Mapovou službu ortofota poskytuje ČÚZK i ve formátu WMTS (Web Map Tile Service), který ale není podporován QGISem ani naší verzí ArcGISu (10.0). (/ Přidat vrstvu [v) ze serveru Vrstvy Poradí vrstev Sady dlaždic Hledání serveru Připojit Nové Upravit Smazat ID Název Titulek Abstrakt If Vytvořit nové WMS spojení Podrobnosti spojení- Název URL cenia RETM http://geoportal.gov.cz/ArcGI5/services/CENIA/cenia j*tJ^ETM/mapserver/WM55erver Pokud služba vyžaduje základní autentifikaci, zadejte uživatelské jméno a případně heslo Uživatelské jméno Heslo H Ignorovat GetMap URI hlášené ve schopnostech H Ignorovat GetFeaturelnro URI hlášené ve schopnostech OK Cancel Help 3. Georeference Pro ohraničení zájmového území budeme potřebovat hranici NPR, nemáme ji ale k dispozici ani ve vektoru, ani jako WMS službu. Máme ovšem hranici NPR na podkladu ortofota jako negeoreferencovaný obrázek (exportován z ArcGISu) a tak si můžeme vyzkoušet možnosti georeferencování v QGISu. Jako podklad, podle kterého budeme georeferencovat použijeme WMS ortofoto, popřípadě jinou mapovou službu, která by měla dostatečnou podrobnost (ať už z geoportal.cuzk.cz nebo z geoportal.gov.cz, např. RETM). Abychom mohli přidat obrázek, který chceme umístit do souřadnic, zvolíme Rastr > Georeferencování > Georeferencování Rastr | Databáze Web Nápověda 7K J> f5ř Rastrový kalkulátor Georeferencování Interpolace £ Analýza terénu Zonální statistiků Projekce Převod Extrakce Analýza Různé Nastavení GdalTools ) \ \\ a teprve tady otevřeme obrázek (mapu) pro georeferencování. ■mj.myjj.imi.il Soubor Upravit Poh | Otevřít rastr | V okně výběr SRS zvolíme Cancel (obrázek zatím žádný SRS definován nemá). Pro zadávání identických bodů použijeme tlačítko Přidat bod LÍ=£l. To nám umožňuje zadávat buď souřadnice zvolených bodů (pokud je známe), a nebo se přesunout do hlavního mapového okna a souřadnice identických bodů najít na podkladové mapě. Zvolíme druhou možnost. (/ Vložte mapové souřadnice JLJxJ Zadejte souřadnice XaY {ĎMS - stupně, minuty, vteřiny (dd mm ss.ss), DD-stupně [dd.dd) nebo souřadnice v projekci (mmmm.mm)) které odpovídají vybranému bodu na obrázku. Alternativně je možné kliknout na ikonu tužky apoté kliknout na odpovídající bod v mapovém okně a načíst souřadnice bodu odtud, Přichytit k vrstvám v pozadí OK Z mapového okna Cancel Když máme definováno dostatek dvojic identických bodů (alespoň 5-6 rovnoměrně rozmístěných bodů přes pokud možno celé území georeferencované mapy), nastavíme parametry transformace: *4 a poté spustíme georeferencování (/ Nastavení transformace Typ transformace: Polynomiální 1 Metoda převzorkování: Nejbližší soused Komprese: I I Vytvořit world file NONE Výstupní rastr: |0O9/2O12/cy~_ jqgis/pomomy/OF_Certoryje_georef.rJf | Cílový CRS: EPSG: 28403 Vytvořit PDF mapu: Vytvořit PDF zprávu: Nastavit dlové rozlišení Vodorovně Svisle □ Použít 0 pro průhlednost, pokud je potřeba |X| Po dokončení načíst do QGISu OK Cancel Help 4. Vektorizace Hranici NPR máme „umístěnu do souřadnic", můžeme ji zvektorizovat a to do nové vrstvy. Vrstva > Nový > Nová Shapefile vrstva arit Vrstva Nastavení Zásuvné moduly Vektor Rastr Databáze Web Nápověda i Nový ► ^ Nová Shapefile vrstva,.. Ctrl+Shift+N 1 l Přiložit vrstvy a skupiny.., ^ Nová vrstva SpatiaLite ,.. Ctrl+Shift+A ^ Přidat vektorovou vrstvu,.. Ctrl+Shift+V ■, ^ n i2 \ I ^ V Vybereme typ polygon, souřadný systém S-42 (tedy Promítnutý (Projected) > Transverse Mercator > Pulkovo 1942/Gauss-Kruger zone 3), nebudeme přidávat žádné nové pole. Spustíme vektorizaci PTM > Přepnout editaci nebo tlačítkem Přepnout editaci na paletě nástrojů Digitalizace. Editovat budeme nástrojem Přidat prvek 4-4 , který najdeme na stejné paletě nástrojů. Kresba se ukončuje PTM, atribut žádný potřebovat nebudeme, zadáme třeba 1. Ukončení editace provedeme stejně jako jsme spuštěli editaci, tedy tlačítkem Přepnout editaci samozřejmně uložíme editaci. 6. Náhodné pravidelné body První z kritérií našeho výzkumu v NPR Čertoryje byla koncentrace určité látky ve vzorcích půdy. Abychom zjistili koncentrace na celém území, museli bychom rozkopat celou rezervaci. To by nám ale asi na správě CHKO neprošlo, a tak vezmeme vzorky na řekněme 30-40 místech a pro zbytek území budeme hodnoty interpolovat. Důležité bude rozhodnout kde vzorky odebrat. Měla by to být skupina lokalit náhodně generovaných, ovšem na druhé straně alespoň trochu rovnoměrně rozmístěných po celém území rezervace. QGIS disponuje nástroji na vytvoření náhodných bodů i pravidelné sítě bodů stejně jako pravidelného gridu (sítě polygonů), najdeme je zde: Vektor > Výzkumné nástroje. Pokud se tato nabídka nezobrazuje, je třeba aktivovat zásuvný modul fTools: Zásuvné moduly > Spravovat zásuvné moduly veni Zásuvné moduly Vektor Rastr 1"- Načíst zásuvné moduly Python, 4^. Spravovat zásuvné moduly,.. Datab; I Python konzole (/ QGIS správce zásuvných modulů Filtr Pro povolení / zakázání zásuvného modulu, klikněte na zaškrtávat: políčko nebo na popis Získá n í sou řad n k Získání souřadnic myši v různých souřadnicových referenčních systémech +/iskani souřadnic mysi v rdznycn souřadnicových re Instalován v Vektor m en u/panelu nástrojů __ e Vi s S b p Nástroj vizualizace událostí - zobrazí obrázky asociované s vektorovými prvky u u Instalován v Databáze menu/panelu nástrojů fTools (0.6.2) S Tools for vector data analysis and management -* Instalován v Vector menu/panelu nástrojů Adresář zásuvného modulu: C:/PRQGRA~2/Q_uantĽriri GIS Lisboa/apps/qgis/plugins OK Vybrat vše [ Odebrat vše Cancel Zkombinujeme dva nástroje z Vektor > Výzkumné nástroje. Nejdříve vytvoříme pravidelný grid, kterým rozdělíme území NPR na čtverce o velikosti hrany 300m. Vektor > Výzkumné nástroje > Vektorový grid Pro rozsah gridu máme možnost vybrat vektorovou nebo rastrovou vrstvu a nebo aktuální rozsah mapového okna. Zvolíme možnost podle vrstvy a vybereme zvektorizovanou hranici NPR. Jako výstup zvolíme polygony. (/ Vektorový g rid Rozsah mřížky plocha_NPR Vyrovnat rozsahy a rozlišení s vybranou rastrovou vrstvou Aktualizovat podle vrstvy Aktualizovat podle mapového okna XMin 3676337.598 Y Min 5415174,14466 XMax 36 78 566.050 1 7 Y Max 54 1 7628.54327 Parametry 300,0000000000 — [ 300 J X Zamknout poměr 1:1 0000000000 • Výstupní mřížka jako polygony Výstupní mřížka jako čáry Výstupní shapefile Procházet 0% OK Close Následuje oříznutí gridu hranicí NPR tak, abychom se zbavili čtverců ležících mimo území rezervace: Vektor > Nástroje geoprocessingu > Oříznout. Kromě čtverců ležících mimo NPR budeme eliminovat i čtverce, které jsou menší než polovina originálního čtverce. V atributové tabulce spustíme editaci a v Kalkulátoru polí vypočítáme (do nově přidaného pole) plochu oříznutých čtverců. 201 3677537.593 36 773 3 7.593 54167Z3.543271 5417028.54327 □ ca a □ EHS 3 Hledat (co) O Zobrazit jen vybrané O Prohledávat jen vybrané X Rozlišování písmen | Otevři kalkulátor polí [Ctrl 41} udávání (/ Kalkulačka pol Zl Pouze aktualizovat vybrané prvky |X| Vytvořit nové pole — ^ Aktualizovat existující pole - Název výstupního pole Typ výstupního pole Šířka výstupního pole Seznam funkcí — Hledatf [ plocha [ Celé číslo (jnteger) [in Přesnost ú 4 ID Nápověda vybrané funkce - (+)■■■ pfevody B- Řetězec 9- Geometrie xat vat..... flenoth Oops! QGIS nemůže najít nápovědu pro tuto funkci. Soubor nápovědy pro Sarea nebyl nalezen. Není k dispozici ni ve vašem jazyce (cs_CZ) ani anglicky. Pokud byste ji chtěli vytvořit, kontaktujte prosím QGIS translation team). Operátory- LZIGLT HElTJlTJ Vyraz Náhled výstupu: 45449.673828125 OK Cancel Help Jakmile jsou plochy spočítány, můžeme vybrat ty čtverce, kterým po oříznutí zůstalo alespoň 50% plochy. Okno pro atributový dotaz otevřeme v tabulce tlačítkem Rozšířené vyhledávání SQL podmínka where plocha >= .300*300/2] f0" \ s. \ \ J L J Vybrané čtverce uložíme jako novou vrstvu PTM > Uložit výběr jako. Nyní použijeme výše zmíněný nástroj pro generování náhodných bodů, a to tak, aby v každém čtverci byl vytvořen jeden náhodný bod. Vektor > Výzkumné nástroje > Náhodné body. I (/ Náhodné bodv Vstupní hraniční vrstva _?jxj grid_clip_sel Velikost vzorku Postup nezvrstveného vzorkování [celá vrstva) Použít tento počet bodů Postup zvrstveného vzorkování [jednotlivé polygony) • Použít tento počet bodů Použít tuto hustotu bodů Použít hodnotu ze vstupního pole [o.OOOl ID Výstupní shapefile D:/Bi9009/20 12/cv7_qgis/pomocny/náhodne body.shp Procházet 0% OK Close Body jsou vytvořeny a my je budeme chtít najít v terénu, potřebujeme tedy znát jejich souřadnice. Spočítáme je (stejně jako plochu u čtverců gridu) v atributové tabulce. Přepnout editaci, Otevřít Kalkulátor polí. Souřadnice bodu vypočítáme pomocí výrazů $x a $y. Přepnout editaci. 7. koncentrace v půdních vzorcích Souřadnice můžeme tedy exportovat do GPS a vydat se do terénu odebrat vzorky půdy, po jejich zpracování a laboratoři máme tabulku koncentrací, kterou bychom rádi dostali zpět do QGISu. Tabulku uložíme v excelu jako *.csv soubor. Nyní máme dvě možnosti: 1. Přidáme tabulku stejně, jako se přidává vektorová vrstva (jen je potřeba vybrat všechny typy souborů). Tabulku pak ve (Vlastnostech vrstvy) přes shodné pole ID připojíme z vektorové vrstvě náhodných bodů. i i Vlastnosti vrstvy - náhodne body ^ Styl Popisky Z Pole , Obecné (jj} Metadata Připojit vrstvu Připojit pole Cílové pole ■náhodne bo... ID ID Q Přidat vektorové propoj en JJxj Připojit vrstvu igrid Připojit pole [ ID Cílové pole ID |X) Kešovat připojenou vrstvu ve virtuální paměti Vyh/orit index atributů pro připojené pole OH Cancel Obnovit výchozí styl Uložit jako výchozí Načíst styl .., Uložit styl .,. OK Cancel Apply Help Protože *.csv soubor obsahuje i souřadnice, podle kterých jsme místa hledali v terénu, můžeme nyní vytvořit novou bodovou vrstvu podle těchto souřadnic: Vrstva > Přidat vrstvu s odděleným textem. Je třeba tako vytvořenou vrstvu exportovat (podobně jako když stejným způsobem v ArcGISu vytvoříme EventLayer). í|[ Quantum GIS 1.8.0 Lisboa - cv7_2 Soubor Editovat Zobrazit í J m S ď Vrstvy ^ U k, toky GR_ZM10 3 |X| fl| PHJ«ÍH_HPR [■■■■ G R_ORTFOTORG ň-ISI S mh^.P h™lv I Vrstva I Nastavení Zásuvné moduly Vektor Rastr D; Nový * Přiložit vrstvy a skupiny... Přidat vektorovou vrstvu... Ctrl+Shift+V ■ ^ Přidat rastrovou vrstvu... Ctrl+Shift+R $ PřidatPostGISLayers... Ctrl+Shift+D |P Přidat vrstvu SpatiaLite.,, Ctrl+Shift+L ^ Přidat vrstvu MSSQL,., Ctrl+Shift+M J? Přidat vrstvu WMS... Ctrl+Shift+W Hrj Přidat vrstvu s oddeleným textem i-i Vytvořit vrstvu z textového souboru s oddeleným textem [Delímited Text JU*! Jméno souboru /2D12/cv7_qgis/pornocnv/nahodne_body_kDncent"ace,csv Procházet.,. Název vrstvy nahodne_body_koncentrace Vybrané oddělovače Jednoduché znaky Regulární výraz Začít import řádku □ Tab II Čárka 3 Mezera |X| Středník Z\ Dvojtečka [i] * X Y pole K pole k WKT pole » Y pole y Desetinná čárka/tečka Vzorek textu ID X ¥ konc .A. 1 0 3677113 5417463 0,166318603 2 1 3677353 5417375 0,554103321 OK Cancel Help Výhodou druhého řešení je, že se sloupce chovají stále jako čísla (což je nutný předpoklad pro použití pole při interpolaci). Naopak při přidání *.csv souboru jako vektorové vrstvy (v prvním řešení) se sloupce změní na typ string (text) a po následném připojení k tabulce vektorové vrstvy je třeba vytvořit nové (číselné) pole a hodnoty převést na čísla (pomocí kalkulátoru polí a výrazů toint a nebo toreal). Při tomto převodu se navíc QGIS chová trochu nevyzpytatelně, takže je někdy nutné pokusit se o převod několikrát, než se povede (vytváří pole s NULL hodnotami). 8. interpolace Rastr > Interpolace > Interpolace. Pokud tyto nástroje na příslušném místě nanajdete, je třeba zkontrolovat, zdaje aktivován plug-in, který je zpřístupňuje. V okně Interpolace potom zvolíme bodovou vrstvu, její pole s koncetracemi přidáme mezi vstupy, dále nastavíme Vzdálenostní koeficiet P na hodnotu 5, velikost buněk výstupního rastru a jeho jméno a umístění. (/ Interpolační zásuvný modul Vstup Vektorové vrstvy nahodne_body_koncentrace_e>port Interpolovaný atribut kone Použít z-souřadnid k interpola Pfidat Odebrat Vektorová vrstva Atribut Typ náhodne bo... kone Body Výstup Interpolační metoda [ Metoda vážení inverzní vzdálenosti (IDW) --^ Počet sloupců 366 ^ Počet řádků [424 Velikost buňky X [5,00000 \£\ Velikost bunky Y [ 5,00000 [^ X min 3.6765e4íl6 Xma> 3.67833e406 Y min 5.41536e4tl6 Yma> 5.4174Se406 Výstupní soubor D: /EÍ9009/2012/cv 7_qgis/pomocny/interpola Nastavit na aktuálni rozsah OK Cancel Vzniknuvšímu rastru odsouhlasíme SRS S-42 (přesto že kursor může mít stále podobu přesýpacích hodin). Ve vlastnostech rastru v záložce styl změníme vykreslení na paletu barev, v záložce paleta barev pak Klasifikujeme. Více o symbolizaci rastru se dočtete zde: http://qgis.spatialthoughts.com/2012/10/tutorial-basic-raster-analysis-and.html 9. Reklasifikace Dalším krokem by v této chvíli byla reklasifikace rastru, v QGISu bohužel takový nástroj nenajdeme. Pro naše účely (chceme vytvořit jen tři kategorie si vystačíme s Rastrovým Kalkulátorem Rastr > Rastrový kalkulátor. Je třeba složit výraz a zadat jméno výstupu. Vznikne rastr, ve kterém jsou pixely s hodnotou 1 na místech odpovídajících výrazu a pixely s hodnotou 0 na ostatních místech interpolace<§: 1 > 0.25 AND interpolace<§: 1 < 0.75 Postup zopakujeme s přísnějším vymezením (pro místa, která budou nakonec mít hodnotu 2) | interpolacemi > 0.40 AND interpolacemi < 0,60 Nyní oba rastry sečteme a dostaneme výsledný rastr s hodnotami 0, 1, 2 černá 0, šedá 1, bílá 2 Máme tedy první ze tří rastrů s hodnotami 0, 1, 2 a můžeme pokračovat dál. 10. Orientace svahu Přidáme DEM_S42 a pomocí nástroje Rastr > Analýza terénu > Aspekt vytvoříme rastr orientace svahu. Stejně jako u interpolace bychom v této fázi ocenili nástroj pro reklasifikaci, budeme si ale muset pomoci Rastrovým kalkulátorem. Potřebujeme mít pixely s hodnotou 0 na místech se severní orientací, jedničky potom otočené k jihu a dvojky k východu a k západu. Výraz rastr alkulátoru | (orientace@1 > 45 AND orientaced: 1 < 135 ) OR (orientacei: 1 > 225 AND orientace@:l < 315| ) Výraz rastr alkulátoru orientacei: 1 > 45 AND orientace@1 < 315 Oba rastry opět sečteme a získáme další rastr s hodnotami 0, 1, 2. 11. Sklon svahu Třetím faktorem prostředí bude sklon svahu, budeme postupovat stejným způsobem a vytvářet rastr, kde pixely se sklonem 0°-7° budou mít hodnotu 2, pixely se sklonem 7°-10° budou mít hodnotu 1 a pixely se sklonem větším než 10° budou mít hodnotu 0. Vyraz rastr alkulátoru výraz rastr alkulátoru sklon @1< IQ | skJon@l < 7 Po sečtení obou rastrů dostaneme rastr s hodnotami 0, 1, 2. 12. Kombinace tří rastrů Pokud bychom nyní sečetli rastry koncentrací, orientace a sklonu, nebyli bychom schopni rozeznat místa, která měla v jednom z rastrů pro nás nepřijatelnou hodnotu 0 (v QGISu neumíme přiřadit vybraným pixelům hodnotu NoData jako v ArcGISu). Pomůžeme si tedy převodem na vektory. Ty potom spojíme do jedné vrstvy nástrojem Průsečík (Intersect). Nástrojem Rastr > Převod > Převést na rastr vytvoříme vektory, nástrojem Vektor > Nástroje geoprocessingu > Průsečík je spojíme do jedné vrstvy (nejprve dva rastry mezi sebou, poté výsledek se třetím rastrem). Nyní už stačí vytvořit atributový dotaz na všechny prvky, které mají alespoň v jednom z polí hodnotu 0 a tyto prvky smazat. 13. Tvůrce mapy (Layout) Výsledek bude vypadat u každého jinak a to ze dvou důvodů. 1. Používali isme nástroj pro náhodné vytvoření bodů (a někteří možná i v excelu náhodné hodnoty koncentrací) 2. Každý jinak zpracuje mapovou kompozici Soubor > Nový tvůrce mapy