GRASS importazione e analisi di carte raster e vettoriali

Transcript

1 GRASS importazione e analisi di carte raster e vettoriali Marco Negretti Politecnico di Milano - Polo Regionale di Como marco.negretti@polimi.it 07/10/2009

2 indice creare una nuova location importazione dati raster definizione dei colori per i raster importazione dati vettoriali definizione dei colori per i vettoriali il concetto di regione rasterizzare una carta vettoriale vettorializzare una carta raster analisi raster: pendenze e r.mapcalc r.contour, r.los analisi vettoriale: calcolo del percorso minimo v.buffer, v.overlay 2

3 Manuali GRASS è ben documentato I manuali delle varie versioni sono on-line: Per la versione 6.4, utilizzata come riferimento: Ad ogni comando corrisponde una pagina, ad esempio, per il comando d.rast: che più semplicemente, in questa dispensa sarà indicata come: 3

4 Creare una nuova location Una location è definita da: sistema di riferimento proiezione limiti geografici Quando si devono utilizzare dei nuovi dati in GRASS è necessario, se non esiste già, definire una location all'interno della quale inserire i dati le proprietà della location dipendono dai dati che si vogliono inserire 4

5 Creare una nuova location Nella finestra di avvio di GRASS è possibile scegliere una location esistente o crearne una nuova 5

6 Creare una nuova location GISDBASE Nome della location 6

7 Creare una nuova location Per definire sistema di riferimento e proiezione cartografica è possibile: selezione manuale dei valori proiezione, datum e ellissoide selezione tramite codice EPSG ogni codice EPSG individua in modo univoco proiezione e S.R. European Petroleum Survey Group - utilizzare un file di georeferenziazione si utilizza come riferimento un file cartografico con associate le informazioni di georeferenziazione ad esempio uno shape con.prj, un GeoTiff,... 7

8 Creare una nuova location utilizzare un file di georeferenziazione WKT o PRJ creare dei parametri personalizzati stringa di parametri formattata secondo lo standard PROJ.4 utilizzare un sistema di riferimento XY non cartografico 8

9 Creare una nuova location codice EPSG 9

10 Creare una nuova location 1. Scegliere il codice Roma Monte Mario fuso Ovest 10

11 Creare una nuova location 2. Riepilogo delle scelte fatte 3. Scegliere i parametri di conversione di datum questi parametri saranno utilizzati da GRASS per convertire i dati da un sistema di riferimento all'altro 11

12 Creare una nuova location 4. Definire i limiti geografici e risoluzione => la nuova location che è stata creata 12

13 Importazione dati Per poter utilizzare i dati in GRASS è necessario importarli all'interno della sua struttura dati GISDBASE => LOCATION => MAPSET Per gli esempi che seguono sono stati utilizzati dei dati di Regione Lombardia (se sul vostro S.O. riuscite ad installare il plugin potete anche navigare la cartografia prima di scaricarla) 13

14 Importazione dati Dati raster Carta Tecnica Regionale, formato TIFF DTM in formato ASCII GRID della ESRI b4a5.tif B4DTM.asc, B5DTM.asc Dati vettoriali, "gruppo base dati geografica sintesi" limiti amministrativi, formato shape ESRI Limiti_amministrativi_comunali rete stradale, formato coverage ESRI rete_stradale 14

15 Importazione dati raster: TIFF Le immagini TIFF per poter essere utilizzate devono essere georeferenziate nomefile.tif nomefile.tfw => file di testo con le informazioni di georeferenziazione immagine Dati da importare foglio della CTR B4A5 => b4a5.tif b4a5.tfw Comando: r.in.gdal 15

16 Importazione dati raster: TIFF carta raster da importare, specificando il percorso per trovarla sul disco nome da assegnare al raster importato ignora il dataset associato al dato originale: al suo posto usa quello definito per la location 16

17 Importazione dati raster: TIFF Visualizzare i dati 17

18 Importazione dati raster: GRID ESRI Dati da importare fogli B4 e B5 del DTM regionale B4DTM.asc B5DTM.asc Comando r.in.arc 18

19 Importazione dati raster: GRID ESRI carta raster da importare, specificando il percorso per trovarla sul disco nome da assegnare al raster importato Ripetere la stessa operazione per il file B5DTM.asc 19

20 Importazione dati raster: GRID ESRI Visualizzare i dati colori di visualizzazione di default 20

21 Importazione dati raster Location e mapset con i dati importati 21

22 Definire i colori Definizione dei colori i colori sono definiti utilizzando la codifica RGB (Red, Green, Blue) per definire un qualsiasi colore si assegna a ciascuna delle tre componenti un valore compreso tra 0 e 255, dove zero indica assenza del colore e 255 intensità massima il colore sarà definito dalla combinazione delle tre componenti fondamentali: R=0, G=255, B=0 R=255, G=255, B=0 R=127, G=127, B=127 R=127, G=0, B=127 R=0, G=0, B=0 R=255, G=255, B= => => => => => => verde giallo grigio magenta nero bianco 22

23 Definire i colori per una carta raster Per associare i colori ad una carta raster è necessario stabilire una relazione tra valori numerici del raster e colori Questa relazione è definita in un file di testo (directory colr del mapset) che chiameremo "tabella dei colori" E' possibile associare: un colore per ogni valore del raster definire degli intervalli di valori e associare i colori solo agli estremi di questi intervalli i colori per i valori intermedi sono calcolati da GRASS interpolando i tre valori RGB associati agli intervalli 23

24 Definire i colori per una carta raster Se non è stata associata alcuna tabella dei colori, GRASS definisce i colori seguendo una scala cromatica di default, definita in base ai valori di massimo e minimo individuati carte che hanno massimo e minimo diversi compaiono con colori diversi associati ai medesimi valori numerici, come nel caso dei due DTM importati B4DTM B5DTM 24

25 Definire i colori per una carta raster Per definire una scala di colori comune per le due carte dei DTM, in modo da rappresentare in modo adeguato le quote, è necessario: 1. conoscere l'intervallo dei valori dei due DTM 2. definire la tabella dei colori per uno dei due 3. copiare la tabella definita anche per l'altro DTM 25

26 Definire i colori per una carta raster 1. Intervallo dei valori in una carta raster 26

27 Definire i colori per una carta raster B4DTM B5DTM Eseguendo il comando per entrambi i raster si trova che le quote dei due DTM sono comprese tra un minimo di m e un massimo di m 27

28 Definire i colori per una carta raster 2. Definire la tabella dei colori per uno dei due DTM, ad esempio per B4DTM 28

29 Definire i colori per una carta raster raster a cui associare la nuova tabella di colori definizione degli intervalli con i colori associati utilizzo un range più ampio di quello della carta B4DTM perché voglio definire una tavola di colori che vada bene anche per B5DTM 29

30 Definire i colori per una carta raster 3. Copiare la tabella colori per una carta raster (B5DTM) da quella di un'altra carta raster (B4DTM) 30

31 Definire i colori per una carta raster raster a cui associare la nuova tabella di colori raster da cui copiare la tabella di colori 31

32 Definire i colori per una carta raster Si ottiene così una rappresentazione grafica omogenea delle due carte raster 32

33 Importazione dati Dati vettoriali comando v.in.ogr 33

34 Importazione dati vettoriali: shape ESRI shape da importare nome da assegnare al vettoriale importato importare le linee come lati di poligoni 34

35 Importazione dati vettoriali: coverage ESRI coverage da importare nome da assegnare al vettoriale importato ignora il dataset associato al dato originale: al suo posto usa quello definito per la location 35

36 Importazione dati vettoriali Visualizzazione dei dati importati Location e mapset con i dati importati 36

37 Definire i colori per una carta vettoriale Cambiare le proprietà di visualizzazione tasto DX per accedere alla proprietà del layer selezionato sul layer manager 37

38 Definire i colori per una carta vettoriale vettoriale a cui associare i nuovi colori colore del bordo se è selezionato "Transparent" il colore non viene applicato colore dello sfondo 38

39 Definire i colori per una carta vettoriale spesso della linea in pixel 39

40 Definire i colori per una carta vettoriale Differenziare in base al valore di un attributo il colore degli oggetti vettoriali rappresentati per la carta di esempio strade l'attributo TIPO_ARCO classifica le strade in base alla loro importanza: strade principali: TIPO_ARCO = 1 strade secondarie: TIPO_ARCO = 2 altre strade: TIPO_ARCO = 3 si vuole rappresentare con colori diversi gli assi stradali in base a questa classificazione 40

41 Definire i colori per una carta vettoriale E' necessario creare una color table in modo simile a quanto fatto per le carte raster nel caso dei vettoriali l'informazione relativa ai colori da associare ai diversi oggetti sarà memorizzata in una apposita colonna della tabella degli attributi 41

42 Definire i colori per una carta vettoriale vettoriale a cui associare i nuovi colori colonna degli attributi in base alla quale differenziare i colori 42

43 Definire i colori per una carta vettoriale Definizione dei colori da usare nome della colonna degli attributi da popolare con i colori scelti Se non si indica nessuna colonna per default viene creata una nuova colonna chiamata GRASSRGB scelta di una color table predefinita 43

44 Definire i colori per una carta vettoriale Nella tabella degli attributi è stata quindi aggiunta la nuova colonna GRASSRGB In GRASSRGB ci sono i valori di colore assegnati a ciascun segmento in base al valore contenuto nell'attributo TIPO_ARCO 44

45 Definire i colori per una carta vettoriale Visualizzare il vettoriale con le nuove impostazioni grafiche 45

46 Definire i colori per una carta vettoriale vettoriale a cui associare i nuovi colori utilizzare la colonna GRASSRGB per definire i colori 46

47 Definire i colori per una carta vettoriale 47

48 Il concetto di regione Qualsiasi operazione (analisi o calcolo di carte derivate) che viene fatta sui raster utilizza come come riferimento le impostazioni della regione di calcolo corrente La regione di calcolo determina la risoluzione, cioè la dimensione delle celle l'estensione geografica, cioè la zona a cui si applica l'operazione di analisi/calcolo sulle carte raster 48

49 Il concetto di regione Per modificare la regione corrente si può utilizzare: 1. il menu Region, che permette di indicare direttamente le nuove estensioni impostare la regione in funzione dell'estensione di una carta dell'archivio definire delle regioni predefinite da utilizzare all'occorrenza modificare la risoluzione delle celle 2. il tasto zoom option del Map Display 49

50 Il concetto di regione - menu Region Visualizzare le proprietà della regione corrente Region => Display region Info sul sistema di referimento proiezione, zona UTM datum ellissoide Estensione geografica Per le carte raster risoluzione numero righe e colonne numero totale celle 50

51 Il concetto di regione - menu Region Modificare la regione corrente Region => Set region Bounds si indica direttamente l'estensione geografica per la nuova regione corrente 51

52 Il concetto di regione - menu Region Existing Si definisce una nuova regione: a. utilizzando i valori della regione di default della location b. in base alle estensioni definite in un apposito file (file regione) c. in base alle estensioni di una carta raster o vettoriale a b c 52

53 Il concetto di regione - menu Region Effects Salvare i dati della regione corrente in un file 53

54 Il concetto di regione - Map Display Tasto zoom option del Map Display zoom sulle estensioni del layer selezionato nel layer manager zoom sulle estensioni della regione corrente zoom sulle estensioni della regione di default zoom sulle estensioni di una regione salvata imposta la regione utilizzando l'estensione della visualizzazione corrente salva i dati della regione visualizzata in un file 54

55 Il concetto di regione I dati della regione di calcolo corrente di ogni mapset sono salvati in un file di testo WIND I dati della regione di default sono definiti a livello di location, all'interno del mapset PERMANENT, nel file di testo DEFAULT_WIND 55

56 Rasterizzare una carta vettoriale Convertire una carta vettoriale in una carta raster carta vettoriale: coordinate dei punti che descrivono la forma geometrica + tabella degli attributi carta raster: matrice numerica 56

57 Rasterizzare una carta vettoriale Quando si passa da vettoriale a raster è necessario indicare l'attributo della carta vettoriale che deve essere associato come valore alla corrispondente cella raster linee e punti => attributi associati direttamente all'oggetto aree => attributi associati al centroide Tabella associata al centroide - cat = 1 Tabella associata al centroide - cat = 2 Raster - alle celle interne al poligono con cat =1 viene assegnato il valore 1 - alle celle interne al poligono con cat = 2 viene assegnato il valore 2 - alle celle esterne ai poligoni non viene assegnato alcun 57 valore

58 Rasterizzare una carta vettoriale Esempio: convertire il vettoriale dei confini comunali in raster Operazone preliminare costruzione dei centroidi 58

59 Costruzione dei centroidi vettoriale di input vettoriale da creare con l'aggiunta dei centroidi valore da associare ai nuovi centroidi - numero iniziale - incremento 59

60 Rasterizzare una carta vettoriale Rasterizzare una carta vettoriale comando v.to.rast 60

61 Rasterizzare una carta vettoriale vettoriale di input sorgente per i valori delle celle - per default la tabella degli attributi raster da creare tipo di oggetti da convertire 61

62 Rasterizzare una carta vettoriale colonna della tabella degli attributi da utilizzare per assegnare il valore alle celle La risoluzione delle celle e l'estensione geografica del raster creato sono determinate dalla regione corrente 62

63 Vettorializzare una carta raster Convertire una carta raster in una carta vettoriale operazione speculare di quella vista in precedenza: 63

64 Vettorializzare una carta raster Definire la regione di calcolo in corrispondenza del centro storico di Como: il processo di vettorializzazione sarà compiuto alla risoluzione e sull'estensione geografica della regione di calcolo corrente Utilizzare il comando g.region oppure: 1. Zoom sulla zona di interesse 2. Impostare la regione di calcolo uguale alla regione correntemente visualizzata 64

65 Vettorializzare una carta raster 3.Definire la risoluzione g.region res = 1 65

66 Vettorializzare una carta raster Vettorializzare una carta raster comando r.to.vect 66

67 Vettorializzare una carta raster raster in ingresso vettoriale da creare tipo di oggetto vettoriale da creare 67

68 Analisi raster - calcolo delle pendenze Carta delle pendenze: derivata dalla carta del DTM comando r.slope.aspect slope: aspect: pendenze esposizione dei versanti L'estensione della carta derivata dipende dalla regione corrente se si vuole calcolare la carta delle pendenze solo in una zona e non per tutta l'estensione della carta del DTM originale è necessario definire una nuova regione di calcolo in corrispondenza della zona di interesse 68

69 Analisi raster - calcolo delle pendenze Definizione della regione di calcolo 1. zoom sulla zona di interesse 2. impostare la regione di calcolo uguale alla regione correntemente visualizzata

70 Analisi raster - calcolo delle pendenze Calcolare le pendenze 70

71 Analisi raster - calcolo delle pendenze DTM da cui derivare la carta delle pendenze proprietà output - utilizza la risoluzione della regione corrente (altrimenti utilizza la risoluzione del raster in input) - pendenze in gradi o percentuali - tipo di output numerico per le celle - fattore moltiplicativo - minima pendenza considerata per il calcolo delle esposizioni 71

72 Analisi raster - calcolo delle pendenze Nome della carta delle pendenze Nome della carta delle esposizioni Se non si specifica un nome la carta derivata corrispondente non viene calcolata Nell'esempio viene creata solo la carta delle pendenze e non quella delle esposizioni 72

73 Analisi raster - calcolo delle pendenze Specificando un nome in corrispondenza è possibile calcolare anche queste carte derivate 73

74 Analisi raster - calcolo delle pendenze Visualizzare la carta delle pendenze calcolata come previsto è stata calcolata solo all'interno della regione di calcolo definita prima di lanciare il comando 74

75 Analisi raster - r.mapcalc Le carte raster sono matrici numeriche è possibile compiere qualsiasi tipo di operazione logico/aritmetica sui valori delle celle GRASS dispone di un potente comando per eseguire questo tipo di operazioni: r.mapcalc Definendo in modo opportuno una espressione logico/aritmetica diventa possibile realizzare filtri, maschere, riclassificazioni, sovrapposizioni di diverse carte raster; compiere operazioni aritmetiche cella per cella su una o più carte raster in modo da ottenere il risultato cercato 75

76 Analisi raster - r.mapcalc Esempio - estrarre i dati in corrispondenza di una determinata zona costruire una carta del DTM per il solo comune di Brunate raster comuni => le celle all'interno dell'area del comune di Brunate hanno valore 112 dtm_brunate = if(comuni == 112,B4DTM, null() ) B4DTM comuni dtm_brunate 76

77 Analisi raster - r.mapcalc Alcune Funzioni abs(x) valore assoluto di x eval([x,y,...,]z) valuta il risultato delle espressioni tra parentesi float(x) converte x in formato virgola mobile if(x) se x è diverso da zero il risultato è 1, altrimenti è 0 if(x,a) se x è diverso da zero il risultato è a, altrimenti è 0 if(x,a,b) se x è diverso da zero il risultato è a, altrimenti è b if(x,a,b,c) se x è maggiore di zero il risultato è a, se x è 0 il risultato è b, se x è minore di 0 il risultato è c. isnull(x) controlla se il valore di x è nullo Alcuni Operatori / divisione * prodotto + addizione - sottrazione && and logico or logico ==!= > >= < <= uguaglianza disuguaglianza maggiore di maggiore uguale minore di minore o uguale Variabili null() valore nullo row() riga corrente col() colonna corrente x() coord x correnti y() coord y correnti ewres() risol. corrente x nsres() risol. corrente y 77

78 Analisi raster - r.mapcalc E' possibile utilizzare r.mapcalc in diversi modi 1. interfaccia grafica map calculator operatori di r.mapcalc Nome del nuovo raster espressione costruita Per inserire - un raster - una funzione all'interno dell'espressione che si sta costruendo 78

79 Analisi raster - r.mapcalc 2. da linea di comando, specificando direttamente l'espressione di calcolo 3. interattivo: si lancia il comando dalla shell e poi si indicano in sequenza le operazioni da effettuare 79

80 Analisi raster - r.mapcalc 4. si crea un file di testo con la sequenza delle operazioni da eseguire e lo si utilizza come input del comando utile soprattutto quando si devono definire lunghe sequenze di operazioni che si potrebbero dover ripetere più volte 80

81 Analisi raster - altri strumenti di calcolo r.contour: estrae da una carta raster le curve di livello Raster => Generate contour lines r.contour input=b4dtm@permanent output=b4_contour minlevel=0 step=

82 Analisi raster - altri strumenti di calcolo r.los: genera una carta raster con tutte le celle che sono visibili da un punto di osservazione fissato nel raster in output le celle che sono visibili dal punto di osservazione hanno come valore l'angolo verticale (in gradi) richiesto per vederle dal punto di osservazione: Raster => terrain analysis => visibility 82

83 Analisi raster - altri strumenti di calcolo r.los -c input=b4dtm@permanent output=vista01 coordinate= , obs_elev=10 max_dist=5000 particolare sul punto di osservazione tabella dei colori utilizzata 83

84 Analisi vettoriale Calcolare il percorso minimo che unisce due punti di una rete vettoriale definire punto di partenze e di arrivo definire il costo di percorrenza di archi e nodi Comando v.net.path 84

85 Analisi vettoriale - percorso minimo Definizione dei punti di partenza e arrivo indicando direttamente in input le coordinate seguendo questa sintassi id coordx_start coordy_start coordx_end coordy_end indicando le etichette dei punti di arrivo e partenza nel caso si abbia un file vettoriale con nodi e aste connesse 85

86 Analisi vettoriale - percorso minimo Da linea di comando echo " " stringa con le coordinate dei punti di inizio e fine da passare come std input al comando v.net.path input=strade@permanent output=path01 type=line afcolumn=length comando di calcolo del percorso minimo con i parametri di calcolo 86

87 Analisi vettoriale - percorso minimo Dalla GUI, creando preventivamente il file di input Vettoriale di input vettoriale di output con il percorso calcolato file con le coordinate del punto di partenza e arrivo definizione delle colonne della tabella degli attributi con i pesi da considerare per la percorrenza di nodi e aste 87

88 Analisi vettoriale - percorso minimo Percorso trovato: punto di arrivo punto di partenza 88

89 Analisi vettoriale - percorso minimo Utilizzare costi diversi se non viene indicato alcun attributo da utilizzare come peso si considera: per le aste un costo pari alla loro lunghezza per i nodi costo pari a zero è possibile però assegnare dei pesi di attraversamento di aste e nodi indicando una o più colonne degli attributi che conterranno, per ogni oggetto vettoriale, il relativo costo di attraversamento in questo modo si possono considerare, nel calcolo del percorso da seguire, anche altre caratteristiche di una strada (se è principale, secondaria,...) e non solo la sua lunghezza 89

90 Analisi vettoriale - percorso minimo aggiungere al layer strade una colonna per inserire i dati di costo 90

91 Analisi vettoriale - percorso minimo Popolare di dati la colonna supponiamo di definire il costo di percorrenza di una strada proporzionale alla sua lunghezza con un fattore pari a 1 => se la strada è classificata come "principale" 2 => se la strada è classificata come "secondaria" 3 => se la strada è classificata come "altre strade" questi coefficienti sono contenuti nella colonna tipo_arco quindi: 91

92 Analisi vettoriale - percorso minimo La nuova colonna risulta così popolata: cost = length * tipo_arco 92

93 Analisi vettoriale - percorso minimo A questo punto è possibile ripetere il calcolo del percorso minimo fatto prima, indicando però come colonna di costo la nuova colonna cost: 93

94 Analisi vettoriale - percorso minimo Percorso trovato: è diverso dal precedente ed è calcolato in base all'importanza delle strade e non più solo in funzione della distanza punto di arrivo nuovo percorso punto di partenza 94

95 Analisi vettoriale - altri strumenti di calcolo v.buffer: crea un buffer Vector => Buffer vector 95

96 Analisi vettoriale - altri strumenti di calcolo v.buffer: alcune opzioni 1.Definire dei valori diversi 1 lungo gli assi di creazione 1 del buffer 2 l'orientamento dell'asse principale è determinato dal parametro "angle" 0 2.Utilizzare il valore di un attributo come parametro per le dimensioni del buffer A questo è possibile applicare un fattore di scale

97 Analisi vettoriale - altri strumenti di calcolo v.overlay: sovrapposizione tra due carte vettoriali Vector => Overlay vector maps => Overlay vector maps Operatore: or => unione delle due carte and => intersezione delle due carte 97

98 Analisi vettoriale - altri strumenti di calcolo Risultato Unione Intersezione - in colori vari le aree della carta risultante - in bianco/nero i confini comunali - in rosso le strade 98

99 link utili Home page GRASS: Home page GRASS Italia: Tutorial on-line dell'università di Trento: 99

100 Versione utilizzata come riferimento nelle dispense: GRASS 6.4 RC5 100