szabó és wirth: domborzatmodellezés - térinformatika szabadon

2016. 05. 02. Domborzatmodellezés | GeoForAll

http://geoforall.hu/ch5.html 1/14

Térinformatika szabadonSzabó György és Wirth Ervin

5. Fejezet: DomborzatmodellezésA domborzat leírására különféle modellek hivatottak. A domborzat alap modelljének tekinthetjük adigitális magasság modelleket (angolul DEM: Digital Elevation Model). A DEMek értékeitartozhatnak a terepfelszínhez, a növényzet tetejéhez, az épületek tetejéhez, akár a mederfelszínhez.Értékei viszonyíthatók valamelyik tengerszinthez, geoidmodellhez (a föld fizikai alakját leíró összetettmatematikai modell).

Ezek a téradatmodellek szerteágazóak, legelemibben a domborzatot vektoros formában kótált –magassággal rendelkező – pontmegírásokkal fogalmazhatjuk meg. Ezen pontok szabályosan – pl.téglalap rácsban is elhelyezhetők, ezzel grid (rács) modellt teremtve. A grid modellből levezethetőazonos felbontású raszteres adatmodell. Finomabb felbontású raszteres modellhez a meglévőpontok között interpoláció szükséges. Az interpoláció – azaz köztes pontok számítása – különféleeljárásokkal történhet pl. lineáris vagy köbös interpoláció.

A domborzat megjelenítésének fontos részét adja a színezés, illetve az árnyékolás. A domborzatbóllevezethető termékek közé tartoznak a szintvonalak – azonos magassággal rendelkező vonalak –,melyek szerves részei számos térképnek (pl. topográfiai térkép).

DEMTalán a legismertebb és legtöbbet használt felszínmodell az SRTM (Shuttle Radar TopographyMission). Az amerikai NASA (National Aeronautics and Space Administration) 1996ban kezdte megaz SRTM programot, amelynek célja a Földfelszín mintegy 80%ának digitális domborzatitérképezése volt. Az adatnyerés az Endeavour űrrepülőgép fedélzetén elhelyezett radarrendszerfelhasználásával történt. A részletes, 1 szögmásodperc felbontású modellt (kb. 90 méteres) csak azEgyesült Államok területére publikáltak, míg a világ többi részére a 3 szögmásodperc felbontásúmodellt tették nyilvánossá fokozatosan 2003. év végéig. A térségünket leginkább érintő Eurázsiaadatblokkot első verziójában 2003. november 1jén publikálták az Interneten. Ezzel tágabbtérségünket is ábrázoló olyan publikus adatbázis jött létre, amelynek létét és használhatóságátminden földtudománnyal vagy térinformatikával foglalkozó szakembernek célszerű ismerni.

Töltsük le az SRTM Domborzatmodell (files/srtm_hun.zip) rasztert, majd adjuk hozzá a fájl aprojektünkhöz. Csekkoljuk le a legmagasabb geoid (EGM 96) feletti pontot (1039 m):

Tulajdonságok / Stílus (Properties / Style) Pontosság (Accuracy): Aktuális (Actual) Min/max értékek betöltése (Load min/max values): Min/max Betölt(Load)

1

http://geoforall.hu/files/srtm_hun.zip



5.1. ábra: A KékesTető (1014 m) környezete, háttérben FÖMI Ortofotó 2005.A torony magassága 176 m.

Majd állítsuk vissza a kumulatív vágást:

Min/max értékek betöltése (Load min/max values): Kumulatív darab vágás (Cumulative count cut): 298 % Betölt(Load)

A DEMen kívül adjunk hozzá egy webes réteget is a projektünkhöz (pl. Bing Aerial with labels); ígykönnyebben tájékozódunk. Navigáljunk a munkaterületre, esetünkben a Szekszárdidombságra:

5.2. ábra: A 6os és 56os út lehatárolja a munkaterületet.

Mivel az SRTM fájl koordináta rendszere WGS84, ezért állítsuk a projektünk koordináta rendszerét iserre (EPSG:4326); ez a lépés a kivágás miatt fontos. Vágjunk ki egy kisebb darabot a raszterből:

5



Raszter / Kivonat / Vágó Raster / Extraction / Clipper

A vágási terjedelmet célszerű téglalaprajzolással levenni a térképvászonról.

Kivágás után az eredeti réteg eltávolítható.

SzínezésSzínezzük a domborzatmodellt a következőképp:

Tulajdonságok / Stílus (Properties / Style) Megjelenítés típus (Render type): Egysávos álszínes (Singleband pseudocolor) Értékek manuális hozzáadása (Add values manually) 100 – Mező (zöld) 200 – Domb (sárga) 300 – Hegy (barna)

Így a 100nál kisebb sávintenzitás értékű pixelek zöldek lesznek, a 200 és 100 köztiek sárgák, ésígy tovább.

5.3. ábra: Színezett domborzat.

ÁrnyékolásHáromdimenziós látvány előállításához használjuk a következő árnyékolási technikát:

Raszter / Elemzés / DEM (Raster / Analysis / DEM) Mód (Mode): Domborzat árnyékolás (Hillshade) Z Faktor: 10 Méretarány (Scale):111 120



Ez esetben a méretarány a horizontális és a vertikális hosszegység közötti váltószám (fok – méter), aZ faktorral a magasságot lehet kiemelni, így megnőnek az árnyékok, a karakterisztika jobbankiemelhető.

5.4. ábra: A Szekszárdidombság árnyékolással. A világítás azimutja 315 fok, fényforrás magassága 45 fok.

KitettségA kitettségi térkép a lejtésviszonyokat, pontosan a lejtők irányát mutatja meg. Segítséget nyújthatpl. ingatlan vásárlásakor (déli tájolású szőlőskert). A kitettség térképet elkészíthetjük a DEMGRIDmodellünk alapján; futtassuk a következőt:

Raszter / Elemzés / DEM (Raster / Analysis / DEM) Mód (Mode): Kitettség (Aspect)

A kapott értékek az északi iránnyal bezárt szöget (fok dimenzióban) fejezik ki az óramutató járásávalmegegyező értelemben (true northbased azimuth).

Töltsük be a kitettseg.qml stílusfájlt a réteghez:



5.5. ábra: Lejtésirányok lineáris színinterpolációval. Észak kék, Kelet sárga, Dél piros, Nyugat lila.

LejtőkategóriaA lejtőkategória térképhez szintén bemenetként használhatjuk fel a korábban készített SRTMkivágat domborzatmodellünket (DEM):

Raszter / Elemzés / DEM (Raster / Analysis / DEM) Mód (Mode): Lejtőszög (Slope) Meredekség százalékban (Slope expressed as percent) Méretarány (Scale): 111 120

Töltsük be a lejtőkategória stílusfájlt (lejtokategoria.qml), mely a következő osztályokat definiálja:

5.1. táblázat: Lejtők és hasznosításuk.

3



5.6. ábra: Lejtőviszonyok Szekszárdon. Meredek – piros, lejtős – sárga, sík – zöld.

Raszter kalkulátorA QGIS Raszter kalkulátor segítségével a raszterek összeadhatók, összeszorozhatók, logikaiműveleteket fogalmazhatunk meg köztük és így tovább. Például készítsük el a dombság azonrészeit, amelyek 150 és 200 méter közé esnek:

Raszter / Raszter kalkulátor (Raster / Raster Calculator)

Használjuk a következő kifejezést:

("szekszard_dem@1">150 AND "szekszard_dem@1"<200)*"szekszard_dem@1"

A kifejezésben lévő ANDek megfelelő zárójelezéssel akár szorzással is helyettesíthetők.

5.7. ábra: 150 és 200 méter közé eső részek. A magasabb részek sötétebbek.

Ha az előbbi kifejezésben nem szoroztuk volna vissza a DEM réteg egyetlen (következésképp első)sávjával a kifejezés zárójeles részét, akkor egy 0 és 1es értékekkel rendelkező logikai maszkotkaptunk volna. Nézzük meg, milyen is ez; vezessük le azokat a területeket ahol a lejtés enyhe (5 –12%) és déli irányú (kitettség azimut 135 és 225 fok között):



("kitettseg@1">135 AND "kitettseg@1"<225) AND ("lejtokat@1">5 AND "lejtokat@1"<12)

Északi lejtő esetén két részben kell felírni a kifejezést: 045 és 315360

5.8. ábra: Színezett domborzatmodell, és déli tájolású enyhe lejtők feketével.

A levezetett maszk könnyedén vektorossá alakítható (poligonizálás), és borászathoz megfelelő helykeresésekor alkalmazható (következő fejezetben).

SzintvonalakA magasságviszonyok érzékeltetésére leggyakrabban a szintvonalas ábrázolás használatos. Aszintvonalak a szintfelületek és a terepfelszín metszésvonalai, önmagukba visszatérő görbe vonalak.A szomszédos szintvonalak közötti magasságkülönbséget azonos értékűnek szokás felvenni. Ezt azértéket alapszintköznek nevezik. Az alapszintköz értéke elvileg tetszőleges lehet, de nyomdatechnikaiokokból a szintvonalak papír térképeken 0,3 mmnél jobban nem közelíthetik meg egymást, ezértaz alapszintköz a gyakorlatban a méretaránytól és a domborzat tagoltságától függ:

Ahol k a domborzat tagoltságától függ, a jellemző érték hazánkban 5, tehát 1:50000 (a kivágatunkterjedelmére nagyítva a méretarány közel ennyi) méretarány esetén 10 méteres alapszintközjavasolt. Készítsünk szintvonalakat a kivágott részletre:

Raszter / Kivonat / Szintvonal (Raster / Extraction / Contour) Szintvonalköz (Interval between contour lines): 10 Attribútum név (Attribute name): MAG

2



5.9. ábra: Domborzat szintvonalakkal, az alapszintköz 10 méter.

Címkézzük meg a szintvonalakat, erre a réteg tulajdonságainak Címkék fülén van lehetőség. ACímkézéskor a korábban létrehozott MAG attribútumot használjuk. A feliratoknak háttérszínt, zónakörvonalat is adhatunk:

5.10. ábra: Szintvonalak magasságokkal.

Hidrológiai modellezés GRASSEbben a részben a már jól ismert SRTM domborzatmodell alapján határolunk le vízgyűjtőterületeket a Völgységben. Valamint megállapítjuk, hol keletkeznek, keletkezhetnek vízfolyások. Eztkövetően kiszámítjuk hol metszik az vízfolyások az utakat. Végül pedig az így létrehozottcsatornázási pontok vízgyűjtőit állapítjuk meg.

A GRASS (Geographic Resources Analysis Support System) szintén egy térinformatikai rendszer, bárnem annyira felhasználóbarát, mint a QGIS. Számos képfeldolgozási eljárást ismer, melyek a raszteradatmodellre épülnek. Ezen karakterisztikája adódhat abból, hogy az erőforráskutatási elemzésekbemeneti adatai általában raszter fedvények.

A QGISben telepítsük a GRASS Plugint, ha az nem áll rendelkezésünkre. Nézzük meg, hogy a Modulfül alatt szerepele a GRASS könyvtár.

Hozzunk létre egy térképhalmazt:



Modulok / GRASS / Új térkép halmaz (Plugins / GRASS / New Mapset) Adatbázis könyvtár (Database directory): pl. /grass Új munkaterület létrehozása (Create new location): 'szekszard' Vetület (Projection): WGS84 Régió beállítása (Default GRASS Region): →Aktuális QGIS Terjedelem beállítása (Set current QGIS extent) →Hungary Új térképhalmaz (New mapset): 'gyuri'

Ezt követően nyissuk meg a GRASS eszközöket:

Modulok / GRASS / GRASS eszközök megnyitása (Plugins / GRASS / Open GRASSTools)

Majd be kell importálnunk a téradatainkat a GRASS térinformációs rendszerbe (létrehozott grassmappa). Raszterek betöltésére keressünk a következő függvényre:

r.in.gdal.qgis (Fájlkezelés, Importálás GRASSba, Raszter import GRASSba, Raszter import a QGISablakból a GRASSba, Betöltött raszter importálása) Futtatás (Run) Eredmény megjelenítése (View output) Lezár (Close)

5.11. ábra: A GRASS téradatbázis szerkezete.



A QGISt csupán megjelenítő eszközként használjuk a GRASS modul esetén, tehát az eljárások,adatok mind GRASS környezetben futnak, vannak. Állítsuk át a munkaterületet (piros keret) arétegünkre:

g.region.zoom (Fájlkezelés / Importálás GRASSba / Raszter import GRASSba / Raszter import a QGISablakból a GRASSba / Betöltött raszter importálása) Futtatás (Run) Lezár (Close)

Vízgyűjtő lehatárolásA vízgyűjtő lehatároló függvény bemenete a domborzatmodell, futtatáskor a következő termékeketkapjuk: lefolyásirányok (drainage direction), kumulált lefolyás (flow accumulation), vízfolyások(streams), vízgyűjtők (basins). Az eljárás futtatásához szükséges egy küszöbérték (threshold)megadása, mely a vízgyűjtő területek minimális méretére vonatkozik. A küszöbérték cellaszámdimenzióban értendő, tehát átszámítás szükséges: 1 cella mérete a terepen közel 65x90 m, azaz 5850 m . Ha legalább 4 km területű vízgyűjtőket szeretnénk, akkor 4 000 000 / 5 850 ≈ 680értéket állítsunk küszöbnek:

r.watershed (Raszter, Térbeli modellek, Hidrológiai modellezés, Vízgyűjtő elemzés)

5.12. ábra: A küszöb értéke 680 a bal képen, míg csak 50 a jobb képen. Vízgyűjtők (catchments) és vízfolyások(segments).

Az 5.12es ábrán jól látható, hogy a kisebb küszöbérték részletesebb erezetet, vízfolyás vázateredményez.

4 4

2 2



5.13. ábra: Vízfolyások és vízgyűjtőik Szekszárdon (bal kép), vízgyűjtők és kumulált lefolyások (jobb kép).

A kumulált lefolyás raszteren elem azonosítással ellenőrizhetjük, hogy a valóban csak onnanképződteke a vízfolyásaink, ahol a sáv érték eléri a 680at. Azaz az adott cellába 680 másik cellábólfolyik be a víz.

Egy WMSt (pl. OSM Mapnik) hozzáadva a térképünkhöz kiszemelhető egy csatornázási pont, ahol avízfolyás a főutat metszi:

5.14. ábra: Vízfolyás raszter, és OSM Mapnik WMS.

A csatornázási pont koordinátáit (18.6994504977, 46.3291085937) az elem azonosítás funkcióvalnyertük ki.

A metszéspontot akár a vektoros elemek metszésével is kiszámíthatnánk.

A vízgyűjtő számításához a lefolyásirányok (drainage direction), valamint a pont X, Y koordinátáiszükségesek:



r.water.outlet (Raszter, Térbeli modellek, Hidrológiai modellezés, Vízgyűjtő terület létrehozása)

5.15. ábra: Csatornázási pont vízgyűjtő területe.

VektorizálásA bemutatott eljárások eredményei mind raszterképként képződtek, viszont az egyes vízgyűjtők,vízfolyások geometriai tulajdonságait (pl.: terület, hossz, nyomvonal) egyszerűbben tudnánkvektoros állományokból számítani, továbbá felhasználhatjuk őket metszéspontok számításához is(útvízfolyás metszéspont). Tehát célszerű rasztervektor (poligonizálás) konverziókatvégrehajtanunk:

r.to.vect.area (Fájlkezelés, Térkép típus konverzió, Rasztervektor konverzió GRASSon belül, Raszterkonvertálása vektoros területekké)

r.to.vect.line (Fájlkezelés, Térkép típus konverzió, Rasztervektor konverzió GRASSon belül, Raszterkonverzió vektoros vonalakká)

ExportálásAhhoz, hogy a GRASSban létrehozott rétegeinkkel QGISben is tudjunk dolgozni, szükségünk vanazok megfelelő formátumba történő exportálására. Például raszter esetén ez a formátum lehetGeoTiff (GTiff), vektor esetén akár ESRI Shapefile vagy GeoJSON:

r.out.gdal (Fájlkezelés, Exportálás GRASSból, Raszter exportálás GRASSból)



v.out.ogr (Fájlkezelés, Exportálás GRASSból, Vektor export GRASSból)

HosszszelvényA Zagyva folyó hosszszelvényének készítésekor két különböző domborzatmodell magasságaitvesszük fel a függőleges tengelyen. Az egyik a már ismert SRTM, másik pedig az EUDEM. Töltsük leaz EUDEM (files/eudem_hun.zip) domborzatmodellt is, illetve a Zagyva (files/zagyva.zip)nyomvonalát. Töltsük be a következőket a QGISbe: Zagyva, SRTM DEM, EUDEM.

Állítsuk be projekt vonatkozási rendszernek az EOVt. Majd telepítsük a Profile Tool plugint. Abővítmény indítása előtt szelektáljunk egy domborzatmodellt a rétegpalettán, utána adjuk hozzáelterő színnel a másik domborzatmodellt is.

A bővítmény beállításainal (Settings) állítsuk át a "Matplotlib" függvénykönyvtárt a "Qwt5"re. Végüla szelekció menüjében (Selection) válasszuk a szelektált vonallánc (Selected polyline) opciót, majdkattintsunk a Zagyva folyóra. Ezt követően a szoftver feljajzolja a hosszszelvényt:

5.16. ábra: Zagyva hosszszelvény SRTM és EUDEM magassági adatokkal.

Készítsünk egy részletesebb szelvényt arról a részről, ahol a leggyorsabb a magasságváltozás. Ehhezki kell vágjuk a szükséges vonalszakaszt:

Szerkesztés / Elemek darabolása Edit / Split Feature

http://geoforall.hu/files/eudem_hun.zip

http://geoforall.hu/files/zagyva.zip



5.17. ábra: Feldarabolt Zagyva nyomvonal, háttérben EUDEM domborzatmodell.

A szakaszhoz tartozó nagyítás:

5.18. ábra: Az 5.17es ábrán látható szakaszra vonatkozó hosszszelvény.

Hivatkozások1: Ungvári Zsuzsanna, Domborzatmodellek alkalmazása a térképkészítésben, Geodézia és Kartográfia

2: Krauter András, Geodézia

3: Márkus Béla, Térinformatika

4: Telbisz Tamás, Székely Balázs, Timár Gábor: Digitális Terepmodellek (Adat, látvány, elemzés)

5: Mátra | Kékestető | TVtorony kilátó, http://matrahegy.hu/telepulesek/kekesteto/kilato

szabó és wirth: domborzatmodellezés - térinformatika szabadon

Education