8.3. Lesson: Terreinanalyse

Bepaalde typen rasters stellen u in staat meer inzicht te verkrijgen over het terrein dat zij weergeven. Digital Elevation Models (DEM’s) zijn in dit opzicht in het bijzonder bruikbaar. In deze les zult u gereedschappen voor terreinanalyses gebruiken om meer uit te vinden over het te bestuderen gebied voor het eerder voorgestelde te ontwikkelen woongebied.

Het doel voor deze les: Gereedschappen voor terreinanalyses gebruiken om meer informatie over het terrein te verkrijgen.

8.3.1. Follow Along: Een schaduw voor heuvels berekenen

We gaan dezelfde DEM-laag gebruiken als in de vorige les. Als u nieuw aan dit hoofdstuk begint gebruik dan het paneel Browser en laad het bestand raster/SRTM/srtm_41_19.tif.

De DEM-laag toont u de hoogten in het terrein, maar het kan er soms wat abstract uitzien. Het bevat alle 3D-informatie over het terrein die u nodig heeft, maar het ziet er niet uit als een 3D-object. Het is mogelijk een schaduw voor heuvels te berekenen, wat een raster is dat de kaart weergeeft met behulp van licht en een schaduw om het uiterlijk van een 3D-afbeelding aan te nemen, om een betere kijk op het terrein te krijgen.

We gaan de algoritmes van het menu Raster ‣ Analyse gebruiken.

1. Klik op het menu Schaduw voor heuvels

2. Het algoritme stelt u in staat te specificeren waar de positie van de lichtbron moet zijn: de parameter Azimut heeft waarden van 0 (Noord) via 90 (Oost), 180 (Zuid) en 270 (West) terwijl de Verticale hoek instelt hoe hoog het licht moet staan. We zullen de standaard waarden gebruiken:

   

3. Sla het bestand op in een nieuwe map raster_analysis binnen de map exercise_data met de naam hillshade

4. Klik tenslotte op Uitvoeren

U zult nu een nieuwe laag, genaamd hillshade, hebben die er uitziet zoals dit:

Dat ziet er leuk en 3D uit, maar kunnen we dit verbeteren? Op zichzelf ziet de schaduw voor de heuvels er uit als een gipsafdruk. Kunnen we het op een of andere manier gebruiken met onze, meer kleurrijke, rasters? Natuurlijk kunnen we dat, door de schaduw voor de heuvels er overheen te leggen.

8.3.2. Follow Along: Schaduw voor heuvels gebruiken door er overheen te leggen

Een schaduw voor heuvels kan heel bruikbare informatie verschaffen over het zonlicht op een bepaald moment van de dag. Maar het kan ook voor esthetische doeleinden gebruikt worden om de kaart er beter uit te laten zien. De sleutel hiertoe is de schaduw voor de heuvels in te stellen op bijna geheel transparant.

1. Wijzig de symbologie van de originele laag srtm_41_19 om het schema Pseudokleur te gebruiken, zoals in de eerdere oefening.

2. Verberg alle lagen met uitzondering van de lagen srtm_41_19 en hillshade.

3. Klik en sleep srtm_41_19 tot onder de laag hillshade in het paneel Lagen.

4. Stel de laag hillshade in op transparant door te klikken op de tab Transparantie in de Laageigenschappen.

5. Stel de Globale transparantie in op 50%:

   U krijgt een resultaat zoals dit:

   

6. Schakel de laag hillshade uit en weer in in het paneel Lagen om het verschil dat het maakt te zien.

Met het op deze manier gebruiken van een schaduw voor heuvels, is het mogelijk de topografie van het landschap te verbeteren. Als het effect voor u niet sterk genoeg lijkt te zijn, kunt u de transparantie van de laag hillshade vergroten; maar natuurlijk geldt: hoe helderder de schaduw van de heuvels wordt, hoe vager de kleuren erachter zullen zijn. U dient een balans te vinden die voor u werkt.

Onthoud om het project op te slaan als u gereed bent.

8.3.3. Follow Along: Berekenen van de helling

Een ander handig ding om te weten van het terrein is hoe steil het is. Als u bijvoorbeeld huizen wilt bouwen op het land daar, heeft u land nodig dat relatief vlak is.

U moet het algoritme Helling van Processing ‣ Raster terreinanalyse gebruiken om dit te doen.

1. Open het algoritme

2. Kies srtm_41_19 als de Hoogtelaag

3. Sla de uitvoer op als een bestand met de naam slope in dezelfde map als de laag hillshade

4. Klik op Uitvoeren

Nu zult u de helling van het terrein zien, met zwarte pixels voor vlak terrein en witte pixels voor steil terrein:

8.3.4. Try Yourself Berekenen van het aspect

Aspect is de richting van het kompas waarop de helling van het terrein uitkijkt. Een aspect van 0 betekent dat de helling uitkijkt op het noorden, 90 op het oosten, 180 op het zuiden en 270 op het westen.

Omdat deze studie plaatsvindt in de zuidelijk hemisfeer, zouden gebouwen ideaal gesproken moeten worden gebouwd op een helling die uitkijkt op het noorden zodat zij in het zonlicht blijven.

Gebruik het algoritme Aspect van Processing ‣ Raster terreinanalyse om de laag te krijgen.

Controleer uw resultaten

8.3.5. Follow Along: Rasterberekeningen gebruiken

Denk even terug aan het probleem van de makelaar dat we bespraken in de les Vectoranalyse. Laten we ons eens voorstellen dat de kopers een gebouw willen kopen en een kleinere woning willen bouwen op het land. We weten dat, in de zuidelijke hemisfeer, een ideaal gebied voor ontwikkeling gebieden moet hebben die uitkijken op het noorden, en met een helling van minder dan vijf graden. Maar als de helling minder is dan 2 graden, dan is het aspect niet van belang.

Gelukkig heeft u al rasters die u zowel de helling als het aspect weergeven, maar u heeft geen manier om te weten te komen waar aan beide voorwaarden tegelijkertijd wordt voldaan. Hoe zou deze analyse worden uitgevoerd?

Het antwoord ligt in de Rasterberekeningen.

QGIS heeft verschillende rasterberekeningen beschikbaar:

• Raster ‣ Rasterberekeningen

• Processing ‣ Rasteranalyse ‣ Raster calculator

• Processing ‣ GDAL ‣ Raster diversen ‣ Rasterberekeningen

• SAGA ‣ Raster calculus ‣ Raster calculator

Elk gereedschap leidt tot dezelfde resultaten, maar de syntaxis kan enigszins verschillen en de beschikbaarheid van operatoren kan variëren.

We zullen Processing ‣ Rasteranalyse ‣ Raster calculator gebruiken.

1. Open het gereedschap door er dubbel op te klikken.

   • Het bovenste gedeelte aan de linkerkant van het dialoogvenster vermeldt alle in de legenda geladen rasterlagen als name@N waar name de naam is van de laag en N de gebruikte rasterband is.

   • In het bovenste gedeelte aan de rechterkant ziet u veel verschillende operatoren: neem even de tijd om er aan te denken dat een raster een afbeelding is, u zou het moeten zien als een 2D-matrix, gevuld met getallen.

2. Noord ligt op 0 (nul) graden, dus voor het terrein dat op het noorden uitkijkt moet het aspect groter zijn dan 270 graden en minder dan 90 graden. Daarom is de formule:

   aspect@1 <= 90 OR aspect@1 >= 270
   

3. U dient nu de details voor het raster in te stellen, zoals de celgrootte, bereik en CRS. Dat kan handmatig worden gedaan door ze in te vullen of het kan automatisch worden ingesteld door een``Referentilaag`` te kiezen. Kies voor deze laatste optie door te klikken op de knop … naast de parameter Reference layer(s).

4. Kies in het dialoogvenster voor de laag aspect omdat we een laag willen met dezelfde resolutie.

5. Sla de laag op als aspect_north.

   Het dialoogvenster zou er nu zo uit moeten zien:

   

6. Klik tenslotte op Uitvoeren.

Uw resultaat zal dit zijn:

De waarden voor de uitvoer zijn 0 of 1. Wat betekent dat? De formule die we schreven bevatte de voorwaardelijke operator OR: daarom zal het uiteindelijke resultaat False (0) en True (1) zijn.

8.3.6. Try Yourself Meer hellingen

Nu u het aspect heeft gedaan, maak twee afzonderlijke nieuwe analyses van de laag DEM.

• De eerste zal het identificeren van alle gebieden zijn waar de helling minder is dan of gelijk is aan 2 graden.

• De tweede is soortgelijk, maar de helling zou minder of gelijk moeten zijn aan 5 graden.

• Sla ze op onder exercise_data/raster_analysis/ als slope_lte2.tif en slope_lte5.tif.

Controleer uw resultaten

8.3.7. Follow Along: Resultaten van rasteranalyses combineren

U heeft nu drie nieuwe analyse-rasters van de laag DEM:

• aspect_north: het terrein kijkt uit op het noorden

• slope_lte2: de helling is 2 graden of minder

• slope_lte5: de helling is 5 graden of minder

Waar aan de voorwaarden voor deze lagen wordt voldaan, zijn zij gelijk aan 1. Ergens anders zijn zij gelijk aan 0. Als u dan ook een van deze rasters vermenigvuldigt met een ander zult u de gebieden krijgen waar beide gelijk zijn aan 1.

De voorwaarden waaraan voldaan moet worden zijn: 5 graden helling of minder, het terrein moet uitkijken op het noorden; maar bij 2 graden of minder helling is de richting waarop het terrein uitkijkt niet van belang.

Daarom moet u zoeken naar gebieden waar de helling 5 graden of minder is AND het terrein uitkijkt op het noorden; OR de helling is 2 graden of minder. Dergelijk terrein zou geschikt zijn voor ontwikkeling.

De gebieden berekenen die voldoen aan deze criteria:

1. Open opnieuw uw Rasterberekeningen

2. Gebruik het paneel Lagen, de knoppen Operatoren en uw toetsenbord om deze expressie op te bouwen in het tekstvak Expressie:

   ( aspect_north@1 = 1 AND slope_lte5@1 = 1 ) OR slope_lte2@1 = 1
   

3. Stel de parameter Reference layer(s) in als aspect_north (het maakt niet uit of u een andere kiest gegeven het feit dat alle lagen zijn berekend vanuit srtm_41_19)

4. Sla de uitvoer op onder exercise_data/raster_analysis/ als all_conditions.tif.

5. Klik op Uitvoeren

Uw resultaten:

8.3.8. Follow Along: Het raster vereenvoudigen

Zoals u in bovenstaande afbeelding kunt zien, staan in de gecombineerde analyse vele kleine gebieden die voldoen aan de voorwaarden. Maar deze zijn niet echt bruikbaar voor onze analyse, omdat ze te klein zijn om er iets op te bouwen. Laten we deze kleine onbruikbare gebieden verwijderen.

1. Open het gereedschap Sieve Processing ‣ GDAL ‣ Rasteranalyse

2. Stel het Invoerlaag in op all_conditions, en het Gezeefd op all_conditions_sieve.tif (onder exercise_data/raster_analysis/).

3. Stel Drempel in op 8 en selecteer 8-connectedness gebruiken.

   

   Als de verwerking is voltooid zal de nieuwe laag worden geladen in het kaartvenster.

   

   Wat is er aan de hand? Het antwoord ligt in de metadata van het nieuwe rasterbestand.

4. Bekijk de metadata onder de tab Informatie van het dialoogvenster Laageigenschappen. Kijk naar de waarde STATISTICS_MINIMUM:

   

   Waar dit raster, net zoals die waaruit het is afgeleid, alleen de waarden 1``en ``0 zou moeten hebben, heeft het ook een heel groot negatief getal. Onderzoek van de gegevens geeft aan dat dit getal zich gedraagt als een waarde null. Omdat we alleen gebieden willen die niet uitgefilterd werden, stellen we deze waarden null in op nul.

5. Open opnieuw Raster calculator en bouw deze expressie:

   (all_conditions_sieve@1 <= 0) = 0
   

   Dit zal alle bestaande nulwaarden behouden, terwijl het ook de negatieve getallen instelt op nul; wat alle gebieden met de waarde 1 intact zal laten.

6. Sla de uitvoer op onder exercise_data/raster_analysis/ als all_conditions_simple.tif.

Uw uitvoer ziet er uit zoals dit:

Dit is wat er verwacht werd: een vereenvoudigde versie van de eerdere resultaten. Onthoud dat als de resultaten die u van een gereedschap krijgt niet zijn wat u er van verwacht, het bekijken van de metadata (en vectorattributen indien van toepassing) essentieel kan blijken te zijn om het probleem op te lossen.

8.3.9. Follow Along: Het raster opnieuw classificeren

We gebruiken het gereedschap Raster calculator om enkele berekeningen op de rasterlaag te maken. Er is nog een ander krachtig gereedschap dat we kunnen gebruiken om beter informatie uit bestaande lagen uit te nemen.

Terug naar de laag aspect: we weten nu dat die numerieke waarden heeft in het bereik van 0 tot en met 360. Wat we willen doen is om deze laag opnieuw te classificeren met andere afzonderlijke waarden (van 1 tot en met 4), afhankelijk van het aspect:

• 1 = Noord (van 0 tot 45 en van 315 tot 360);

• 2 = Oost (van 45 tot 135)

• 3 = Zuid (van 135 tot 225)

• 4 = West (van 225 tot 315)

Deze bewerking zou kunnen worden uitgevoerd met de rasterberekeningen, maar de formule zou enorm lang worden.

Het alternatieve gereedschap is het gereedschap Opnieuw classificeren op tabel in Processing ‣ Rasteranalyse.

1. Open het gereedschap

2. Kies aspect als de Rasterlaag

3. Klik op de … van de parameter Tabel voor opnieuw classificeren. Een tabelachtig dialoogvenster zal openen waar u de minimum, maximum en nieuwe waarden voor elke klasse kunt kiezen.

4. Klik op de knop Regel toevoegen en voeg 5 rijen toe. Vul elke rij zoals in de volgende afbeelding en klik op OK:

   

   De door het algoritme gebruikte methode hoe de drempelwaarden van elke klasse te behandelen wordt gedefinieerd door de parameter Grenzen bereik.

5. Sla de laag op als reclassified in de map exercise_data/raster_analysis/

   

6. Klik op Uitvoeren

Wanneer u de eigen laag aspect vergelijkt met de reclassified zijn er geen grote verschillen. Maar door te kijken naar de legenda kunt u zien dat de waarden lopen van 1 tot en met 4.

Laten we deze laag eens een betere stijl geven.

1. Open het paneel Laag opmaken

2. Kies Gepaletteerd/Unieke waarden in plaats van Enkelbands grijs

3. Klik op de knop Classificeren om automatisch de waarden op te halen en ze nieuwe willekeurige kleuren toe te wijzen:

   

De uitvoer zou er nu ongeveer zo uit moeten zien (u kunt andere kleuren hebben omdat die willekeurig werden gemaakt):

Met dit opnieuw classificeren en de toegepaste gepaletteerde stijl op de laag kunt u direct de gebieden van aspect zien. Leuk hè?!

8.3.10. Follow Along: Het raster bevragen

Anders dan vectors hebben rasterlagen geen attributentabel: elke pixel bevat één of meer numerieke waarden, afhankelijk van het feit of het raster enkelbands of multiband is.

Alle rasterlagen die we gebruikten in deze oefening zijn gemaakt uit slechts één enkele band: afhankelijk van de laag geven getallen van de pixels de waarden voor hoogte, aspect of helling weer.

Hoe kunnen we de rasterlaag bevragen om de waarde van één enkele pixel te weten te komen? We kunnen de knop gebruiken om deze informatie uit te nemen.

1. Selecteer het gereedschap van de bovenste werkbalk

2. Klik op een willekeurige locatie op de laag srtm_41_19. Identificatieresultaten zal verschijnen met de waarde van de band op de aangeklikte locatie:

   

3. U kunt de uitvoer van het paneel Identificatieresultaten wijzigen van de huidige modus boom naar een tabel door Tabel te selecteren in het menu Weergave aan de onderzijde van het paneel:

   

Klikken op elke pixel om de waarde van het raster te verkrijgen zou op den duur vervelend kunnen worden. We kunnen de plug-in Value Tool gebruiken om dit probleem op te lossen.

1. Ga naar Plug-ins ‣ Plug-ins beheren en installeren…

2. Typ, op de tab Alles, Value Tool in het zoekvak

3. Selecteer de plug-in Value Tool, druk op Plug-in installeren en dan Close het dialoogvenster.

   

   Het nieuwe paneel Value Tool zal verschijnen.

   Tip

   Als u het paneel sluit kunt u het opnieuw openen door het in te schakelen in het menu Beeld ‣ Panelen ‣ Value Tool of door te klikken op het nieuwe pictogram op de werkbalk.

4. Selecteer, om de plug-in te gebruiken, het keuzevak Enable en zorg er voor dat de laag srtm_41_19 actief (geselecteerd) is in het paneel Lagen.

5. Verplaats de cursor over de kaart om direct de waarde ter weten van de pixel

   

6. Maar er is meer. De plug-in Value Tool maakt het mogelijk alle actieve rasterlagen in het paneel Lagen te bevragen. Stel de lagen aspect en slope opnieuw in als actief en ga met de muis over de kaart:

   

8.3.11. In Conclusion

U heeft gezien hoe u alle soorten analyseproducten uit een DEM kunt halen. Dit omvat berekeningen voor schaduw voor heuvels, helling en aspect. U heeft ook gezien hoe de rasterberekeningen te gebruiken voor verdere analyses en het combineren van deze resultaten. Tenslotte leerde u hoe een laag opnieuw te classificeren en de resultaten te bevragen.

8.3.12. What’s Next?

Nu heeft u twee analyses: de vectoranalyse die u de potentieel geschikte bouwplaatsen laat zien, en de rasteranalyse die u het potentieel geschikte terrein laat zien. Hoe kunnen deze worden gecombineerd om tot een uiteindelijk resultaat voor dit rp0obleem te komen? Dat is het onderwerp voor de volgende les, die begint in de volgende module.