ТГАСУ. Геоинформационные технологии

Выполнены практические работы по дисциплине "Геоинформационные технологии"

Практическая работа № 1 Создание карты о. Сахалин

Практическая работа № 2 Создание карты населения России

Практическая работа № 3 Привязка графических материалов

Практическая работа № 4 Векторизация графических материалов на примере карты-схемы

Практическая работа № 1 Создание карты о. Сахалин

Задание: 1. Загрузите папку с исходными данными в свою рабочую директорию.

2. Запустите QGIS.

3. Найдите панель менеджера источников данных и откройте его. Подсказка: для открытия Менеджера источников данных можно нажать Ctrl+L. Сведения о доступных горячих клавишах отображаются во всплывающих подсказках при наведении курсора на иконку.

4. В менеджере источников данных на вкладке Браузер найдите вашу рабочую директорию, а в ней — каталог с исходными данными по практической работе 1. В каталоге находится папка с векторными данными, а также растровое изображение ЦМР_Сахалин.tif. Иконка и расширение *.tif указывают на то, что данный файл представляет пространственные данные в растровой модели. Данный растр сохранён в формате GeoTIFF и содержит сведения о пространственной привязке. Файл ЦМР_Сахалин.tif является фрагментом глобальной цифровой модели рельефа GMTED2010, часто используемой для геоинформационного анализа и картографирования.

5. Дважды щёлкните левой кнопкой мыши на название файла ЦМР_Сахалин.tif в менеджере источников данных и данный файл отобразится в окне карты, а также добавится в панель слоёв QGis. Закройте окно Менеджера источников данных.

6. Сохраните проект QGIS в свою рабочую директорию. Примечание: В файлах проекта QGIS (*.qgs, *.qgz) не хранятся пространственные данные, а только ссылки на них и настройки их отображения (включая порядок слоёв, символику и подписи). Если вы перемещаете файл проекта относительно источников данных, ссылки теряются. Поэтому важно сразу правильно организовать размещение файлов проекта.

7. В правом нижнем углу карты вы видите надпись . Нажмите на нее, чтобы открыть интерфейс выбора системы координат проекта. В открывшемся окне вы видите более подробную информацию об используемой системе координат. Код EPSG:4326 соответств ует системе географических координат WGS 84. Термин «географическая система координат» в ГИС означает, что координаты объектов и линейные параметры растров хранятся в виде широты и долготы. Альтернативный подход — проецированные системы координат, где плановые координаты измеряются в метрических единицах. Система координат проекта была импортирована из загруженного растра ЦМР_Сахалин, однако, WGS 84 обычно не используется для картографирования, поэтому целесообразно изменить систему координат проекта.

8. Для выбора проекции воспользуемся инструментом Projection Wizard. Перейдите на сайт https://projectionwizard.org/ и настройте параметры территории и проекции следующим образом: o класс проекции по виду искажений: равнопромежуточная (Equidistant); o охват территории картографирования: от 45° с.ш. до 55° с.ш., от 139° в.д. до 136° в.д.

....

27. Добавьте на лист название карты. Для этого вставьте новую надпись и разместите её над элементом карты. Введите название карты «Сахалин», используйте выключку (горизонтальное выравнивание) по центру, настройте параметры шрифта на своё усмотрение.

28. Добавьте на лист масштабную линейку. Переместите линейку в юго-западный угол карты, установите для неё отображение фона и границы, исправьте обозначение единиц измерения. Уменьшите высоту линейки, кегль шрифта и отступы подписей, чтобы линейка смотрелась более компактно.

29. Добавьте на лист легенду. Легенда будет собрана автоматически на основе тех настроек визуализации, которые применены для слоёв карты. Отредактируйте легенду. Для этого сначала выключите автообновление (Auto update) элементов легенды, чтобы сделать список элементов доступным для редактирования. Удалите из легенды те условные знаки, которые не встречаются на карте, и переименуйте неинформативные или пустые подписи. Правой части карты.

30. Экспортируйте получившуюся карту в изображение формата PNG (Макет — Экспорт в изображение… или по кнопке Сохранить на главной панели инструментов макета.

Практическая работа № 2 Создание карты населения России

1. Скачайте папку с исходными данными в свою рабочую директорию.

2. Запустите QGIS. Нажмите кнопку Сохранить и сохраните проект QGIS (файл формата .qgz) в папку с исходными данными. Данная папка теперь является расположением по умолчанию для проекта.

3. Откройте Менеджер источников данных, на вкладке Браузер найдите и разверните Размещение по умолчанию для проекта. Вы видите там файл проекта, который вы только что сохранили, и базу данных RussiaPopulationMap.gpkg.

4. Разверните содержимое базы RussiaPopulationMap.gpkg.

Файл формата GeoPackage (*.gpkg) представляет собой базу данных SQLite, внутри которой содержатся таблицы с данными и таблицы с метаданными. В отличие от шейп-файлов, GeoPackage хранит всю необходимую информацию в одном файле. Это позиционируется как одно из главных преимуществ формата. Один файл формата GeoPackage может хранить один или несколько наборов пространственных данных. В терминологии разработчиков формата разные наборы данных внутри базы называются слоями (layers) или таблицами данных (data tables). В браузере менеджера источников данных они отображаются с использованием разных значков в зависимости от типа геометрии: o точки; o линии; o полигоны. Как и в случае с шейп-файлами, один набор данных может содержать объекты только одного типа геометрии.

5. Добавьте на карту все наборы из базы RussiaPopulationMap.gpkg. Для добавления набора дважды щёлкните по его названию левой кнопкой мыши.

6. В панели Слои основного окна QGIS расположите слои в следующем порядке: o cities (города) o coastline (береговая линия) o boundaries (государственные границы) o lakes (озера) o regions (регионы РФ) o neighbouring countries (соседние страны)

7. Используя кнопку Полный охват или комбинацию клавиш Ctrl+Shift+F, измените охват изображения, чтобы во фрейме карты отобразились все объекты из добавленных слоёв. Как видите, изображение выглядит немного странно и мало похоже на карту России. Поскольку Чукотский автономный округ расположен одновременно в западном и восточном полушариях, его изображение разрывается, если в проекте используется географическая система координат (что соответствует цилиндрической равнопромежуточной по меридианам проекции). Для карт России обычно применяются конические проекции, причём многих из них нет в международных базах данных. На следующем шаге мы выберем для карты подходящую проекцию и систему координат.

8. Откройте Свойства проекта, а в них — вкладку Система координат Это можно сделать одним из следующих способов: из меню Проект — Свойства…, при помощи сочетания клавиш Ctrl+Shift+P или нажатием на надпись EPSG:4326 в правом нижнем углу окна QGIS. Рекомендуем пользоваться последним способом, поскольку он сразу открывает нужную вкладку.

9. В строке поиска введите Asia_North, чтобы отфильтровать список доступных систем координат. Теперь в списке предустановленных систем координат (Predefined coordinate systems) отображаются только системы координат, название которых включает символы Asia_North.

....

76. Добавьте масштабную линейку на макет. Нажмите кнопку Добавить Масштабная линейка или воспользуйтесь аналогичной опцией из меню Добавить Объект. Разместите его под основным картографическим изображением.

77. Измените подпись единиц измерения масштабной линейки: вместо варианта «km», который используется по умолчанию, впишите «км»

78. Вставьте текстовые блоки: название карты и информацию об авторстве карты.

79. Если необходимо, измените размеры или взаимное расположение элементов, чтобы все они умещались на листе и не «прилипали» к его краям. Результат должен выглядеть приблизительно так, как показано на рисунке ниже: 

80. Экспортируйте изображение в графический файл формата PNG. Для этого используйте кнопку Экспорт в изображение или опцию меню Макет, имеющую такое же название. В настройках экспорта укажите целевое разрешение 300 точек на дюйм (dots per inch, dpi).

Практическая работа № 3 Привязка графических материалов

1. Привязка растра по меткам координат 

1. Скачайте папку с исходными данными к работе в свою рабочую директорию.

2. Найдите в папке raw_images изображение o38-085.tif. Это отсканированный лист топографической карты масштаба 1:100 000 на город Кинешма и его окрестности. Для выполнения привязки нам нужно определить несколько пар точек, для которых известны и внутренние, и целевые координаты. Точки пересечения линий сетки прямоугольных координат идеально подходят в этом качестве, поскольку их целевые координаты подписаны вдоль рамок карты.

3. Определите прямоугольные координаты пересечений линий сетки, ближайших к углам карты. Если какое-то из пересечений читается нечётко, возьмите одно из соседних.

4. Запустите QGIS

5. В QGIS запустите инструмент для привязки растров («Растр» — «Привязка растров» или «Georaferencer»)

6. Добавьте файл o38-085.tif в окно инструмента привязки. Можно перетащить файл из проводника или воспользоваться кнопкой на панели инструментов.

7. В окне привязки по умолчанию активен инструмент добавления опорных точек . С помощью мыши увеличьте изображение северо-западного угла карты, а затем щёлкните левой кнопкой мыши по пересечению линий сетки, координаты которого вы определили раньше. В появившемся окне введите координаты. Обратите внимание на следующие моменты: В QGIS и большинстве других геоинформационных программ ось X направлена на восток (долгота), ось Y — на север (широта). Координаты, подписанные вдоль рамки карты, измеряются в километрах. Координаты, которые вам нужно ввести для привязки, должны быть измерены в метрах. Так, точка на пересечении линий сетки в северозападном углу карты будет иметь следующие координаты в метрах: Х – 8322000, Y – 6396000. Чтобы включить подписи идентификаторов точек, зайдите в «Параметры» — «Настройки привязки растров».

8. Аналогичным образом добавьте остальные контрольные точки по углам карты.

9. Добавьте ещё одну опорную точку в центре карты. Координаты определите самостоятельно. После добавления пяти опорных точек окно привязки примет вид, аналогичный представленному на рисунке ниже:

....

2. Добавление базовой карты

Мы успешно привязали растровое изображение топографической карты, и теперь можем определять координаты, измерять расстояния и площади по карте при помощи простого ГИС-инструментария. Однако наша карта пока «висит в воздухе». Давайте сравним её с изображением какой-нибудь популярной Интернет-карты, например, Яндекс.Карты или OpenStreetMap. Базовые карты из сети интернет могут быть загружены в настольный ГИС-пакет с использованием протокола WMS, WFS или аналогичных. На базовом уровне знакомства с ГИС нас не интересуют технические подробности реализации, поэтому мы воспользуемся простым инструментом загрузки — подключаемым модулем (плагином) QuickMapService. Он позволяет добавлять многие карты из сети интернет «в один клик».

1. Модуль QuickMapService не включается в базовую версию QGIS, его нужно установить отдельно. Для этого откройте меню «Модули» — «Управление и установка модулей…». Дождитесь, пока сведения о модулях загрузятся.

....

3. Использование координат с базовой карты

Топографические карты — удобный материал для привязки, поскольку нужные системы координат известны, а точные значения координат нанесены непосредственно на карту. Однако в большинстве случаев привязка требуется таким материалам, у которых ни система координат, ни точные их значения не известны заранее — например, архивные аэрофотоснимки и космические снимки. В таком случае придётся не вводить координаты вручную, а считывать их значения из окна карты, используя в качестве опоры какой-либо материал, уже представленный в целевой системе координат.

. Создайте новый проект QGIS и добавьте к нему в качестве базовой карты любое покрытие космических снимков (например, Google Satellite).

2. Переместитесь по карте на юг Российской Федерации, в окрестности города Махачкала

3. Откройте модуль привязки и загрузите в него изображение DS1023-2087DF131_b_crop.tif. Это фрагмент космического снимка, полученного в середине 1960-х со спутника программы CORONA.

4. Изображение на космическом снимке повёрнуто относительно изображения базовой карты. Чтобы облегчить опознавание опорных точек, мы можем повернуть изображение в основном окне QIGS. Для этого найдите в нижней правой части окна QGIS настройку «Вращение» и введите значение 30.

.....

4. Интерактивная привязка растров на основе аффинного преобразования

В предыдущих разделах упражнения мы рассматривали привязку при помощи опорных точек. Но есть и другой способ, менее точный, но в ряде случаев более быстрый и удобный — интерактивная привязка (freehand georeferencing). Этот способ годится в следующих случаях: когда необходимо ввести в ГИС-проект эскизные материалы, выполненные с невысокой точностью («традиционная» привязка в этом сценарии практически неприменима), или если нужно привязать современные картографические материалы, для которых заранее известна система координат (например, схемы и планы, составленные на основе изображений из картографических веб-сервисов). В этом упражнении мы рассмотрим второй сценарий.

1. Изучите изображение 20_okrugov_27-04-2020_13-32-09.png. На какой основе оно составлено?

2. Создайте новый проект QGIS.

3. Добавьте из набора QuickMapServices ту базовую карту, на основе которой составлено изображение из п. 1. Если эта базовая карта не загружается через QuickMapServices, воспользуйтесь любой другой картой общегеографического содержания (например, 2GIS Map, Google Road и др.)

4. Установите модуль Freehand raster georeferencer. На верзней панели инструментов появится панель модуля.

....

11. Чтобы сохранить результат привязки, нажмите кнопку «Export Raster with World File» . Сохраните результат привязки в папку georeferenced_images.

12. Сохраните проект

Практическая работа № 4 Векторизация графических материалов на примере карты-схемы

1. Скачайте папку с исходными данными к работе в свою рабочую директорию.

2. Создайте новый проект QGIS и загрузите картографическую основу Google Road с помощью сервиса QuickMapServices . Сохраните проект в ту же директорию, где находятся исходные данные.

3. Привяжите схему районов Novosibirsk.png к картографической основе используя знакомый вам из прошлого задания модуль привязки Freehand raster georeferencer. 

....

1. По уже известному вам алгоритму создайте новый макет компоновки («Проект» — «Создать Макет…») или Ctrl+P. 3. В открывшемся окне макета измените ориентацию страницы с альбомной на портретную (щелкнуть правой кнопкой мыши по листу и открыть Параметры листа).

4. Добавьте картографическое изображение на макет.

5. Изменяя высоту фрейма, масштаб изображения, а также перемещая картографическое изображение внутри фрейма при помощи кнопки «Переместить содержимое элемента» , добейтесь вида фрейма, аналогичного рисунку ниже:

7. Не закрывая окно макета, вернитесь в основное окно QGIS и переименуйте слой районов. Назовите его «Районы Новосибирска».

8. Добавьте на макет легенду и поместите ее в наиболее свободное место в пределах карты.

9. Отключите автообновление легенды и удалите ненужные записи.

10. Добавьте масштабную линейку с помощью кнопки . Разместите масштабную линейку в юго-западном углу изображения. При необходимости измените обозначение единиц измерения.

11. Добавьте название карты с помощью кнопки . Самостоятельно выберите оптимальное место для размещения названия.