7.3. Lesson: Analisi del terreno

Alcuni tipi di raster permettono di avere una visione più profonda del terreno che rappresentano. A questo riguardo i Digital Elevation Models (DEM) sono particolarmente utili. In questa lezione userai degli strumenti per l’analisi del terreno per scoprire di più dell’area di studio per lo sviluppo residenziale proposto.

Obiettivo della lezione: Usare gli strumenti di analisi del terreno per ricavare maggiori informazioni su di esso.

7.3.1. basic Follow Along: Calcolare un’ombreggiatura

Useremo lo stesso layer DEM della precedente lezione. Se stai iniziando questo capitolo da zero, usa il pannello Browser e carica raster/SRTM/srtm_41_19.tif.

Il layer DEM mostra l’elevazione del terreno, ma a volta può sembrare un po” astratto. Contiene tutte le informazioni 3D necessarie, ma non sembra un oggetto 3D. Per avere una migliore impressione del terreno, è possibile calcolare una ombreggiatura, che è un raster che mappa il terreno usando luce e ombra per creare un effetto 3D.

Useremo gli algoritmi nel menu Raster ► Raster terrain analysis.

  1. Clicca sul menu Ombreggiatura

  2. The algorithm allows you to specify the position of the light source: Azimuth has values from 0 (North) through 90 (East), 180 (South) and 270 (West), while the Vertical angle sets how high the light source is (0 to 90 degrees).

  3. We will use the following values:

    • Z factor at 1.0

    • Azimuth (horizontal angle) at 300.0°

    • Vertical angle at 40.0°

    ../../../_images/hillshade_explanation.png
  4. Save the file in a new folder exercise_data/raster_analysis/ with the name hillshade

  5. Infine clicca su Esegui

Avrai un nuovo layer chiamato hillshade simile a questo:

../../../_images/hillshade_raster.png

Appare migliore e in 3D, ma possiamo migliorarlo? Di suo sembra un calco di gesso. Non potremmo in qualche modo usarlo assieme ai nostri raster più colorati? Naturalmente possiamo, utilizzando l’ombreggiatura come uno strato.

7.3.2. basic Follow Along: Usare l’ombreggiatura come uno strato

Un’ombreggiatura può fornire un’informazione molto utile sulla luce solare ad una determinata ora del giorno. Ma può anche essere usate a scopi estetici, perché la mappa appaia migliore. La chiave di ciò è impostare l’ombreggiatura perché sia quasi trasparente.

  1. Cambia la simbologia del layer originale srtm_41_19 in modo che utilizzi lo schema Pseudocolor come visto nell’esercizio precedente

  2. Nascondi tutti i layer tranne srtm_41_19 e hillshade

  3. Nel pannello Layers clicca e trascina srtm_41_19 perché stia sotto al layer hillshade

  4. Imposta il layer hillshade a trasparente cliccando sulla scheda Trasparenza nelle proprietà layer

  5. Imposta Opacità Globale a 50%.

    Avrai un risultato simile a questo:

    ../../../_images/hillshade_pseudocolor.png
  6. Attiva e disattiva il layer hillshade nel pannello Layer per vedere la differenza.

Usando l’ombreggiatura a questo modo, è possibile migliorare la topografia della veduta. Se l’effetto non ti sembra abbastanza forte, puoi cambiare la trasparenza del layer hillshade; naturalmente, più intensa sarà l’ombreggiatura, più soffusi saranno i colori sotto di essa. Dovrai trovare un bilanciamento adatto.

Ricorda di salvare il progetto quando hai fatto.

7.3.3. Follow Along: Finding the best areas

Think back to the estate agent problem, which we last addressed in the Vector Analysis lesson. Let us imagine that the buyers now wish to purchase a building and build a smaller cottage on the property. In the Southern Hemisphere, we know that an ideal plot for development needs to have areas on it that:

  • are north-facing

  • with a slope of less than 5 degrees

  • But if the slope is less than 2 degrees, then the aspect doesn’t matter.

Let’s find the best areas for them.

7.3.4. moderate Follow Along: Calcolare la pendenza

Slope informs about how steep the terrain is. If, for example, you want to build houses on the land there, then you need land that is relatively flat.

To calculate the slope, you need to use the Slope algorithm of the Processing ► Raster terrain analysis.

  1. Apri l’algoritmo

  2. Scegli srtm_41_19 come Elevation layer

  3. Keep the Z factor at 1.0

  4. Salva il risultato come un file di nome slope nella stessa cartella hillshade

  5. Clicca su Esegui

Now you’ll see the slope of the terrain, each pixel holding the corresponding slope value. Black pixels show flat terrain and white pixels, steep terrain:

../../../_images/slope_raster.png

7.3.5. moderate Try Yourself Calcolare l’esposizione

L”esposizione è la direzione della pendenza. Un’esposizione di 0 significa che la pendenza è rivolta verso Nord, 90 rivolt verso Est, 180 Sud e 270 Ovest.

Dato che questo studio ha luogo nell’emisfero meridionale, le proprietà dovrebbero idealmente essere costruite su una pendenza rivolta verso Nord in modo che rimangano alla luce del sole.

Use the Aspect algorithm of the Processing ► Raster terrain analysis to get the aspect layer saved along with the slope.

Controlla i risultati

7.3.6. moderate Follow Along: Finding the north-facing aspect

Now, you have rasters showing you the slope as well as the aspect, but you have no way of knowing where ideal conditions are satisfied at once. How could this analysis be done?

La risposta è nel Calcolatore Raster.

QGIS ha diversi calcolatori raster:

  • Raster ► Calcolatore Raster

  • In processing:

    • Analisi Raster ► Raster calculator

    • GDAL ► Miscellanea Raster ► Calcolatore raster

    • SAGA ► Raster calculus ► Raster calculator

Ogni strumento condurrà allo stesso risultato, ma la sintassi può differire leggermente e può variare la disponibilità di operatori.

Useremo Analisi Raster ► Raster calculator negli strumenti Processing

  1. Apri lo strumento facendo doppio click su di esso.

    • La parte superiore sinistra del dialogo elenca tutti i layer raster caricati come nome@N, dove nome è il nome del layer e N è la banda.

    • Nella parte superiore destra vedrai un sacco di operatori. Smetti per un momento di pensare al raster come un’immagine. Dovresti vederlo come una matrice 2D piena di numeri.

  2. North is at 0 (zero) degrees, so for the terrain to face north, its aspect needs to be greater than 270 degrees or less than 90 degrees. Therefore the formula is:

    aspect@1 <= 90 OR aspect@1 >= 270
    
  3. Ora bisogna impostare i dettagli del raster, come la dimensione delle celle, estensione e SR. Può essere manualmente o automaticamente scegliendo un layer di riferimento. Scegli quest’ultima opzione cliccando sul pulsante vicino al parametro Reference layer(s)

  4. Nel dialogo, scegli il layer aspect, perché vogliamo un layer con la stessa risoluzione.

  5. Salva il layer come aspect_north.

    Il dialogo dovrebbe apparire come questo:

    ../../../_images/raster_calculator.png
  6. Infine clicca su Esegui.

Il risultato dovrebbe essere questo:

../../../_images/aspect_result.png

The output values are 0 or 1. What does it mean? For each pixel in the raster, the formula we wrote returns whether it matches the conditions or not. Therefore the final result will be False (0) and True (1).

7.3.7. moderate Try Yourself Ulteriori criteri

Ora che hai fatto l’esposizione, crea due nuovi layer dal DEM.

  • Il primo dovrebbe identificare le aree dove la pendenza è inferiore o uguale a 2 gradi

  • Il secondo è simile, ma la pendenza dovrebbe essere minore o uguale a 5 gradi.

  • Salvali in exercise_data/raster_analysis come file:slope_lte2.tif e slope_lte5.tif.

Controlla i risultati

7.3.8. moderate Follow Along: Combinare i risultati dell’analisi raster

Ora che hai generato i tre layer raster dal DEM:

  • aspect_north: terreni affacciati a nord

  • slope_lte2: pendenza minore o uguale a 2 gradi

  • slope_lte5: pendenza minore o uguale a 5 gradi

Where the condition is met, the pixel value is 1. Elsewhere, it is 0. Therefore, if you multiply these rasters, the pixels that have a value of 1 for all of them will get a value of 1 (the rest will get 0).

Le condizioni da soddisfare sono:

  • 5 gradi o meno di pendenza, il terreno deve affacciarsi a nord

  • 2 gradi di pendenza o meno, la direzione verso cui si affaccia il terreno non ha importanza.

Perciò, dobbiamo trovare delle aree dove la pendenza è cinque gradi o meno AND (e) il terreno si affaccia a nord, OR (oppure) la pendenza è due gradi o meno. Questo terreno sarà adatto per lo sviluppo.

Per calcolare le aree che soddisfano questi criteri:

  1. Apri di nuovo il Calcolatore Raster

  2. Usa questa espressione in Espressione:

    ( aspect_north@1 = 1 AND slope_lte5@1 = 1 ) OR slope_lte2@1 = 1
    
  3. Imposta il parametro Reference layer(s) a aspect_north (non importa se ne scegli un altro - sono stati tutti calcolati da srtm_41_19)

  4. Salva l’uscita in exercise_data/raster_analysis/ come all_conditions.tif

  5. Clicca Esegui

Il risultato:

../../../_images/development_analysis_results.png

Suggerimento

The previous steps could have been simplified using the following command:

((aspect@1 <= 90 OR  aspect@1 >= 270) AND slope@1 <= 5) OR slope@1 <= 2

7.3.9. moderate Follow Along: Semplificare il raster

As you can see from the image above, the combined analysis has left us with many, very small areas where the conditions are met (in white). But these aren’t really useful for our analysis, since they are too small to build anything on. Let us get rid of all these tiny unusable areas.

  1. Apri lo strumento Filtro (GDAL ► Analisi Raster negli Strumenti Processing)

  2. Imposta Raster in ingresso a all_conditions, e Filtrato a all_conditions_sieve.tif (in exercise_data/raster_analysis/).

  3. Imposta Soglia a 8 (minimo otto pixel contigui), e seleziona Use 8-connectedness.

    ../../../_images/raster_sieve_dialog.png

    Una volta completata l’elaborazione, sarà caricato il layer.

    ../../../_images/sieve_result_incorrect.png

    Che succede? La risposta è nei metadati del nuovo file raster.

  4. Guarda i metadati nella scheda Informazioni del dialogo Proprietà Layer. Guarda il valore STATISTICS_MINIMUM:

    ../../../_images/sieve_metadata.png

    Questo raster, come quello da cui è derivato, dovrebbe mostrare solo valori 1 e 0, ma ha anche un valore negativo molto grande. Analizzando i dati si vede che questo numero agisce come un valore nullo. Siccome siamo da aree non filtrate, impostiamo tutti questi valori nulli a zero.

  5. Apri il Calcolatore Raster, e costruisci questa espressione:

    (all_conditions_sieve@1 <= 0) = 0
    

    Questa conserverà tutti i valori non negativi, ed imposterà i numeri negativi a zero, lasciando tutte le aree con valore 1 intatte.

  6. Salva l’uscita in exercise_data/raster_analysis/ come all_conditions_simple.tif.

Il risultato dovrebbe essere come questo:

../../../_images/raster_sieve_correct.png

Questo è quello che ci aspettavamo, una versione semplificata dei risultati precedenti. Ricorda che se i risultati non sono quelli che ti aspettavi, guardare i metadati (e gli attributi del vettore, se applicabili) può essere essenziale per risolvere il problema.

7.3.10. moderate Follow Along: Reclassificare il raster

Abbiamo usato il Calcolatore Raster per fare calcoli sui layer raster. C’è un altro potente strumento che possiamo usare per estrarre informazioni dai layer esistenti.

Torniamo al layer esposizione. Sappiamo che ha valori numerici da 0 a 360. Quello che vogliamo fare è riclassificare il layer in valori discreti (da 1 a 4), a seconda dell’esposizione.

  • 1 = Nord (da 0 a 45 e da 315 a 360);

  • 2 = Est (da 45 a 135)

  • 3 = Sud (da 135 a 225)

  • 4 = Ovest (da 225 a 315)

Questa operazione può essere fatta con il calcolatore raster, ma la formula sarebbe molto molto lunga.

La soluzione alternativa è lo strumento Riclassifica con tabella in Analisi raster analysis degli Strumenti Processing.

  1. Apri lo strumento

  2. Scegli aspect as the Raster

  3. Clicca su di Tabella di riclassificazione. Apparirà un dialogo tipo tabella, dove puoi scegliere i valori minimo, massimo e nuovi valori per ogni classe.

  4. Clicca sul pulsante Aggiungi Riga ed inserisci 5 righe. Riempi ogni riga come nella figura seguente e poi clicca OK:

    ../../../_images/reclassify_table.png

    Il metodo utilizzato dall’algoritmo per gestire i valori soglia di ogni classe è definito da Limiti intervallo.

  5. Save the layer as reclassified.tif in the exercise_data/raster_analysis/ folder

    ../../../_images/reclassify_setup.png
  6. Clicca su Esegui

Se confronti il layer originario aspect con il reclassified, non ci sono molte differenze. Ma guardando la legenda, vedrai che i valori vanno da 1 a 4.

Diamo a questo layer un aspetto migliore.

  1. Apri il pannello Stile layer

  2. Invece di Banda singola grigia, scegli Valori a tavolozza/univoci

  3. Clicca sul pulsante Classifica per estrarre automaticamente i valori ed assegnargli dei colori casuali:

    ../../../_images/unique_style.png

L’uscita dovrebbe apparire come questa (avrai colori diversi dato che sono stati generati casualmente):

../../../_images/reclassify_result.png

Con questa riclassificazione e lo stile tavolozza applicato al layer, puoi immediatamente differenziare l’esposizione delle aree.

7.3.11. basic Follow Along: Interrogare il raster

Diversamente da layer vettoriali, i layer raster non hanno una tabella attributi. Ogni pixel contiene uno o più valori numerici (raster a banda singola o multipla).

Tutti i layer raster considerati in questo esercizio consistono di una sola banda. A seconda del layer, i valori dei pixel possono rappresentare valori di altitudine, esposizione o pendenza.

Come possiamo interrogare il layer per avere il valore di un pixel? Possiamo usare il pulsante Informazioni elementi!

  1. Seleziona lo strumento dalla barra degli strumenti Attributi

  2. Clicca in un punto a caso del layer srtm_41_19. Apparirà Informazioni Risultati con il valore della banda al punto cliccato:

    ../../../_images/identify_raster.png
  3. Puoi cambiare la visualizzazione del pannello Informazioni Risultati dall’attuale modalità ad albero a tabella selezionando Tabella nel menu Vista in fondo al pannello:

    ../../../_images/identify_raster_table.png

Cliccare ogni pixel del raster per vederne il valore potrebbe diventare irritante. Possiamo usare il plugin Value Tool per risolvere il problema.

  1. Vai a Plugins ► Gestisci ed Installa Plugin…

  2. Nella scheda Tutti, nel campo di ricerca scrivi value t

  3. Seleziona il plugin Value Tool, premi Installa Plugin e poi Chiudi il dialogo.

    ../../../_images/value_tool.png

    Apparirà il nuovo pannello Value Tool.

    Suggerimento

    Se chiudi il pannello puoi riaprirlo abilitandolo in Impostazioni ► Pannelli ► Value Tool o cliccando sull’icone nella barra strumenti.

  4. Per usare il plugin seleziona Enable e assicurati che nel pannello il layer srtm_41_19 sia attivo (selezionato).

  5. Muovi il cursore sopra la mappa per vedere i valori dei pixel.

    ../../../_images/value_tool_query.png
  6. Ma c’è di più. Il plugin Value Tool ti permette di interrogare tutti i layer raster nel pannello Layer. Imposta di nuovo come attivi i layer aspect e slope e muovi il mouse sulla mappa:

    ../../../_images/value_tool_query_multi.png

7.3.12. In Conclusion

Hai visto come ricavare tutti i tipi di prodotti di analisi da un DEM. Questi includono i calcoli di ombreggiatura, pendenza ed esposizione. Hai anche visto come utilizzare il calcolatore raster per analizzare e combinare ulteriormente questi risultati. Infine hai visto come riclassificare un layer e come interrogare i risultati.

7.3.13. What’s Next?

Ora hai due analisi: l’analisi vettoriale che ti mostra i lotti potenzialmente adatti, e l’analisi raster che ti mostra i terreni potenzialmente adatti. Come possono essere combinati per arrivare ad un risultato finale per questo problema? È l’argomento della prossima lezione, all’inizio del prossimo modulo.