7.3. 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.

7.3.1. 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 indruk van het terrein te krijgen.

We gaan de algoritmen in het menu Raster ► Raster terreinanalyse gebruiken.

1. Klik op het menu Schaduw voor heuvels

2. Het algoritme stelt u in staat de positie van de lichtbron te specificeren: Azimut heeft waarden van 0 (Noord) via 90 (Oost), 180 (Zuid) en 270 (West), terwijl de Verticale hoek instelt hoe hoog de lichtbron is (0 tot en met 90 graden).

3. We zullen de volgende waarden gebruiken:

   • Z factor op 1.0

   • Azimut (horizontale hoek) op 300.0°

   • Verticale hoek op 40.0°

   

4. Sla het bestand op in een nieuwe map exercise_data/raster_analysis/ met de naam hillshade

5. 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.

7.3.2. 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.

7.3.3. Follow Along: De beste gebieden zoeken

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 erin moet hebben die:

• uitkijken op het noorden

• met een helling van minder dan 5 graden

• Maar als de helling minder is dan 2 graden, dan is het aspect niet van belang.

Laten we de beste gebieden voor ze zoeken.

7.3.4. Follow Along: Berekenen van de helling

Helling informeert u over hoe steil het terrein 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 de helling te berekenen.

1. Open het algoritme

2. Kies srtm_41_19 als de Hoogtelaag

3. Houd de Z factor op 1.0

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

5. Klik op Uitvoeren

Nu zult u de helling van het terrein zien, elke pixel bevat de overeenkomende waarde voor de helling. Zwarte pixels geven vlak terrein aan en witte pixels steil terrein:

7.3.5. 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 zuidelijke 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 aspect te krijgen en die op te slaan naast slope.

Controleer uw resultaten

7.3.6. Follow Along: Het aspect zoeken dat op het noorden uitkijkt

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

Het antwoord ligt in de Rasterberekeningen.

QGIS heeft verschillende rasterberekeningen beschikbaar:

• Raster ► Rasterberekeningen

• In Processing:

  • Rasteranalyse ► Raster calculator

  • 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 Rasteranalyse ► Raster calculator in de Toolbox van Processing gebruiken

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

   • Het bovenste gedeelte aan de linkerkant van het dialoogvenster vermeldt alle geladen rasterlagen als name@N waar name de naam is van de laag en N de band 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 of minder dan 90 graden. Daarom is de formule:

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

3. Nu dient u de details voor het raster in te stellen, zoals de celgrootte, bereik en CRS. Dat kan handmatig worden gedaan of het kan automatisch worden ingesteld door een Referentielaag 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? Voor elke pixel in het raster geeft de formule die we schreven terug of die overeenkomt met de voorwaarden of niet. Daarom zal het uiteindelijke resultaat False (0) en True (1) zijn.

7.3.7. Try Yourself Meer criteria

Nu u het aspect heeft gedaan, maak twee nieuwe lagen uit de DEM.

• De eerste zal gebieden identificeren 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

7.3.8. Follow Along: Resultaten van rasteranalyses combineren

Nu heeft u drie rasterlagen gemaakt uit de 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 voorwaarde wordt voldaan, is de pixelwaarde 1. Ergens anders is het 0. Daarom, als u deze rasters vermenigvuldigt, zullen de pixels, die een waarde van 1 voor allemaal hebben, een waarde van 1 krijgen (de rest zal 0 krijgen).

De voorwaarden, waaraan moet worden voldaan, zijn:

• gelijk aan of minder dan 5 graden helling, het terrein moet op het noorden liggen

• gelijk aan of minder dan 2 graden helling, de richting waarop het terrein uitkijkt is niet van belang.

Daarom moet u zoeken naar gebieden waar de helling vijf 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 de Raster calculator opnieuw

2. Gebruik deze expressie in 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 - zij zijn allemaal berekend vanuit srtm_41_19)

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

5. Klik op Uitvoeren

Het resultaat:

Hint

De eerdere stappen zouden kunnen worden vereenvoudigd met de volgende opdracht:

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

7.3.9. 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 (in wit). 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 (GDAL ► Rasteranalyse in de :guilabel:` Toolbox` van Processing)

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

3. Stel Drempel in op 8 (minimaal acht aaneengesloten pixels), en selecteer 8-connectedness gebruiken.

   

   Als de verwerking is voltooid, zal de nieuwe laag worden geladen.

   

   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:

   

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

5. Open de Raster calculator en bouw deze expressie:

   (all_conditions_sieve@1 <= 0) = 0
   

   Dit zal alle niet-negatieve waarden behouden, en de negatieve getallen instellen 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.

7.3.10. Follow Along: Het raster opnieuw classificeren

We hebben het gereedschap Raster calculator gebruikt om berekeningen op rasterlagen te maken. Er is nog een ander krachtig gereedschap dat we kunnen gebruiken om 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 naar 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 kan worden uitgevoerd met de Raster calculator, maar de formule zou enorm lang worden.

Het alternatieve gereedschap is het gereedschap Opnieuw classificeren op tabel in Rasteranalyse in de Toolbox van Processing.

1. Open het gereedschap

2. Kies aspect als de Rasterlaag

3. Klik op de … van Tabel voor opnieuw classificeren. Een tabel-achtig 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 in 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 Grenzen bereik.

5. Sla de laag op als reclassified.tif 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 eens naar de legenda te kijken, 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 onderscheiden.

7.3.11. Follow Along: Het raster bevragen

Anders dan vectorlagen hebben rasterlagen geen attributentabel. Elke pixel bevat één of meer numerieke waarden (afhankelijk van enkelbands of multiband rasters).

Alle rasterlagen die we gebruikten in deze oefening bestaan uit slechts één enkele band. Afhankelijk van de laag zouden pixelwaarden de waarden voor hoogte, aspect of helling weer kunnen geven.

Hoe kunnen we de rasterlaag bevragen om de waarde van één enkele pixel op te halen? We kunnen de knop ^{Objecten identificeren} gebruiken!

1. Selecteer het gereedschap op de werkbalk Attributen.

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 t 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 van de pixels te zien.

   

6. Maar er is meer. De plug-in Value Tool maakt het voor u 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:

   

7.3.12. 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.

7.3.13. 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.