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7.3. Lezione: Analisi Geomorfologica

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. ★☆☆ Passo dopo passo: Calcolare una 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 ► Analisi Raster.

1. Clicca sul menu Ombreggiatura

2. L’algoritmo permette di specificare la posizione della sorgente di luce: Azimut della luce ha valori da 0 a 360 gradi (Nord) a 90 (Est), 180 (Sud) e 270 (Ovest), mentre Altitudine della luce imposta quanto in alto si trova la sorgente di luce (da 0 a 90 gradi).

3. Useremo i seguenti valori:

   • Fattore Z a 1.0

   • Azimut della luce (angolo orizzontale) a 300.0°

   • Altitudine della luce a 40.0°

   

4. Salva il file in una nuova cartella exercise_data/raster_analysis/ con il nome hillshade.tif`

5. Infine clicca su Esegui

Avrai un nuovo layer chiamato hillshade simile a questo:

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. ★☆☆ Passo dopo passo: Utilizzare una Ombreggiatura come Sovrapposizione

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:

   

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. Passo dopo passo: Trovare la migliore area

Ripensiamo al problema dell’agente immobiliare, che abbiamo affrontato l’ultima volta nella lezione Analisi vettoriale. Immaginiamo che gli acquirenti vogliano ora acquistare un edificio e costruire un piccolo cottage sulla proprietà. Nell’emisfero sud, sappiamo che un terreno ideale per lo sviluppo deve avere aree che:

• sono esposte a nord

• con una pendenza inferiore a 5 gradi

• Ma se la pendenza è inferiore a 2 gradi, allora l’esposizione non ha importanza.

Troviamo le zone migliori per loro.

7.3.4. ★★☆ Passo dopo passo: Calcolare la Pendenza

La Pendenza informa su quanto è ripido il terreno. Se, per esempio, vuoi costruire case sul terreno, allora hai bisogno di un terreno che sia relativamente piatto.

Per calcolare la pendenza, devi usare l’algoritmo Slope di Processing ► Analisi raster ► Pendenza.

1. Apri l’algoritmo

2. Scegli srtm_41_19 come Elevation layer

3. Mantieni il :guilabel: Fattore Z a 1.0.

4. Salva il file in uscita con il nome slope.tif nella stessa cartella di hillshade.tif`

5. Clicca su Esegui

Ora vedrai la pendenza del terreno, ogni pixel contiene il valore di pendenza corrispondente. I pixel neri mostrano un terreno piatto e quelli bianchi un terreno ripido:

7.3.5. ★★☆ Prova Tu: Calcolare la pendenza

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.

Usa l’algoritmo Aspect del Processing ► Raster terrain analysis per ottenere il layer aspect.tif salvato insieme al slope.tif`.

Saluzione

Imposta la tua finestra di dialogo Aspetto in questo modo:

Il tuo risultato:

7.3.6. ★★☆ Passo dopo passo: Individuare l’esposizione a nord

Ora, hai dei raster che ti mostrano la pendenza e l’esposizione, ma non hai modo di sapere dove le condizioni ideali sono soddisfatte contemporaneamente. Come si potrebbe fare questa analisi?

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. Il nord si trova a 0 (zero) gradi, quindi perché il terreno sia rivolto a nord, la sua esposizione deve essere maggiore di 270 gradi o minore di 90 gradi. Quindi la formula è:

   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.tif.

   Il dialogo dovrebbe apparire come questo:

   

6. Infine clicca su Esegui.

Il risultato dovrebbe essere questo:

I valori in uscita sono 0 o 1. Cosa significa? Per ogni pixel nel raster, la formula che abbiamo scritto restituisce se corrisponde alle condizioni o meno. Quindi il risultato finale sarà Falso (0) e Vero (1).

7.3.7. ★★☆ Prova Tu: 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 slope_lte2.tif e slope_lte5.tif.

Saluzione

• Imposta la tua finestra di dialogo :guilabel: Calcolatore Raster con:

• la seguente espressione: slope@1 <= 2

• il layer slope come Reference layer(s)

  

• Per la versione a 5 gradi, sostituisci il 2 nell’espressione e nel nome del file con 5.

I tuoi risultati:

• 2 gradi:

  

• 5 gradi:

  

7.3.8. ★★☆ Passo dopo passo: Combinare i Risultati delle 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

Dove la condizione è soddisfatta, il valore del pixel è 1. Altrove, è 0. Quindi, se moltiplichi questi raster, i pixel che hanno un valore di 1 per tutti loro avranno un valore di 1 (il resto avrà 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:

Suggerimento

I passi precedenti avrebbero potuto essere semplificati utilizzando il seguente comando:

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

7.3.9. ★★☆ Passo dopo passo: Semplificare il Raster

Come puoi vedere dall’immagine qui sopra, l’analisi combinata ci ha lasciato molte aree molto piccole in cui le condizioni sono soddisfatte (in bianco). Ma queste non sono davvero utili per la nostra analisi, poiché sono troppo piccole per costruirci sopra qualcosa. Sbarazziamoci di tutte queste piccole aree inutilizzabili.

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.

   

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

   

   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:

   

   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:

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. ★★☆ Passo dopo passo: Riclassificare 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:

   

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

5. Salva il layer come reclassified.tif nella cartella exercise_data/raster_analysis/

   

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:

   

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

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

7.3.11. ★☆☆ Passo dopo passo: 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:

   

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:

   

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.

   

   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.

   

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:

   

7.3.12. In Conclusione

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. Cosa Segue?

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.