 |
Лабораторная работа №2. Векторизация растровых карт
|
|
|
|
Практикум (лабораторный)
Практикум состоит из 3 лабораторных работ.
Для успешного выполнения лабораторных работ необходимо изучение соответствующих модулей теоретического блока (лекций).
Общие требования к содержанию, оформлению и порядку выполнения
Перед выполнением лабораторной работы необходимо создать папку «Ваша фамилия Lab №__» (Использовать только буквы латинского алфавита. Например: «Ivanov I.P. Lab №__»). В эту папку в ходе выполнения работы необходимо сохранять требуемые материалы.
Перед выполнением лабораторной работы изучите теоретическую часть, далее необходимо изучить пример выполнения лабораторной работы.
Задания лабораторной работы необходимо выполнять последовательно, при необходимости результат выполнения сохранять в свою папку.
Лабораторная работа №1. Знакомство с Quantum GIS
Цель работы:
ознакомиться с основными инструментами Quantum GIS
В результате выполнения лабораторной работы обучающийся должен демонстрировать следующие результаты:
Уметь:
| Индекс компетенции | Индекс образовательного результата | Образовательный результат |
Владеть:
| Индекс компетенции | Индекс образовательного результата | Образовательный результат |
Теоретическая часть
Quantum GIS (QGIS) является географической информационной системой с открытым исходным кодом. QGIS позволяет использовать большое количество распространенных ГИС функций, обеспечиваемых встроенными инструментами и модулями.
Рис. 1 Интерфейс QGIS
В настоящее время QGIS работает на большинстве платформ: Unix, Windows, и OS X. QGIS разработана с использованием инструментария Qt и языка программирования C++. Это означает, что QGIS легка в использовании, имеет приятный и простой графический интерфейс. QGIS стремится быть легкой в использовании ГИС, предоставляя общую функциональность. Первоначальная цель заключалась в облегчении просмотра геоданных и QGIS достигла той стадии в своем развитии, когда многие используют ее в своих ежедневных задачах просмотра. QGIS поддерживает множество растровых и векторных форматов данных, а поддержка новых форматов реализуется с помощью модулей
|
|
|
Общая постановка задачи
1. Ознакомиться с процессом установки программного продукта Quantum GIS.
2. Научиться добавлять электронные слои данных в новый проект.
3. Научиться просматривать информацию об объектах, изучить методы выборки объектов.
4. Настроить отображение данных в проекте в соответствии с требованиями.
Пример выполнения работы
1. Запустите файл QGIS-OSGeo4W-1.7.4-d211b16-Setup.exe двойным кликом мыши. Появится окно мастера установки с приветствием (рис.2).
Рис. 2 Запуск установщика QGIS
Следуя указаниям мастера, вы должны будете принять условия лицензионного соглашения, выбрать папку для распаковки файлов на ваш компьютер и необходимые компоненты– вместе с программой есть возможность установить и просмотреть демоданные, при желании поставьте соответствующие отметки (не обязательно). После всех вышеописанных действий кликните «Установить», чтобы запустить процесс. По завершении работы установщика нажмите «Готово».
Теперь на вашем рабочем столе появился ярлык запуска программы. Также запустить ее можно через меню Пуск → Все программы.
2. Запустите Quantum GIS через меню Пуск → Все программы.
Откроется окно программы QGIS (рис. 3). Вверху находится строка меню и панели инструментов. В столбце слева (Слои) будет отображаться перечень данных, добавленных к проекту. В правой области (область отображения) эти данные будут прорисованы, т.е. это и есть сама карта. Пока вы еще ничего не добавили, эта область пуста. Внимательно изучите пункты меню. Обратите внимание, что для различных типов данных (векторных и растровых) существуют различные группы инструментов.
|
|
|
Рис. 3 Интерфейс программы QGIS
Растр представляет собой регулярную сетку ячеек, или, в случаях, когда говорят об изображении, пикселей. Сетка имеет фиксированное количество строк и столбцов. Каждая ячейка имеет числовое значение и определённое пространственное разрешение (например, 30x30 метров). Вектор (в самом простом смысле) – это способ описания местоположения с помощью набора координат. Каждая координата соотносится с географическим местоположением с помощью системы значений X и Y.
Добавьте к карте слой зданий из папки с учебными данными Getting_Started. Для этого нажмите кнопку 
на панели инструментов (Добавить векторный слой). В поле Набор данных с помощью кнопки Обзор выберите каталог с учебными данными и в папке State выделите слой buildings_point.shp, затем нажмите Открыть. В диалоговом окне нажмите Open (рис. 4).
Рис. 4 Добавление слоя зданий
В области отображения появился точечный слой. Добавьте таким же образом еще два слоя из папки State: streets.shp и parks_polygon.shp. В результате должно получиться как на рисунке 5.
3. Работа с векторными слоями, запросы
Для каждого набора данных в таблице Слои отображается его состояние, название, тип, а также условное обозначение на карте (чуть ниже). Каждый следующий слой добавляется поверх предыдущих, поэтому набор данных buildings_point.shp должен оказаться в самом низу. Обратите внимание на схематичное изображение перед названием:
– это точечный слой, соответственно условное обозначение на карте – точка;
– это линейный слой, условное обозначение на карте – линия;
– это полигональный (площадной) слой, условное обозначение на карте – площади, ограниченные замкнутыми линиями.
Рис. 5 Новый проект QGIS
Отметка о состоянии напротив слоя указывает, отображать его на карте или нет. Уберите отметку напротив слоя улиц. В результате слой исчезнет с карты. Однако в таблице слой сохраняется и его всегда можно снова отобразить, вернув отметку. Это дает возможность просматривать карту по отдельным составляющим, выключая те слои, которые в данный момент нас не интересуют или мешают для анализа других объектов.
|
|
|
Порядок данных в таблице Слои имеет значение для отображения их на карте. Слои можно перемещать, ухватив их левой клавишей мыши и перетаскивая вверх или вниз. Они накладываются друг на друга, и в первую очередь мы видим те, которые лежат в таблице выше. Следовательно, полигональные данные могут перекрывать другие типы данных, т.к. они могут занимать площадь, где расположены точечные и линейные объекты. Чтобы этого не происходило, разместите слои в проекте в следующем порядке сверху вниз: buildings_point.shp, streets.shp, parks_polygon.shp (рис. 6). Включите слой streets.shp.
Рис. 6 Порядок слоев в таблице содержания
Панель навигации позволяет перемещаться по карте, увеличивать и уменьшать изображение, находить интересующие объекты. Изучите всплывающие подсказки панели инструментов навигации (рис. 7).
Рис. 7 Инструменты навигации
Отобразите добавленные слои на карте целиком, найдите подходящую для этого кнопку. Попробуйте приблизить участки карты с помощью соответствующего инструмента, растягивая вокруг них прямоугольник. Для этого зажмите левую клавишу мыши и растягивайте область, пока вас не устроит выделенный участок по своей величине (рис. 8). Вернуться к предыдущему изображению позволяет инструмент «Предыдущий охват». Проследовать на следующее, если Вы возвращались назад, - «Следующий охват». Щелкните правой клавишей мыши по любому слою в таблице Слои. Изучите контекстное меню слоя. Мы можем изменить систему координат слоя или всего проекта, просмотреть атрибутивную информацию, экспортировать объекты в другой слой, выполнить к нему запрос, отредактировать, переименовать и т.д.
Рис. 8 Увеличение выделенного фрагмента карты.
Откройте атрибутивную таблицу слоя buildings_point (рис. 9). Чтобы выделить любой объект в таблице, достаточно щелкнуть на его номер в крайнем левом столбце таблицы. На карте этот объект подсветится желтым цветом, в таблице – синим.
|
|
|
Рис. 9 Таблица атрибутов слоя зданий
Используя инструмент «Увеличить до выделенного» на панели навигации, можно просмотреть выбранный объект на карте. Обратите внимание, что QGIS словно «наезжает» на выбранный объект.
Теперь попробуем провести выборку иначе. Нажмите кнопку Расширенный поиск внизу таблицы атрибутов. Если вам известно об объекте значение конкретного поля таблицы, в конструкторе поисковых запросов можно ввести выражение и увидеть результат на карте. Найдем на карте здание с названием Public Stage. В таблице атрибутов это название прописано в поле NAME. Значит, выражение будет выглядеть следующим образом: NAME = 'Public Stage'. Наберите запрос самостоятельно (рис. 10). (Подсказка: из групп Поля и Значения параметры добавляются двойным кликом мыши; знаки можно вводить с клавиатуры либо одинарным кликом на соответствующей кнопке в группе Операторы; выделив мышью определенное поле, можно увидеть все его возможные значения, нажав кнопку Образец.)
Рис. 19 Построение запроса по атрибутам
4. Изменение отображения данных на карте
Изменим и настроим отображение слоев карты. Двойным кликом мыши по названию слоя вызывается диалоговое окно свойств объекта. Откройте свойства buildings_point (рис. 11).
Рис. 11 Свойства слоя buildings_point
На закладке Стиль поменяйте Обычный знак на Уникальные значения, выбрав соответствующее поле в выпадающем списке. В строке Поле выберите поле NAME. Щелкните Изменить знак и в открывшемся диалоговом окне Выбор условного знака установите размер 3 единицы. Нажмите OK. Измените расцветку градиента по желанию. Теперь нажмите кнопку Классифицировать – классификация будет добавлена.
Перейдите на вкладку Подписи. Поставьте отметку Включить подписи. В строке Поле, содержащее подпись, укажите NAME. Размер поставьте 7 единиц, размещение укажите - Внизу. Нажмите OK. Теперь на карте появились подписи с названиями зданий, а каждая точка окрашена своим уникальным цветом (рис. 12).
Рис. 12 Результат изменения свойств слоя зданий
Измените отображение слоя улиц и парков по своему усмотрению (рекомендуется цвет дорог выбрать серый, цвет парков – зеленый). Выделите в таблице Слои набор данных streets. Найдите на панели инструментов кнопку Подписи 
и нажмите на нее. В открывшемся диалоговом окне поставьте отметку напротив параметра Подписывать объекты этого слоя. В правом углу из выпадающего списка выберите Поле, содержащее надпись – NAME. Названия этих полей являются столбцами таблицы атрибутов слоя улиц. Другие параметры можете оставить без изменений (рис. 13). Нажмите OK.
Рис. 13 Параметры подписей
|
|
|
Нажмите кнопку Полный охват, чтобы отобразить все слои карты целиком (рис. 14). Сохраните проект через меню Файл → Сохранить проект как… Выберите папку с учебными данными Getting_Started и впишите название в строку Имя файла (например Лаб.р.№1), после чего нажмите Сохранить. Теперь проект можно закрыть (Файл → Выход).
Рис. 24 Итоговая карта
Контрольные вопросы к защите
1. В чем отличие растрового слоя от векторного?
2. Как зависит отображение данных на карте от их размещения в таблице Слои?
3. Что такое атрибуты?
4. Какие два вида запросов можно выполнять по отношению к электронной карте?
5. Откуда берутся подписи на карте, где они хранятся?
Лабораторная работа №2. Векторизация растровых карт
Цель работы:
научиться создавать тематические векторные слои (shape-файлы) на основе растровых карт.
В результате выполнения лабораторной работы обучающийся должен демонстрировать следующие результаты:
Уметь:
| Индекс компетенции | Индекс образовательного результата | Образовательный результат |
Владеть:
| Индекс компетенции | Индекс образовательного результата | Образовательный результат |
Теоретическая часть
В качестве инструмента используется ПО Quantum GIS (http://qgis.org), а основа растровых карт - спутниковые снимке, взятые с яндекс-карт (maps.yandex.ru) или google-карт (maps.google.com). Если есть предпочтения, то можно использовать также карты Bing (http://www.bing.com/maps/), Yahoo (http://maps.yahoo.com/).
Привязка растровых карт хорошо описана в документации по Quantum GIS.
Картографические сервисы - Yandex, Google, Bing, Yahoo - используют нормальную цилиндрическую проекцию Меркатора, а большинство топографических печатных карт (в том числе бывшего СССР) - поперечную цилиндрическую Меркатора с разбивкой на зоны.
Для Яндекс-карт - WGS84/World Mercator (EPSG=3395);
Для Google, Bing, Yahoo карт, (возможно также Wikimapia и OpenStreetMap) - Google Mercator (EPSG=900913);
Для советский топографических карт территории Удмуртия - Transverse Mercator - Pulkovo1942/Gauss-Kruger zone 9 (EPSG=28409).
Общая постановка задачи
Создать тематические векторные слои (shape-файлы) на основе растровых карт
Пример выполнения работы
1. Откройте в браузере сайт maps.yandex.ru или maps.google.com и найдите территорию, которую планируете векторизовать. Выберите режим спутниковых снимков. Максимально приблизьте интересующий квартал.
2. Сделайте снимок экрана (кнопка PrnScn в Windows), откройте программу Paint, вставьте содержимое буфера обмена. Обрежьте лишнее, сохраните рисунок на диске.
3. Откройте программу Quantum GIS. В свойствах проекта выберите правильную Прямоугольную проекцию в группе Mercator:
Для Яндекс-карт - WGS84/World Mercator (EPSG=3395);
Для Google, Bing, Yahoo карт - Google Mercator (EPSG=900913 или 3785). - Вот статья на эту тему (http://habrahabr.ru/post/239251/)
Установите флажок "Включить преобразование координат на лету".
4. Запустите утилиту "Привязка растров". Откройте файл со спутниковым снимком, сделанный на шаге 2. На вопрос о системе координат снимкавыберите правильную проекцию (ту же, что и на шаге 3). Добавьте не менее 4 точек привязки. Значения координат (долгота, широта) возьмите из яндекс-карт (инструмент в яндекс-картах "Получить информацию"). Важно! - Яндекс показывает координаты в формате Широта,Долгота, а QuantumGIS просит наоборот - Долгота,Широта. Сохраните точки привязки. Запустите процедуру (Начать привязку), выберите в качестве целевой системы координат WGS84 (поскольку мы вводили координаты точек в этой системе), и не забудьте поставить флажок "Отобразить результаты в QGIS". Возможно вопрос о системе координат снимка программа задаст на этом шаге. Убедитесь, что появился новый растровый слой в основном окне программы QGIS. Закройте окно привязки.
5. Для проверки корректности проведенной привязки загрузите в проект любой векторный слой из комплекта карт, загруженных с адреса - http://gis-lab.info/projects/osm_shp/region/RU-UD.
6. Создайте новый векторный слой (shape-file) типа "Полигон" для будущих зданий, добавьте к уже имеющейся колонке аттрибутов (id) дополнетельно колонки с названиями - street, number, name и type. Сохраните слой под названием houses.
7. Начните наполнять слой объектами - зданиями. Для этого включите режим редактирования для нового слоя. Используя инструмент "Добавить объект" начните обводить контуры зданий левой кнопкой мышки, заканчивая последней точкой правой кнопкой. Введите аттрибуты для этого объекта - id, улицу, номер дома, имя если есть и тип - жилой дом, общественное здание, торговый центр и т.п.. Введите все здания в своем квартале.
8. Создайте еще один слой для дорог - типа "Линейный" с аттрибутами id, name. Введите все дороги.
9. Сохраните свой проект.
Контрольные вопросы к защите
1. Что такое shape-file?
2. Что такое Привязка растров?
3. Какую проекцию используют основные картографические сервисы Yandex, Google, Bing, Yahoo?
|
|
|
