Övning 6. Rasterdata & 3D Tid: 2 tim (+ inlämningsdelen) Uppgift: Analys av täckningsområde för militära grupperingsplatser Läsanvisning: Harrie: kap 9.7 I lärobokens kapitel 9.7 (Harrie) behandlas analysmetoder i raster-gis. Dit hör t.ex. följande metoder: - Cellvisa operationer, - Ytbaserade operationer, - Filteroperationer - Distansoperationer Denna övning visar hur man med hjälp av ett antal olika skikt med främst rutnätsstruktur (raster) kan bestämma bästa platsen för lokalisering av en aktivitet eller en anläggning. Övningen fungerar här som ett hjälpmedel att demonstrera hur flera av de i boken beskrivna metoderna fungerar i praktiken. Se till att ha verktygsraden My_Spatial_Analyst är aktivt. Om den inte är det så högerklicka i det gråa utanför verktygsraderna för att aktivera det. För att analyserna i laborationen skall kunna genomföras behövs dessutom tillägget Spatial Analyst aktiveras, vilket görs via menyn Customize > Extensions. Viktigt att förstå är att denna verktygsrad är speciellt skräddarsydd för laborationen i fråga. Om ni kommer att behöva utföra motsvarande analyser vid ett annat tillfälle kommer ni behöva söka upp verktygen en och en, främst genom att kolla i ArcToolboxmenyn. 1. Cellvisa operationer Starta ArcMap och öppna kartdokumentet S:\TN\FL\TNFL04\Lab6\ skarblacka3_kopia.mxd. Där finns fem olika skikt med olika datastrukturer (vektor, rutnätsdata resp. raster, se övning 2 om du glömt skillnaden!). Notera även verktygsraden ovanför innehållsförteckningen över dataskikten. Kopiera kartdokumentet och spara på H: (er hemmadisk). Om aktuella skikt inte laddas in i kartdokumentet då det öppnas måste ni återkoppla dessa genom att högerklicka på dessa skikt och välja Properties > fliken Source där ni söker upp motsvarande fil i kursmappen genom att trycka på Set Data Source. Cellvisa operationer (eng. local operators) innebär att cellernas värden i ett skikt bearbetas i ett moment. Detta resulterar i ett nytt skikt. Operationerna görs främst med hjälp av rasterkalkylatorn. Det kan ske på fyra olika sätt: - En matematisk operation innebär att alla celler multipliceras med en faktor. Alla räknesätt kan användas här (aritmetiska, logaritmiska, exponentiella samt trigonometriska). - En överlagringsoperation fordrar minst två skikt och innebär att motsvarande celler från två eller flera skikt analyseras. - En logisk operation innebär att man söker celler med hjälp av logiska uttryck i ett eller flera skikt. De sökta cellerna visas i ett nytt skikt. - En klassindelning innebär att ett skikt med kontinuerliga data, t ex värden på höjden över havet, delas in i klasser. Klassindelningar görs här med skikthanteraren (layer > properties). 28
2. Filteroperationer Dessa operationer ska här demonstreras med hjälp av höjddata som alltså innehåller ett höjdvärde utan decimaler för varje cell (höjden har mätts i cellens mittpunkt). Vi börjar med en klassindelning av höjdatalagret. Öppna skikthanteraren och fliken Symbology. Markera alternativet Classified i vänstra rutan och försök att dela cellerna i klasser med 10 m intervall (Ledtråd: Klicka på knappen Classify). Matematiska operationer genomförs med rasterkalkylatorn som öppnas via My_Spatial_Analyst. Klicka på knappen Raster Calculator. Dess funktion kan testas på följande (meningslösa) sätt. Dubbelklicka på höjddata1 så att filnamnet hamnar i den undre rutan. Lägg sedan till ett divisionstecken (/) och dubbelklicka igen på höjddata1. Uttrycket betyder att alla cellers värden ska delas med sig själva och resultatet ska bli en matris med bara ettor. Välj slutligen vart det nya skiktet skall sparas (någonstans på H:) och sedan på OK. Kontrollera det nya skiktet som dyker upp och ta därefter bort det legenden. Pröva sedan att göra en logisk operation genom att välja ut alla rutor som ligger högre än 50 m. Testa slutligen en överlagringsoperation genom att välja ut celler som ligger lägre än 70 meter och är skogbeväxta. Rasterkalkylatorn använder alltid de värden som finns i kolumnen value, i jordartslagret har exempelvis jordarten berg value = 1 (se attributtabellen). Filteroperationer (eng. focal operators) innebär att en cells värde beräknas som en funktion av dess grannar. Ett typexempel är framställning av lutningskartor från en höjddatabas, där en viss cells lutning kan härledas via de åtta omgivande cellerna. Filtret sägs i detta fall vara 3 x 3 celler stort. Välj Spatial Analyst Tools > Slope. Markera skiktet höjdata1 (visar höjden över havet i m) som indataskikt och ange vart det nya lutningsskiktet, utdataskiktet, skall sparas. Acceptera övriga värden i dialogrutan. Ett filter körs då som framställer en sluttningskarta. Studera kartan en stund och ta bort den sedan. Ett annat filter som kan genereras är en terrängskuggning, vilket görs Spatial Analyst Tools > Hillshade. Välj skiktet med höjddata som input (som tidigare) och ange en plats att spara det nya skiktet på. Låt alla andra värden vara och tryck sen på OK. Detta skikt kan kombineras med rasterkartan för att skapa en mer levande karta. Högerklicka på rasterkartan (skärblacka.jpg) och välj Properties > Display och ställ in värdet 50 på genomskinligheten. Skiktet skall placeras ovanför Hillshade-skiktet i legenden för att båda skall kunna ses samtidigt. Släck övriga skikt. 3. Ytbaserade operationer En ytbaserad operation (eng. zonal operator) innebär att man beräknar en egenskap för ett antal celler av viss typ, t ex sjöar. Man kan exempelvis beräkna medellutningen för områden med jordarten lera. Som verktyg används funktionen zonal statistics. Börja med att skapa ett skikt som anger lutningsgraden med hjälp av höjddata via spatial Spatial Analyst Tools > Slope. Detta är som sagt en filteroperation (om så önskas kan skiktet som skapades tidigare användas). Beräkna sedan medelvärdet för lutningen i varje jordartsklass genom Spatial Analyst Tools > Zonal Statistics. Välj jordart-skiktet i det övre fältet i dialogrutan, text i det andra fältet (Zone field) och därefter lutningsskiktet under Input 29
4. Distansoperationer 5. ArcScene (3D) Value Raster. Ange sen vart det nya skiktet skall sparas och ange att medelvärdet (Mean) skall beräknas. Tryck slutligen på OK. Verkar lutningsmedelvärdena trovärdiga? En distansoperation (eng. global operator) kan vara en beräkning av avståndet från varje cell till en viss plats eller till den närmaste platsen av flera likvärdiga. I ArcMap kan man beräkna avstånd från såväl objekt i vektordata (punkter, linjer eller ytor) som celler i rutnätsdata. Funktionen demonstreras här med en beräkning där varje cells avstånd till närmaste väg erhålls som ett nytt skikt. Börja med att välja Spatial Analyst Tools > Euclidian Distance. Som indataskikt anges vägar och platsen för vart utdataskiktet (avståndsskiktet) skall sparas anges i vanlig ordning. Låt de övriga värdena vara (om så önskas kan en annan cellstorlek anges, men tänk på att ju mindre cellstorlek desto längre beräknings-tid). Du ska då få fram en karta som anger avståndet till den närmast belägna vägen för varje cell. Studera avståndsskikt som genererats och ta sedan bort den från skiktlegenden. Testa sedan att markera ett godtyckligt vägsegment i vägskiktet (den skall bli ljusblå) och genomför samma procedur en gång till. Hur tror du att det nya avståndsskiktet kommer att se ut? Denna typ av kartor är mycket användbara i analyser där avstånd har betydelse. Nu har ni testat de olika metoderna för raster-analyser. Nästa steg är att se hur rasterdata på ett enkelt sätt kan användas till att göra 3D-modeller/illustrationer. Starta programmet ArcScene, och öppna filen S:\TN\FL\TNFL04\Lab6\Jamtland\ Jamtland.sxd. Högerklicka någonstans uppe i en tom verktygsrad (i det gråa bredvid verktygen) och aktivera verktygsraden Animation. Klicka på Animation och välj Load animation file, och ladda filen S:\TN\FL\ TNFL04\Lab6\Animation_Inflyg. Tryck på play för att starta animeringen. Grafiken är ju inte särskilt imponerande, men tänk på att den är skapad endast med en (ganska odetaljerad) höjddatabas och ett (dåligt upplöst och svartvitt) flygfoto. Kvalitén på illustrationen beror helt och hållet på vilken kvalité man har på det indata man använder. (Så med bra indata går det att göra väldigt bra animeringar på detta enkla sätt, t.ex. samma modell med detaljerad höjdinfo och heltäckande, högupplösta, färgfoton kan vara mycket roligare) Hur som helst så visar exemplet hur man enkelt kan använda olika typer av rasterinformation för att skapa enkla 3d-visualiseringar. Extra: För er som vill se hur man enkelt gör en sådan animering Först och främst, för att vrida och vänd på modellen så använd det verktyg som ser ut som en liten jordglob med pilar runtom (Det finns längst till vänster i samma verktygsrad som zoom-verktygen). Testa det samt zoom - och panoreringsverktyget. Välj sedan Animation > Clear animation (för att ta bort den laddade animeringen) och klicka därefter på verktyget som ser ut som en kamera. Med det här verkty- 30
get sätter man ut olika kamerapunkter och en glidande animering (flygning) skapas mellan de olika kameravinklarna man har valt Kamerapositionerna sätts ut genom att välja Animation > Create keyframe. Välj camera i översta rullmenyn, och därefter ny. Sedan är det bara att zooma sig till den nästa vy varifrån man ha nästa kameravinkel och sätta ut en ny keyframe (klicka new igen ) Prova att göra en inflygning åt andra hållet Inlämningsuppgift till övning 6 Uppgiften går ut på att hitta en så bra plats som möjligt för att placera en ny kommunikationsmast som ska föras upp vid flygplatsen i Östersund/Åre (på Frösön). Några krav/restriktioner finns: Den måste täcka (line-of-sight) så stora delar som möjligt av Frösön (och speciellt flygplatsområdet) samt så mycket som möjligt av Östersund (stad). Om den ska föras upp ute på Frösön så får den högst vara 30 meter hög och inte placeras i rullbanans förlängda linje Om den däremot ligger på fastlandet (eller någon annan större ö) kan den byggas 100 meter hög. Öppna filen S:\TN\FL\TNFL04\Lab6\Jamtland\Jamtland_Kopia.mxd och spara en kopia av kartdokumentet under din hemkatalog på nätverket. Inled sedan med att kopiera (eller exportera som.shp-fil) filen TestPunkt2 till samma plats som kartdokumentet (eller egentligen till en valfri plats där du har skrivrättigheter). Ta därefter bort den ursprungliga versionen av den filen från kartan (högerklicka och välj remove), och lägg till den nya kopian istället. Lägg därefter till Spatial Analyst via Customize > Extensions Nedan följer några tips/steg för arbetsgången Omvandla höjddata till en Hillshade (som ni gjorde i övningen tidigare ovan). Omvandla höjddata till Contour (visar höjdkurvor) för att enklare kunna gissa var en bra mastplacering kan vara. Verktyget startas upp ) via Spatial Analyst Tools > Contour. Välj HöjddataJamtland.tif som indataskikt och spara på valfri plats med skrivrättigheter på nätverket. Välj sedan ett mått på avståndet mellan isolinjerna mellan höjdkurvorna under Contour Interval (förslagsvis siffran 10 som representerar 10 meter mellan kurvorna). Lämna resten av inställningarna som de är och tryck slutligen på OK. I din kopia av TestPunkt2 kan du lägga till ytterligare punkter där du tror att det kan vara bra att placera masten. Dessa kan läggas till ett redan existerande punktskikt genom verktyget Editor. Starta först Editorn (kanske behöver aktiveras först genom högerklick på en tom verktygsrad). Välj sedan Start Editing och välj din kopia av Testpunkt2 (punktskiktet) som du vill ändra (klicka bort eventuella varningar som dyker upp). Använd markeringsverktyget för att sätta ut nya punkter som du vill undersöka. 31
Medan editorn är igång så öppna attributtabellen och skriv in mastens höjd i fältet OFFSETA. När du valt ut ett antal kandidatplatser till masten och känner dig nöjd börjar du med att spara ändringarna genom Save Edit under Editor-menyn och avslutar via Stop Editing. Markera därefter en av dina punkter skapa en s.k. Viewshed (som visar täckningsområdet) baserad på den punkten och höjddataskiktet. Detta verktyg hittar ni genom att första öppna ArcToolbox och sedan söka i trädet enligt 3D Analyst Tools > Raster Surface > Viewshed. Testa er fram för se hur verktyget fungerar. Skapa sådana här analysskikt för några olika, väl valda, punkter och använd den du tycker ger bäst resultat till din rapport. Resultatet av ovanstående analys ska redovisas på en layout i valfri skala och utformning. Den vanliga informationen skall finnas på layouten. Se till att det är lätt att se vilka områden som täcks av masten. I rapporten ska uppgift, syfte och stegen i analysprocessen presenteras kortfattat. Handledningen ovan kan användas som underlag. Rapporten ska innehålla kommentarer till metodiken, t.ex. tillförlitlighet, enkelhet, etc. 32