ggrraassss ggiiss - prírodovedecká fakulta 1.1 Úvod do grass gis geographic resources analysis...
TRANSCRIPT
Univerzita Komenského v Bratislave, Prírodovedecká fakulta
Geografický ústav Slovenskej akadémie vied v Bratislave
LLiibboorr BBuurriiaann
MMaarriiáánn JJeennččoo
MMiilloošš RRuussnnáákk
GGRRAASSSS GGIISS
GGeeoovveeddnnéé aapplliikkáácciiee
2
Univerzita Komenského v Bratislave, Prírodovedecká fakulta
Geografický ústav Slovenskej akadémie vied v Bratislave
GRASS GIS
Geovedné aplikácie
autori: Mgr. Libor Burian RNDr. Marián Jenčo, PhD. Mgr. Miloš Rusnák recenzenti: Mgr. Michal Gallay, PhD. Ing. Karel Jedlička, PhD. jazyková úprava: Bc. Martina Lešková
© Univerzita Komenského v Bratislave, Slovenská akadémia vied v Bratislave
ISBN: 978-80-223-3804-2
Bratislava, 2015
3
Obsah Predslov ............................................................................................................................................... 5
1. Práca v prostredí GRASS GIS........................................................................................................... 6
1.1 Úvod do GRASS GIS ....................................................................................................................... 7
1.2 Používateľské rozhranie ................................................................................................................ 8
1.3 Moduly GRASS GIS ......................................................................................................................... 9
1.4 Základné nastavenia ...................................................................................................................... 9
1.5 Vzhľad pracovného prostredia GRASS GIS a základný pohyb v ňom .......................................... 14
1.6 Základné operácie s grafickými vrstvami .................................................................................... 19
1.7 Práca s modulmi .......................................................................................................................... 21
1.8 Import údajov .............................................................................................................................. 23
1.9 Región a maska ............................................................................................................................ 26
1.10 Export údajov ............................................................................................................................ 29
2. Analytické nástroje ....................................................................................................................... 31
2.1 Úvod k analytickým nástrojom .................................................................................................... 32
2.2 Interpolácia prostredníctvom modulu v.surf.rst ......................................................................... 32
2.3 Výpočet vybraných morfometrických charakteristík .................................................................. 36
2.4 Mapová algebra ........................................................................................................................... 38
2.4.1 Map calculator ...................................................................................................................... 38
2.4.2 Fokálna štatistika .................................................................................................................. 40
2.4.3 Zonálna štatistika.................................................................................................................. 42
2.5 Reklasifikácia rastrových vrstiev .................................................................................................. 43
2.6 Modelovanie distribúcie slnečného žiarenia ............................................................................... 45
2.7 Hydrologické modelovanie .......................................................................................................... 47
2.8 Nástroje mapovej analýzy ........................................................................................................... 52
2.9 Georeferencovanie ...................................................................................................................... 53
2.10 Vektorizácia priestorových údajov ............................................................................................ 55
2.11 Tvorba ortofotomáp .................................................................................................................. 59
2.12 Pridávanie prvkov mapovej kompozície .................................................................................... 65
2.13 Zobrazenie vrstiev prostredníctvom perspektívnej vizualizácie (modul nviz) .......................... 66
3. Úlohy a cvičenia ............................................................................................................................ 70
3.0 Úvodné slovo ............................................................................................................................... 71
3.1 Cvičenie 1. ................................................................................................................................... 72
3.2 Cvičenie 2. ................................................................................................................................... 73
3.3 Cvičenie 3. ................................................................................................................................... 75
3.4 Cvičenie 4. ................................................................................................................................... 77
3.5 Cvičenie 5. ................................................................................................................................... 79
3.6 Cvičenie 6. ................................................................................................................................... 82
4
3.7 Cvičenie 7. ................................................................................................................................... 84
3.8 Cvičenie 8. ................................................................................................................................... 86
3.9 Cvičenie 9. ................................................................................................................................... 88
Prílohy
1. Ovládanie GRASS GIS prostredníctvom Quantum GIS ................................................................. 92
2. Zdanlivá dráha Slnka na oblohe..................................................................................................... 95
3. Ortorektifikácia .............................................................................................................................. 97
4. Transformácia súradníc S-JTSK do pravouhlej matematickej súradnicovej sústavy. ................... 99
5. Vstupné údajové súbory potrebné pri riešení príkladov. ............................................................ 100
Použitá literatúra ................................................................................................................... 101
Odporúčaná literatúra ........................................................................................................... 102
CD nosič s modelovými dátami
5
Predslov
Geografické informačné systémy (GIS) sa stali bežnými nástrojomi na zber, spracovanie,
uchovávanie, správu a analýzu polohovo lokalizovaných informácií. Neustávajúci nárast počtu
používateľov rôznych platforiem GIS, medzi ktorých už dávno nepatria len experti z jednotlivých
geovedných disciplín, vytvára tlak na ich vývoj. V súčasnosti preto existujú dve početné skupiny
operátorov GIS. Prvá, menšia skupina, sa špecializuje na vývoj a rozširovanie systémov (GIS
vývojári) a druhá skupina sa orientuje na využívanie funkcionality jednotlivých GIS platforiem pri
riešení geovedne orientovaných problémov (GIS používatelia).
Existuje široké spektrum návodov, príručiek a skrípt, ktoré sa venujú problematike jednotlivých
GIS platforiem. Mnohé z nich však hovoria rečou GIS vývojárov a môžu byť preto ťažšie
zrozumiteľné pre začínajúceho alebo sporadického používateľa konkrétneho informačného systému.
Predkladaný učebný text je okrem poslucháčov geovedných disciplín venovaný práve tejto skupine
používateľov. Jeho cieľom je priblížiť časť, toho času najrozšírenejšej, Open source GIS technológie
používateľom, ktorí síce majú základné teoretické znalosti o prostredí GIS, prípadne už používajú
niektoré jeho konkrétne platformy, ale nepracujú v prostredí GRASS GIS. Nasledujúci text sa nesnaží
nahradiť užívateľský manuál GRASS GIS. V tomto zmysle nie je vyčerpávajúci. Jeho snahou je
pomôcť každému záujemcovi prekonať bezradnosť po otvorení Úvodného okna tohto systému,
a následne sa zorientovať v možnostiach, ktoré toto programové prostredie poskytuje.
Učebné texty sú venované prostrediu GRASS GIS, prevádzkovanému pod operačným systémom
MS Windows. Aj keď systém GRASS GIS je vyvíjaný v prostredí LINUX, rozšírenosť operačného
systému MS Windows viedla autorov k tomu, že sa v učebných textoch venovali v čase písania textu
aktuálnemu systému GRASS GIS 6.4.3RC2, prevádzkovanému pod týmto operačným systémom.
autori
6
1. Práca v prostredí
GRASS GIS
7
1.1 Úvod do GRASS GIS Geographic Resources Analysis Support System (GRASS) je voľne šíriteľný GIS pre manažment
a analýzu priestorových údajov, spracovanie obrazu, tvorbu máp, priestorové modelovanie
a, v neposlednom rade, vizualizáciu mapových výstupov. Ide o programové prostredie, ktoré bolo od
roku 1982 až do roku 1995 vyvíjané v U.S. Army - Construction Engineering Research Laboratory
v Champaign v Illinois. V súčasnosti je celý balík programov, známych pod hlavičkou GRASS GIS so
zdrojovými kódmi, voľne dostupný pre nekomerčné, ale aj komerčné účely v rámci projektu Open
Source Geospatial Foundation ( http://www.osgeo.org/ ).
Dnešná podoba GRASS GIS je výsledkom spolupráce širokej geovednej komunity. Na jeho
vývoji sa spolupodieľali aj slovenskí geovedne orientovaní odborníci. V 90. rokoch minulého storočia
mnohé z jeho modulov spolutvorili Helena Mitášová, Jaroslav Hofierka, Marcel Šúri, Tomáš
Cebecauer, Marián Zlocha, Tomáš Paudits. Ich mená je možné násjť v manuáloch k niekoľkým
modulom, napr. k modulu r.sun, v.surf.rst, r.flow, r.horizon, nviz, v.vol.rst, r3.mask. Niekoľko
nástrojov pre spracovanie vektorových údajov vyvíjali osobnosti z českej geovednej komunity (napr.
Radim Blažek a Jáchym Čepický).
Je veľmi ťažké porovnávať jednotlivé GIS platformy a hovoriť o ich výhodách a nevýhodách.
Takéto porovnanie sa môže rýchlo stať veľmi subjektívnym, a aj v prípade korektne vykonanej
analýzy, nie veľmi výpovedným pre potenciálneho používateľa, ktorý si vyberá konkrétne GIS
prostredie pre riešenie vlastného geograficky orientovaného problému. Vyhneme sa preto porovnaniu
GRASS GIS s ostatnými GIS prostrediami a sústredíme sa len na výpočet niektorých silnejších
a slabších stránok systému. Medzi najsilnejšie stránky systému patrí:
funkčnosť pod operačným systémom UNIX aj pod MS Windows,
modulárna stavba,
možnosť práce v grafickom interface aj v príkazovom riadku,
podpora multitaskingu (počas behu jedného procesu je možné bezkonfliktne spúšťať ďalší
proces),
široké spektrum súradnicových referenčných systémov,
import väčšiny bežne používaných údajových formátov, grafických, geografických
a čiastočne aj priestorových informácií,
pohodlná práca s údajmi v rastrovom formáte,
veľký výber pokročilých analytických nástrojov, špecializovaných na riešenie konkrétnych
geografických úloh.
Naopak medzi slabé stránky systému patrí:
špecifická štruktúra prostredia (programu) výrazne odlišná od ostatných GIS prostredí alebo
iných bežných programov,
menšia spoľahlivosť modulov, ktorá sa mení v závislosti od verzie programu, operačného
systému a jeho hardvérovej platformy,
nízka vizuálna kvalita kartografických výstupov.
Niektoré z uvedených slabších stránok GRASS GIS súvisia s nekomerčným princípom rozvíjania
programového balíka. Tieto princípy umožňujú neprofesionálnym programátorom, ktorí vyvíjajú
vlastné moduly, stať sa členmi vývojového tímu GRASS GIS. Títo programátori nedisponujú
možnosťami komerčných firiem pri testovaní vyvíjaných modulov.
8
Pred začatím práce v GRASS GIS je nevyhnutné poznať jeho základnú štruktúru. Systém GRASS
GIS tvoria štyri základné časti (Obrázok 1.):
Obrázok 1. Štruktúra prostredia GRASS GIS.
Jadro systému tvorí tá časť GRASS GIS, ktorá zabezpečuje výkon všetkých činností systému,
potrebných pre vykonanie príkazov.
Priestorová databáza je databázový systém, ktorý je upravený na uchovávanie a spravovanie
priestorových údajov. Jadro systému umožňuje pracovať s údajmi tejto databázy, manipulovať
s nimi a ukladať do databázy nové údaje. GRASS GIS ukladá tieto údaje do vlastných
adresárov vo vlastnom formáte.
Analytické nástroje tvoria skupinu nástrojov GRASS GIS, prostredníctvom ktorých systém
dokáže meniť nastavenia grafických výstupov, transformovať geografické údaje alebo
generovať úplne nové geografické informácie na základe spracovania už existujúcich údajov,
uložených v jeho priestorovej databáze (zmena farby polygónu, orezanie polygónu,
interpolácia, ...).
Používateľské rozhranie je program, cez ktorý používateľ komunikuje s programovým
prostredím. V prípade GRASS GIS je to buď príkazový riadok, ktorý pracuje v textovom
režime, alebo ponúkaná škála interaktívnych obrazových prvkov, akými sú menu, vstupné
polia, ikony alebo tlačidlá v rámci zobrazeného okna na monitore počítača (označovaná ako
GUI - Graphical User Interface).
1.2 Používateľské rozhranie GRASS GIS je možné ovládať buď cez príkazový riadok, alebo cez graficky orientované
používateľské rozhranie GUI.
V prípade využívania príkazového riadku (Command line) sa program ovláda pomocou, tzv.
skriptov, čo sú riadky textu. Výhodou používania príkazového riadku je, okrem možnosti
precíznejšieho nastavenia analytických nástrojov, aj možnosť pohodlného opakovaného alebo
dávkového spúšťania príkazov. Ak je našou každodennou úlohou vytvoriť aktuálnu mapu dennej
teploty vzduchu, nemusíme každý deň postupne ručne aktivovať tie isté nástroje, ale použijeme sadu
zostavených skriptov, ktorá po nakopírovaní do príkazového riadku automaticky vykonáva všetky
potrebné príkazy.
9
Graficky orientované používateľské prostredie GUI GRASS GIS sa vizuálne líši od
používateľských prostredí väčšiny ostatných GIS platforiem. Rozhodnutie o tom, či viac alebo menej
podporuje intuitívne ovládanie programu ako grafické prostredia iných GIS platforiem, necháme na
samotného používateľa. Pôvodné Tcl/Tk GUI pre GRASS GIS bolo vyvinuté v roku 1999
v programovacom jazyku Tcl. Najnovšie GUI GRASS GIS, založené na grafickom toolkite
wxPython, sa vyznačuje relatívne pohodlnejším ovládaním a lepšou prehľadnosťou ako v prípade
pôvodného grafického prostredia Tcl/Tk GUI.
1.3 Moduly GRASS GIS Realizácia jednotlivých úloh v GRASS GIS je podmienená ponukou užívateľských programov
(modulov). Označenie príkazu aktivujúceho daný modul sa začína písmenom symbolizujúcim jeho
príslušnosť k určitej skupine modulov (funkcií). Tak, napríklad:
v.* - skupina modulov na prácu s údajmi vo vektorovom formáte (vector),
r.* - skupina modulov na prácu s údajmi v rastrovom formáte (raster),
r3.* - skupina modulov na prácu s 3D údajmi,
i.* - skupina príkazov na prácu s obrazovými údajmi (imagery),
s.*- skupina príkazov na prácu s bodovými údajmi (site),
d.*- skupina modulov na prácu s grafickými výstupmi,
g.* - skupina modulov, všeobecných príkazov pre manipuláciu s údajmi (general).
Nie všetky moduly GRASS GIS sú v súčasnosti aktivovateľné cez grafické užívateľské
prostredie. Niektoré možno spustiť len prostredníctvom príkazového riadku (Command line)
Príkazovej konzoly (prompt GRASS GIS). Z promptu GRASS GIS môžeme spúšťať aj interaktívny
dialóg. Ak príkaz spustíme bez volieb, aktivovaný modul si pýta všetky vstupy a parametre
v grafickom režime.
1.4 Základné nastavenia Systém sa od bežných počítačových programov odlišuje úvodnou požiadavkou na definovanie
priestoru, v ktorom bude pracovať. Ak by sme tento prístup uplatnili, napr. v prípade MS Word, bolo
by nutné pred otvorením nového dokumentu vo Worde definovať, kde program dokument uloží, jeho
šablónu a dĺžku. Počas písania dokumentu by sme už nemohli tieto nastavenia zmeniť. Tento spôsob
práce bude pre mnohých používateľov niečím novým. Výhodou tohto prístupu je fakt, že používateľ
má istotu, že dátové vrstvy, ktoré vytvoril, sa nachádzajú len v definovanej databáze a nemusí ich
vyhľadávať inde na disku. Z preddefinovaného umiestnenia databázy vyplýva citlivosť GRASS GIS
na akékoľvek ním nesprostredkované zásahy do databázy. Z tohto dôvodu nie je vhodné prevádzať
akékoľvek zásahy do databázy priamo na pamäťových médiách bez spoluúčasti na to určených
nástrojov GRASS GIS (mazanie, prenášanie súborov alebo adresárov1 pomocou nástrojov
operačného systému).
Definovaný priestor, v ktorom pri riešení daných úloh bude GRASS GIS pracovať, nie je dôležitý
len z hľadiska umiestnenia a štruktúry ním vytvorených adresárov priestorovej databázy. Táto
podmienka je aj dôsledkom nutnosti vymedzenia požadovaného geografického priestoru (regiónu),
v rámci ktorého bude systém údaje spracovávať. To znamená, že ešte pred definovaním pracovnej
oblasti musíme poznať rozsah záujmového regiónu a zvoliť si rozlišovaciu úroveň jeho spracovania
(požadované rozlíšenie rastrových vrstiev). Môže sa zdať, že je to obmedzujúca podmienka, ale jej
aplikácia nedovolí vytvárať rastrové vrstvy rôznej veľkosti, rozlíšenia a umiestnenia. Používateľ si
uvedomí výhodu tohto prístupu pri logických operáciách s vrstvami rôznych rastrových údajov.
Po aktivovaní programu sa na monitore počítača ako prvá zobrazí tabuľka Úvodného okna
GRASS GIS (Obrázok 2.).
1 S výnimkou prenášania celistvej priestorovej databázy na iný počítač.
10
Obrázok 2. Úvodné okno prostredia GRASS GIS.
Program od nás vyžaduje definovať, prípadne nalistovať alebo označiť:
GIS Data Directory – priečinok pre fyzické umiestnenie vytváranej (alebo existujúcej)
priestorovej databázy na disku počítača, teda adresár, kde bude program umiestňovať údaje.
V rámci tohto hlavného adresára si GRASS GIS vytvorí vlastný systém podadresárov.
Project location (projection / coordinate system) – pracovnú lokalitu. Každá lokalita musí mať
nastavený požadovaný súradnicový referenčný systém.
Accesible mapset (directories of GIS files) – názov mapsetu (súboru máp), s ktorým bude
systém pracovať po spustení pracovného prostredia GRASS GIS. V rámci lokality môžeme
vytvoriť niekoľko súborov máp. Všetky vytvorené súbory máp danej lokality budú mať
rovnaký súradnicový referenčný systém, ale môžu mať rôzny rozsah a rozlíšenie rastrových
vrstiev.
Príkladom štruktúry priestorovej databázy je Obrázok 3.
11
Obrázok 3. Príklad štruktúry databázy v prostredí GRASS GIS.
Úvodné okno GRASS GIS ponúka dve možnosti:
1. Využiť už existujúcu priestorovú databázu (lokalitu) a súbor máp. V tomto prípade je potrebné
dodržať nasledujúci postup:
a. Pomocou rolovacieho menu GIS Data Directory nájdeme umiestnenie už existujúcej
databázy na pamäťovom médiu počítača.
b. V zobrazenej ponuke okna Project location (projection / coordinate system)
(projection / coordinate system) označíme existujúcu lokalitu.
c. V zobrazenej ponuke okna Accesible mapset (directories of GIS files) označíme
existujúci súbor máp. V rámci každej lokality existuje súbor máp s názvom
PERMANENT, ktorý je preddefinovaný a vytvorí sa automaticky po vytvorení novej
lokality. Ak nepotrebujeme špecifické súbory máp, stačí používať len tento súbor
máp.
2. Vytvoriť vlastnú priestorovú databázu, teda v rámci zvolenej GIS Data Directory definovať
Project location (projection / coordinate system) a Accesible mapset. Tieto položky treba vždy
vytvárať vo vyššie uvedenom poradí. Ak, napr. nie je definovaná lokalita, nemôžeme vytvoriť
súbor máp. Proces vytvorenia lokality spustíme po stlačení tlačidla Location wizard. V
novozobrazenom okne začneme definovaním alebo vyhľadaním GIS Data Directory pomocou
tlačidla Browse (Obrázok 4.). Je potrebné zohľadniť veľkosť voľného priestoru na disku, na
ktorý chceme umiestniť GIS Data Directory, pretože v prípade komplikovanejších výpočtov
v prostredí GRASS GIS môže veľkosť dočasných (pomocných) súborov presiahnuť aj 10 GB.
Následne musíme definovať názov novej pracovnej lokality, prípadne jej nadpisu (Location
title). Pokračujeme prostredníctvom tlačidla Ďalej. Na monitore počítača sa objaví okno
zobrazené na Obrázku 5.
12
Obrázok 4. Prvé okno sprievodcu pre definovanie pracovnej lokality.
Obrázok 5. Okno pre výber súradnicového referenčného systému.
Nové okno nám ponúkne niekoľko možností:
a. Select coordinate system parameters from a list. V tomto prípade využívame zoznam
v GRASS GIS preddefinovaných súradnicových referenčných systémov.
b. Select EPSG code of spatial reference system. V tomto prípade vyhľadávame
v ponuke preddefinovaných súradnicových referenčných systémov pomocou kódu
EPSG alebo podľa názvu. EPSG kód je štvorčíselný kód, ktorý je unikátny pre každý
súradnicový referenčný systém.
c. Read projection and datum terms from a georeferenced data file. V tomto prípade je
nutné mať vytvorený údajový súbor tohto druhu.
13
d. Read projection and datum terms from a WKT or PRJ file. V tomto prípade je nutné
mať vytvorený údajový súbor tohto druhu.
e. Specify projection and datum term using custom PROJ.4 parameters. V tomto prípade
definujeme súradnicový systém pomocou zápisu v PROJ.4.
f. Create a generic Cartesian coordinate system (XY). V tomto prípade súradnicový
referenčný systém nahradíme matematickou karteziánskou súradnicovou sústavou.
Túto možnosť využívame v prípade, ak nepoznáme súradnicový referenčný systém
priestorových údajov, ktoré máme k dispozícii alebo v prípade, že nie je potrebné
definovať priestorový referenčný systém.
Každá vyššie uvedená voľba má vlastné špecifické okná. Ak, napr. vyberieme možnosť
Create a generic Cartesian coordinate system (XY), na monitore počítača sa nám ako prvé
objaví informačné okno o vytvorenej pracovnej lokalite. Informačné okno zavrieme tlačidlom
Dokončiť. Zobrazí sa nám ďalšie dialógové okno, ktoré nás informuje o možnosti zadať rozsah
a rozlíšenie pre pracovnú oblasť tejto lokality (Obrázok 6.).
Obrázok 6. Dialógové okno zobrazené po úspešnom vytvorení novej pracovnej lokality.
Ak nepoznáme hodnoty rozsahu pracovnej oblasti a rozlíšenie rastrových vrstiev,
zvolíme možnosť Nie. V tomto prípade, ak pri importe rastrových vrstiev zvolíme možnosť
Extend region extents based on new dataset, budú tieto hodnoty prevzaté z importovaných
vrstiev. Môže sa však stať, že import nebude úspešný (pozri podkapitolu 1.8 „Import údajov“).
V prípade, že poznáme rozsah pracovnej oblasti a máme vytvorenú predstavu o požadovanom
rozlíšení rastrových vrstiev, vyberieme možnosť Áno. Objaví sa okno z Obrázku 7.
Obrázok 7. Okno pre definovanie rozsahu pracovnej oblasti a rozlíšenie rastrových vrstiev.
14
Vo vstupných poliach North, South, West, East definujeme vo zvolenom súradnicovom systéme
vytváranej lokality hranice rozsahu pracovnej oblasti. V položkách N – S resulution a E – W
resolution definujeme vertikálne a horizontálne rozlíšenie pracovnej oblasti. Tieto nastavenia platia
pre prácu s 2D objektmi. V prípade, že plánujeme pracovať aj s tretím rozmerom, definujeme aj
položky Top – vrchná hranica rozsahu pracovnej oblasti, Bottom – spodná hranica rozsahu
pracovnej oblasti, T – B resolution – výškové rozlíšenie pracovnej oblasti. Po nastavení vyššie
uvedených parametrov pokračujeme tlačidlom Set region.
POZOR!: Pri definovaní rozlíšenia musíme dbať na to, aby numerický rozsah pracovnej
oblasti (amplitúda) bol bezo zvyšku deliteľný jednotkou určujúcou veľkosť bunky rastrovej
vrstvy. Tak, napríklad v prípade East = -10 West = 10, dosahuje amplitúda hodnotu 20. Teda
E – W resolution môže byť 1, 2, 5, ale nemôže byť 3, 4, 7. V prípade, že aj napriek tomu
zadáme nekorektné rozlíšenie rastrovej vrstvy, GRASS GIS ho upraví tak, aby vyššie
uvedené pravidlo platilo. Teda v prípade amplitúdy 20 a E – W resolution = 7, GRASS GIS po
stlačení tlačidla Set region zmení rozsah pracovnej lokality na East = -14 West = 14.
Následne sa nám znovu otvorí Úvodné okno GRASS GIS. V položke Project location (projection /
coordinate system) je už zaradená práve vytvorená pracovná lokalita, pre ktorú existuje jeden súbor
máp (Accesible mapset) s názvom PERNAMENT. V prípade, že potrebujeme aj ďalšie súbory máp,
vytvoríme ich pomocou tlačidla Create mapset. Po stlačení tohto tlačidla sa na monitore počítača
zobrazí okno slúžiace na zadanie názvu nového súboru máp (Obrázok 8.). Novovytvorený prázdny
Obrázok 8. Okno pre zadanie názvu nového súboru máp.
súbor máp sa zobrazí v ponuke položky Accessible mapsets.
V prípade, že chceme aktivovať pracovné prostredie GRASS GIS so zadefinovanou
pracovnou oblasťou, v Úvodnom okne označíme konkrétnu lokalitu (Project location (projection /
coordinate system)), vyberieme požadovaný súbor máp (Accessible mapset) a stlačíme zelené
tlačidlo Start GRASS. Po otvorení okien pracovného prostredia GRASS GIS bude nastavený
vybraný súbor máp.
1.5 Vzhľad pracovného prostredia GRASS
GIS a základný pohyb v ňom Po spustení pracovného prostredia GRASS GIS vidíme tri základné okná, ktoré slúžia na
komunikáciu s prostredím (používateľský interface):
1. Programové okno (Obrázok 9.) je informačné okno, ktoré beží na pozadí. Používateľ ho
nepoužíva, ale nesmie ho zatvoriť. V prípade zatvorenia Programového okna sa činnosť
GRASS GIS ukončí.
15
Obrázok 9. Programové okno prostredia GRASS GIS.
2. Mapové okno (Obrázok 10.) slúži na vizualizáciu priestorových údajov. Vektorové alebo
rastrové grafické vrstvy sa zobrazujú na mapovom plátne okna. Na mapovom plátne môžeme
pri základných nastaveniach zobraziť len 2D grafické vrstvy. Vo vrchnej časti okna sa
nachádza lišta s tlačidlami/ikonami základných nástrojov pre prácu s mapovým náhľadom.
Týmito nástrojmi sú v poradí zľava doprava:
Display map – nástroj na prekreslenie mapových vrstiev, ktoré boli zmenené alebo
upravené.
Render map – nástroj na prekreslenie všetkých mapových vrstiev (proces môže trvať dosť
dlho).
Erase display – nástroj na zmazanie aktuálneho mapového náhľadu.
Pointer – ukazovadlo (bez funkcie).
Querry selected raster / vector map(s) – nástroj na zistenie atribútovej hodnoty
vektorových a rastrových mapových vrstiev (dopytovanie). Kliknutím myšou na dané
miesto mapovej vrstvy, označenej ako aktívna vrstva v dialógovom okne Map layers
Hlavného okna (pozri nižšie), zistíme atribútovú hodnotu vektorového objektu alebo
hodnotu priradenú k bunke rastra na tomto mieste.
Pan – nástroj umožňujúci posun mapovej kompozície.
Zoom in – nástroj na zväčšenie časti mapového náhľadu.
Zoom out – nástroj na zmenšenie mapového náhľadu.
Zoom to selected map layer(s) – nástroj, ktorý prispôsobí mapový náhľad rozsahu
zobrazovaných mapových vrstiev, to znamená, že všetky vrstvy, ktoré sú v danom
momente v okne záložky Map layers Hlavného okna vybrané ako zobrazované vrstvy,
budú celé zobrazené v mapovom náhľade.
Various zoom options – nástroj na špecifické nastavenie priblíženia a oddialenia
mapového náhľadu.
Analyze map – ikona, ktorá sprístupní nástroje na meranie vzdialenosti a tvorbu profilu v
rámci rastrovej vrstvy alebo vytvorenie histogramu početností v rastrovej vrstve
(podkapitola 2.8 „Nástroje mapovej analýzy“).
Add map elements – nástroj na pridanie mierky mapy, severky, legendy a vrstvy popisiek
do mapovej kompozície (podkapitola 2.12 „Pridávanie prvkov mapovej kompozície“).
Save display to graphic file – nástroj na uloženie aktuálneho mapového náhľadu do
externého rastrového súboru *.png, *.bmp, *.gif, atď.
Print display – nástroj na tlač mapového náhľadu.
16
Obrázok 10. Mapové okno prostredia GRASS GIS.
Pod mapovým plátnom v pravej dolnej časti Mapového okna sa nachádzajú informácie
o vybraných vlastnostiach a nastaveniach mapového náhľadu. Tieto informácie sa menia
v závislosti od zvoleného parametra v rolovacom menu, nachádzajúcom sa vpravo od
zobrazovanej informácie. Základné informácie o týchto nástrojoch sú uvedené v Tabuľke 1.
Tabuľka 1. Popis základných funkcií rolovacieho menu Mapového okna.
Názov nástroja: Popis funkcie:
Coordinates zobrazuje súradnice kurzora
Extent zobrazuje nastavené hodnoty rozsahu pracovnej oblasti
Comp. region zobrazuje nastavené hodnoty rozsahu a rozlíšenia pracovnej oblasti
Show comp. extent zobrazuje hranice pracovnej oblasti na mapovom plátne
Display mode umožňuje nastaviť spôsob zobrazenia zvoleného mapového výrezu
Display resolution umožňuje nastaviť (obmedziť) rozlíšenie zobrazovaných rastrových vrstiev
Display geometry zobrazuje hodnoty rozlíšenia mapového náhľadu
Map scale zobrazuje mierku mapového náhľadu
Go to zmení mapový náhľad na náhľad so stredom určeným zadanými súradnicami
Projection umožňuje použitie definovaného kartografického zobrazenia, resp. projekcie
(transformácia súradníc)
3. Hlavné okno je hlavným komunikačným oknom GRASS GIS (Obrázok 11.).
17
Obrázok 11. Hlavné okno prostredia GRASS GIS.
V hornej časti Hlavného okna sa nachádza kontextové menu, ktoré sa skladá z nasledujúcich
položiek:
a. File – menu modulov vykonávajúcich všeobecné operácie s vrstvami a prostredím.
b. Settings – menu modulov, ktoré umožňujú nastavenie vrstiev, pracovnej oblasti
a prostredia.
c. Raster – menu modulov na vykonávanie analytických operácií s rastrovými vrstvami.
d. Vector – menu modulov na vykonávanie analytických operácií s vektorovými
vrstvami.
e. Imagery – menu modulov na vykonávanie analytických operácií s obrazovými údajmi
(leteckými a kozmickými snímkami, atď.).
f. Volumes – menu modulov na vykonávanie analytických operácií s 3D vrstvami.
g. Databases – menu modulov na vykonávanie operácií s databázami.
h. Help – pomocník.
Obrázok 12. Tlačidlá/ikony pre rýchly prístup k vybraným modulom.
Pod hlavným menu sa nachádza lišta s tlačidlami/ikonami pre rýchly prístup k vybraným
modulom, ktoré nie sú obsiahnuté v kontextovom menu (Obrázok 12.). Tlačidlá v prvom rade:
18
a. Start new map display otvorí nové Mapové okno,
b. Create new workspace vytvorí nový projekt,
c. Open existing workspace file otvorí existujúci projekt,
d. Save current workspace to file uloží súčasný stav prostredia do projektu,
e. Add multiple raster or vector maps layers umožní hromadné pridanie vrstiev,
f. Add rater map layer pridá rastrovú vrstvu,
g. Add various raster map layers pridá rastrovú vrstvu špecifického formátu,
h. Add vector map layer pridá vektorovú vrstvu,
i. Add various raster map layers pridá vektorovú vrstvu špecifického formátu,
j. Add group pridá danú skupinu vrstiev,
k. Add grid or vector labels overaly na mapovom plátne vytvorí podkladovú sieť, alebo
pridá existujúcu vrstvu popisov,
l. Delete selected map odstráni mapovú vrstvu z mapového náhľadu a zruší jej zaradenie
v záložke Map layers Hlavného okna (vrstva sa nevymaže z databázy).
Tlačidlá v druhom rade:
m. Edit vector maps umožní upraviť (editovať) vektorovú vrstvu,
n. Show atribute table zobrazí tabuľku atribútov vybranej vektorovej vrstvy,
o. Import / link raster or vector data umožní importovať údaje v rastrovom alebo
vektorovom formáte (výhodnejšie je import údajov riešiť prostredníctvom
kontextového menu),
p. Raster map calculator aktivuje mapovú kalkulačku,
q. Georectifier umožní georeferencovať rastrové vrstvy,
r. Graphic modeler umožní reťazenie modulov,
s. Cartographic composer umožní vytvoriť kompozíciu mapového výstupu,
t. Show GUI settings umožní upravovať nastavenia grafického používateľského
prostredia GUI,
u. Show manual sprístupní interaktívny manuál GRASS GIS.
V strednej časti Hlavného okna je vyčlenený priestor pre zobrazovanie údajov, ktoré
prislúchajú k záložkám umiestneným v spodnej časti okna (Obrázok 13.).
Obrázok 13. Záložky Hlavného okna.
Po aktivovaní GRASS GIS sa nám ako aktívna záložka automaticky zobrazí záložka Map
layers. Táto záložka slúži k manažovaniu mapových vrstiev v rámci otvorených Mapových
okien. GRASS GIS dokáže naraz zobrazovať niekoľko Mapových okien a v nich niekoľko
grafických vrstiev, pričom platí princíp, že vyššie umiestnená grafická vrstva na mapovom
plátne prekrýva nižšie umiestnenú vrstvu. Ďalšie záložky sprístupňujú ďalšie funkcie GRASS
GIS alebo informácie o nich. Bežný používateľ okrem záložky Map layers využije pri
komunikácii so systémom aj záložku Command console.
Záložka Command console (Príkazová konzola, Parser) umožňuje ovládať GRASS GIS
prostredníctvom príkazového riadku (Comand line) a zároveň poskytuje informácie o práve
prebiehajúcich procesoch. V prípade ovládania GRASS GIS prostredníctvom Príkazovej
konzoly, jednotlivé moduly používateľ spúšťa po napísaní textového skriptu do príkazového
riadku, umiestneného pod priestorom pre zobrazovanie údajov prebiehajúceho procesu,
klávesou Enter. Začínajúci používateľ pravdepodobne nebude využívať túto možnosť.
Existuje však niekoľko príkazov GRASS GIS, pri ktorých je i pre začiatočníka praktickejšie
nevyhýbať sa práve tejto forme komunikácie s prostredím. Tieto príkazy je možné vyhľadať
v ponuke roletového menu Find module(s), ukrytého pod tlačidlom Clik here to show search
module engine, umiestneným nad priestorom pre zobrazovanie údajov prebiehajúceho
procesu, a tak ich vložiť do príkazového riadku. Samozrejme, pre používateľa so
skúsenosťami je pohodlnejšie príkazy priamo napísať do príkazového riadku.
19
1.6 Základné operácie s grafickými
vrstvami Najčastejšie používané priestorové údaje sú vo vektorovom alebo v rastrovom formáte.
Vektorové grafické vrstvy môžu obsahovať bodové, líniové alebo polygónové (areálové) údaje vo
forme priestorovo uzavretých entít (objektov). Každá entita je definovaná prostredníctvom svojho
umiestnenia v priestore a prostreníctvom unikátneho identifikátora v databáze (tabuľke atribútov),
pozri Obrázok 14. V prípade GRASS GIS ide o automaticky vytváranú atribútovú položku cat. To
však neznamená, že napr. disjunktný geografický areál, skladajúci sa z viacerých častí v GRASS GIS,
nemôže tvoriť jednu kategóriu, ktorá je vlastná viacerým grafickým objektom. Nezameniteľnosť tejto
kategórie zabezpečuje identifikátor zvyčajne obsiahnutý v atribútovej položke ID, pozri Obrázok 15.
Obrázok 14. Ukážka spoločnej atribútovej tabuľky pre všetky prvky v jednej vektorovej
údajovej vrstve.
Obrázok 15. Ukážka rozdielu medzi atribútmi cat a ID.
GRASS GIS rozoznáva vektorové vrstvy typu 2D (poloha definovaná pomocou súradníc X, Y)
a 3D (poloha definovaná pomocou súradníc X, Y a Z). Grafická vrstva umiestnená vyššie vždy
vizuálne prekrýva vrstvu umiestnenú nižšie (Obrázok 16.). Tento problém zobrazovania umožňuje
GRASS GIS čiastočne odstrániť pomocou definovania stupňa priehľadnosti danej grafickej vrstvy.
20
Obrázok 16. Zmena poradia vrstiev a vplyv na ich viditeľnosť v mapovom náhľade.
Pracovať s grafickými vrstvami umožňujú nasledujúce nástroje:
Vektorovú vrstvu môžeme pridať do mapového náhľadu prostredníctvom ikony rýchleho
prístupu Hlavného okna Add vector layer. V danom momente môžeme pridať len vektorovú
vrstvu, ktorá je súčasťou aktuálneho súboru máp.
Rastrovú vrstvu môžeme pridať do mapového náhľadu prostredníctvom ikony rýchleho
prístupu Hlavného okna Add raster layer. V danom momente môžeme pridať len rastrovú
vrstvu, ktorá je súčasťou aktuálneho súboru máp.
Zmeniť poradie vrstiev umožňuje záložka Map layers Hlavného okna. Platí, že vrstva, ktorej
názov je umiestnený v priestore pre zobrazovanie údajov záložky vyššie, sa nachádza vyššie aj
v rámci mapového náhľadu. V prípade, že chceme meniť poradie vrstiev, kurzorom prejdeme
na riadok s názvom vrstvy, ktorú chceme presúvať. Po stlačení ľavého tlačidla myši
a následným presunutím riadku zmeníme poradie vrstiev v mapovom náhľade.
Odstrániť vrstvu z mapového náhľadu umožňuje voľba Remove kontextového menu
vektorovej vrstvy, ktoré sa nám po kliknutí pravým tlačidlom myši na riadok s názvom vrstvy,
ktorú chceme odstrániť, objaví nad otvorenou záložkou Map layers Hlavného okna. Použitím
tejto voľby odstránime vrstvu z mapového náhľadu, ale nie z priestorovej databázy
(kedykoľvek ju môžeme znovu pridať do mapového náhľadu).
Zmeniť škálu farieb zobrazovanej rastrovej vrstvy umožňuje v záložke Map layers Hlavného
okna voľba Set color table kontextového menu rastrovej vrstvy, ktoré sa nám po kliknutí
pravým tlačidlom myši na riadok s názvom vrstvy, ktorej škálu farieb chceme zmeniť, objaví
nad otvorenou záložkou Map layers Hlavného okna. Otvorí sa okno modulu r.colors (Raster /
Manage colors / Color rules [r.colors]). Na vykonanie požadovanej operácie môžeme využiť
nasledujúce nastavenia prvých dvoch záložiek okna tohto modulu:
o Required
Name of input raster map – vstupné pole pre vloženie názvu rastrovej vrstvy,
ktorej chceme zmeniť škálu farieb.
o Colors
Type of color table – vstupné pole pre definovanie druhu tabuľky farieb, ktorú
chceme použiť. GRASS GIS má prednastavených niekoľko tabuliek farieb,
ktoré môžeme použiť pri definovaní farebnej škály rastrovej vrstvy. Operátor
si v tomto prípade vyberá, ktorú tabuľku využije.
Zmeniť farebnosť vektorovej vrstvy, hrúbku líniových prvkov, symbol bodových prvkov
a niektoré ďalšie operácie umožňuje voľba Properties kontextového menu vektorovej vrstvy,
ktoré sa nám po kliknutí pravým tlačidlom myši na riadok s názvom vrstvy, ktorej grafické
nastavenia chceme zmeniť, objaví nad otvorenou záložkou Map layers Hlavného okna. Otvorí
sa okno modulu d.vect. Toto okno sa otvorí aj po dvojkliknutí ľavým tlačidlom myši na riadok
s názvom vektorovej vtstvy. V rámci tohto modulu existuje niekoľko záložiek. Na vykonanie
uvádzaných operácií môžeme využiť nasledujúce nastavenia záložiek okna tohto modulu:
21
o Required
Name of input vector map – vstupné pole pre vloženie názvu vektorovej
vrstvy, ktorej grafické nastavenie chceme zmeniť.
o Colors
Feature color – vstupné pole pre definovanie farby línií vektorových prvkov.
Area fill color – vstupné pole pre definovanie farby výplne grafických
prvkov.
o Lines
Line width – vstupné pole pre definovanie hrúbky líniových prvkov.
o Symbols
Point and centroid symbol – vstupné pole pre definovanie typu symbolu.
Symbol size – vstupné pole pre definovanie veľkosti symbolu.
1.7 Práca s modulmi Pri práci s modulmi je potrebné uvedomiť si význam ich nastaviteľných parametrov. Práca
s niektorými modulmi ako s čiernymi skrinkami nemusí viesť vždy k dosiahnutiu korektného výstupu.
Prednastavené hodnoty parametrov, ktoré moduly GRASS GIS ponúkajú, sú hodnoty definované
vývojárom modulu a nemusia byť vhodné pre riešenie každej úlohy. Preto ešte pred použitím modulu
je potrebné prečítať si jeho manuál a snažiť sa pochopiť význam jeho jednotlivých parametrov,
hlavne ich extrémnych nastavení. Hľadanie optimálnych hodnôt nastavenia jednotlivých parametrov
môže byť kľúčom k úspešnému vytvoreniu požadovanej grafickej vrstvy s pridanou informačnou
hodnotou.
Ako vidieť na Obrázku 17., okná jednotlivých modulov GRASS GIS sa zvyčajne skladajú
z niekoľkých základných častí:
horná lišta zvyčajne uvádza názov modulu, ktorý okno obsluhuje,
záhlavie okna uvádza základný popis modulu,
záložky v prípade komplexnejších modulov otvárajú ďalšie okná s dodatočnými možnosťami
nastavení,
zaškrtávacie pole slúži k nastaveniu ponúkanej možnosti (možnosť buď platí, alebo neplatí),
vstupné pole umožňuje zadať hodnotu nastavenia (niekedy je v poli hodnota prednastavená),
vstupné pole s rolovacím menu ponúka niekoľko predvolených hodnôt,
tlačidlo s názvom Zatvoriť umožňuje zatvoriť okno,
tlačidlo s názvom Run umožňuje spustiť modul so zadanými parametrami,
tlačidlo s názvom Copy umožňuje vygenerovať a do schránky operačného systému uložiť
textovú formu príkazu (skript), ktorý sa následne dá skopírovať do príkazového riadku
Príkazovej konzoly,
tlačidlo s názvom Pomocník umožňuje zobraziť manuál k modulu.
22
Obrázok 17. Okno vybraného modulu GRASS GIS.
Po nastavení parametrov máme dve možnosti ako modul spustiť:
1. Pomocou tlačidla Run. Modul sa automaticky spustí a v jeho okne sa otvorí záložka Command
output. V priestore záložky pre zobrazovanie údajov sa objaví popis priebehu bežiaceho
procesu. V prípade, že proces úspešne prebehne, objaví sa šedý riadok s textom Command
finished. V prípade, že proces neprebehol korektne, v okne sa vypíše druh chyby červeným
písmom. Niekedy sa objavia modré texty, ktoré neznamenajú chybu, ale výstrahu. Používateľ
ich môže ignorovať, ale nie je zbytočné oboznámiť sa s poskytovanou informáciou.
2. Pomocou príkazového riadku Príkazovej konzoly. Skript, ktorý vložíme do príkazového
riadku, spustíme stlačením klávesy Enter. V priestore okna Príkazovej konzoly pre
zobrazovanie údajov sa podobne ako v predchádzajúcom prípade objaví popis priebehu
bežiaceho procesu (Obrázok 18.).
23
Obrázok 18. Ukážka okna záložky Command console po úspešnom spustení modulu.
1.8 Import údajov Prostredie GRASS GIS disponuje všetkými potrebnými nástrojmi na vytváranie nových
alebo editovanie už existujúcich geografických údajov. V prípade začínajúcich používateľov GRASS
GIS, kvôli ťažkopádnosti jeho editačného prostredia, môžeme na tento zámer využívať aj prostredie
inej GIS platformy. Externé údajové súbory potom musíme importovať do prostredia GRASS GIS.
Veľmi rozšíreným externým vektorovým údajovým formátom je ESRI Shape (hovorovo len shape).
Na import údajov v tomto formáte, alebo vo väčšine ostatných GRASS GIS podporovaných externých
vektorových formátoch, slúži modul v.in.ogr (File / Import vector data / Common import formats
[v.in.ogr]) (Obrázok 19.). Modul umožňuje definovať tieto nastavenia:
Source type – oblasť na definovanie druhu zdroja údajov:
o File – údajovým zdrojom je jeden súbor.
o Directory – údajovým zdrojom je zložka (viacero súborov).
o Database – údajovým zdrojom je databáza.
o Protocol.
Source – oblasť na definovanie formátu importovaných údajov a miesta ich uloženia:
o File – v prípade Source type – File umiestnenie súboru, v prípade Source type –
Directory umiestnenie zložky.
o Format – definovanie formátu importovaného súboru (prednastavený ESRI Shape).
List of OGR layers – zoznam dostupných vrstiev, ktoré môžeme importovať. Tento zoznam sa
vytvorí až po správnom zadaní nastavení v Source type a v Source. Vrstvy, ktoré chceme
importovať, musia mať označené zaškrtávacie pole, ktoré sa nachádza pred položkou Layer id.
Options – jednotlivé nastavenia:
o Extend location extents based on new mapset – označenie tejto možnosti prepíše
súradnicový referenčný systém a rozsah pracovnej oblasti na súradnicový referenčný
systém, ktorý má importovaná vrstva. Pri použití tohto nastavenia sa môže stať, že
GRASS GIS nespozná súradnicový referenčný systém importovanej vrstvy a import
sa nezrealizuje.
24
o Override dataset projection (use location’s projection) – označenie tejto možnosti
ponechá nastavený súradnicový referenčný systém.
o Limit import to the current region – označenie tejto možnosti zmení rozsah
importovaných údajov len na údaje, ktoré sa nachádzajú vo vnútri definovanej
pracovnej oblasti.
o Create 3D output – označenie tejto možnosti vytvorí 3D vrstvu.
o Allow output files to overwrite existing files – označenie tejto možnosti umožní
prepísať už existujúcu vrstvu v databáze GRASS GIS s identickým názvom.
Obrázok 19. Okno modulu v.in.ogr.
POZOR!: Niekedy môže import veľkého množstva údajov trvať aj niekoľko minút.
Formátom, ktorý sa často využíva na prenášanie priestorových údajov medzi rôznymi
programovými platformami je formát ASCII point, tiež označovaný ako vrstva oddeleného textu
(CSV, hovorovo XYZ). Ide o text, ktorý môže mať, napr. nasledovný tvar zápisu:
X Y Z A1 A2 ID 20154,25 148564,25 100 2 45 1 20154,27 148784,20 120 7 20 2 15475,85 117584,11 110 10 30 3 65484,57 456751,45 111 5 20 4 .....
Z názvu formátu vyplýva, že sa využíva predovšetkým na prenos bodových údajov. V podstate ide
o údajovú maticu. Údajové polia v matici sú oddelené pomocou znakov alebo skupiny znakov.
V druhom cvičení tohto učebného textu je popísaný import matice, kde ako oddelovač je použitý
tabulátor. Maticu je ale možné oddeľovať aj čiarkami, pomlčkami, lomkami, atď. V matici nesmú
chýbať minimálne 2 stĺpce, ktoré určujú polohu bodu (stĺpec pre X-ovú a Y-ovú súradnicu) a za
25
ideálnych okolností aj stĺpec s unikátnym identifikátorom (v prípade vyššie uvedeného zápisu stĺpec
ID). Importovať je možné 2D aj 3D údaje.
Na samotný import údajov slúži modul v.in.ascii. (File / Import vector data / ASCII points /
GRASS ASCII vector import [v.in.ascii]). V rámci záložiek tohto modulu je možné nastaviť
nasledujúce parametre:
Required,
kde definujeme:
o ASCII file to be imported, ... – umiestnenie ASCII súboru na disku počítača pomocou
tlačidla Browse.
o Name of the output vector map – názov výstupnej vektorovej vrstvy v prostredí
GRASS GIS.
Input format,
kde definujeme:
o Don’t expect a header when reading in standard format – táto možnosť zamedzí
systému čítať hlavičku. Používame ju v prípade, že vstupný súbor žiadnu hlavičku
nemá. Za hlavičku považujeme aj prvý riadok matice, ktorý obsahuje informácie
o názvoch stĺpcov.
o Field separator – oddeľovač polí, t.j. znak, alebo skupina znakov, ktoré od seba
oddeľujú jednotlivé stĺpce matice. V prípade tabulátora použijeme znak \t.
Points,
kde definujeme:
o Number of header lines to skip of at top of input file – počet riadkov hlavičky
(zadaný počet riadkov nebude program počas importu brať do úvahy, bude ich
preskakovať).
o Number of column used as X coordinate – číslo stĺpca so súradnicou X.
o Number of column used as Y coordinate – číslo stĺpca so súradnicou Y.
o Number of column used as Z coordinate – číslo stĺpca so súradnicou Z.
o Number of column used as category – číslo stĺpca s unikátnym identifikátorom.
Obrázok 20. Okno modulu r.in.arc.
Rastrové údaje sa často importujú vo formáte ASCII. Tento výmenný formát nie je pre svoje
nároky na pamäťový priestor veľmi vhodný pre dlhodobé ukladanie údajov, ale umožňuje ich
26
nekonfliktné načítanie do rôznych GIS prostredí. Na import rastrových údajov vo formáte ASCII Grid,
slúži modul r.in.ascii (File / Import raster data / ASCII grid import [r.in.ascii]).
Formát ESRI ASCII Grid sa využíva na import z prostredia ArcGIS. Na import tohto formátu do
prostredia GRASS GIS slúži modul r.in.arc (File / Import raster data / ESRI ASCII grid import
[r.in.arc]). Ukážka okna tohto modulu je na Obrázku 20. K importu väčšiny ostatných GRASS GIS
podporovaných rastrových formátov môžeme využiť modul r.in.gdal (File / Import raster data /
Common formats import [r.in.gdal]).
1.9 Región a maska Pracovný región alebo pracovná oblasť GRASS GIS je nastavená oblasť v tvare rovnobežníka,
v rámci ktorej systém pracuje s rastrovými údajmi. Stabilné nastavenie pracovnej oblasti pre daný
súbor máp neumožňuje vytvoriť a uložiť v ňom rastrové vrstvy s rôznym rozlíšením, veľkosťou alebo
polohovým priradením. Nastavenie pracovnej oblasti v Úvodnom okne GRASS GIS sme rozoberali
v podkapitole 1.4 „Základné nastavenia“. Pracovná oblasť sa dá upravovať aj po otvorení pracovného
prostredia GRASS GIS pomocou modulu g.region (Settings / Region / Set region [g.region])
(Obrázok 21.).
Obrázok 21. Okno modulu modulu g.region.
V rámci záložiek Existing, Bounds a Resolution okna tohto modulu je potrebné nastaviť nasledujúce
parametre:
Existing
o Set current region from named region: – táto možnosť nastaví rozsah pracovnej
oblasti a rozlíšenie rastrových vrstiev podľa popisného súboru,
o Set region to match this raster map: – táto možnosť prispôsobí rozsah pracovnej
oblasti a rozlíšenie rastrových vrstiev zadanej rastrovej vrstve,
o Set region to match this 3D raster map (both 2D and 3D values): – táto možnosť
prispôsobí rozsah pracovnej oblasti a rozlíšenie rastrových vrstiev zadanej 3D
rastrovej vrstve,
o Set region to match this vector map: – táto možnosť prispôsobí rozsah pracovnej
oblasti zadanej vektorovej vrstve.
27
Bounds
o Value for the northern edge – hodnota súradnice Y najsevernejšieho bodu,
o Value for the southern edge – hodnota súradnice Y najjužnejšieho bodu,
o Value for the eastern edge – hodnota súradnice X najvýchodnejšieho bodu,
o Value for the western edge – hodnota súradnice X najzápadnejšieho bodu,
o Value for the top edge – hodnota najvyššieho bodu (platí len pre prácu v 3D),
o Value for the bottom edge – hodnota najnižšieho bodu (platí len pre prácu v 3D).
Resolution
o Number of rows in new region – počet riadkov pracovnej oblasti,
o Number of columns in new region – počet stĺpcov pracovnej oblasti,
o Grid resolution 2D (both north – south and east – west) – rozlíšenie bunky v 2D,
o 3D grid resolution (north – south, east – west and top – bottom) – rozlíšenie bunky
v 3D,
o North – south grid resolution – rozlíšenie v smere sever – juh,
o East – west grid resolution – rozlíšenie v smere východ – západ,
o Top – bottom grid resolution 3D – rozlíšenie v smere vrch – spodok.
Informácie o aktuálnom nastavení pracovnej oblasti získame pridaním prípony (návestia) -p
k príkazu g.region. Príkaz je možné spustiť aj prostredníctvom kontextového menu Hlavného okna
g.region -p (Settings / Region / Display region [g.region -p]). Po vykonaní tohto príkazu sa vo
vyčlenenom priestore Príkazovej konzoly pre zobrazovanie údajov objaví výpis nastavených
parametrov pracovnej oblasti (Obrázok 22.).
Obrázok 22. Ukážka výstupu modulu g.region s návestím -p.
Po aktivovaní príkazu g.region –p sa objavia nasledujúce informácie:
projection – informácie o použitom referenčnom súradnicovom systéme,
north – hodnota súradnice Y v najsevernejšom bode,
south – hodnota súradnice Y v najjužnejšom bode,
west – hodnota súradnice X v najzápadnejšom bode,
east – hodnota súradnice X v najvýchodnejšom bode,
28
nsres – rozlíšenie rastrových vrstiev v smere sever – juh,
ewres – rozlíšenie rastrových vrstiev v smere východ – západ,
rows – počet riadkov rastrových vrstiev,
cols – počet stĺpcov rastrových vrstiev,
cells – celkový počet buniek.
Maska je oblasť v tvare polygónu, ktorá slúži na zakrytie nežiadúcich častí pracovnej oblasti
(Obrázok 23.). To znamená, že údaje, ktoré existujú v oblasti pod maskou, sa nebudú zobrazovať a
nebudú vstupovať do výpočtov pri vytváraní nových rastrových vrstiev. Pracovná oblasť je vždy
definovaná prostredníctvom rovnobežníka, zatiaľ čo maska môže mať tvar ľubovoľného polygónu.
Obrázok 23. Ukážka príkladu pracovnej oblasti a masky.
Masku nasadzujeme pomocou modulu r.mask (Raster / Mask [r.mask]) (Obrázok 24.).
Obrázok 24. Okno modulu r.mask.
V rámci záložiek Create, Remove a Optional okna tohto modulu je potrebné nastaviť nasledujúce
parametre:
Create
Raster map to use as MASK – názov vstupnej rastrovej vrstvy, ktorá sa bude využívať
ako maska. Vytvoriť ju môžeme konverziou polygónovej vektorovej vrstvy.
Vektorová vrstva môže obsahovať jeden alebo aj viac polygónov, t.j. areálov, kde
nechceme, aby sa v mapovom náhľade v rámci pracovnej oblasti zobrazovali údaje.
Category values to use for MASK – hodnoty buniek rastra, ktoré budú systémom
chápané ako maska. Ak máme rastrovú vrstvu, kde symbol * definuje okolie
29
záujmovej oblasti a 1 alebo ľubovoľné iné číslo je hodnota v záujmovej oblasti, tak tu
nastavíme symbol *.
Remove
Remove existing MASK (overrides other options) – príkaz na odstránenie existujúcej
masky. Pokiaľ ponecháme vyplnené zaškrtávacie pole tohto príkazu a chceme použiť
novú masku, GRASS GIS to neumožní.
Optional
Overwrite existing MASK – nastavená maska prepíše existujúcu masku.
POZOR!: Zmena masky sa prejaví až po obnovení mapového náhľadu (tlačidlo Render map pre
prácu v Mapovom okne).
1.10 Export údajov Ako už bolo uvedené v podkapitole 1.1 „Úvod do GRASS GIS“, prostredie GRASS GIS je
ideálnym prostredím pre analýzu priestorových údajov, ale nie je najvhodnejším prostredím pre ich
kartografickú reprezentáciu. Aj z tohto dôvodu je niekedy potrebné využívať moduly umožňujúce
export údajov do formátov podporovaných inými GIS platformami. Export rastrových údajov do
formátu ESRI ASCII umožňuje modul r.out.arc (File / Export raster map / ESRI ASCII grid export
[r.out.arc]). Jedna z podôb okna tohto modulu je na Obrázku 25.
Obrázok 25. Okno modulu r.out.arc.
V rámci tohto modulu v záložke Optional môžeme v rolovacom menu s názvom Number of decimal
places definovať počet desatinných miest hodnôt buniek vo výstupnej rastrovej vrstve.
POZOR!: Pre následný import vrstvy do prostredia ArcGIS je vhodné použiť na to určený
modul v ArcToolbox.
Na export vektorových údajov do formátu ESRI shape je určený modul v.out.ogr (File / Export
vector map / Common export formats [v.out.ogr]). Ukážka okna tohto modulu je na Obrázku 26.
30
Obrázok 26. Okno modulu v.out.org.
31
2. Analytické nástroje
32
2.1 Úvod k analytickým nástrojom Vykonávanie priestorových analýz v GRASS GIS umožňujú analytické moduly. Každý z týchto
modulov reprezentuje jeden alebo skupinu algoritmov. V súčasnosti GRASS GIS disponuje širokým
spektrom modulov, pričom počet modulov je možné zvyšovať prostredníctvom pridávania externých
modulov. Základné ovládanie analytických modulov sa v zásade nelíši od ovládania modulov
využívaných pre potreby importu a exportu údajov. V tomto učebnom texte predstavíme len niekoľko
vabraných modulov. Pôjde o moduly často využívané pre potreby fyzickogeografického alebo
geoekologického výskumu. Pre využitie širšieho spektra modulov doporučujeme pokročilému
používateľovi obrátiť sa na manuál GRASS GIS alebo na ostatné literárne zdroje, uvedené v
odporúčanej literatúre. Text sa konkrétne zameriava na prácu s digitálnym výškovým modelom a jeho
derivátmi a na modelovanie distribúcie slnečného žiarenia. Taktiež poskytuje základné informácie,
potrebné pre hydrologické modelovanie a zobrazovanie 3D objektov v priestore.
2.2 Interpolácia prostredníctvom modulu
v.surf.rst Interpolácia v chápaní technológie GIS je pracovný postup, ktorý na základe predpokladu
priestorovej autokorelácie priestorovej informácie mení diskrétnu bodovú priestorovú informáciu na
spojitú priestorovú informáciu. Diskrétnu bodovú informáciu môže predstavovať tachymetricky
zamerané bodové pole s určenou nadmorskou výškou, pole bodov línií reprezentujúcich vrstevnicové
pole, sieť meteorologických staníc s pravidelným meraním teploty vzduchu, atď. Spojitá priestorová
informácia, ktorá je generovaná z diskrétnej bodovej informácie, je v prvých dvoch prípadoch v GIS
reprezentovaná rastrovou vrstvou nadmorských výšok, teda digitálnym terénnym modelom (DTM) a v
treťom použitom príklade rastrovou mapou plochy/povrchu reprezentujúceho rozloženie teplôt
vzduchu.
V súčasnosti existuje široké spektrum interpolačných algoritmov. Každý interpolačný algoritmus
sa vyznačuje špecifickými vlastnosťami. Tieto vlastnosti určujú jeho výhody a nevýhody a taktiež
oblasť jeho použitia. V prípade prostredia GRASS GIS je veľmi často využívaný algoritmus RST
(regularizovaný splajn s tenziou). RST je špecifická aproximačná, resp. interpolačná funkcia dvoch
premenných, ktorá v miestach bodov diskrétneho vstupného bodového poľa, určených súradnicami X
a Y (uzlové body), nadobúda funkčné hodnoty blízke (aproximácia), resp. zhodné (interpolácia) so
skalárnymi hodnotami priradenými k týmto bodom. V GRASS GIS slúži táto funkcia na výpočet
skalárnych hodnôt v ťažiskách buniek generovaného rastra reprezentujúceho vytváraný povrch
(DTM). Zjednodušený náčrt fungovania interpolačného algoritmu využívajúceho na interpoláciu
funkciu dvoch premenných je na Obrázku 27.
Obrázok 27. Ukážka fungovania interpolačného algoritmu využívajúceho funkciu dvoch
premenných.
33
Algoritmus RST v prostredí GRASS GIS je nastavený tak, aby bol bez obmedzení schopný naraz
pracovať s 700 vstupnými bodmi. V prípade, že vstupné bodové pole má väčší počet bodov ako 700,
je potrebné použiť segmentáciu bodového poľa. Proces segmentácie spočíva vo vytvorení čiastkových
susedných vstupných bodových polí. To znamená, že v prípade 2800 bodov vstupného bodového poľa
sa interpolačný algoritmus spustí 4x nad štyrmi rôznymi vstupnými bodovými poľami. Výsledkom sú
4 vygenerované rastre modelovaného povrchu, ktoré algoritmus následne zlúči do jedného rastra
reprezentujúceho predmetný DTM. Tento postup je načrtnutý na Obrázku 28.
Obrázok 28. Postupnosť krokov interpolačného algoritmu RST.
Využívanie segmentácie si dnes vynucuje predovšetkým spracovanie veľkého množstva bodov
bodových polí generovaných rôznymi technikami detekcie Zemského povrchu. Jedným z hlavných
problémov segmentácie je zabezpečenie hladkého spojenia jednotlivých segmentov (pri vizualizácii
výslednej rastrovej vrstvy môže byť hranica medzi segmentami jasne badateľná). Tento problém sa
vyskytuje hlavne v prípadoch, keď pri čiastkovom procese interpolácie využívame len body ležiace
v rámci segmentu. Tento problém rieši algoritmus RST pomocou dvoch hodnôt segmentácie:
Prvá hodnota udáva počet bodov v segmente (Maximum number of points in a segment).
Druhá hodnota udáva počet bodov potrebných pre aproximáciu (Minimum number of points
for approximation in a segment).
Vždy platí, že počet bodov v segmente je nižší, ako počet bodov potrebných pre aproximáciu. Význam
vyššie uvedených hodnôt ilustruje Obrázok 29.
34
Obrázok 29. Ukážka počtu bodov v segmente (Maximum number of points in a segment)
a počtu bodov potrebných pre aproximáciu (Minimum number of points for approximation in
a segment). Počet bodov v segmente reprezentuje množina bodov, ktorá leží vo vnútri
segmentu. Počet bodov potrebných pre aproximáciu reprezentuje množina bodov, ktoré ležia
vo vnútri oblasti aproximácie.
Správnym nastavením hodnôt segmentácie dokážeme zabezpečiť hladšie napojenie jednotlivých
segmentov. Hladkosť napojenia segmentov je vhodné overiť si, napr. prostredníctvom rastrov (alebo
izočiar) parciálnych derivácií vygenerovaných pomocou toho istého modulu. Niekedy je nutné
predĺžiť výpočtový čas a zväčšiť hranicu oblasti aproximácie, teda zvoliť vyššiu hodnotu počtu bodov
potrebných pre aproximáciu. Ideálny je výpočet len v rámci jedného segmentu, teda RST aproximácia
pri počte bodov v segmente nastavenom na hodnotu počtu bodov vstupujúcich do výpočtu celého
DTM. V tomto prípade, každý uzlový bod RST aproximácie (body vstupného bodového poľa) sa
podieľa svojou váhou na stanovení hodnoty modelovanej veličiny v danej bunke rastra. Spôsobuje to
výraznejšie zhladenie modelovaného povrchu oproti povrchu získaného s využitím segmentácie.
Samotný algoritmus interpolácie pomocou RST je obsiahnutý v module v.surf.rst (Raster /
Interpolate surface [v.surf.rst]). Ukážka okna tohto modulu je na Obrázku 30. Vstupmi pre modul
v.surf.rst môžu byť body alebo línie (v podobe izolínií) s priradenou hodnotou interpolovanej veličiny.
Vstupom pre vytvorenie DTM teda môže byť nielen diskrétne bodové pole bodov nadmorských
výšok, ale aj vektorová vrstva vrstevníc.
Obrázok 30. Okno modulu v.surf.rst.
35
POZOR!: Modul v.surf.rst bol vyvíjaný najmä pre tvorbu DTM. Tomuto účelu sú prispôsobené
aj hodnoty jeho prednastavených parametrov. Teda nie všetky nastavenia sú vhodné, napr. pre
potreby interpolácie hodnôt teploty vzduchu, hrúbky humusového horizontu, zakyslenia pôdy,
atď.
V rámci záložiek Required, Outputs, Parameters a Optional kontextového menu okna tohto
modulu je možné nastaviť nasledujúce parametre:
Required
Name of imput vector map – názov vstupnej vektorovej vrstvy. Vrstva môže byť
bodová alebo líniová.
Outputs
Output surface raster map (elevation) – názov výstupnej rastrovej vrstvy s hodnotou
interpolovanej veličiny, teda názov modelovanej plochy.
Output slope raster map – názov výstupnej rastrovej vrstvy s hodnotou sklonu plochy
v smere maximálneho spádu.
Output aspect raster map – názov výstupnej rastrovej vrstvy s hodnotami orientácie
plochy voči svetovým stranám.
Output profil curvature raster map – názov výstupnej rastrovej vrstvy s hodnotami
normálovej krivosti plochy v smere dotyčnice k spádnici.
Output tangential curvature raster map – názov výstupnej rastrovej vrstvy
s hodnotami normálovej krivosti plochy v smere dotyčnice k vrstevnici.
Output mean curvature raster map – názov výstupnej rastrovej vrstvy s hodnotami
strednej krivosti plochy.2
Parameters
Name of raster map used as mask – názov rastrovej vrstvy, ktorá bude použitá ako
maska (táto možnosť sa dá nahradiť využitím modulu r.mask).
Name of attribute column with values to be used for approximation – názov stĺpca
v tabuľke atribútov vstupnej vektorovej vrstvy (bodovej alebo líniovej), ktorý
obsahuje hodnoty interpolovanej veličiny (interpolovať sa dajú len numerické
hodnoty).
Tension parameter – hodnotu parametra tenzie aproximačnej funkcie (RST).
Smoothing parameter – hodnotu parametra zhladenia aproximačnej funkcie (RST).
Maximu number of points in segment – maximálny počet bodov v segmente (počet
bodov v segmente).
Minimum number of points for approximation in a segment – minimálny počet bodov
potrebných pre aproximáciu.
Minimum distance between points – minimálnu vzdialenosť medzi bodmi. V prípade,
že vzdialenosť medzi dvoma susednými bodmi je menšia ako je nastavená
vzdialenosť, jeden z bodov sa vylúči z aproximácie.
Maximu distance between points on isoline (to insert additional points) – maximálnu
vzdialenosť bodov na izolínii. Nastavenie sa využíva len v prípade vstupnej
izolíniovej vrstvy. V prípade, že vzdialenosť dvoch lomových bodov na izolínii je
väčšia ako zadaná vzdialenosť, algoritmus pridá medzi tieto body ďalší bod, a tým
spresní výpočet výslednej vrstvy.
Optional
Allow output files to overwrite existing files – prepísanie vrstvy s rovnakým názvom.
2 Mean curvature, ktorá je v GRASS GIS, ale i v iných GIS rovná polovičnej hodnote súčtu normálových
krivostí v smere dotyčnice k spádnici a k vrstevnicini, nie je strednou krivosťou plochy, ktorá je
matematicky definovaná ako polovičná hodnota súčtu hlavných, to znamená, extrémnych normálových
krivostí plochy. Normálové krivosti v smere dotyčnice k spádnici a k vrstevnici nie sú vždy hlavnými
krivosťami plochy (Krcho, 2001).
36
Okrem iných nastavení, algoritmus RST využíva tenziu a zhladenie (smoothing). Obidva
uvádzané parametre menia charakter aproximačnej matematickej funkcie. Parameter tenzie hovorí
o tuhosti aproximačnej funkcie. Vysoká hodnota tenzie dáva funkcii charakter elastickej membrány,
v prípade použitia porovnania s gumou, charakter elastickej a mäkkej gumy. Splajnom tenkej platne
modelovaný povrch s vyššími hodnotami tenzie sa v uzlových bodoch RST aproximácie stále viac
približuje k ich reálnym výškam3, avšak v ich okolí môže dôjsť k veľkým výškovým odchýlkam.
V miestach výrazných zmien sklonov reálnej plochy dochádza vďaka väčšej pružnosti funkcie často k
“vybúleniu“ výškového modelu, t. j. k vzniku falošných depresií alebo vrcholov (singularít). Naopak,
nízka hodnota tenzie dáva aproximačnej funkcii charakter tenkej platne, v prípade použitia porovnania
s gumou, charakter tuhej a tvrdej gumy. Znižovanie hodnoty tenzie sa v uzlových bodoch RST
aproximácie prejaví stále väčšími odchýlkami namodelovaných výšok od výšok bodov vstupného
výškového poľa, avšak v ich okolí už nedochádza k tak výrazným výškovým odchýlkam. S hodnotou
parametra tenzie blížiacou sa k nule sa stále viac dostávame k modelu, síce rôzne nakloneného, ale
extrémne zhladeného povrchu. V GRASS GIS je preto pre tento parameter prednastavená hodnota 40.
Ukážka vplyvu zmeny parametra tenzie na výslednú plochu je na Obrázku 31.
Obrázok 31. Vplyv zmeny tenzie na charakter výslednej plochy.
Parameter smoothing kontroluje výškovú odchýlku v uzlových bodoch RST aproximácie. Ak má
nulovú hodnotu, aproximačná funkcia RST sa zmení na interpolačnú funkciu. Výšky vypočítané
v uzlových bodoch RST aproximácie sa v tomto prípade neodchyľujú od výšok bodov vstupného
bodového poľa, takže parameter rmsdevi v popisnom súbore rastrovej vrstvy reprezentujúcej
vytvorený DTM nadobudne hodnotu rovnú nule. Nulový parameter smoothing však podporuje vznik
falošných singularít mimo uzlových bodov, podobne ako v prípade nastavených vyšších hodnôt tenzie.
V GRASS GIS je preto pre tento parameter prednastavená hodnota 0,1.
2.3 Výpočet vybraných morfometrických
charakteristík Ak chceme z podkladovej rastrovej vrstvy reprezentujúcej DTM danej plochy vypočítať jej
morfometrické charakteristiky prvého4 a druhého
5 rádu a neurobili sme to už pri generovaní DTM
v prostredí GRASS GIS, použijeme modul r.slope.aspect (Raster / Terrain analysis / Slope and aspect
[r.slope.aspect]). Ukážka okna tohto modulu je na Obrázku 32.
3 Stredná odchýlka (parameter rmsdevi v popisnom súbore k rastrovej vrstve vygenerovanej RST aproximáciou
(použi príkaz r.info)) vykazuje minimálnu hodnotu. 4 Sklon georeliéfu v smere maximálneho spádu a orientácia georeliéfu voči svetovým stranám.
5 Normálové krivosti, t.j. normálová krivosť plochy v smere dotyčnice k spádnici a dotyčnicová krivosť, t.j.
normálová krivosť plochy v smere dotyčnice k vrstevnici.
37
Obrázok 32. Okno modulu r.slope.aspect.
Okno modulu obsahuje záložky:
Required
Name of elevation raster map – názov vstupnej rastrovej vrstvy (DTM).
Outputs
Name of output slope raster map – názov výstupnej rastrovej vrstvy s hodnotou
sklonu georeliéfu v smere maximálneho spádu.
Name of output aspect raster map – názov výstupnej rastrovej vrstvy s hodnotou
orientácie georeliéfu voči svetovým stranám6.
Name of profile curvature raster map – názov výstupnej rastrovej vrstvy s hodnotou
normálovej krivosti v smere dotyčnice k spádnici.
Name of tangential curvature raster map – názov výstupnej rastrovej vrstvy
s hodnotou normálovej krivosti v smere dotyčnice k vrstevnici.
Name for output first order partial derivative dx(E-W slope)raster map – názov
výstupnej rastrovej vrstvy s hodnotami prvej smerovej derivácie dx v smere východ-
západ.
Name for output first order partial derivative dy(N-S slope)raster map – názov
výstupnej rastrovej vrstvy s hodnotami prvej smerovej derivácie dy v smere sever -
juh.
Name for output second order partial derivative dxx raster map – názov výstupnej
rastrovej vrstvy s hodnotami druhej smerovej derivácie dxx.
Name for output second order partial derivative dyy raster map – názov výstupnej
rastrovej vrstvy s hodnotami druhej smerovej derivácie dyy.
Name for output second order partial derivative dxy raster map – názov výstupnej
rastrovej vrstvy s hodnotami druhej smerovej derivácie dxy.
6 Východnej orientácii je priradená hodnota 0°, resp. 360°, severnej orientácii je priradená hodnota 90°,
západnej orientácii je priradená hodnota 180° a južnej orientácii je priradená hodnota 270°. Ak bol použitý
národný geodetický referenčný systém S-JTSK, vypočítané hodnoty orientácie reliéfu voči svetovým stranám je
potrebné v mapovej kalkulačke opraviť o hodnotu meridiánovej konvergencie.
38
Settings
Format for reporting the slope – definuje formát výpočítanej hodnoty sklonu
georeliéfu v smere maximálneho spádu.
Degrees – stupne
Percent – percentá
Type of output aspect and slope maps – definuje spôsob zaokrúhľovania hodnôt
sklonu a orientácie v ich výstupných rastrových vrstvách.
Float – desatinné číslo
Double – desatinné číslo s dvomi desatinnými miestami
Integer – celé číslo
Minimum slope val. (in percent) for which aspect is computed – minimálna hodnota
sklonu, pre ktorú bude vypočítaná orientácia georeliéfu voči svetovým stranám.
V prípade nastavenej hodnoty 1 bude algoritmus ignorovať všetky svahy so sklonom
menším ako 1% a priradí im nedefinovanú hodnotu orientácie voči svetovým stranám.
Optional
Allow output files to overwrite existing files – prepísanie vrstvy s rovnakým názvom.
Niektoré morfometrické charakteristiky, ako je napr. horizontálna krivosť plochy (plan
curvature)7, sa dajú vypočítať prostredníctvom modulu r.param.scale (Raster / Terrain analysis /
Terrain parameters [r.param.scale]). Tento modul využíva na výpočet morfometrických
charakteristík aproximačnú matematickú funkciu definovanú len v malej vymedzenej oblasti. Modul
pracuje s postupnosťou nasledujúcich krokov:
1. Výber bunky rastra, pre ktorý bude výpočet priestorovo platný.
2. Výber okolia bunky, v ktorom bude prebiehať aproximácia.
3. Aproximácia pomocou metódy najmenších štvorcov.
4. Výpočet zvolenej morfometrickej charakteristiky.
5. Posun na ďalšiu bunku (návrat k bodu 1.).
2.4 Mapová algebra Pojmom mapová algebra sa vo všeobecnosti označujú postupy, ktoré umožňujú vykonávať
logické, aritmetické a štatistické operácie s jednou alebo viacerými rastrovými vrstvami, ktorých
výsledkom je nová rastrová vrstva. Do tejto skupiny nástrojov patrí mapová kalkulačka a fokálna
alebo zonálna štatistika.
2.4.1 Map calculator Mapová kalkulačka je nástroj, ktorý sa využíva pre potreby vykonávania numerických výpočtov
alebo logických operácií v rámci jedného alebo medzi viacerými rastrami. Rastrovú vrstvu si môžeme
predstaviť ako maticu. Súčet dvoch rastrových vrstiev je potom súčtom dvoch matíc. Ak, napr.
chceme vypočítať hodnoty Langovho dažďového faktora, ktorý je rovný podielu zrážok a teploty
vzduchu, potrebujeme na realizáciu výpočtu dva vstupné rastre (raster priemernej teploty vzduchu
a raster príslušného úhrnu zrážok). V GRASS GIS na vytvorenie rastrovej vrstvy, v ktorej bude
jednotlivým bunkám priradená hodnota podielu hodnôt buniek rastrovej vrstvy úhrnu zrážok
a rastrovej vrstvy priemernej teploty, potrebujeme špecifický nástroj, ktorý bude schopný túto
aritmetickú operáciu zrealizovať pre každú bunku nastavenej pracovnej oblasti. V tomto prípade
naplno využívame výhodu GRASS GIS, spočívajúcu v nutnosti prednastavenia rozsahu a rozlíšenia
pracovnej oblasti, ktorá dopredu zabezpečuje stopercentné polohové prekrytie jednotlivých buniek do
výpočtu vstupujúcich rastrových vrstiev aktuálneho súboru máp.
7 Horizontálna krivosť vyjadruje krivosť horizontálneho (nie normálového) rezu plochy, teda krivosť vrstevnice
v mape.
39
V prostredí GRASS GIS je mapová kalkulačka integrovaná v module r.mapcalc (Raster / Raster
map calculator [r.mapcalc]). Samotný postup výpočtu Langovho faktora sa skladá z nasledujúcich
krokov:
1. Výber hodnoty bunky s pozíciou 1. riadok a 1. stĺpec v oboch vrstvách vstupujúcich do
výpočtu.
2. Výpočet výslednej hodnoty a jej priradenie bunke nového rastra s tou istou pozíciou.
3. Výber hodnoty bunky s pozíciou 1. riadok a 2. stĺpec v oboch vrstvách vstupujúcich do
výpočtu.
4. Výpočet výslednej hodnoty a jej priradenie bunke nového rastra s tou istou pozíciou.
5. Výber hodnoty bunky s pozíciou 1. riadok a 3. stĺpec v oboch vrstvách vstupujúcich do
výpočtu.
...
Ukážka fungovania výpočtu pomocou modulu r.mapcalc je na Obrázku 33.
Obrázok 33. Ukážka výpočtu prostredníctvom modulu r.mapcalc.
Samotný modul r.mapcalc využíva pre svoje ovládanie jednoduchý jazyk, ktorý je podobný SQL.
Výraz (Expression) sa skladá z operátorov (Operators) a operandov (Operands), ktoré sú zobrazené
v okne modulu na Obrázku 34.
Obrázok 34. Okno modulu r.mapcalc.
40
Okno pracuje ako kalkulačka, kde pomocou tlačidiel a čísel zadávame syntax matematického
výrazu. Medzi základné operátory patria:
+ súčet
- rozdiel
* súčin
/ podiel
> väčší ako
>= väčší alebo rovný ako
< menší ako
<= menší alebo rovný ako
== rovný
!= nerovný
^ mocnina
V položke operandy nachádzame nasledujúce nastavenia:
Name for new raster map to create – názov výstupnej rastrovej vrstvy.
Insert mapcalc function – vloženie funkcie do výrazu. Ide, napríklad o funkcie sínus, tangens,
logaritmus, podmienky, modus, medián, minimum, atď. Tieto funkcie sa dajú prirovnať
k funkciám v prostredí MS Excel.
Insert existing raster map – vloženie názvu existujúcej rastrovej vrstvy, ktorá bude vstupovať
do výpočtu. V tejto položke je k dispozícii ponuka rastrových vrstiev aktuálneho súboru máp,
ktoré po výbere môžeme pohodlne vložiť do vytváraného výrazu.
Ponuka operátorov a operandov nám teda pomáha pri tvorbe syntaxu matematického alebo logického
výrazu, ktorý sa postupne objavuje v poli Expression.
Príklady výrazov:
a + b súčet hodnôt buniek rastra a a rastra b,
a – b rozdiel hodnôt buniek rastra a a rastra b,
(a * a) – 2 * b rozdiel druhej mocniny hodnôt buniek rastra a a dvojnásobku hodnôt buniek
rastra b,
cos(a) kosínus hodnôt buniek rastra a,
if (a > 20) = 2 podmienka, ktorá znamená, že ak hodnota bunky rastra a je väčšia ako 20,
hodnota bunky výstupného rastra bude 2.
2.4.2 Fokálna štatistika Fokálna štatistika je založená na operáciách, ktoré sa uskutočňujú nad rastrovou vrstvou, v tzv.
plávajúcom okne. To znamená, že po uskutočnení operácie (výpočtu) v zadefinovanom okolí
skúmanej, to znamená centrálnej bunky rastrovej vrstvy, sa centrálnou bunkou stáva susedná bunka.
Algoritmus fokálnej štatistiky v GRASS GIS je založený na opakovaní nasledujúcich krokov:
1. Vytvorenie okna s rozmermi n x n buniek, pričom skúmaná bunka sa nachádza v strede tohto
okna (centrálna bunka).
2. Výpočet v rámci vytvoreného okna.
3. Priradenie vypočítanej hodnoty bunke výstupného rastra, ležiacej nad centrálnou bunkou.
4. Presun do nasledujúcej bunky (posun okna).
5. Nová bunka preberá úlohu centrálnej bunky.
Princíp fokálnej štatistiky je demonštrovaný na Obrázku 35. Na tomto obrázku je v rámci
plávajúceho okna, vytvoreného v rôznych opakovaných štádiách procesu, zisťovaná minimálna
a maximálna hodnota buniek a vypočítaná priemerná hodnota buniek v plávajúcom okne. Výsledné
41
hodnoty sú priradené bunkám výstupného rastra, ležiacim nad centrálnymi bunkami (skúmanými
pixlami).
Obrázok 35. Práca plávajúceho okna.
Tento druh analýzy sa dá využiť, napr. pri výpočte vertikálnej výškovej členitosti reliéfu.
Vertikálnu výškovú členitosť reliéfu môžeme vyjadriť pomocou rozdielu maximálnej a minimálnej
hodnoty nadmorskej výšky v rámci zadefinovanej oblasti. Nástroje fokálnej štatistiky sa dajú využiť aj
pre potreby zhladzovania povrchu modelovanej veličiny. V GRASS GIS sú nástroje fokálnej štatistiky
integrované v module r.neighbors (Raster / Neightborhood analysis / Moving window [r.neighbors]).
Ukážku okna modulu r.neighbors je na Obrázku 36.
Obrázok 36. Okno modulu r.neighbors.
V rámci záložiek Required a Neigborhood hlavného okna tohto modulu je potrebné nastaviť
nasledujúce parametre:
Required
Name of input raster map – názov vstupnej rastrovej vrstvy.
42
Name for outpust raster map – názov výstupnej rastrovej vrstvy.
Neighborhood
Use circular neighborhood – kruhové plávajúce okno namiesto štvorcového
(problematické pri plávajúcich oknách malých rozmerov).
Neighborhood operation – operácia, ktorá bude realizovaná v rámci plávajúceho
okna:
average – zaokrúhlená priemerná hodnota buniek plávajúceho okna,
median – polovičná hodnota súčtu hodnôt bunky s maximálnou a minimálnou
hodnotou,
mode – najčastejšie sa vyskytujúca hodnota v plávajúcom okne,
minimum – minimálna hodnota bunky plávajúceho okna,
maximum – maximálna hodnota bunky plávajúceho okna,
range – rozsah hodnôt buniek (rozdiel medzi maximálnou a minimálnou
hodnotou buniek plávajúceho okna),
stddev – zaokrúhlená štandardná štatistická odchýlka hodnôt najbližších
buniek,
sum – suma hodnôt buniek plávajúceho okna,
variance – zaokrúhlený štatistický rozptyl hodnôt najbližších buniek,
diversity – počet buniek líšiacich sa svojou hodnotou oproti hodnote
centrálnej bunky,
interspersion – percento počtu buniek s rôznymi hodnotami oproti hodnote
centrálnej bunky plus 1.
Neightborhood size – veľkosť strany štvorca plávajúceho okna (vždy nepárne číslo)
alebo priemer kruhu plávajúceho okna (jednotkou je jeden pixel).
2.4.3 Zonálna štatistika Zonálna štatistika je založená na operáciách, ktoré sa uskutočňujú nad rastrovou vrstvou vo
vopred definovaných oblastiach (zónach). Medzi často využívané operácie patrí, napr. hľadanie
maximálnej alebo minimálnej hodnoty v rámci jednotlivých oblastí. Princíp zonálnej štatistiky
v prípade zisťovania súčtu hodnôt buniek ležiacich v rámci jednotlivých oblastí je demonštrovaný na
Obrázku 37.
Obrázok 37. Ukážka výpočtu sumy hodnôt buniek rastra ležiacich v rámci jednotlivých
oblastí. Hore sa nachádza rastrová vrstva oblastí a dole je rastrová vrstva, ktorá vstupuje do
výpočtu.
43
Obrázok 38. Okno modulu r.statistics.
Ďalším príkladom využitia zonálnej štatistiky je výpočet priemerných nadmorských výšok
povodí, kde vrstvu oblastí predstavujú jednotlivé povodia, a rastrová vrstva vstupujúca do výpočtu je
rastrovou vrstvou nadmorských výšok (DTM). V tomto prípade bude vypočítaná priemerná
nadmorská výška daného povodia priradená k všetkým bunkám výstupného rastra ležiacim nad daným
povodím.
V GRASS GIS sú nástroje zonálnej štatistiky integrované v module r.statistics (Raster / Overlay
rasters / Statistical overlay [r.statistics]). Ukážka okna modulu r.statistics je na Obrázku 38. V rámci
záložiek Required a Optional okna tohto modulu je potrebné nastaviť nasledujúce parametre:
Required
Name of base raster map – názov rastrovej vrstvy zadefinovaných oblastí.
Name of cover raster map – názov rastrovej vrstvy s hodnotami veličiny, s ktorými
budú realizované výpočtové operácie.
Method of object-based statistic – definovanie výpočtovej operácie, napr.:
mode – modus
median – medián
maximum – maximum
...
Optional
Resultant raster map – názov výstupnej rastrovej vrstvy.
2.5 Reklasifikácia rastrových vrstiev V niektorých špecifických prípadoch je potrebné nahradiť pôvodné hodnoty buniek rastrových
vrstiev novými hodnotami podľa definovaných pravidiel. Najčastejšie ide o nahradenie spojitej škály
hodnôt intervalmi, ktoré sú potom reprezentované jednou hodnotou. Tento problém sme schopní
vyriešiť pomocou mapovej kalkulačky. Napriek tomu je pre potreby reklasifikácie v prostredí GRASS
44
GIS implementovaný modul r.reclass (Raster / Change category values and labels / Reclassify
[r.reclass]). Ukážka okna tohto modulu je na Obrázku 39.
Obrázok 39. Okno modulu r.reclass.
V rámci záložiek Required a Optional okna je potrebné nastaviť nasledujúce parametre:
Required
Raster map to be reclassified – názov rastrovej vrstvy, ktorá bude reklasifikovaná.
Name for output raster map – názov výstupnej rastrovej vrstvy.
Optional
File containing reclass rules – názov textového súboru na disku počítača s pravidlami
reklasifikácie, ak taký existuje.
or enter values interactively – pravidlá reklasifikácie napísané prostredníctvom
klávesnice alebo skopírované z externého textového súboru.
Pri písaní pravidiel reklasifikácie je nutné dodržať ich predpísanú formu. Sú to jednoduché
skripty. Platí, že ak pôvodná hodnota nadobúda dané vlastnosti, nová hodnota sa bude rovnať
zadefinovanej hodnote. Ukážky pravidiel reklasifikácie sú uvedené v Tabuľke 2. Každé pravidlo je
nutné vpísať do nového riadka. Najvhodnejšie je pravidlá formulovať tak, aby pokrývali celý rozsah
hodnôt buniek rastrovej vrstvy.
Tabuľka 2. Príklady použitia formálnych pravidiel reklasifikácie.
pravidlo popis
45 = 2 hodnota 45 nadobudne hodnotu 2
1 2 3 = 1 hodnoty 1, 2, 3 nadobudnú hodnotu 1
4 thru 10 = 3 všetky hodnoty v intervale 4 až 10 nadobudnú hodnotu 3
* = NULL všetky hodnoty nevymenované v predošlých pravidlách nadobudnú hodnotu NULL
45
2.6 Modelovanie distribúcie slnečného
žiarenia Distribúciu slnečného žiarenia, dopadajúceho na georeliéf, umožňuje v prostredí GRASS GIS
modelovať modul r.sun (Raster / Solar radiance and shadows / Solar irrradiance and irradiation
[r.sun]). Výstupom tohto modulu sú rastrové mapy priameho, rozptýleného/difúzneho a celkového
žiarenia dopadajúceho na georeliéf, odrazeného žiarenia, dĺžky denného oslnenia a mapy uhla dopadu
slnečného lúča na georeliéf v danom časovom momente. Základným parametrom pre určenie týchto
charakteristík je pozícia Slnka nad dotykovou rovinou ku georeliéfu, prípadne nad miestnym
horizontom (príloha 2. „Zdanlivá dráha Slnka na oblohe“). Pre výpočet pozície Slnka a odvodených
charakteristík oslnenia je v module r.sun potrebné zadať niekoľko vstupných rastrových vrstiev
a parametrov, napr. rastrové vrstvy DTM, orientácie georeliéfu voči svetovým stranám a sklonu
georeliéfu, časový údaj a v prípade, že lokalita nemá definované korektné kartografické zobrazenie, aj
zemepisné súradnice v podobe rastrových vrstiev zemepisnej šírky a dĺžky. Modul r.sun funguje
v dvoch režimoch:
1. V režime 1 modul počíta v definovanom časovom momente nasledovné charakteristiky:
- uhol dopadu slnečného lúča (°),
- výkon priameho slnečného žiarenia dopadajúceho na georeliéf (W.m-2
),
- výkon rozptýleného žiarenia dopadajúceho na georeliéf (W.m-2
),
- výkon georeliéfom odrazeného žiarenia (W.m-2
),
- výkon celkového žiarenia dopadajúceho na georeliéf, t. j. sumu výkonu priameho a
rozptýleného slnečného žiarenia (W.m-2
).
2. V režime 2 modul počíta v časovom intervale jedného konkrétneho kalendárneho dňa
nasledovné charkteristiky:
- dĺžku oslnenia georeliéfu v hodinách,
- príkon priameho slnečného žiarenia dopadajúceho na georeliéf (Wh.m-2
.deň-1
),
- príkon rozptýleneho žiarenia dopadajúceho na georeliéf (Wh.m-2
.deň-1
),
- príkon georeliéfom odrazeného žiarenia (Wh.m-2
.deň-1
),
- príkon celkového žiarenia dopadajúceho na georeliéf, t. j. sumu príkonu priameho a
rozptýleného slnečného žiarenia (W.m-2
.deň-1
).
Časový údaj vstupujúci do výpočtu jednotlivých parametrov je poradové číslo dňa v priebehu
roka (interval <1, 365>). V režime 1 musí byť tento údaj doplnený miestnym hodinovým časom
(interval <0, 24>), pre ktorý chceme realizovať výpočet.
Príkon slnečného žiarenia je zoslabovaný vlastnosťami atmosféry Zeme. Zároveň je slnečné
žiarenie odrážané od zemského povrchu. Modul r.sun umožňuje definovať vstupné premenné,
prostredníctvom ktorých je možné vyššie uvedené skutočnosti popísať. Konkrétne to sú parametre
Linkeho koefiecientu zákalu atmosféry a odrazivosť povrchu (albedo). Parametre môžu byť zadané
prostredníctvom rastrovej vrstvy alebo konštanty platnej pre celé územie. Koeficient zoslabenia
priameho alebo rozptýleného žiarenia bezoblačnej oblohy, vzhľadom na priame alebo rozptýlené
žiarenie skutočnej oblohy, umožňuje vo výpočtoch zohľadniť aj chod oblačnosti. Jednotlivé
charakteristiky oslnenia je možné počítať so zohľadnením vplyvu okolitého georeliéfu na zatienenie,
ale aj bez tohto vplyvu.
POZOR!: Pri modelovaní väčších území môžeme relatívne dlhý čas výpočtu, pri ktorom sa
zohľadňuje zatienenie okolitým georeliéfom, efektívne skrátiť, ak medzi vstupné údaje (The
horizon information input map prefix) zaradíme modulom r.horizon, vygenerované rastre uhlov
horizontu pre azimuty meniace sa na základe zvoleného kroku. Modul r.horizon môžeme
aktivovať po napísaní jeho textového skriptu do príkazového riadku Príkazovej konzoly.
Ukážka okna modulu r.sun je na Obrázku 40.
46
Obrázok 40. Okno modulu r.sun.
V rámci záložiek Required, Input_options, Output_options a Optional okna modulu r.sun je
potrebné nastaviť nasledujúce parametre:
Required
Name of input elevation raster map - názov vstupnej rastrovej vrstvy DTM,
No. of day of the year (1 - 365)(valid range 1 - 365) - poradové číslo dňa, pre ktorý
budú realizované výpočty.
Input_ options
Name of the input aspect map - názov vstupnej rastrovej vrstvy orientácie georeliéfu
voči svetovým stranám,
A single value of the orientation (aspect), 270 is south - konštantnú hodnotu orientácie
georeliéfu voči svetovým stranám, ak nie je zadaný názov vstupnej rastrovej vrstvy
orientácie georeliéfu voči svetovým stranám,
Name of input slope raster map - názov vstupnej rastrovej vrstvy s hodnotami sklonu
georeliéfu v smere maximálneho spádu,
A single value of inclination - konštantnú hodnotu sklonu georeliéfu v smere
maximálneho spádu, ak nie je zadaný názov vstupnej rastrovej vrstvy sklonu
georeliéfu v smere maximálneho spádu,
Name of Linke atmospheric turbidity coeficient raster map - názov rastrovej vrstvy
Linkeho koeficientu zákalu atmosféry,
47
Single value of Linke atmospheric turbidity coeficient - konštantnú hodnotu Linkeho
koeficientu zákalu atmosféry, ak nie je zadaný názov vstupnej rastrovej vrstvy
Linkeho koeficientu zákalu atmosféry,
Name of ground albedo coeficient input raster map - názov rastrovej vrstvy albeda,
A single value of ground albedo coeficient - konštantnú hodnotu albeda, ak nie je
zadaný názov vstupnej rastrovej vrstvy albeda,
Name of input raster map containing latitudes - názov rastrovej vrstvy geografickej
šírky, ak existuje,
Name of input raster map containing longitudes - názov rastrovej vrstvy geografickej
dĺžky, ak existuje,
Name of real-sky beam radiation coeficient input raster map - názov rastrovej vrstvy
koeficientu zoslabenia priameho žiarenia bezoblačnej oblohy, vzhľadom na priame
žiarenie skutočnej oblohy, ak existuje,
Name of real-sky diffuse radiation coeficient input raster map - názov rastrovej vrstvy
koeficientu zoslabenia rozptýleného žiarenia bezoblačnej oblohy, vzhľadom na
rozptýlené žiarenie skutočnej oblohy, ak existuje,
The horizont information input map prefix - názov predpony rastrových vrstiev, ktoré
sú výstupom modulu r.horizon,
Angle step size for multidirectional horizont - krok výpočtu v rámci jednotlivých
výsekov horizontu.
Output options
Output indicence angle raster map (mode 1 only) - názov výstupnej rastrovej vrstvy
hodnôt uhla dopadu slnečných lúčov (vrstva je generovaná len v prípade módu 1),
Output beam irradiance [W*m-2
](mode 1) or irradiation raster map - v prípade módu
1, názov výstupnej rastrovej vrstvy výkonu priameho slnečného žiarenia
dopadajúceho na georeliéf a v prípade módu 2, názov výstupnej rastrovej vrstvy
denného príkonu priameho slnečného žiarenia dopadajúceho na georeliéf,
Output insolation time raster map [h] (mode 2 only) - názov výstupnej rastrovej
vrstvy dennej dĺžky oslnenia georeliéfu v hodinách (vrstva je generovaná len v
prípade módu 2),
Output diffuse irradiance [W*m-2
] (mode 1) or irradiation raster map - v prípade
módu 1, názov výstupnej rastrovej vrstvy výkonu rozptýleného žiarenia dopadajúceho
na georeliéf a v prípade módu 2, názov výstupnej rastrovej vrstvy denného príkonu
rozptýleneho žiarenia dopadajúceho na georeliéf,
Output ground reflected irradiance [W*m-2
](mode 1) or irradiation raster map - v
prípade módu 1, názov výstupnej rastrovej vrstvy výkonu georeliéfom odrazeného
žiarenia a v prípade módu 2, názov výstupnej rastrovej vrstvy denného príkonu
georeliéfom odrazeného žiarenia,
Output global / total irradiance / irradiation [W*m-2
](mode 1) or irradiance /
irradiation raster map - v prípade módu 1, názov výstupnej rastrovej vrstvy výkonu
celkového žiarenia dopadajúceho na georeliéf a v prípade módu 2, názov výstupnej
rastrovej vrstvy denného príkonu celkového žiarenia dopadajúceho na georeliéf.
Optional
Time step when computing all-day radiation sums - časový krok výpočtu,
Declination value (overriding the internally computed value) - hodnotu deklinácie
Slnka v prípade, že používateľovi nevyhovuje hodnota počítaná modulom r.sun,
Local (solar) time (to be set for mode 1 only) - miestny čas, ktorý sa zadáva v prípade,
že chceme aktivovať mód 1.
2.7 Hydrologické modelovanie Do prostredia GRASS GIS je implementovaných niekoľko modulov, ktoré sa využívajú pre
potreby hydrologických analýz. DTM, ktorý vstupuje do výpočtov realizovaných v rámci týchto
48
modulov, musí spĺňať podmienku sprietočnenia. Sprietočnenie modelu spočíva v úpravách hodnôt
nadmorskej výšky v tých bunkách DTM, ktoré vytvárajú prekážku pre odtok zrážkovej vody. Táto
situácia nastáva často, pretože vstupné bodové polia nadmorských výšok sú väčšinou získavané
metódami, ktoré nerešpektujú kostru georeliéfu. Niektoré vlastnosti interpolačných funkcií taktiež
podporujú vznik tvarov reliéfu, ktoré vytvárajú prekážku pre odtok zrážkovej vody, napr. vznik
falošných singularít, uvádzaný pri popise parametra tenzie a zhladenia v podkapitole 2.1 „Interpolácia
prostredníctvom modulu r.surf.rst“. Najčastejšie chyby DTM s návodom na ich odstránenie sú
uvedené na Obrázku 41.
Obrázok 41. Korekcie DTM pomocou vypĺňania a zrezávania.
Z vyššie uvedeného vyplýva, že tieto chyby môžeme podľa príčiny vzniku rozdeliť do
niekoľkých kategórií:
1. Vlastnosť reálneho terénu, ktorý na základe existencie depresií, resp. bariér, nie je vždy
hydrologicky korektný. Pre potreby hydrologického modelovania je nutné upraviť ho.
2. Chyby vyplývajúce z merania, ktoré vznikajú v procese získavania priestorových informácií.
3. Chyby interpolačného algoritmu.
Korekčné algoritmy, slúžiace k sprietočneniu DTM, sú založené na princípe vyhľadávania miest, kde
by mohli nastať situácie znázornené na Obrázku 41. Po vyhľadaní odtokovej bariéry alebo
depresie nasleduje ich:
zrezanie – situácia na Obrázku 41. vpravo,
vypĺňanie – situácia na Obrázku 41. vľavo.
V GRASS GIS zakomponovaný modul r.fill.dir (Raster / Hydrologic modeling / Depressionless map
and flowlines [r.fill.dir]) preferuje druhú uvádzanú možnosť. Ukážka hlavného okna tohto modulu je
na Obrázku 42. Tento modul okrem toho, že vytvára hydrologicky korektný DTM, dokáže pre každú
bunku rastra vypočítať gravitačne podmienený smer toku látky. Táto rastrová vrstva je vyžadovanou
vrstvou pre ďalšie hydrologické analýzy.
V rámci záložky Required okna modulu r.fill.dir je potrebné nastaviť nasledujúce parametre:
Name of existing raster map containing elevation surface – názov vstupnej rastrovej
vrstvy (DTM),
Output elevation raster map after filling – názov výstupnej rastrovej vrstvy po
hydrologických korekciách (sprietočnený DTM),
Output direction raster map – názov výstupnej rastrovej vrstvy s hodnotami smeru
toku v jednotlivých bunkách.
49
Obrázok 42. Okno modulu r.fill.dir.
Jedným z dôležitých parametrov pre hydrologické modelovanie alebo modelovanie erózno-
akumulačných procesov je prispievajúca/príspevková plocha. Príspevková plocha sa dá s určitou
mierou zovšeobecnenia interpretovať ako plocha na svahu, z ktorej všetka voda (látka) odteká do
skúmaného bodu. V rámci rastrovej vrstvy DTM, príspevkovú plochu skúmanej bunky tvoria všetky
bunky, v ktorých gravitačne podmienený smer toku hmoty spôsobuje, že prenášaný materiál sa
dostane do skúmanej bunky (Obrázok 43.). Malo by platiť pravidlo, že ľubovoľná bunka, ktorá je
súčasťou príspevkovej plochy skúmanej bunky, nemôže byť zároveň súčasťou príspevkovej plochy
inej bunky, ktorá nebola súčasťou predchádzajúcej príspevkovej plochy.
Obrázok 43. Výpočet príspevkovej plochy.
Takto chápaný výpočet príspevkovej plochy umožňuje realizovať modul r.terraflow (Raster /
Hydrologic modeling / Flow accumulation [r.terraflow]). Tento modul počíta aj topographic
convergence index (TCI), nazývaný tiež aj topographic wetness index (TWI) alebo compound
topographic index(CTI). Je definovaný nasledujúcou rovnicou:
TCI = ln ( α
tg β ), (1)
kde
α – príspevková plocha,
β – sklon georeliéfu v smere maximálneho spádu.
50
V rámci záložiek Required a Optional hlavného okna tohto modulu je potrebné nastaviť
nasledujúce parametre:
Required
Name of elevation raster map – názov vstupnej rastrovej vrstvy s hodnotami
nadmorskej výšky (DTM),
Name for output filled (flooded) elevation raster map – názov výstupnej rastrovej
vrstvy po hydrologických korekciách,
Name for output flow direction raster map – názov výstupnej rastrovej vrstvy
s hodnotami smeru toku v jednotlivých bunkách,
Name for output sink-watersheed raster map – názov výstupnej rastrovej vrstvy
s vyčlenenými povodiami,
Name for output flow accumulation raster map – názov výstupnej rastrovej vrstvy
s hodnotami počtu prispievajúcich buniek (po prenásobení veľkosťou bunky ide
o príspevkovú plochu),
Name for output topographic convergence index (tci) raster map – názov výstupnej
rastrovej vrstvy s hodnotami indexu TCI.
Optional
Allow output files to overwrite existing files – prepísanie už existujúcej vrstvy
v databáze GRASS GIS s rovnakým názvom,
Name of file containing runtime statistics – názov súboru obsahujúceho základné
štatistické údaje.
POZOR!: Názov je pred každým výpočtom nutné zmeniť.
Ďalším modulom, umožňujúcim realizáciu hydrologických analýz, je modul r.flow (Raster /
Hydrologic modeling / Flow lines [r.flow]), ktorý dokáže generovať korektný priebeh spádových
kriviek. Na tvorbu spádových kriviek je využitý nasledujúci algoritmus vyhľadávania ich lomových
bodov:
1. Výber bunky rastra, z ktorej bude vychádzať modelovaná spádová krivka.
2. Definovanie bodu ležiaceho vo vnútri vybranej bunky ako lomového bodu modelovanej
spádovej krivky.
3. Vyhľadanie bunky s najnižšou hodnotou nadmorskej výšky v okolí vybranej bunky. Bunka
s najnižšou hodnotou nadmorskej výšky nadobúda funkciu vybranej bunky.
4. Návrat do kroku 2., pokiaľ nebola naplnená ani jedna z nasledujúcich podmienok:
a. Nájdená bunka s najnižšou hodnotou nadmorskej výšky leží na okraji rastrovej
vrstvy.
b. Nebola nájdená bunka s najnižšou hodnotou nadmorskej výšky, to znamená, že
hodnoty nadmorských výšok všetkých okolitých buniek sú väčšie ako nadmorská
výška potenciálnej vybranej bunky.
5. Definovanie bodu určeného v kroku 2. ako posledného lomového bodu modelovanej spádovej
krivky.
6. Výber bunky, ktorá sa nachádza v stanovenej vzdialenosti od bunky, z ktorej bola vedená
predchádzajúca spádová krivka (návrat na krok 2.).
Základný princíp algoritmu je znázornený na Obrázku 44.
51
Obrázok 44. Princíp algoritmu tvorby spádových kriviek prostredníctvom modulu r.flow.
V demonštrovanom prípade sú lomové body spádových kriviek vyhľadávané v smere
klesajúcej nadmorskej výšky.
Počet buniek, cez ktoré prechádza spádová krivka, definuje parameter dĺžky spádovej krivky.
Ukážka okna modulu r.flow je na Obrázku 45.
Obrázok 45. Okno modulu r.flow.
V rámci záložiek Required a Optional hlavného okna tohto modulu je potrebné nastaviť
nasledujúce parametre:
52
Required
Input elevation raster map – názov vstupnej rastrovej vrstvy s hodnotami nadmorskej
výšky (DTM).
Optional
Compute upslope flowlines instead of default downhill flowlines – po aktivovaní tohto
nastavenia bude modul generovať spádové krivky v smere proti spádu
(“hore kopcom“),
Input aspect raster map – názov vstupnej rastrovej vrstvy orientácie georeliéfu voči
svetovým stranám,
Number of cells between flowlines – počet buniek medzi východiskovými bodmi po
sebe modelovaných spádových kriviek,
Output flowline vector map – názov výstupnej vektorovej vrstvy so spádovými
krivkami,
Output flowpath length raster map – názov rastrovej vrstvy s hodnotami vzdialenosti
bodu od začiatku teoretického toku hmoty,
Output flowline density raster map – názov rastrovej vrstvy s vypočítanou hustotou
spádových kriviek.
2.8 Nástroje mapovej analýzy Ide o skupinu nástrojov, ktoré slúžia na tvorbu špecifických nemapových výstupov, a ktoré je
možné aktivovať len prostredníctvom menu v Mapovom okne. Ikona Analyze map (dvanásta ikona
zľava na Obrázku 10.) umožňuje prístup k nástrojom Measure distance, Profile surface map, Create
histogram of raster map:
Measure distance - nástroj mapovej analýzy, ktorý meria vzdialenosti v rámci mapového
náhľadu. Po aktivácii nástroja dôjde k transformácii kurzoru myši na piktogram ceruzky. V
rámci mapového plátna myšou klikáme na miesta, medzi ktorými chceme určiť vzdialenosť
(kreslíme líniu). Výsledné hodnoty sa zobrazujú v priestore pre zobrazenie údajov Príkazovej
konzoly v Hlavnom okne. Nástroj umožňuje určiť i dĺžku línií, zložených z viacerých
lomových bodov.
Profile surface map - nástroj na tvorbu profilov nad vybranými rastrovými vrstvami. Ak
máme vybranú rastrovú vrstvu nadmorskej výšky, výsledkom bude výškový profil v smere
zadanej línie. Po aktivovaní nástroja sa na monitore počítača objaví dvojica okien (Obrázok
46.). V okne Select raster map to profile definujeme rastrové vrstvy, nad ktorými chceme
skonštruovať profil. Môžeme vybrať jednu alebo viac rastrových vrstiev. Vrstvy vyberáme
prostredníctvom nastavení Select raster map 1(required), Select raster map 2 (optional) a
Select raster map 3 (optional). Výber potvrdíme tlačidlom OK. Otvorí sa hlavné okno
nástroja. Tu prostredníctvom ikony Draw transect in map display window to profile (druhá
ikona zľava) aktivujeme nástroj na kreslenie profilov. Následne priamo na mapovom plátne
Mapového okna nakreslíme jednoduchú alebo lomenú líniu trasy profilu. Požadovaný profil sa
zobrazí v hlavnom okne nástroja po aktivovaní ikony Draw /re-draw profile (tretia ikona
zľava). Grafický výstup je možné exportovať prostredníctvom ikony Save display to graphic
file (deviata ikona zľava), alebo priamo tlačiť prostredníctvom príkazu Print display (desiata
ikona zľava).
53
Obrázok 46. Dve hlavné okná nástroja Profile surface map.
Create histogram of raster map - nástroj na vytvorenie frekvenčného histogramu hodnôt v
rámci rastrovej vrstvy. Ukážka hlavného okna tohto nástroja je na Obrázku 47. Ikona Create
histogram of raster map hlavného okna (prvá zľava) otvára kontextové menu modulu
d.histogram. Ak nemáme na mapovom plátne zobrazenú aktívnu rastrovú vrstvu v jeho
záložke Required, je potrebné definovať rastrovú vrstvu, pre ktorú sa bude histogram počítať.
Pomocou nástrojov umiestnených v záložke Optional, je možné histogram upravovať. Modul
sa spúšťa pomocou tlačidla OK. Výsledok sa zobrazí v predtým prázdnom poli hlavného okna.
Výstup je možné exportovať prostredníctvom ikony Save display to graphic file (piata ikona
zľava), alebo priamo tlačiť prostredníctvom ikony Print display (šiesta ikona zľava).
Obrázok 47. Okno nástroja Create histogram of raster map.
2.9 Georeferencovanie GRASS GIS poskytuje všetky štandardné nástroje na geometrickú transformáciu
a georeferencovanie rastrových údajov. Vzhľadom na užívateľsky pohodlný proces georeferencovania
v mnohých iných GIS prostrediach, je menej pravdepodobné, že prostredie GRASS GIS budeme často
používať s týmto zámerom. Napriek tomu by asi nebolo rozumné sa v týchto učebných textoch úplne
vyhnúť problému georeferencovania rastrových údajov.
Na transformáciu a vloženie rastrov máp alebo leteckých snímok v negeoreferencovaných
formátoch do referenčného súradnicového systému používanej (cieľovej) pracovnej lokality, môžeme
v GRASS GIS použiť modul Georectify (File / Georectify). Pred spustením tohto modulu musíme
urobiť niekoľko nutných úkonov. Potrebné je vytvoriť novú (zdrojovú) lokalitu, do ktorej importujeme
mapy, ktoré chceme súradnicovo pripojiť. Z ponuky súradnicových referenčných systémov pre
zdrojovú lokalitu na Obrázku 5. si vyberieme možnosť Create an arbitrary non-earth Cartesian
coordionate system (XY). Zároveň si môžeme, ale aj nemusíme, vytvoriť nový súbor máp. Pri druhej
54
voľbe si vystačíme s automaticky vytvoreným súborom máp s názvom PERMANENT. Na výzvu
zadať rozsah a rozlíšenie novej pracovnej lokality zadáme v zobrazenom okne (Obrázok 7.) v riadku
North a v riadku East hodnotu počtu riadkov a stĺpcov najväčšieho rastra, ktorý sa budeme snažiť
súradnicovo pripojiť. Po importovaní súradnicovo nepripojeného rastra alebo rastrov, ak sme sa prepli
do cieľovej pracovnej lokality, aktivujeme modul Georectify (File / Georectify).
Po spustení modulu Georectify sa nám zobrazí okno Select mapy type and location mapset, kde
definujeme práve vyššie spomínanú lokalitu (Select source location) a súbor máp (Select source
mapset). Pokračujeme príkazom Ďalej. V ďalšom okne je prostredníctvom príkazu Select Image /map
group to georectify nutné definovať skupinu máp pripravených na georeferencovanie. Novú skupinu
máp vytvoríme prostredníctvom nástroja Create/edit group ..., kde v záložke Required definujeme
názov tejto skupiny a v záložke Optional prostredníctvom položky Name of raster map(s) to include in
group definujeme vrstvy, ktoré chceme, aby táto skupina obsahovala. Pokračujeme tlačidlom Ďalej.
V následne otvorenom okne Select map to display ground control points (GCP) creation
pomocou záložky Select source map to display definujeme, ktoré vrstvy budeme v tomto kroku
georeferencovať a pomocou záložky Select target map to display, ktoré vrstvy nám poslúžia ako
podklad pre georeferencovanie. Nakoniec nám modul Georectify ponúkne manažér pre zadanie
lícovacích bodov Manager Ground Control Points s nástrojovou lištou. V hornej časti nástrojovej lišty
(Obrázok 48.) sú umiestnené ikony nástrojov pre mapové plátna a nastavenie parametrov
georeferencovania:
Display map
Render map
Erase display
Update GCP coordinates
Pan
Zoom in
Zoom out
Various zoom options
Návestie, resp. prepínač medzi cieľovou a zdrojovou mapou
Return to previous zoom
Zoom to selected map layer(s)
Georectifer settings
Georectifer manual
Quit georectification tool.
V dolnej časti nástrojovej lišty sú umiestnené ikony nástrojov na editáciu zoznamu lícovacích bodov:
Add new GCP to the list
Delete selected GCP
Clear selected GCP
Recalculate RMS error
Georectify
Save GCPs to POINTS file
Reload GCPs from POINTS file.
Obrázok 48. Lišta nástrojov manažéra pre zadanie lícovacích bodov.
55
Pod nástrojovou lištou je umiestnená tabuľka lícovacích bodov a plátna pre zdrojovú i pre cieľovú
mapu (Source Display a Target Display).
Pokiaľ sa nám na plátnach zobrazila zdrojová i cieľová mapa, môžeme začať určovať dvojice
umiestnení každého lícovacieho bodu (GCP). Najprv si označíme riadok v zozname lícovacích bodov
pre prvý lícovací bod a kurzorom myši na cieľovom plátne zadáme cieľovú polohu lícovacieho bodu.
Následne zmeníme pozíciu kurzoru myši do oblasti zdrojového plátna a zadáme zdrojovú polohu
lícovacieho bodu. Takto pokračujeme, až máme zadané súradnice vo všetkých ponúknutých riadkoch
pre zadaný stupeň geometrickej transformácie. Pre prvý stupeň sú to tri riadky/tri lícovacie body, pre
druhý stupeň je to šesť riadkov/šesť lícovacích bodov a pre tretí stupeň je to desať riadkov/desať
lícovacích bodov. Ak chceme doplniť cieľové a zdrojové umiestnenie ďalšieho lícovacieho bodu pre
vybraný stupeň transformácie, použijeme prvú ikonu v dolnej časti nástrojovej lišty (Add new GCP to
the list). Stupeň geometrickej transformácie nastavíme pomocou záložky Rectification nástroja
Georectifer settings, ktorý nájdeme pod treťou ikonou sprava v hornej časti nástrojovej lišty. Prvý
stupeň geometrickej transformácie nám dokáže zdrojovú mapu posunúť, zväčšiť alebo zmenšiť, otočiť
a skosiť. Oporúčame ho používať pri transformácii skenovaných mapových podkladov. Pri
transformácii leteckých snímok je niekedy nutné použiť vyššie stupne transformácie, ktoré dokážu
raster geometricky transformovať v rôznych smeroch. Štvorec sa, napr. môže deformovať na
nepravidelný štvoruholník. Pri použití týchto stupňov geometrickej transformácie je potrebné dávať
pozor, aby nevznikla neželaná deformácia zdrojovej snímky.
2.10 Vektorizácia priestorových údajov GRASS GIS poskytuje taktiež aj všetky štandardné nástroje na vektorizáciu alebo editáciu
vektorových údajov. Vzhľadom na pohodlnosť vektorizácie v iných GIS prostrediach sa v prostredí
GRASS GIS často používajú importované vektorové údaje. To však nevylučuje ich editáciu v GRASS
GIS. S týmto zámerom, alebo napr. v prípade, že potrebujeme použiť masku na importované rastrové
mapy a nemáme jej externú vektorovú vrstvu, bude vhodné využiť vektorizačné nástroje GRASS GIS.
GRASS GIS rozlišuje bodové, líniové a plošné vektorové objekty. Líniové objekty sú
reprezentované postupnosťou lomových bodov (vertex) medzi počiatočným a koncovým/uzlovým
bodom línie (node). Plošný vektorový objekt je geometricky reprezentovaný uzavretým polygónom,
tvoreným uzavretou hraničnou alebo obvodovou líniou, prípadne, navzájom v uzlových bodoch
nadväzujúcimi hraničnými líniami na jednej strane a centroidom plochy na strane druhej. Hraničné
líniové objekty, tzv. boundary a centroidy, je možné v GRASS GIS vytvárať aj ako samostatné
objekty, čo nám dáva možnosť využiť ich pri následných opravách topológie vytváranej alebo
editovanej vektorovej vrstvy.
Obrázok 49. Tri základné grafické entity, ktoré je možné vytvoriť v prostredí GRASS GIS.
GRASS umožňuje interaktívne editovanie existujúcej vektorovej vrstvy buď priamo, pomocou
kontextového menu vektorových vrstiev, ktoré sa zobrazí po kliknutí pravým tlačidlom myši na riadok
s názvom aktívnej vrstvy (Obrázok 50.), alebo sprostredkovane pomocou modulu v.digit, ktorý bol
vyvinutý pre pôvodné grafické používateľské rozhranie (Tcl/Tk GUI). V prvom prípade si v
56
kontextovom menu aktívnej vrstvy vyberieme z ponúknutých možností príkaz Start editing. Po
spustení interaktívneho editačného módu sa v Mapovom okne zobrazí lišta nástrojov (Obrázok 51.).
Obrázok 50. Ukážka kontextového menu vrstvy s aktívnou voľbou Start editing a neaktívnou
voľbou Stop editing.
V jej ľavom rohu je umiestnené rolovacie menu, ktoré ponúka možnosť vytvorenia novej
vektorovej vrstvy alebo možnosť výberu a následnej editácie už existujúcej vrstvy. Po aktivovaní
riadku New vector map sa nám na monitore zobrazi okno8 z Obrázku 52. Vo vstupnom poli Name for
new vector map musíme zadať názov novej vektorovej vrstvy, ktorú chceme vytvoriť. V prípade
potreby môžeme zmeniť ponúkaný názov cat stĺpca kľúčovej atribútovej položky. Voľbu potvrdíme
tlačidlom OK. Na monitore sa objaví manažér atribútovej tabuľky novovytváranej vektorovej vrstvy.
Prostredníctvom skupiny ponúk Add column môžeme pridať nový stĺpec atribútovej tabuľky a
definovať typ a veľkosť jeho premenných. Prostredníctvom skupiny ponúk Rename column môžeme
premenovať už existujúci stĺpec atribútovej tabuľky. Pri využívaní týchto možností je potrebné
uvedomiť si, že zadefinovaná štruktúra atribútovej tabuľky bude platná pre všetky typy grafických
objektov novej vektorovej vrstvy.
Obrázok 51. Sada nástrojov na editovanie vektorovej vrstvy, ktorá sa zobrazí v Mapovom
okne po spustení editačného módu.
8 Toto okno môžeme vyvolať aj pomocou kontextového menu Hlavného okna GRASS GIS (Vector / Develop
vector map / Create new vector map ).
57
Obrázok 52. Okno modulu pre vytvorenie novej vektorovej vrstvy.
Ak chceme editovať už existujúcu vektorovú vrstvu, musíme v ponuke rolovacieho menu
nástrojovej lišty na Obrázku 51. nalistovať jej názov. Po výbere jednej z týchto dvoch možností
(vytvorenie novej vektorovej vrstvy alebo výber už existujúcej vrstvy) môžeme začať používať ikony
nástrojovej lišty.
Nástrojová lišta ponúka nasledujúce možnosti (zľava do prava):
Digitize new point – vytvorenie nového bodu. Po umiestnení nového bodu sa otvorí okno,
ktoré vyžaduje zadanie údajov do atribútovej tabuľky.
Digitize new line – vytvorenie novej línie. Pomocou tohto nástroja ľavým tlačidlom myši
pridávame jednotlivé body línie. Tvorbu línie ukončíme kliknutím na pravé tlačidlo myši.
Otvorí sa okno, ktoré vyžaduje zadanie údajov do atribútovej tabuľky.
Digitize new boundary – vytvorenie novej hraničnej línie (nie plochy). Pomocou tohto
nástroja ľavým tlačidlom myši pridávame jednotlivé body hraničnej línie. Tvorbu hraničnej
línie ukončíme kliknutím na pravé tlačidlo myši. Otvorí sa okno, ktoré vyžaduje zadanie
údajov do atribútovej tabuľky. Kvôli tvorbe plôch je potrebné izolované hraničné línie
prepojiť (uzavrieť).
Digitize new centroid – pomocou tohto nástroja umiestňujeme centroid ešte neexistujúcej
plochy. Po umiestnení centroidu do vnútra areálu, ktorý je obkolesený uzavretým polygónom,
vytvoreným hraničnou líniou alebo navzájom nadväzujúcimi hraničnými líniami, sa areál
stane reálnym plošným objektom. Otvorí sa okno, ktoré vyžaduje zadanie údajov do
atribútovej tabuľky.
Digitize new area – vytvorenie novej plochy. Pomocou tohto nástroja ľavým tlačidlom myši
pridávame body obvodovej línie plochy a jej tvorbu ukončíme kliknutím na pravé tlačidlo
myši. Ak vytvorená obvodová línia je uzavretá, otvorí sa okno, ktoré vyžaduje zadanie údajov
do atribútovej tabuľky. Údaje budú vziahnuté k centroidu plochy, nie k vytvorenej obvodovej
línii.
Move vertex – zmena pozície existujúcich lomových bodov.
Add vertex – pridanie lomového bodu.
Remove vertex – odstránenie lomového bodu.
Edit line / boundary – editovanie línie/hraničnej línie. Prostredníctvom tohto nástroja
dokážeme editovať aj uzavreté objekty.
Move feature(s) – premiestnenie objektu.
Delete feature(s) – vymazanie objektu.
Display / update categories – zobrazenie/editovanie atribútu cat.
Display / update attributes – zobrazenie/editovanie ostatných atribútov.
Additional tools (copy, flip, connect, etc.) – ďalšie nástroje na editáciu vrstvy.
Digitalization settings – nastavenie nástrojov digitalizácie.
58
Quit digitalizer – ukončenie editácie vrstvy. Objaví sa okno, ktoré umožňuje potvrdiť uloženie
zmien uskutočnených počas editácie. Editáciu údajov môžeme ukončiť aj prostredníctvom
výberu možnosti Stop editing v ponuke kontextového menu vrstvy.
Pred začiatkom vektorizácie je vhodné nastaviť jednotlivé nástroje vektorizácie (Digitalization
settings), napr. symboly jednotlivých typov objektov, ale predovšetkým hodnotu funkcie Snapping
threshold umiestnenej v záložke General. Hodnotu prichytávania je možné nastaviť pomocou zadania
počtu pixlov alebo v mapových jednotkách, t.j. v jednotkách mapového zobrazenia, napr. v metroch.
Pri manuálnej vektorizácii nie je možné trafiť myšou dvakrát do toho istého bodu, čo je nevyhnutnou
podmienkou pre vytvorenie uzavretého polygónu hraničnej alebo obvodovej línie. Preto si musíme
pred vektorizáciou plošných objektov, vzhľadom na rozlíšenie pracovnej oblasti a zvolenú veľkosť
mapového náhľadu (zoom), nastaviť správnu hodnotu tejto funkcie. Funkcia Snapping threshold
zabezpečí priradenie tých istých súradníc koncového uzlového bodu uzavretého polygónu, ako má
jeho počiatočný uzlový bod aj v prípade, že kurzor myši umiestnime vedľa počiatočného uzlového
bodu do vzdialenosti menšej ako je nastavená hodnota funkcie Snapping threshold. Ak si v záložke
General aktivujeme aj prichytávanie k lomovým bodom, t.j. označíme zaškrtávacie políčko funkcie
Snap also to vertex, nastavenie príliš veľkej hodnoty pre funkciu Snapping threshold nám môže
v priebehu vektorizácie nových línií spôsobovať problémy s neželaným skákaním kurzoru myši do
niektorých lomových bodov už existujúcich línií.
Ponúkané nástroje GRASS GIS na vektorizáciu objektov umožňujú počas vektorizácie realizovať
všetky úkony vedúce k vytvoreniu vektorovej vrstvy požadovaných topologických vlastností. Kvôli
vytvoreniu topológie potrebujeme v záložke General nástrojov digitalizácie (Digitalization settings)
označiť funkciu Break lines at intersection9. Tento príkaz spôsobí, že uzlový bod sa vytvorí vždy
v mieste, kde v rámci tvorby vektorovej kresby došlo k prekríženiu alebo napojeniu línií. Ak chceme
vytvoriť vrstvu navzájom hraničiacich plôch, kvôli zrýchleniu procesu vektorizácie by sme mali
vyriešiť problém duplicitnej vektorizácie spoločného úseku obvodových línií, alebo navzájom
nadväzujúcich úsekov hraničných línií dvoch susedných plôch. Okrem nepohodlného prichytávania
prvého a posledného bodu novovytváranej hraničnej línie k lomovým bodom už existujúcich
hraničných línií sa môžeme duplicitnej vektorizácii hraničných línii medzi dvomi plochami vyhnúť
využitím ďalšej možnosti, t.j. vytvorením uzlového bodu prekrížením línií. Ak použijeme tento
postup, pri vytváraní vektorovej kresby sa nemusíme v miestach začiatku a konca spoločnej hranice
susediacich plôch zdržiavať kontrolou prichytávania kurzoru myši k lomovým bodom už existujúcej
hraničnej línie. Novú hraničnú líniu kreslíme tak, aby sa krížila s už nakreslenou hraničnou líniou,
tvoriacou uzavretý polygón susednej plochy bez ohľadu na to, či v danom mieste existuje jej lomový
bod. Potom pokračujeme s kresbou vo vnútri polygónu bez ohľadu na kresbu vektorizovaného
podkladu až k miestu, kde sa končí spoločná hranica vytváraných plôch. Hraničnú líniu vedieme tak,
aby znova došlo k prekríženiu. Ďalej už pokračujeme podľa kresby vektorizovaného podkladu až
k miestu prvého kurzorom zosnímaného bodu novovytváranej hraničnej línie. Samozrejme, môžeme
voliť aj obdobný postup, ktorého modifikácia bude spočívať v tom, že prvý a posledný zosnímaný bod
novovytváranej hraničnej línie, ktorý v tomto prípade nemusí byť identický, bude ležať vo vnútri už
vytvoreného uzavretého polygónu susednej plochy. V oboch prípadoch je ešte nutné odstrániť
nepotrebnú alebo obe nepotrebné línie presahujúce do vnútra skôr vytvoreného uzavretého polygónu.
Po aktivovaní ikony Delete feature(s), umiestnenej na nástrojovej lište, ľavým tlačidlom myši
označíme nepotrebnú presahujúcu líniu a akciu potvrdíme pravým tlačidlom myši. Posledným krokom
je vytvorenie samotných plôch, čo dosiahneme vložením centroidu na ľubovoľné miesto vo vnútri
oblasti každej budúcej plochy vymedzenej jednotlivými hraničnými líniami. Po skončení editácie
a uložení vektorovej vrstvy sa v mapovom okne GRASS GIS objaví kresba práve vytvorenej
vektorovej vrstvy. Na jej ošetrenie odporúčame použiť modul v.clean (Vector / Topology maintenance
/ Clean vector map [v.clean]).
9 Obdobnú funkciu nájdeme v ponuke nástrojovej lišty, ukrytej pod ikonou Additional tools (copy, flip, connect,
etc.). Ak po jej aktivovaní zaškrtneme políčko Break selected lines/boundaries at intersection a na mapovom
plátne ťahom myši so súčasne stlačeným ľavým tlačidlom označíme všetky už nakreslené hraničné línie ako
vybrané línie, a následne stlačíme pravé tlačidlo myši, v miestach, kde sa nám krížili vybrané línie, vzniknú
uzlové body.
59
Ak sa pre vektorizáciu alebo editáciu rozhodneme využiť pôvodný modul v.digit (Vector /
Develop vector map / Digitize vector map using Tcl/Tk digitizer [v.digit]), v jeho úvodnom okne
v záložke Required nalistujeme názov vektorovej vrstvy a tlačidlom Run modul aktivujeme. Na
monitore sa objaví vektorizačné plátno a v.digit toolbox, t.j. lišta príkazov modulu v.digit. Po
aktivovaní ikony príkazu Open settings sa na monitore objaví tretie okno nazvané settings,
prostredníctvom ktorého môžeme nastaviť jednotlivé parametre vektorizácie. V jeho záložke Settings
je možné nastaviť hodnotu Snapping treshold. V záložke Table je potrebné potvrdiť nastavenia
kľúčovej položky atribútovej tabuľky tlačidlom OK. V záložke Background, po aktivovaní tlačidla
Add comand, je možné do novo ponúknutého riadku napísať príkaz d.rast map=‘názov rastrovej
vrstvy’ na základe ktorého sa na pozadie vektorizačného plátna natiahne rastrová vrstva, ktorú chceme
použiť ako podklad pre vektorizáciu. Samotný proces vektorizácie je intuitívny a môžeme ho
pohodlne ovládať pomocou ikon a tlačidiel okna v.digit toolbox, v ktorom tri spodné paralelne
umiestnené polia na zobrazovanie informácií poskytujú vysvetľujúci popis funkcionality troch
tlačidiel myši.
2.11 Tvorba ortofotomáp GRASS GIS umožňuje ortorektifikáciu (príloha 3. „Ortorektifikácia“) leteckých meračských
snímok (LMS) pomocou modulu i.ortho.photo. Tento modul vyžaduje pre svoju činnosť grafický
zobrazovací systém X window system, ktorý je súčasťou UNIXových systémov (Linux a jeho
jednotlivé distribúcie Debian, Ubuntu, Fedora a pod.). Tento modul funguje na UNIX-ových
inštaláciách GRASS GIS. Pre použitie v systéme MS Windows je potrebné nainštalovať, tzv. “Cygwin
GRASS GIS inštaláciu“ (to znamená nainštalovať GRASS GIS pomocou prostredia cygwin, ktoré
umožňuje, aby grafické rozhranie X servera bežalo aj na systémoch MS Windows).
Inštalácia sa skladá z dvoch krokov. Prvým je inštalácia softwéru Cygwin, druhým krokom je
inštalácia Cygwin GRASS GIS. Cygwin sa dá stiahnuť zo stránky www.cygwin.com (inštalačný súbor
setup.exe). Jeho inštalácia spočíva v nasledujúcich krokoch:
1. Spustíme inštaláciu a vyberieme nasledovné možnosti:
a. Install from internet.
b. Definujeme Root Directory – priečinok, kam sa má naištalovať softvér (odporúčame
C:\cygwin), ktorý je prednastavený. Budú tam uložené všetky dáta, ktoré budeme
používať (pracovná lokalita a súbory máp). Potrebné je zabezpečiť dostatočný voľný
priestor na disku počítača.
c. Vyberieme Local Package Directory (miesto, kam sa budú ukladať inštalačné balíky).
d. Vyberieme Your Internet Connection.
e. V záložke Choose A Download Site vyberieme mirror site (nezáleži ktorú).
f. Inštalujeme jednotlivé programové balíky Cygwin. Môžeme ponechať pôvodné
nastavenia a nainštalujeme balíky, ktoré sú nevyhnutné pre fungovanie GRASS GIS:
i. bc - Utils balíky
ii. file - Utils balíky
iii. nedit - Editors balíky (alebo iný textový editor pre konverziu z DOS
formátu do UNIXového textového formátu)
iv. fvwm - X11 balíky
v. netpbm - Graphics balíky
vi. unzip - Archive balíky
vii. util-linux - Utils balíky
viii. wget - Web balíky.
2. Dokončíme inštaláciu Cygwin.
Cygwin GRASS GIS môžeme inštalovať, aj keď je už nainštalovaná verzia GRASS GIS pre MS
Windows. Z toho vyplýva, že obidva programy môžeme mať spustené naraz na jednom počítači. Vo
verzii MS Windows si môžeme pripraviť vrstvy, podklady a LMS a potom prejsť k ortorektifikácii v
Cygwin GRASS GIS. Samotná inštalácia Cygwin GRASS GIS spočíva v nasledujúcich krokoch:
60
1. Pripravíme si prostredie pre inštaláciu Cygwin GRASS GIS:
a. Vytvoríme odkaz inštalačného súboru setup.exe na ploche monitora (inštalačného
súboru Cygwinu, ktorý sme inštalovali v predchádzajúcich krokoch).
b. Upravíme vlastnosti vytvoreného odkazu (klikneme pravým tlačidlom myši na odkaz
a aktivujeme riadok properties). V okne upravíme cestu k súboru pridaním parametra
–X (napr.: cestu C:\cygwindownload\setup.exe upravíme na
C:\cygwindownload\setup.exe –X).
c. Ikonu odkazu premenujeme na Cygwin-Setup.
2. Aktivujeme odkaz Cygwin-Setup:
a. Pokračujeme v inštalácii.
b. Vyberieme si vlastnú URL adresu pre inštaláciu (v okne User URL) a v okne Choose
A Download Site vložíme adresu
http://grass.osgeo.org/grass64/binary/mswindows/cygwin/.
c. Vyberieme adresu Download Site http://grass.osgeo.org.
d. Nainštalujeme jednotlivé balíčky GRASS GIS, pričom nesmieme zabudnúť vybrať
všetky dostupné balíčky (hlavne grass v balíčku Database). Použijeme príkaz install
(kliknutím na default).
e. Dokončíme inštaláciu.
Niekedy dochádza k problémom so spúšťaním X-systému, preto je vhodné upraviť environment
variables v systéme MS Windows (v System Properties - rovnomerná záložka vo vlastnostiach Tento
Počítač v MS Windows XP alebo v novších verziách Start/Control Panel/System a možnosť Advanced
system settings). Vyberieme Environment Variables a v možnosti System Variables upravíme Path
pridaním cesty C:\cygwin\bin; pred všetky ostatné. Samotný Cygwin GRASS GIS spustíme pomocou
príkazového riadku Gygwin (ikona na ploche) príkazom startx. Otvorí sa nám X-Windows, kde
Cygwin GRASS GIS spustíme príkazom grass64, prípadne rozšíreným príkazom grass64 –tcltk. Na
monitore počítača sa otvorí Úvodné okno GRASS GIS. Pre pohodlnejšiu prácu v prostredí Cygwin
GRASS GIS je lepšie spúšťať prostredie X-systém pomocou príkazu startx –multiwindow, ktoré nám
umožnuje pracovať s prostredím GRASS GIS vo viacerých oknách, čo je pre užívateľov MS Windows
oveľa praktickejšie.
Po prvom spustení cygwinu sa automaticky vytvorí priečinok priestorovej databázy
C:\cygwin\home\‘názov PC ’ . S touto databázou môžeme pararelne pracovať (s rovnakými údajmi)
v oboch inštaláciach GRASS GIS. V tejto priestorovej databáze si môžeme vytvoriť priečinok
s názvom grassdata, v ktorom budeme vytvárať jednotlivé lokality a mapové súbory, alebo ich
môžeme ukladat v automaticky vytvorenom priečinku. Vytvoríme cieľovú lokalitu a súbor máp
v referenčnom súradnicovom systéme, v ktorom chceme mať ortorektifikovanú výslednú snímku, v
našom prípade, lokalita s názvom ortorektifikacia a súbor máp s názvom ortofotosnimka. Do tohto
súboru máp sa nám uloží spracovaná snímka. Danú cieľovú lokalitu môžeme vytvoriť aj v prostredí
GRASS GIS pre MS Windows podľa postupu opísanom v kapitole 1.4 „Základné nastavenia“. Pri
zadavaní názvov je však nevyhnutné pracovať bez diakritiky a nezadávať medzery (používať
podčiarkovníky).
POZOR!: Dôležité je nastaviť rozlíšenie pracovnej oblasti na hodnotu požadovaného rozlíšenia
výslednej snímky (pre ortorektifikáciu klasickej LMS je kvôli zachovaniu detailov, ktoré snímka
ponúka dobré nastaviť veľkosť bunky na hodnotu menšiu ako 0,5 m).
K samotnej ortorektifikácii budeme potrebovať DTM. Najdostupnejší a pomerne presný výškový
model z územia Slovenska môžeme získať vektorizáciou vrstevníc Základnej mapy 1:10 000. Dôležité
je, aby DTM svojim rozsahom pokrýval celé územie snímky. Veľkosť bunky rastrovej vrstvy DTM by
sa mala rovnať alebo byť blízka veľkosti bunky výslednej snímky. Preto je nevyhnutné priamo
vytvoriť DTM s týmto rozlíšením. Druhá dôležitá grafická vrstva, ktorá je nevyhnutná pri
ortorektifikácii je referenčná mapa so známym súradnicovým referenčným systémom, do ktorého
chceme transformovať LMS. Môže to byť už spracovaná ortofotosnímka alebo topografická mapa.
61
Pre samotné spustenie modulu i.ortho.photo je nevyhnutné pracovať v Cygwin GRASS GIS. Po
spustení Cygwinu (startx –multiwindow ) a modulu GRASS (grass64 –tcltk) si v úvodnom okne
GRASS GIS vytvoríme novú lokalitu s nastaveným karteziánskym súradnicovým referečným
systémom (pri vytváraní novej lokality si vyberieme možnosť Create an arbitrary non-earth
coordinate system (XY)). Novú lokalitu nazveme xyLocation a súbor máp orto. Výhodou je, že v tejto
časti je možné pracovať v grafickom prostredí GRASS GIS. Do tohto novovytvoreného súboru máp
importujeme LMS (alebo viaceré LMS) a nastavíme rozsah pracovnej oblasti tak, aby ich zahŕňala.
Dôležitým krokom je vytvorenie, tzv. image group, pre každú LMS zvlášť (ak máme viackanálové
snímky, napr. vo formáte RGB, umiestnime všetky tri kanály do jednej skupiny) pomocou príkazu
i.group (môžeme použiť interaktívne menu alebo príkazový riadok). Z importovanej farebnej LMS,
napr. s názvom lms.tif, ktorá sa pri importe rozloží na 3 farebné kanály s názvami lms.red, lms.blue
a lms.green) príkazom i.group group=snimka input=lms.blue@orto,lms.green@orto,lms.red@orto
vytvoríme imagery group s názvom snimka.
Pri spracovaní LMS budeme využívať grafický monitor, ktorý si môžeme spustiť príkazom d.mon
(konkrétne, napr. príkazom d.mon start=wx1). Ak máme pripravené podklady pre ortorektifikáciu,
môžeme spustiť samotný modul. Ten sa spúšťa príkazom i.ortho.photo v X okne (v tomto okne sme
spustili Cygwin GRASS príkazom grass64 –tcltk). Modul nás v úvode požiada o zadanie názvu
imaginery group určenej k ortorektifikácii (v našom prípade je to názov snimka). Následne sa otvorí
menu:
i.ortho.photo -- Imagery Group = snimka
Initialization Options:
1. Select/Modify imagery group
2. Select/Modify imagery group target
3. Select/Modify target elevation model
4. Select/Modify imagery group camera
Transformation Parameter Computations:
5. Compute image-to-photo transformation
6. Initialize exposure station parameters
7. Compute ortho-rectification parameters
Ortho-rectification Option:
8. Ortho-rectify imagery files
RETURN exit
Po otvorení daného menu postupujeme podľa nasledujúcich krokov:
1. Select/Modify imagery group - umožňuje vybrať alebo zmeniť zadanú imagery group podľa
potreby. Zmena sa objaví na začiatku menu, kde si môžeme skontrolovať či pracujeme v správnej
skupine snímok.
2. Select/Modify imagery group target - umožňuje vybrať cieľovú lokalitu a súbor máp, v ktorom sa
uloží výsledná ortofotosnímka, a kde je uložený DTM a referenčná mapa. Je to lokalita, ktorú sme si
vytvorili v prvom kroku pri príprave dát (lokalita s cieľovým súradnicovým referenčným systémom).
Please select the target LOCATION and MAPSET for group<snimka>
CURRENT LOCATION: xyLocation
CURRENT MAPSET: orto
TARGET LOCATION: ortorektifikacia____
TARGET MAPSET: ortofotosnimka______
(enter list for a list of locations or mapsets within a location)
AFTER COMPLETING ALL ANSWERS, HIT <ESC><ENTER> TO CONTINUE
(OR <Ctrl-C> TO CANCEL)
POZOR!: Pri zadávaní jednotlivých názvov je nevyhnutné ich presné celé pomenovanie.
62
3. Select/Modify target elevation model - umožňuje vybrať pripravený DTM, napr. DTM s názvom
dtm_1x1.tif .
Please select the elevation raster map for group <snimka>
Elevation raster map: dtm_1x1
(enter list for a list of existing raster maps)
AFTER COMPLETING ALL ANSWERS, HIT <ESC><ENTER> TO CONTINUE
(OR <Ctrl-C> TO CANCEL)
4. Select/Modify imagery group camera: v tomto kroku si definujeme parametre kamery (prvky jej
vnútornej orientácie). Po výbere sa systém opýta na meno kamery, ktoré je dobre zvoliť tak, aby sme
presne identifikovali typ kamery (zistíme z kalibračného protokolu, pozri prílohu 3.
„Ortorektifikácia“). Po zadaní mena kamery (napr. rc30) sa otvorí okno, v ktorom vyplníme hodnoty
jej jednotlivých parametrov, ktoré znovu získame z kalibračného protokolu:
Please provide the following information:
+---------------------------------------------------------------------+
Camera Name rc30_______________
Camera Identification 154UAGS____________
Calibrated Focal Length mm. 153.42_____________
Point of Symmetry: X-coordinate mm. 0.008______________
Point of Symmetry: Y-coordinate mm. 0.005______________
Maximum number of fiducial or reseau marks 8__________________
+---------------------------------------------------------------------+
AFTER COMPLETING ALL ANSWERS, HIT <ESC><ENTER> TO CONTINUE
(OR <Ctrl-C> TO CANCEL)
Najdôležitejší je údaj o ohniskovej vzdialenosti (focal length) a počte rámových značiek (fiducial
marks). Údaje o súradniciach (X, Y) hlavného bodu (Point of Symmetry) nemusia byť v kalibračnom
protokole vždy uvedené, často sa rovnajú nulovej hodnote. Po potvrdení hodnôt vložených parametrov
systém požaduje zadanie hodnôt súradníc rámových značiek, ktoré získame taktiež z kalibračného
protokolu (v prípade nášho príkladu 8 značiek).
Please provide the following information:
+---------------------------------------------------------------------+
Fid# Fid Id Xf Yf
1 1_____ 106.001___ -106.002__
2 2_____ -105.999__ -106.001__
3 3_____ -105.999__ 105.999___
4 4_____ 105.999___ 106.001___
5 5_____ -0.001____ -112.006__
6 6_____ -111.995__ 0_________
7 7_____ -0.001____ 111.999___
8 8_____ 112_______ -0.002____
Next: end__
+---------------------------------------------------------------------+
AFTER COMPLETING ALL ANSWERS, HIT <ESC><ENTER> TO CONTINUE
(OR <Ctrl-C> TO CANCEL)
5. Compute image-to-photo transformation - v tomto kroku sa nastavuje vnútorná orientácia snímky,
čiže vzťah medzi fyzickou veľkosťou snímky (v mm) a veľkosťou jej pixela. Na obrazovke sa môže
objaviť upozornenie o neotvorenom grafickom monitore:
WARNING: No socket to connect to for monitor <x1>
63
ERROR: No graphics device selected
Po tomto hlásení opustíme modul i.ortho.photo a znovu príkazom d.mon start=wx1 spustíme grafické
okno GRASS GIS. Modul i.ortho.photo môžeme opustiť v ktoromkoľvek kroku. Všetky
predchádzajúce údaje zostanú uložené. Znovu aktivujeme modul i.ortho.photo a pokračujeme
v procese ortorektifikácie krokom č. 5. V otvorenom monitore sa objaví výzva na výber snímky
(Double click on cell file to be plotted), ktorej jednotlivým rámovým značkám priradíme vopred
zadané súradnice v kroku 4. Myšou klikneme na pokračovanie a v dolnom menu si vyberieme funkciu
zoom. Je veľmi dôležité jednotlivé body označiť až po priblížení obrazu na pixelovú veľkosť
rámových značiek. Celý proces nastavenia vnútornej orientácie závisí práve od presnosti označenia
týchto bodov. Myšou klikneme na stred rámovej značky a priradíme jej súradnice X, Y (z uvedeného
zoznamu ôsmich súradníc rámových značiek). Priestorové rozmiestnenie jednotlivých rámových
značiek, aj s ich súradnicami, je uvedené v kalibračnom protokole. Po výbere odpovedajúcich súradníc
pre rámové značky (dvojklik myšou na daný riadok) ich priradenie potvrdíme kliknutím ľavým
tlačidlom myši a pokračujeme ďalej, až kým nepriradíme všetkých osem súradníc (Obrázok 53.).
Presnosť si môžeme skontrolovať v menu ANALYZE. Hodnota RMSE chyby by mala byť menšia ako
polovica rozmeru pixla. Zlé priradené body sa dajú deaktivovať dvojitým kliknutím myšou. Ak sú
všetky rámové značky priradené správne, okno opustíme tlačidlom QUIT.
Obrázok 53. Priradenie rámovej značky (vpravo hore) k súradnici č. 3. Vpravo hore je ukážka
rámovej značky, ktorá však musí byť priblížená na pixelovú veľkosť. Vľavo sa nachádza okno
X systému, v ktorom pracujeme s modulom i.ortho.photo v príkazovom riadku. Vpravo je
otvorené okno monitora, ktoré slúži na priradenie rámových značiek LMS.
6. Initialize exposure station parameters - v tomto kroku sa nastavujú parametre vonkajšej orientácie.
Please provide the following information:
+-----------------------------------------------------------------------------+
Initial Camera Exposure X-coordinate Meters: 0_____________
Initial Camera Exposure Y-coordinate Meters: 0_____________
Initial Camera Exposure Z-coordinate Meters: 0_____________
Initial Camera Omega (roll) degrees: 0_____________
Initial Camera Phi (pitch) degrees: 0_____________
64
Initial Camera Kappa (yaw) degrees: 0_____________
Apriori standard deviation X-coordinate Meters: 0_____________
Apriori standard deviation Y-coordinate Meters: 0_____________
Apriori standard deviation Z-coordinate Meters: 0_____________
Apriori standard deviation Omega (roll) degrees: 0_____________
Apriori standard deviation Phi (pitch) degrees: 0_____________
Apriori standard deviation Kappa (yaw) degrees: 0_____________
Use these values at run time? (1=yes, 0=no) 0_
+-----------------------------------------------------------------------------+
AFTER COMPLETING ALL ANSWERS, HIT <ESC><ENTER> TO CONTINUE
(OR <Ctrl-C> TO CANCEL)
Tento krok nie je nevyhnutný pre priebeh ortorektifikácie a môžeme ho vynechať. Nastavujú sa tu
súradnice X, Y, Z kamery (resp. projekčného centra), uhly náklonu a pootočenia lietadla (φ, ω, κ)
a štandardné odchýlky.
7. Compute ortho-rectification parameters - v tomto kroku je potrebné nastaviť vonkajšiu orientáciu
snímky pomocou identických bodov na LMS a na georeferencovanej referenčnej mape, ktorá bola
spolu s DTM uložená v rámci súboru máp s názvom ortofotosnimka, v lokalite s názvom
ortorektifikacia. Aj v tomto kroku pracujeme v monitore (otvorí sa po zadaní daného kroku), kde si
najprv vyberieme LMS, ktorú chceme ortorektifikovať, kliknutím na príkaz PLOT CELL. V pravej
časti okna si dvojklikom vyberieme referenčnú mapu. V mape určíme umiestnenie lícovacích bodov
(GCP Ground Control Point). Nutné je vyberať stabilné body, pri ktorých môžeme vylúčiť ich posun.
Vyhnúť by sme sa mali pohyblivým prvkom, ako sú napr. vodné toky, stromy, strechy budov (veľký
polohový posun podmienený centrálnou projekciou, vhodnejšie je vyberať prízemné prvky budov),
atď. Striedavo vyberáme body na LMS a referenčnej mape. Ak máme vybranú identickú dvojicu
(jeden bod dvojice na snímke a jeden na referenčnej mape), potvrdíme ju kliknutiami pravým
tlačidlom myši Look ok? (Left: y / Right: n). Údaj o nadmorskej výške sa automatický prevezme
z DTM. Polohové chyby v jednotlivých lícovacích bodoch si môžeme overiť v menu ANALYZE. Body
s veľkou RMSE chybou môžeme odstrániť dvojklikom myši. Akceptovaná hodnota RMSE chyby by
nemala presahovať polovicu hodnoty cieľového rozlíšenia. Ak určíme dostatočný počet lícovacích
bodov (minimálne 6 rovnomerne rozmiestnených bodov, optimálne 12, resp. viac) s akceptovateľnou
RMSE chybou, okno opustíme príkazom QUIT.
8. Ortho-rectify imagery files - posledným krokom je samotná ortorektifikácia LMS. Po spustení okna
sa objaví hlásenie Rectify all images in the group? (y/n) [y]. Ak skupina obsahuje snímku s pásmami
RGB, pokračujeme výberom možnosti áno (y) a zadáme nový názov cieľovej ortofotosnímky (k
súčasnému názvu sa pridá prípona)
Enter an extension to be appended to rectified maps:
.ortho______________
AFTER COMPLETING ALL ANSWERS, HIT <ESC><ENTER> TO CONTINUE
(OR <Ctrl-C> TO CANCEL)
Po uvedení nového mena si môžeme vybrať či chceme vypočítať Compute local camera angle? (y/n)
[n] a možnosť prepísať existujúcu snímku v cieľovej lokalite Overwrite maps in target
location/mapset? (y/n) [n]. Následne nás modul vyzve k rozhodnutiu, či chceme ponechať nastavenie
pracovnej oblasti v cieľovej lokalite (možnosť 1), alebo chceme, aby sa rozsah pracovnej oblasti
prisbôsobil veľkosti LMS (možnosť 2):
Please select one of the following options
1. Use the current window in the target location,
2. Determine the smallest window which covers the image.
V ďalšom kroku si vyberieme jednu z ponúkaných interpolačných metód, ktorá sa použije pri tvorbe
ortofotosnímky:
Please select one of the following interpolation methods
1. nearest neighbor,
65
2. bilinear,
3. bicubic,
4. bilinear with fallback,
5. bicubic with fallback.
Na záver si môžeme vybrať veľkosť alokovanej pamäte (v MB).
2.12 Pridávanie prvkov mapovej
kompozície Medzi ponúkané popisné prvky mapovej kompozície, ktoré môžeme do mapovej kompozície
pridávať v prostredí GRASS GIS, patrí grafická mierka, severka, legenda alebo text. Všetky prvky
môžeme pridať do mapovej kompozície prostredníctvom ikony Add map elements v Mapovom okne
(13. ikona zľava):
Add scale bar and north arrow – umožňuje pridať mierku a severku. Ukážka okna tohto
nástroja je na Obrázku 54. Prostredníctvom tlačidla Set options môžeme upraviť nastavenia
mapového prvku (farbu, formát, zobrazenie samostatných častí, atď.). Mapový prvok pridáme
po stlačení tlačidla OK. V prípade, ak chceme mapový prvok odobrať, odznačíme
zaškrtávacie pole nastavenia Show/hide scale and North arrow.
Obrázok 54. Hlavné okno nástroja Add scale bar and north arrow.
Add legend - umožňuje pridať legendu k rastrovej vrstve. Ukážka okna tohto nástroja je na
Obrázku 55.
Obrázok 55. Hlavné okno nástroja Add legend.
Tlačidlo Set options umožňuje nastaviť vlastnosti legendy.
66
Add text layer – umožňuje vložiť textové pole (nadpis mapy, autorstvo, copyright, atď.).
Ukážka okna tohto nástroja je na Obrázku 56.
Obrázok 56. Okno nástroja Add text layer.
Text vložíme do poľa Enter text:. Pomocou nastavenia Rotation môžeme určiť sklon textu.
Prostredníctvom tlačidla Set font definujeme nastavenie fontu písma. Samotný text vložíme do
mapovej kompozície prostredníctvom tlačidla OK. Text sa zobrazí v pravom hornom rohu
mapového plátna. Jeho umiestnenie môžeme meniť ľavým tlačidlom myši po kliknutí na
umiestnenie textu a podržaním tlačidla.
2.13 Zobrazenie vrstiev prostredníctvom
perspektívnej vizualizácie (modul nviz) Prostredie GRASS GIS v niektorých aspektoch vizualizácie geografických údajov, predovšetkým
v schopnostiach ich kartografickej reprezentácie, zaostáva za schopnosťami ostatných GIS platforiem.
Výnimkou je modul pre zobrazovanie grafických vrstiev, v kvázi 3D priestore, nviz. Tento modul
v dobe jeho implementácie do GRASS GIS svojimi vlastnosťami a špecifickými nastaveniami
predbehol schopnosti vizualizačných nástrojov niektorých komerčných GIS prostredí. V dnešnej dobe
však už tieto schopnosti nadobudla väčšina štandardných vizualizačných nástrojov. Modul nviz dokáže
trojrozmerne zobraziť rastrové aj vektorové vrstvy, ktoré boli pôvodne generované ako 2D vrstvy.
Modul je možné aktivovať v Hlavnom okne GRASS GIS (File / NVIZ (requires Tcl/Tk) [nviz]).
Po aktivovaní modulu sa na monitore objaví dialógové okno zobrazené na Obrázku 57.
67
Obrázok 57. Ukážka komunikačného okna po spustení modulu nviz.
V rámci záložky Raster hlavného okna tohto modulu môžeme nastaviť nasledujúce parametre:
Name of raster map(s) for Elevation – názov vstupnej rastrovej vrstvy povrchu s
hodnotami atribútov, ktoré v rámci zobrazenia povrchu budú určovať jeho tretí
rozmer,
Name of raster map(s) for Color – názov vstupnej rastrovej vrstvy s hodnotami
atribútov, ktoré budú v kompozícii určovať základnú farebnosť povrchu,
Name of existing 3D raster map – názov existujúcej 3D vrstvy.
Úvodné okno modulu ponúka omnoho širšiu škálu nastavení, ale pre pochopenie jeho fungovania
nám postačia tri vyššie uvedené nastavenia. Po zvolení príslušných rastrových vrstiev spustíme
zobrazovacie okno modulu prostredníctvom tlačidla Run.
Grafické prostredie modulu nviz bolo programované v jazyku Tcl/Tk. Ukážka zobrazovacieho
okna modulu nviz je na Obrázku 58.
68
Obrázok 58. Zobrazovacie okna modulu nviz. V rámci hornej lišty okna sa nachádza základné menu
okna, v ľavej (šedej) časti okna sa nachádza ponuka možností nastavenia 3D pohľadu a v pravej
(bielej) časti sa nachádza jeho zobrazovacie plátno.
Existuje niekoľko možností vytvorenia pohľadu (View method):
eye - pozícia pozorovateľa sa mení. Jeho pohyb umožňuje biely štvorec s uvedenými
svetovými stranami a vektorom smerujúcim na stred. Smer vektora reprezentuje smer pohľadu
a veľkosť vektora vzdialenosť od pozorovaného objektu (grafických vrstiev). Parametre
vektora meníme jeho uchopením pomocou myši. Ďalšími nstaviteľnými parametrami pohľadu
sú:
height - výška pohľadu,
z-exag - veľkosť výškovej amplitúdy medzi najvyšším a najnižším bodom
zobrazovaného povrchu,
perspective - nastavenie zorného poľa pozorovateľa,
twist - rotácia objektu okolo horizontálnej osi.
center - pozícia pozorovateľa sa nemení. Presuny zobrazovanej kompozície zabezpečuje biely
štvorec s nitkovým krížom. Ďalšími nastaviteľnými parametrami pohľadu, podobne ako
v predchádzajúcom prípade, sú:
height - výška pohľadu,
z-exag - veľkosť výškovej amplitúdy medzi najvyšším a najnižším bodom
zobrazovaného povrchu,
perspective - nastavenie zorného poľa pozorovateľa,
twist - rotácia objektu okolo horizontálnej osi.
69
fly basic /simple /orbit - nástroje na simuláciu preletov nad zobrazovaným povrchom.
Simulácia preletu je založená na využití možnosti dynamickej zmeny pozície pozorovateľa a
uhla jeho pohľadu.
Nastavený pohľad je možné exportovať v podobe vytvorenia rastrového obrázku pomocou
modulu Save image as ... (File / Save image as ...), v ktorom si môžeme zvoliť jeden z troch
ponúkaných formátov:
PPM image,
TIFF image,
Maximum Resolution PPM.
Po zvolení výstupného formátu a jeho potvrdení, v nasledujúcom okne, zadáme do jeho horného poľa
názov výstupného rastra a v hierarchickej štruktúre aresárov na disku, zobrazenej v dvoch nižšie
umiestnených poliach, definujeme miesto uloženia výstupného rastra. Samotný export realizujeme
pomocou tlačidla Accept.
70
3. Úlohy a cvičenia
71
3.0 Úvodné slovo V prechádzajúcej časti sme sa zamerali najmä na popis základnej funkcionality prostredia
GRASS GIS a na popis funkcie vybraných modulov, ktoré sa využívajú najmä pre potreby
modelovania vo fyzickej geografii. Tento popis nemusí byť dostatočný pre začínajúceho používateľa.
Aj z vyššie uvedeného dôvodu považujeme za nevyhnutné pridať k teoretickej časti príklady riešenia
konkrétnych geografických úloh. Tieto úlohy sú vybrané tak, aby umožnili praktické precvičenie, čo
najväčšieho množstva operácií v prostredí GRASS GIS a zároveň ukázali využiteľnosť väčšiny
modulov popísaných v kapitole 2. „Analytické nástroje“ pri ich riešení. Príklady sú prezentované
prostredníctvom grafického používateľského rozhrania GUI wxPython, ale taktiež prostredníctvom
príkazového riadku (Command console). Cieľom je poskytnúť rukolapný návod pre začínajúceho
používateľa, ako aj načrtnúť možnosti samotného systému a tak podporiť snahu používateľov
vzdelávať sa naďalej v prostredí GRASS GIS.
Príklady sú popísané tak, aby i začínajúci používateľ GRASS GIS mohol začať s riešením
ktoréhokoľvek príkladu, samozrerjme ak v odstavci príkladu s nadpisom Podklady: nie je uvedené
inak. Napriek tomu odporúčame začať prvým príkladom.
72
3.1 Cvičenie 1. Zadanie:
Do GRASS GIS importujte bodovú vrstvu miest Slovenskej republiky, polygónovú vrstvu hraníc
krajov Slovenskej republiky a líniovú vrstvu hlavných riek Slovenskej republiky. Všetky vyššie
uvedené vrstvy sú vo formáte ESRI shapefile. Vytvorte jednoduchú mapovú kompozíciu a exportujte
ju do externého rastrového obrazového formátu.
Podklady:
bodová vrstva miest Slovenskej republiky vo formáte ESRI shapefile –
cvicenie_1/vector/mesta.shp (súradnicový systém S-JTSK)
líniová vrstva riek Slovenskej republiky vo formáte ESRI shapefile –
cvicenie_1/vector/rieky.shp (súradnicový systém S-JTSK)
polygónová vrstva krajov Slovenskej republiky vo formáte ESRI shapefile –
cvicenie_1/vector/kraje.shp (súradnicový systém S-JTSK)
Postup:
1. Nastavenie pracovného prostredia GRASS GIS.
2. Import bodovej vrstvy miest Slovenskej republiky.
3. Import líniovej vrstvy riek Slovenskej republiky.
4. Import polygónovej vrstvy hraníc krajov Slovenskej republiky.
5. Určenie správneho poradia naloženia vrstiev a farebnosti.
6. Vloženie mapových prvkov.
7. Export kompozície do rastrového obrazového formátu.
Riešenie:
1. V prípade, že lokalitu, ktorú nazveme Slovensko, ešte nemáme vytvorenú podľa postupu
niektorého z nasledujúcich príkladov, musíme si ju vytvoriť. Na vytvorenie lokality
v Úvodnom okne GRASS GIS použijeme tlačidlo Location wizard. Po jeho aktivovaní
začneme definovaním umiestnenia priestorovej databázy GIS Data Directory na disku. V
našom prípade túto databázu chceme umiestniť na disk C, do priečinku grass_base. Do poľa
GIS Data Directory zadáme cestu k priečinku C:\grass_base. V riadku Project Location:
uvedieme názov Slovensko. Pokračujeme tlačidlom Ďalej >. V okne, ktoré sa nám zobrazí po
výbere spôsobu definovania súradnicových referenčných systémov pomocou EPSG kódu
(select EPSG code of spatial reference system), zvolíme súradnicový systém S-JTSK/Krovak
s kódom EPSG:5513. Pokračujeme ďalej. Ak na záverečnú otázku „Do you want to set default
region extents and resolution now?“ odpovieme, nie, otvorí sa opäť Úvodné okno GRASS
GIS. Následne si v ponúknutom zozname Project location (projection/coordinate system)
vyberieme novovytvorenú lokalitu. Nový súbor máp s názvom cvicenie_1 vytvoríme po
aktivovaní tlačidla Create mapset. GRASS GIS následne spustíme pomocou tlačidla Start
GRASS. Ak lokalitu Slovensko už máme vytvorenú podľa postupu niektorého z nasledujúcich
príkladov, v Úvodnom okne GRASS GIS v GIS Data Directory nalistujeme cestu
C:/grass_base a v ponúknutom zozname Project location (projection / coordinate system)
označíme lokalitu Slovensko. Ďalej pokračujeme vytvorením súbotu máp cvicenie_1.
Prostredie GRASS GIS s nastavenou vybranou lokalitou a označeným súborom máp otvoríme
tlačidlom Start GRASS. Rozsah pracovnej oblasti a rozlíšenie rastrových vrstiev nie je nutné
v tomto príklade nastavovať, preto tento krok vynecháme.
2. V hlavnom okne otvoríme modul v.in.ogr (File / Import vector / Common import formats
[v.in.ogr]). Tu v nastavení Source type vyberieme možnosť File. V ponuke Format necháme
prednastavené ESRI shapefile a prostredníctvom tlačidla Browse vyberieme umiestnenie
73
externého súboru s názvom mesta.shp. Keďže externé údaje sú vytvorené v referenčnom
súradnicovom systéme S-JTSK, nemusíme nutne označiť možnosť Override projection (use
location’s projection). Modul spustíme prostredníctvom tlačidla Import.
3. Postup z kroku 2. opakujem aj so súborom rieky.shp.
4. Postup z kroku 2. opakujem aj so súborom kraj.shp.
5. Poradie vrstiev musíme nastaviť tak, aby bolo možné vidieť všetky importované vrstvy.
Musíme si dať pozor hlavne na to, aby vektorová vrstva s plošnými objektmi nezakrývala
vrstvy s bodovými a líniovými objektmi. Poradie vrstiev môžeme meniť ručným presúvaním
vrstiev (drag & drop) v záložke Map layers Hlavného okna. Farebnosť vrstiev nastavíme v tej
istej záložke. Pravým kliknutím na označenie vektorovej vrstvy otvoríme jej kontextové
menu. Z ponuky vyberieme položku Properties, ktorá otvorí okno nastavenia vrstvy. V
jej záložke Colors môžeme pomocou vstupného poľa Feature color zvoliť nastavenie farby
obrysu objektov vrstvy a pomocou vstupného poľa Area fill color nastavenie farby výplne
objektov vrstvy. Ak chceme nastaviť veľkosť symbolu pre bodové objekty, využijeme záložku
Symbols. Kvôli priatelnejšiemu zobrazeniu bodových objektov vektorovej vrstvy s názvom
mesta môžeme v ponuke vstupného poľa Point and centroid symbol vybrať symbol
extra/Alpha_flag a vo vstupnom poli Symbol size zväčšiť preddefinovanú hodnotu na 9.
6. V Mapovom okne aktivujeme 13. ikonu zľava, umiestnenú na hornej lište okna, ktorá nám
umožní do vytvorenej mapovej kompozície pridať severku a grafickú mierku.
7. Vytvorenú mapovú kompozíciu exportujeme prostredníctvom štrnástej ikony. Po otvorení
okna Set image size zadefinujeme rozlíšenie výstupného obrázku. Následne v ďalšom
otvorenom okne zadefinujeme aj formát a umiestnenie exportovaného súboru na disku
počítača.
3.2 Cvičenie 2. Zadanie:
Do GRASS GIS importujte vrstvu oddeleného textu (CSV, XYZ), ktorá predstavuje sieť vybraných
klimatologických staníc na území Slovenskej republiky a rastrovú vrstvu nadmorskej výšky (DTM) vo
formáte ESRI ASCII. Rastrovú vrstvu reklasifikujte po 250 výškových metroch. Vytvorte mapovú
kompozíciu.
Podklady:
DTM v rastrovom formáte ESRI ASCII – cvicenie_2/raster/dtm.txt (súradnicový systém S-
JTSK)
vrstva klimatologických staníc vo formáte CSV (oddelený tabulátormi) –
cvicenie_2/vector/stanice.txt (súradnicový systém S-JTSK)
Postup:
1. Nastavenie pracovného prostredia GRASS GIS.
2. Import vektorovej vrstvy klimatologických staníc.
3. Import DTM v rastrovom formáte.
4. Reklasifikácia DTM po 250 metroch.
5. Tvorba mapovej kompozície a jej export.
Riešenie:
1. V prípade, že lokalitu, ktorú nazveme Slovensko, ešte nemáme vytvorenú podľa postupu
predchádzajúceho alebo niektorého z nasledujúcich príkladov, musíme si ju vytvoriť. Na
vytvorenie lokality v Úvodnom okne GRASS GIS použijeme tlačidlo Location wizard. Po
jeho aktivovaní začneme definovaním umiestnenia priestorovej databázy GIS Data Directory
74
na disku. V našom prípade túto databázu chceme umiestniť na disk C do priečinku
grass_base. Do poľa GIS Data Directory zadáme cestu k priečinku C:\grass_base. V riadku
Project Location: uvedieme názov Slovensko. Pokračujeme tlačidlom Ďalej >. V okne, ktoré
sa nám zobrazí po výbere spôsobu definovania súradnicových referenčných systémov
pomocou EPSG kódu (select EPSG code of spatial reference system), zvolíme súradnicový
systém S-JTSK/Krovak s kódom EPSG:5513. Pokračujeme ďalej. Ak na záverečnú otázku
„Do you want to set default region extents and resolution now?“ odpovieme, nie, otvorí sa
opäť Úvodné okno GRASS GIS. Následne si v ponúknutom zozname Project location
(projection/coordinate system) vyberieme novovytvorenú lokalitu. Nový mapset s názvom
cvicenie_2 vytvoríme po aktivovaní tlačidla Create mapset. GRASS GIS následne spustíme
pomocou tlačidla Start GRASS. Ak lokalitu Slovensko už máme vytvorenú podľa postupu
predchádzajúceho alebo niektorého z nasledujúcich príkladov, v Úvodnom okne GRASS GIS
v GIS Data Directory nalistujeme cestu C:/grass_base a v ponúknutom zozname Project
location (projection / coordinate system) označíme lokalitu Slovensko. Ďalej pokračujeme
vytvorením mapsetu cvicenie_2. Prostredie GRASS GIS s nastavenou vybranou lokalitou a
označeným mapsetom otvoríme tlačidlom Start GRASS.
2. V Hlavnom okne GRASS GIS aktivujeme modul v.in.ascii (File / Import vector data / ASCII
points / GRASS ASCII vector import [v.in.ascii]). V záložke Required prostredníctvom tlačidla
Browse nalistujeme umiestnenie súboru s klimatologickými stanicami s názvom stanice.txt.
Vo vstupnom poli Name of output vector map definujeme názov výstupnej vektorovej vrstvy
v GRASS GIS, napr. tiež stanice. V záložke Input format v položke Field separator
definujeme znak, ktorý oddeľuje jednotlivé stĺpce textu vo vstupnom textovom súbore (v
prípade súboru, ktorý máme k dispozícii to bude tabulátor, ktorý má označenie \t). V záložke
Points v položke Number of header lines to skip at top of input file (points mode): vložením
hodnoty 1 do jej vstupného poľa definujeme počet riadkov hlavičky textu. V tej istej záložke
v položkách Number of column used as x coordinate (points mode): a Number of column used
as y coordinate (points mode): definujeme poradové čísla stĺpcov textu, ktoré reprezentujú X-
ovú a Y-ovú súradnicu. Konkrétne pôjde v poradí o hodnotu 2 a 3. Modul spustíme
prostredníctvom tlačidla Run.
3. Rastrový súbor s názvom dtm.txt vo formáte ESRI ASCII importujeme prostredníctvom
modulu r.in.arc (File / Import raster data / ESRI ASCII grid import [r.in.arc]). V záložke
Required prostredníctvom tlačidla Browse nalistujeme umiestnenie rastrovej vrstvy na disku
počítača. Pomocou nastavenia Name for output raster map definujeme názov rastrovej vrstvy
po jej importe do GRASS GIS, v našom prípade dtm. Modul spustíme tlačidlom Run.
4. Importovanú rastrovú vrstvu reklasifikujeme prostredníctvom modulu r.reclass (Raster /
Change category values and labels / Reclassify [r.reclass]). V záložke Required okna tohto
modulu pomocou rolovacieho menu položky Raster map to be reclassified vyberieme
z ponuky názov rastrovej vrstvy, ktorú chceme reklasifikovať, v našom prípade dtm. Do
riadku položky Name for output raster map napíšeme názov novej reklasifikovanej vrstvy,
napr. dtm_r. V záložke Optional v poli s názvom or enter values interactively definujeme
pravidlá reklasifikácie (podkapitola 2.5 „Reklasifikácia rastrových vrstiev“). Na základe
zadania tohto príkladu to budú nasledujúce riadky textu:
0 thru 250 = 250
251 thru 500 = 500
501 thru 750 = 750
751 thru 1000 = 1000
1001 thru 1250 = 1250
1251 thru 1500 = 1500
1501 thru 1750 = 1750
1751 thru 2000 = 2000
2001 thru 2250 = 2250
2251 thru 2500 = 2500
2501 thru 2750 = 2750
2751 thru 3000 = 3000
75
5. Výslednú mapovú kompozíciu vytvoríme na základe postupu, ktorý je uvedený v príklade 1.,
krok 5. a 6.
3.3 Cvičenie 3. Zadanie:
Do prostredia GRASS GIS importujte vrstvu s hodnotami nadmorských výšok (kóty) a areál
reprezentujúci záujmové územie vo formáte ESRI shape. Vytvorte rastrový DTM záujmového územia.
Výsledný DTM exportujte do formátu ESRI ASCII.
Podklady:
vrstva bodov s nadmorskými výškami (kóty) vo formáte ESRI shapefile –
cvicenie_3/vector/koty.shp (súradnicový systém S-JTSK)
vrstva s plygónom záujmovej oblasti vo formáte ESRI shapefile –
cvicenie_3/vector/maska.shp (súradnicový systém S-JTSK)
Postup:
1. Nastavenie pracovného prostredia GRASS GIS.
2. Import vektorovej vrstvy výškového bodového poľa.
3. Import vektorovej vrstvy záujmovej oblasti.
4. Natavenie rozsahu pracovnej oblasti a rozlíšenia rastrových vrstiev.
5. Vytvorenie masky.
6. Interpolácia.
7. Export interpolovaných (rastrových) vrstiev.
Riešenie:
1. V prípade, že lokalitu, ktorú nazveme Slovensko, ešte nemáme vytvorenú podľa postupu
niektorého z predchádzajúcich alebo nasledujúcich príkladov, musíme si ju vytvoriť. Na
vytvorenie lokality v Úvodnom okne GRASS GIS použijeme tlačidlo Location wizard. Po
jeho aktivovaní začneme definovaním umiestnenia priestorovej databázy GIS Data Directory
na disku. V našom prípade túto databázu chceme umiestniť na disk C do priečinku
grass_base. Do poľa GIS Data Directory zadáme cestu k priečinku C:\grass_base. V riadku
Project Location: uvedieme názov Slovensko. Pokračujeme tlačidlom Ďalej >. V okne, ktoré
sa nám zobrazí po výbere spôsobu definovania súradnicových referenčných systémov
pomocou EPSG kódu (select EPSG code of spatial reference system), zvolíme súradnicový
systém S-JTSK/Krovak s kódom EPSG:5513. Pokračujeme ďalej. Ak na záverečnú otázku
„Do you want to set default region extents and resolution now?“ odpovieme, nie, otvorí sa
opäť Úvodné okno GRASS GIS. Následne si v ponúknutom zozname Project location
(projection/coordinate system) vyberieme novovytvorenú lokalitu. Nový mapset s názvom
cvicenie_3 vytvoríme po aktivovaní tlačidla Create mapset. GRASS GIS následne spustíme
pomocou tlačidla Start GRASS. Ak lokalitu Slovensko už máme vytvorenú podľa postupu
niektorého z predchádzajúcich alebo nasledujúcich príkladov, v Úvodnom okne GRASS GIS
v GIS Data Directory nalistujeme cestu C:/grass_base a v ponúknutom zozname Project
location (projection / coordinate system) označíme lokalitu Slovensko. Ďalej pokračujeme
vytvorením mapsetu cvicenie_3. Prostredie GRASS GIS s nastavenou vybranou lokalitou a
označeným mapsetom otvoríme tlačidlom Start GRASS.
2. V Hlavnom okne GRASS GIS aktivujeme modul v.in.ogr (File / Import vector data / Common
import formats [v.in.ogr]). V okne tohto modulu, v nastavení Source type, zaškrtneme
možnosť File. V ponuke Format necháme prednastavené ESRI shapefile a prostredníctvom
76
tlačidla Browse vyberieme umiestnenie súboru koty.shp na disku počítača. Modul spustíme
prostredníctvom tlačidla Import.
3. Postup opakujem aj so súborom maska.shp.
4. Nastavenie rozsahu pracovnej oblasti a rozlíšenia rastrových vrstiev uskutočníme pomocou
modulu g.region (Settings / Region / Set region [g.region]). V záložke Existing tohto modulu
nastavíme rozsah, ktorý zodpovedá rozsahu záujmovej oblasti. Pomocou rolovacieho menu
nastavenia Set region to match this vector map nalistujeme vektorovú vrstvu maska.
Rozlíšenie rastrových vrstiev definujeme v záložke Resolution, kde v nastavení Grid
resolution 2D zadáme hodnotu 2. Toto nastavenie reprezentuje rozlíšenie 2 x 2 m (veľkosť
bunky rastrovej vrstvy). Modul spustíme pomocou tlačidla Run.
5. Nasadenie masky na mapové plátno nám v rámci pracovnej oblasti zabezpečí zobrazovanie
údajov len v rámci výseku určenom vektorovou vrstvou. Údaje ležiace mimo výseku sa
nebudú na mapovom plátne zobrazovať. Na vytvorenie masky využijeme importovanú
vektorovú vrstvu s názvom maska. Keďže maska sa dá nasadiť len v podobe rastrovej vrstvy,
musíme importovanú vektorovú vrstvu polygon konvertovať do rastrového formátu. Na túto
konverziu využijeme modul v.to.rast (File / Map type conversions / Vector to raster
[v.to.rast]). V záložke Required pomocou rolovacieho menu položky Name of input vector
map: nalistujeme názov vektorovej vrstvy, ktorú chceme konvertovať. V našom prípade je to
vektorová vrstva s názvom maska. Názov výstupnej rastrovej vrstvy definujeme v nastavení
Name of output raster map:, kde napr. zadáme názov maska. Ak v položke Source of raster
values: ponecháme nastavený reťazec attr, musíme v záložke Attributes, v nastavení Name of
column for ‘atr’ parameter (date type must by numeric):, definovať názov stĺpca v tabuľke
atribútov vektorového súboru, ktorý obsahuje hodnoty, ktoré nadobudnú bunky budúceho
rastra. V našom prípade to bude atribút Id. Ide o identifikátor, ktorý určuje jedinečnosť
geografického objektu (podkapitola 1.6 „Základné operácie s grafickými vrsrvami“). Keďže k
areálu záujmovej oblasti vo vektorovej vrstve s názvom maska je priradený identifikátor Id
s hodnotou 1, všetky bunky generovanej rastrovej vrstvy, ležiace vo vnútri záujmovej oblasti,
nadobudnú túto hodnotu a bunky, ležiace mimo záujmovej oblasti, nebudú mať definovanú
hodnotu (empty, null). Modul spustíme tlačidlom Run. Vytvorenú rastrovú vrstvu s názvom
maska teraz môžeme použiť ako masku pre všetky grafické vrstvy. Umožní nám to modul
r.mask (Raster / Mask [r.mask]). V záložke Create tohto modulu pomocou nastavenia Raster
map to use as MASK: definujeme rastrovú vrstvu, ktorá bude použitá ako maska. V nastavení
Category values to use for MASK format: 1 2 3 thru 7 *): môžeme ponechať prednastavený
znak nezadefinovanej exaktnej hodnoty “*“ alebo vložiť znak “1“. Modul spustíme tlačidlom
Run.
6. Pre interpoláciu využijeme modul v.surf.rst (Raster / Interpolate surfaces / Regularized spline
tesion [v.surf.rst]). Pomocou rolovacieho menu záložky Required nalistujeme názov vstupnej
vektorovej vrstvy koty a v záložke Outputs, v nastavení Output surface raster map
(elevation):, definujeme názov výslednej rastrovej vrstvy, v našom prípade dtm. V záložke
Parameters prostredníctvom nastavenia Name of the attribute column with values to be used
for approximation definujeme názov stĺpca atribútov bodovej vrstvy, ktoré chceme použiť pri
interpolácii. V našom prípade to bude z. Ostatné nastavenia necháme predvolené. V prípade,
že chceme zmeniť vlastnosti interpolovaného povrchu, urobíme tak prostredníctvom ostatných
nastavení v záložke Parameters (podkapitola 2.1 „Interpolácia prostredníctvom modulu
v.surf.rst“). Modul spustíme pomocou tlačidla Run.
7. Na export rastrovej vrstvy do formátu ESRI ASCII využijeme modul r.out.arc (File / Export
raster map / ESRI ASCII grid export [r.out.arc]). V záložke Required pomocou rolovacieho
menu nastavenia Name of input raster map nalistujeme názov rastrovej vrstvy, ktorú chceme
exportovať, v našom prípade dtm. Miesto uloženia výstupného súboru definujeme
prostredníctvom tlačidla Browse. Pri názve výstupného súboru netreba zabudnúť na príponu
.txt alebo .asc. Modul spustíme prostredníctvom tlačidla Run.
Poznámka:
Ak by sme chceli DTM vytvorený v GRASS GIS použiť ako vstup v podobe pravidelného
bodového poľa použiteľného pre vytvorenie *.grd súboru v programe SurferTM
, môžeme v kroku
77
7. použiť modul r.out.xyz (File / Export raster map / ASCII x,y,z points export [r.out.xyz]). Tento
modul vytvorí zoznam súradníc v tvare X, Y, Z oddelených zadefinovaným znakom a uloží ho
v textovom ASCII formáte. V záložke Required pomocou rolovacieho menu nastavenia Name of
input raster map nalistujeme názov rastrovej vrstvy, ktorú chceme exportovať. Miesto uloženia
výstupného súboru definujeme prostredníctvom tlačidla Browse, v záložke Optional. Za názvom
výstupného súboru napíšeme príponu .dat. V záložke Optional je ešte potrebné v riadku Field
separator: nahradiť preddefinovaný oddelovač v podobe zvislej čiary “|“ prázdnym znakom, resp.
medzerou.
3.4 Cvičenie 4. Zadanie:
Z DTM v rastrovom formáte vypočítajte morfometrické chrakteristiky sklonu a orientácie georeliéfu,
normálovej krivosti georeliéfu v smere dotyčnice k spádnici a v smere dotyčnice k vrstevnici a
vertikálnej členitosti georeliéfu (pre rádius 10m). Následne prostredníctvom charakteristík normálovej
krivosti v smere dotyčnice k spádnici a normálovej krivosti v smere dotyčnice k vrstevnici vytvorte
vrstvu celkových foriem georeliéfu.
Podklady:
DTM v rastrovom formáte ESRI ASCII – cvicenie_4/raster/dtm.txt (súradnicový systém S-
JTSK)
Postup:
1. Nastavenie pracovného prostredia GRASS GIS.
2. Import DTM v rastrovom formáte.
3. Nastavenie rozsahu pracovnej oblasti a rozlíšenia rastrových vrstiev.
4. Výpočet morfometrických charakteristík sklonu, orientácie, normálovej krivosti v smere
dotyčnice k spádnici a normálovej krivosti v smere dotyčnice k vrstevnici.
5. Vytvorenie rastrových vrstiev s údajmi o rozsahu hodnôt (rozdiel medzi maximálnou a
minimálnou hodnotou) nadmorskej výšky v okruhu 10 m prostredníctvom nástrojov fokálnej
štatistiky (plávajúceho okna).
6. Vytvorenie vrstvy celkových foriem georeliéfu.
Riešenie:
1. V prípade, že lokalitu, ktorú nazveme Slovensko, ešte nemáme vytvorenú podľa postupu
niektorého z predchádzajúcich alebo nasledujúcich príkladov, musíme si ju vytvoriť. Na
vytvorenie lokality v Úvodnom okne GRASS GIS použijeme tlačidlo Location wizard. Po
jeho aktivovaní začneme definovaním umiestnenia priestorovej databázy GIS Data Directory
na disku. V našom prípade túto databázu chceme umiestniť na disk C do priečinku
grass_base. Do poľa GIS Data Directory zadáme cestu k priečinku C:\grass_base. V riadku
Project Location: uvedieme názov Slovensko. Pokračujeme tlačidlom Ďalej >. V okne, ktoré
sa nám zobrazí po výbere spôsobu definovania súradnicových referenčných systémov
pomocou EPSG kódu (select EPSG code of spatial reference system), zvolíme súradnicový
systém S-JTSK/Krovak s kódom EPSG:5513. Pokračujeme ďalej. Ak na záverečnú otázku
„Do you want to set default region extents and resolution now?“ odpovieme, nie, otvorí sa
opäť Úvodné okno GRASS GIS. Následne si v ponúknutom zozname Project location
(projection/coordinate system) vyberieme novovytvorenú lokalitu. Nový mapset s názvom
cvicenie_4 vytvoríme po aktivovaní tlačidla Create mapset. GRASS GIS následne spustíme
pomocou tlačidla Start GRASS. Ak lokalitu Slovensko už máme vytvorenú podľa postupu
niektorého z predchádzajúcich alebo nasledujúcich príkladov, v Úvodnom okne GRASS GIS
78
v GIS Data Directory nalistujeme cestu C:/grass_base a v ponúknutom zozname Project
location (projection / coordinate system) označíme lokalitu Slovensko. Ďalej pokračujeme
vytvorením mapsetu cvicenie_4. Prostredie GRASS GIS s nastavenou vybranou lokalitou a
označeným mapsetom otvoríme tlačidlom Start GRASS.
2. Import rastrovej vrstvy vo formáte ESRI ASCII uskutočníme pomocou modulu r.in.arc (File /
Import raster data / ESRI ASCII grid import [r.in.arc]). V záložke Required prostredníctvom
tlačidla Browse nájdeme umiestnenie súboru, ktorý chceme importovať na disku počítača.
V nastavení Name for output raster map: definujeme názov výstupnej rastrovej vrstvy, napr.
dtm.
3. Nastavenie rozsahu pracovnej oblasti a rozlíšenia rastrových vrstiev uskutočníme pomocou
modulu g.region (Settings / Region / Set region [g.region]). V záložke Existing definujeme
rozsah, ktorý zodpovedá rozsahu importovaného rastra, ak pomocou rolovacieho menu
vstupného poľa [multiple] Set region to match this raster map: nalistujeme názov
importovanej rastrovej vrstvy dtm. Rozlíšenie rastrových vrstiev definujeme v záložke
Resolution, kde v nastavení Grid resolution 2D zadáme hodnotu 2. Toto nastavenie
reprezentuje rozlíšenie 2 x 2 m (veľkosť bunky rastrovej vrstvy). Modul spustíme pomocou
tlačidla Run.
4. Základné morfometrické charakteristiky počítame prostredníctvom modulu r.slope.aspect
(Raster / Terrain analysis / Slope and aspect [r.slope.aspect]). V záložke Required
nalistujeme názov rastrovej vrstvy s DTM. V našom prípade je to dtm. V záložke Outputs
definujeme názvy výstupných vrstiev. Pre sklon georeliéfu v položke Name for output slope
raster map, v našom prípade slope, pre orientáciu georeliéfu v položke Name for output aspect
raster map, v našom prípade aspect, pre normálovú krivosť v smere dotyčnice k spádnici
v položke Name for output profil curvature raster map, v našom prípade profil, a pre
normálovú krivosť v smere dotyčnice k vrstevnici v položke Name for tangential curvature
slope raster map, v našom prípade tangential. Modul spustíme prostredníctvom tlačidla Run.
5. Fokálna štatistika (metóda plávajúceho okna) nám umožňuje nájsť rozsah hodnôt (rozdiel
maximálnej a minimálnej hodnoty) nadmorskej výšky v definovanom okolí pre každú bunku
v rámci rastra. Pre tento zámer sa v prostredí GRASS GIS využíva modul r.neighbors, ktorý je
umiestnený v Raster/Neighborhood analysis/Moving window [r.neighbors]. V záložke
Required definujeme Name of input raster map (v našom prípade dtm) a Name for output
raster map (v našom prípade dtm_range). V záložke Neighborhood v nastavení Neighborhood
operation definujeme druh operácie, ktorá sa bude vykonávať v rámci plávajúceho okna.
V našom prípade chceme určiť rozsah hodnôt, preto definujeme range. V nastavení
Neighborhood size definujeme veľkosť plávajúceho okna v pixloch. Keďže potrebujeme
vyhľadávacie okolie 10 metrov (5 pixlov s hranou 2 m), hodnotu zmeníme na 5. Modul
spustíme tlačidlom Run.
6. Celkové formy georeliéfu sú dané kombináciou konvexných a konkávnych foriem georeliéfu
určených znamienkom hodnôt normálovej krivosti v smere dotyčnice k spádnici a normálovej
krivosti v smere dotyčnice k vrstevnici. Na ich výpočet využijeme mapovú kalkulačku
r.mapcalc (Raster / Raster map calculator [r.mapcalc]). V nej do poľa Expression zadáme
výraz:
if( ( profil@cvicenie_4 > 0 ) & ( tangential@cvicenie_4 > 0 ) , 1 , ( if ( ( profil@cvicenie_4 >0 ) & (
tangential@cvicenie_4 < 0 ) , 2 , ( if ( ( profil@cvicenie_4 < 0 ) & ( tangential@cvicenie_4 > 0 ) , 3 ,(
if ( ( profil@cvicenie_4 < 0) & ( tangential@cvicenie_4 < 0 ) , 4 , 0 ) ) ) ) ) ) )
Ide o 4-násobnú podmienku:
o ak je hodnota normálovej krivosti v smere dotyčnice k spádnici a hodnota normálovej
krivosti v smere dotyčnice k vrstevnici kladná, výsledný raster nadobúda hodnotu 1 –
konvex-konvexná forma XX,
o ak je hodnota normálovej krivosti v smere dotyčnice k spádnici kladná a hodnota
normálovej krivosti v smere dotyčnice k vrstevnici záporná, výsledný raster nadobúda
hodnotu 2 – konvex-konkávna forma XK,
o ak je hodnota normálovej krivosti v smere dotyčnice k spádnici záporná a hodnota
normálovej krivosti v smere dotyčnice k vrstevnici kladná, výsledný raster nadobúda
hodnotu 3 – konkáv-konvexná forma KX,
79
o ak je hodnota normálovej krivosti v smere dotyčnice k spádnici a hodnota normálovej
krivosti v smere dotyčnice k vrstevnici záporná, výsledný raster nadobúda hodnotu 4
– konkáv-konkávna forma KK.
Pomocou tohto výrazu vypočítaná rastrová vrstva bude reprezentovať celkové formy
georeliéfu.
3.5 Cvičenie 5. Zadanie:
Určte dĺžku oslnenia pre rôzne kombinácie sklonov z intervalu < 0º; 40º > a orientácie georeliéfu
počas letného slnovratu pre 48º severnej zemepisnej šírky.
Postup a, (Ak chceme zistiť numerické hodnoty dĺžky oslnenia pre vyplnenie tabuľky vybraných
kombinácií sklonov z intervalu < 0º; 40º > a orientácií):
1. Určenie poradového čísla dňa letného slnovratu.
2. Vytvorenie rastrových máp zemepisnej šírky a zemepisnej dĺžky.
3. Výpočet hodnôt dĺžky oslnenia pre zvolené kombinácie sklonu a orientácie.
Postup b, (Ak chceme vytvoriť mapu možných kombinácií sklonov z intervalu (0º, 40º) a
orientácií):
1. Určenie poradového čísla dňa letného slnovratu (pozri krok 1 postupu príkladu 5a).
2. Vytvorenie matematického modelu elevácie s požadovanými hodnotami sklonov a
orientácií.
3. Výpočet morfometrických charakteristík sklonu a orientácie.
4. Výpočet hodnôt dĺžky oslnenia.
5. Zobrazenie rastrovej vrsty dĺžky oslnenia.
Riešenie a,:
1. V prípade modelovania distribúcie slnečného žiarenia je nevyhnutné, aby pracovná lokalita
mala definované kartografické zobrazenie. Túto podmienku spĺňa lokalita Slovensko, ktorú
používame vo všetkých príkladoch. Ak túto lokalitu ešte nemáme vytvorenú podľa postupu
niektorého z predchádzajúcich alebo nasledujúcich príkladov, musíme si ju vytvoriť. Na
vytvorenie lokality v Úvodnom okne GRASS GIS použijeme tlačidlo Location wizard. Po
jeho aktivovaní začneme definovaním umiestnenia priestorovej databázy GIS Data Directory
na disku. V našom prípade túto databázu chceme umiestniť na disk C do priečinku
grass_base. Do poľa GIS Data Directory zadáme cestu k priečinku C:\grass_base. V riadku
Project Location: uvedieme názov Slovensko. Pokračujeme tlačidlom Ďalej >. V okne, ktoré
sa nám zobrazí po výbere spôsobu definovania súradnicových referenčných systémov
pomocou EPSG kódu (select EPSG code of spatial reference system), zvolíme súradnicový
systém S-JTSK/Krovak s kódom EPSG:5513. Pokračujeme ďalej. Ak na záverečnú otázku
„Do you want to set default region extents and resolution now?“ odpovieme, nie, otvorí sa
opäť Úvodné okno GRASS GIS. Následne si v ponúknutom zozname Project location
(projection/coordinate system) vyberieme novovytvorenú lokalitu. Nový mapset s názvom
cvicenie_5a vytvoríme po aktivovaní tlačidla Create mapset. GRASS GIS následne spustíme
pomocou tlačidla Start GRASS. Ak lokalitu Slovensko už máme vytvorenú podľa postupu
niektorého z predchádzajúcich alebo nasledujúcich príkladov, v Úvodnom okne GRASS GIS
v GIS Data Directory nalistujeme cestu C:/grass_base a v ponúknutom zozname Project
location (projection / coordinate system) označíme lokalitu Slovensko. Ďalej pokračujeme
vytvorením mapsetu cvicenie_5a. Prostredie GRASS GIS s nastavenou vybranou lokalitou a
označeným mapsetom otvoríme tlačidlom Start GRASS.
80
2. Pomocou kalendára určíme poradie dňa letného slnovratu v roku (21. jún). Tento deň má
v kalendári nepriestupného roku poradové číslo 172.
3. Pomocou mapovej kalkulačky r.mapcalc (Raster / Raster map calculator [r.mapcalc])
vytvoríme rastrovú vrstvu s danou zemepisnou šírkou a vrstvu s danou zemepisnou dĺžkou,
pretože zemepisné súradnice odvoditeľné z kartografického zobrazenia použitého vo vybranej
lokalite budú iné ako požadovaných 48º severnej zemepisnej šírky a 0º zemepisnej dĺžky
(dĺžku oslnenia chceme zistiť pre miestny poludník). V mapovej kalkulačke najprv do
vstupného poľa Name for new raster map to create vložíme názov rastrovej vrstvy
so zemepisnou šírkou, ktorý chceme vytvoriť, v našom prípade fi, a do vstupného poľa
Expresion napíšeme číslo 48. Po spustení výpočtu postup zopakujeme aj pre vytvorenie mapy
zemepisných dĺžkok. Zvolíme názov rastrovej vrstvy so zemepisnou dĺžkou, v našom prípade
la, a do riadku Expresion napíšeme číslo 0. Výpočet opätovne spustíme.
4. Aktivujeme modul r.sun (Raster / Solar radiance and shadows / Solar irrradiance and
irradiation[r.sun]). V záložke Required v položke Name of the input elevation raster map
[meters]: definujeme názov vstupného DTM. Vstupným DTM môže byť ľubovoľná rastrová
vrstva, pretože pri riešení tejto úlohy nebude vstupovať do výpočtu, a teda vstup je len
formálny. Pole No. of day of the year (1 - 365)(valid range 1 - 365) slúži pre definovanie
poradového čísla modelovaného dňa v roku, v našom prípade 172. V záložke Input_option do
vstupného poľa A single value of the orientation (aspect), 270 is south: vložíme hodnotu
orientácie10
a do vstupného poľa A single value of inclination (slope): hodnotu sklonu. V
ďalších dvoch poliach Name of input raster map containing latitudes [decimal degrees] a
Name of input raster map containing longitudes [decimal degrees] definujeme
prostredníctvom mapovej kalkulačky vytvorené rastrové vrstvy so zemepisnou šírkou
a zemepisnou dĺžkou. Sú to rastrové vrstvy s názvom fi a la. Ak chceme, aby vypočítané
hodnoty dĺžky oslnenia neboli zaokrúhlené na polhodiny, v záložke Optional vo vstupnom
poli Time step when computing all-day radiation sums [decimal hours]: môžeme zmeniť
prednastavenú hodnotu. Ak chceme, aby sa vypočítané hodnoty zobrazovali s presnosťou na
jednu desatinu hodiny, zvolíme hodnotu 0.1.
5. Následne zadáme názov rastrovej vrstvy pre zvolenú hodnotu sklonu a orientácie, v ktorom
bude každej jeho bunke priradená hodnota dĺžky oslnenia. Urobíme to v záložke
Output_options vo vstupnom poli Output insolation time raster map [h] (mode 2 only), v
našom prípade time. Ak nechceme pre každú zmenenú kombináciu orientácie a sklonu
zadávať názov nového výstupného rastrového súboru, v záložke Optional označíme
zaškrtávacie pole Allow output files to overwrite existing files. Modul spustíme tlačidlom Run.
6. Hodnoty dĺžky oslnenia zistíme po každej zmene hodnôt sklonu a orientácie buď aktivovaním
príkazu Querry raster/vector maps v Mapovom okne GRASS GIS, alebo v jeho popisnom
súbore v riadku “Range of data“, ktorý zobrazíme kliknutím pravým tlačidlom myši na
označenie vrstvy v záložke Map layers Hlavného okna a aktivovaním príkazu Metadata.
Riešenie b:
1. V Úvodnom okne GRASS GIS v GIS Data Directory nalistujeme cestu C:/grass_base a
v ponúknutom zozname Project location (projection / coordinate system) označíme lokalitu
Slovensko. Ďalej pokračujeme vytvorením mapsetu cvicenie_5b. Prostredie GRASS GIS
s nastavenou vybranou lokalitou a označeným mapsetom otvoríme tlačidlom Start GRASS.
Rozsah pracovnej oblasti a rozlíšenie rastrových vrstiev v tomto kroku ešte nie je nutné
nastavovať.
2. Definujeme matematický model imaginárneho povrchu, napr. rovnicou oskulačného
paraboloidu, o ktorej sa domnievame, že v rámci nastaveného rozsahu pracovnej oblasti bude
dosahovať sklony do 40º. Zvoľme si, napr. rovnicu
Z = - X
2
4,5 -
Y 2
4,5 , (2)
pričom premenná X a Y nadobúda hodnoty z intervalu <-2,2;0;2,2>.
10
V skutočnosti je v testovanej verzii GRASS GIS 6,4,3RC2 južnej orientácii priradená hodnota 180º.
81
3. Rozsah pracovnej oblasti a rozlíšenia rastrových vrstiev nastavíme pomocou modulu g.region
(Settings / Region / Set region [g.region]). V záložke Bounds nastavíme rozsah, ktorý
zodpovedá požadovanému intervalu riešenia našej rovnice. Do vstupných polí pre všetky
svetové strany (Value for the * edge:) vložíme jednotlivé hraničné hodnoty z nášho intervalu:
2.2 pre sever a východ a -2.2 pre juh a západ. Rozlíšenie rastrových vrstiev definujeme
v záložke Resolution, kde v poli Grid resolution 2D (both north-south and east-west)
definujeme zvolenú hodnotu, napr. 0.1, ktorá bude platiť pre oba smery. Modul spustíme
prostredníctvom tlačidla Run.
4. Keďže v rámci lokality Slovensko máme ako kartografické zobrazenie zadefinované
Křovákovo zobrazenie, modul r.sun nám pri rozsahu pracovnej oblasti zadefinovanom
v kroku 3. pre zemepisnú šírku určí strednú hodnotu 59,7576º, čo je zemepisná šírka, ktorou
prechádza os kužeľa Křovákovo zobrazenia (nulové X-ové a Y-ové súradnice S-JTSK ležia
v počiatku našej súradnicovej sústavy). Musíme preto vytvoriť rastrové vrstvy s požadovanou
zemepisnou šírkou a dĺžkou. V mapovej kalkulačke r.mapcalc (Raster / Raster map calculator
[r.mapcalc]) najprv vo vstupnom poli Name for new raster map to create napíšeme názov
rastrovej vrstvy so zemepisnou šírkou, ktorú chceme vytvoriť, v našom prípade fi, a do oblasti
Expresion napíšeme číslo 48. Po spustení výpočtu postup zopakujeme pre vytvorenie mapy
zemepisných dĺžkok. Zvolíme názov rastrovej vrstvy so zemepisnou dĺžkou, v našom prípade
la, a do riadku Expresion napíšeme číslo 0 (dĺžku oslnenia chceme zistiť pre miestny
poludník).
5. Aby sme mohli vypočítať DTM pomocou rovnice v kroku 2., musíme vytvoriť rastrové vrstvy
s hodnotami X-ových a Y-vých súradníc. V mapovej kalkulačke r.mapcalc (Raster / Raster
map calculator [r.mapcalc]) najprv do poľa Name for new raster map to create vložíme
názov rastrovej vrstvy s X-ovými súradnicami, v našom prípade osx, a do poľa Expresion
napíšeme výraz x(). Po spustení výpočtu postup zopakujeme aj pre vytvorenie súboru s Y-
ovými súradnicami. Zvolíme názov rastrovej vrstvy, v našom prípade osy, a do poľa
Expresion napíšeme výraz y().
6. Samotný DTM vytvoríme, ak v mapovej kalkulačke r.mapcalc (Raster / Raster map
calculator [r.mapcalc]) najprv do poľa Name for new raster map to create vložíme názov
výstupného DTM, v našom prípade dtm, a do riadku Expresion napíšeme výraz -1 * osx^2/4.5
- osy ^2/4.5.
7. Základné morfometrické charakteristiky nutné ako vstupy do modelu r.sun počítame
prostredníctvom modulu r.slope.aspect (Raster / Terrain analysis / Slope and aspect
[r.slope.aspect]). V záložke Required definujeme názov rastrovej vrstvy s DTM, v našom
prípade je to dtm. V záložke Outputs definujeme názvy výstupných vrstiev. Pre sklon
georeliéfu v položke Name for output slope raster map, v našom prípade slope, pre orientáciu
georeliéfu v položke Name for output aspect raster map, v našom prípade aspect. Modul
spustíme prostredníctvom tlačidla Run.
8. Po aktivovaní modulu r.sun (Raster / Solar radiance and shadows / Solar irrradiance and
irradiation [r.sun]) v záložke Required definujeme názov vstupného DTM, v našom prípade
dtm a vložíme poradové číslo modelovaného dňa v roku, v našom prípade 172. V záložke
Input option pomocou rolovacieho menu vstupného poľa Name of the input aspect map
(terrain aspect or azimuth of the solar panel) [decimal degrees]: definujeme názov rastrovej
vrstvy aspect a v poli Name of the input slope map (terrain slope or solar panel inclination)
[decimal degrees]: názov rastrovej vrstvy slope. V ďalších dvoch vstupných poliach Name of
input raster map containing latitudes [decimal degrees] a Name of input raster map
containing longitudes [decimal degrees] nalistujeme názvy fi a la rastrových súborov
so zemepisnou šírkou a zemepisnou dĺžkou, vytvorených pomocou mapovej kalkulačky.
Nakoniec v záložke Output options do vstupného poľa Output insolation time raster map [h]
(mode 2 only): zadáme názov výstupného súboru, napr. time a v záložke Optional, v jej prvom
vstupnom poli prepíšeme preddefinovanú hodnotu 0.5 na hodnotu 0.1. Modul spustíme
prostredníctvom tlačidla Run.
82
3.6 Cvičenie 6. Zadanie:
Určte príkon priameho slnečného žiarenia dopadajúceho za šesťtýždňové obdobie, nasledujúce po
začiatku marca na reliéf vyčleneného areálu na západne orientovanom svahu nad obcou Devín.
Podklady:
DTM v rastrovom formáte Golden Software 7 Binary Grid – cvicenie_6/raster/ dtm_osln.grd
(súradnicový systém S-JTSK)
Postup:
1. Nastavenie pracovného prostredia GRASS GIS.
2. Import DTM a opätovné nastavenie pracovného prostredia.
3. Vytvorenie vrstiev sklonov a orientácie georeliéfu z importovaného DTM.
4. Určenie poradových čísel dní v roku, pre ktoré budeme počítať príkon priameho
slnečného žiarenia, dopadajúceho na georeliéf.
5. Výpočet príkonu priameho slnečného žiarenia, dopadajúceho na georeliéf za
požadované obdobie.
Riešenie:
1. V prípade modelovania distribúcie slnečného žiarenia je nevyhnutné, aby pracovná
lokalita mala definované kartografické zobrazenie. Túto podmienku spĺňa lokalita
Slovensko, ktorú používame vo všetkých príkladoch. Ak túto lokalitu ešte nemáme
vytvorenú podľa postupu niektorého z predchádzajúcich alebo nasledujúcich príkladov,
musíme si ju vytvoriť. Na vytvorenie lokality v Úvodnom okne GRASS GIS použijeme
tlačidlo Location wizard. Po jeho aktivovaní začneme definovaním umiestnenia
priestorovej databázy GIS Data Directory na disku. V našom prípade túto databázu
chceme umiestniť na disk C do priečinku grass_base. Do poľa GIS Data Directory
zadáme cestu k priečinku C:\grass_base. V riadku Project Location: uvedieme názov
Slovensko. Pokračujeme tlačidlom Ďalej >. V okne, ktoré sa nám zobrazí po výbere
spôsobu definovania súradnicových referenčných systémov pomocou EPSG kódu (select
EPSG code of spatial reference system), zvolíme súradnicový systém S-JTSK/Krovak
s kódom EPSG:5513. Pokračujeme ďalej. Ak na záverečnú otázku „Do you want to set
default region extents and resolution now?“ odpovieme, nie, otvorí sa opäť Úvodné okno
GRASS GIS. Následne si v ponúknutom zozname Project location (projection/coordinate
system) vyberieme novovytvorenú lokalitu. Nový mapset s názvom cvicenie_6 vytvoríme
po aktivovaní tlačidla Create mapset. GRASS GIS následne spustíme pomocou tlačidla
Start GRASS. Ak lokalitu Slovensko už máme vytvorenú podľa postupu niektorého
z predchádzajúcich alebo nasledujúcich príkladov, v Úvodnom okne GRASS GIS v GIS
Data Directory nalistujeme cestu C:/grass_base a v ponúknutom zozname Project
location (projection / coordinate system) označíme lokalitu Slovensko. Ďalej pokračujeme
vytvorením mapsetu cvicenie_6. Prostredie GRASS GIS s nastavenou vybranou lokalitou
a označeným mapsetom otvoríme tlačidlom Start GRASS.
2. Import rastrovej vrstvy vo formáte Golden Software 7 Binary Grid uskutočíme
prostredníctvom modulu r.in.gdal (File / Import raster data / Common formats import
[r.in.gdal]). V záložke Source settings okna tohto modulu prostredníctvom rolovacieho
menu vstupného poľa Format vyberieme z ponuky formát Golden software 7 Binary Grid
(.grd) a prostredníctvom tlačidla Browse nájdeme umiestnenie súboru dtm_osln.grd na
disku počítača. Názov vstupného súboru a ním preddefinovaný názov vytváranej rastrovej
vrstvy sa objaví v poli List of GDAL layers. Ponúknutý názov výstupnej rastrovej vrstvy
83
môžeme zmeniť, v našom prípade dtm. Označíme možnosť Override projection (use
location’s projection) a modul spustíme tlačidlom Run.
3. Nastavenie rozsahu pracovnej oblasti a rozlíšenia rastrových vrstiev uskutočníme
pomocou modulu g.region (Settings / Region / Set region [g.region]). V záložke Existing
nastavíme rozsah, ktorý zodpovedá rozsahu importovaného rastra, ak pomocou
rolovacieho menu nastavenia [multiple] Set region to match this raster map: nalistujeme
názov už importovanej rastrovej vrstvy dtm. Modul spustíme tlačidlom Run.
4. V ďalšom kroku potrebujeme vytvoriť rastre orientácie a sklonu georeliéfu. Základné
morfometrické charakteristiky vypočítame prostredníctvom modulu r.slope.aspect (Raster
/ Terrain analysis / Slope and aspect [r.slope.aspect]). V záložke Required definujeme
názov vstupnej rastrovej vrstvy s DTM, v našom prípade dtm. V záložke Outputs zadáme
názvy výstupných vrstiev. Názov vrstvy s vypočítaným sklonom definujeme
prostredníctvom Name for output slope raster map, v našom prípade slope. A názov
vrstvy s vypočítanou orientáciou reliéfu voči svetovým stranám definujeme
prostredníctvom Name for output aspect raster map, v našom prípade aspect1. Modul
spustíme prostredníctvom tlačidla Run.
5. Keďže máme nastavený súradnicový systém S-JTSK, pomocou mapovej kalkulačky
r.mapcalc (Raster / Raster map calculator [r.mapcalc]), vytvoríme novú rastrovú vrstvu
orientácie georeliéfu s názvom aspect, v ktorej budú hodnoty orientácie z rastrovej vrstvy
aspect1 opravené o priemernú hodnotu meridiánovej konvergencie, ktorá na danej lokalite
dosahuje približne 7º. Do položky Expression teda zadáme aspect1@cvicenie_6 - 7. Do
položky New raster map to create zadáme názov novej rastrovej vrstvy, v našom prípade
aspect.
6. Pomocou kalendára určíme poradie dňa začiatku (2. marec) požadovaného obdobia.
Druhý marec je 61 deň v roku. Keďže modul r.sun počíta príkon jednotlivých zložiek
slnečného žiarenia len pre časový úsek zvoleného dňa, určíme si reprezentatívne dni, ktoré
budú vyjadrovať priemernú hodnotu dopadajúceho priameho slnečného žiarenia pre určitý
časový úsek, tvorený nepárnym počtom dní, napr. pre 7 dní. Takými potom budú dni
s poradovým číslom 64, 71, 78, 85, 92 a 99. Pre každý z týchto dní vypočítame príkon
priameho slnečného žiarenia pomocou modulu r.sun.
7. Po aktivovaní modulu r.sun (Raster / Solar radiance and shadows/Solar irrradiance and
irradiation [r.sun]) v záložke Required si nastavíme názov vstupného DTM, v našom
prípade dtm, a poradové číslo modelovaného dňa v roku. Začneme dňom s poradovým
číslom 64 z kroku 6. Pomocou rolovacieho menu vo vstupnom poli Name of the input
aspect map (terrain aspect or azimuth of the solar panel) [decimal degrees]:, v záložke
Input option, nalistujeme názov rastrovej vrstvy, obsahujúcej informácie o orientácii
georeliéfu voči svetovým stranám, v našom prípade aspect. Vo vstupnom poli Name of the
input slope map (terrain slope or solar panel inclination) [decimal degrees]: nalistujeme
názov rastrovej vrstvy, obsahujúcej informácie o sklone georeliéfu, v našom prípade
slope. Nakoniec v záložke Output options v poli Output beam irradiance raster map
[W.m-2
] (mode 1 only) or irradiation raster map [Wh.m-2
.day-1
] (mode 2 only): zadáme
názov výstupnej rastrovej vrstvy. Začneme, napr. názvom a1. Aby pri výpočte bolo
zohľadnené aj zatienenie okolitými formami georeliéfu, označíme zaškrtávacie políčko
Incorporate the shadowing effect of terrain záložky Optional. Zároveň môžeme upraviť
hodnotu výpočtového kroku v poli Time step when computing all-day radiation sums
[decimal hours]. Pri nastavenej hodnote väčšej ako 0,5 hodiny (prednastavená hodnota)
zrýchlime výpočet, pri hodnote menšej ako 0,5 zvýšime presnosť výpočtu. Keďže
v našom prípade z hľadiska veľkosti pracovnej oblasti a rozlíšenia 0,2 m, vyplývajúceho
zo vstupných údajov, nepôjde o výpočtovo náročné operácie, použijeme hodnotu 0.25.
Postup opakujeme pre nasledujúce poradové čísla dní v kroku 6., až skončíme poradovým
číslom 99 so zadaným názvom výstupného súboru a6.
8. Posledným krokom bude vytvorenie sumy príkonu priameho slnečného žiarenia pre
zvolený časový úsek. Každá vytvorená rastrová vrstva s názvom a1 až a6, pre dni
s poradovým číslom z kroku 6., podľa zvoleného postupu, reprezentuje príkon priameho
slnečného žiarenia pre tri k nim najbližšie dni. Preto každú z týchto rastrových vrstiev
84
vynásobíme číslom 7 a výsledné hodnoty sčítame. V mapovej kalkulačke r.mapcalc
(Raster / Raster map calculator [r.mapcalc]) si v položke Name of new raster map to
create zvolíme názov výstupného súboru, v našom prípade priame, a do príkazového
riadku mapovej kalkulačky Expression vložíme nasledujúci znakový reťazec:
a1@cvicenie_6*7+a2@cvicenie_6*7+a3@cvicenie_6*7+a4@cvicenie_6*7+a5@cviceni
e_6*7+a6@cvicenie_6*7.
3.7 Cvičenie 7. Zadanie:
Importuj zoskenovaný výrez Základnej mapy v mierke 1:10 000 (ZM) a transformuj ho do pracovnej
oblasti mapsetu s názvom cvicenie_7 v súradnicovom systéme S-JTSK.
Podklady:
výrez ZM vo formáte JPEG – cvicenie_7/raster/ZM.jpg (nedefinovaný súradnicový referenčný
systém)
Postup:
1. Nastavenie pracovného prostredia GRASS GIS, t.j. vytvorenie zdrojovej lokality a import
výrezu ZM do tejto lokality.
2. Vytvorenie farebnej kompozície z importovaných farebných zložiek výrezu ZM.
3. Georeferencovanie.
Riešenie:
1. Ako klient ZB GISu si v mapovom portáli prevádzkovanom Geodetickým a kartografickým
ústavom v Bratislave (https://zbgis.skgeodesy.sk/tkgis/default.aspx) pre zobrazenie
topografického podkladu zvolíme výrez medzi osadami Babulicov Vrch a Luskovica v katastri
obce Kostolné a Krajné. Následne sa pokúsime určiť súradnice krížikov kilometrovej siete na
výreze ZM, ktorý máme k dispozícii. Ak umiestnime kurzor nad zobrazeným topografickým
podkladom do oblasti, kde by sa mali nachádzať krížiky na výreze ZM, zistíme, že
zobrazované X-ové a Y-ové súradnice kurzora sú v oblasti pravého dolného krížika blízke
hodnotám 1220000 a 527000, v oblasti pravého horného krížika hodnotám 1219000
a 527000, v oblasti ľavého dolného krížika hodnotám 1220000 a 528000 a v oblasti ľavého
horného krížika hodnotám 1219000 a 528000. V karteziánskej súradnicovej sústave v GRASS
GIS s tradičnou pravotočivou orientáciou a osou X, smerujúcou doprava, teda na východ, sa
tieto súradnice, ktoré sú súradnicami v slovenskom národnom geodetickom referenčnom
systéme S-JTSK transformujú na hodnoty X = -527000 a Y = -1220000 pre krížik umiestnený
v pravom dolnom rohu výrezu ZM, X = -527000 a Y = -1219000 pre krížik umiestnený
v pravom hornom rohu, X = -528000 a Y = -1220000 pre krížik umiestnený v ľavom dolnom
rohu a X = -528000 a Y = -1219000 pre krížik umiestnený v ľavom hornom rohu (Obázok 65.
v prílohe 4. „Transformácia súradníc S-JTSK do pravouhlej matematickej súradnicovej
sústavy“).
2. V prípade, že lokalitu, ktorú nazveme Slovensko, ešte nemáme vytvorenú podľa postupu
niektorého z predchádzajúcich alebo nasledujúcich príkladov, musíme si ju vytvoriť. Na
vytvorenie lokality v Úvodnom okne GRASS GIS použijeme tlačidlo Location wizard. Po
jeho aktivovaní začneme definovaním umiestnenia priestorovej databázy GIS Data Directory
na disku. V našom prípade túto databázu chceme umiestniť na disk C do priečinku
grass_base. Do poľa GIS Data Directory zadáme cestu k priečinku C:\grass_base. V riadku
Project Location: uvedieme názov Slovensko. Pokračujeme tlačidlom Ďalej >. V okne, ktoré
85
sa nám zobrazí po výbere spôsobu definovania súradnicových referenčných systémov
pomocou EPSG kódu (select EPSG code of spatial reference system), zvolíme súradnicový
systém S-JTSK/Krovak s kódom EPSG:5513. Pokračujeme ďalej. Ak na záverečnú otázku
„Do you want to set default region extents and resolution now?“ odpovieme, nie, otvorí sa
opäť Úvodné okno GRASS GIS. Následne si v ponúknutom zozname Project location
(projection/coordinate system) vyberieme novovytvorenú lokalitu. Nový mapset s názvom
cvicenie_7 vytvoríme po aktivovaní tlačidla Create mapset. GRASS GIS následne spustíme
pomocou tlačidla Start GRASS. Ak lokalitu Slovensko už máme vytvorenú podľa postupu
niektorého z predchádzajúcich alebo nasledujúcich príkladov, v Úvodnom okne GRASS GIS
v GIS Data Directory nalistujeme cestu C:/grass_base a v ponúknutom zozname Project
location (projection / coordinate system) označíme lokalitu Slovensko. Ďalej pokračujeme
vytvorením mapsetu cvicenie_7. Prostredie GRASS GIS s nastavenou vybranou lokalitou a
označeným mapsetom otvoríme tlačidlom Start GRASS.
3. Rozsah pracovnej oblasti a rozlíšenie rastrových vrstiev nastavíme pomocou modulu g.region
(Settings / Region / Set region [g.region]). V záložke Bounds do poľa Value for the northern
edge: vložíme hodnotu -1219000, do poľa Value for the southern edge: hodnotu -1220000, do
poľa Value for the eastern edge: hodnotu -527000 a do poľa Value for the western edge:
hodnotu -528000. V záložke Resolution nastavíme rozlíšenie pracovnej oblasti. Do vstupného
poľa Grid resolution 2D (both north-south and east-west): vložíme hodnotu 1. Modul
spustíme pomocou tlačidla Run.
4. Pomocou príkazu Create new location (Settings / GRASS working environment / create new
location) vytvoríme novú lokalitu s názvom zdroj. V okne Choose method for creating a new
location vyberieme možnosť vytvorenia všeobecného karteziánskeho súradnicového systému
(Create a generic Cartesian coordinate system (XY)). Na záverečnú otázku „Do you want to
set default region extents and resolution now?“ odpovieme, nie.
5. Teraz môžeme importovať obrázok výrezu ZM do prostredia GRASS GIS. V okne príkazu
r.in.gdal (File / Import raster data / Common formats import [r.in.gdal]) nastavíme v
rolovacom menu Format formát JPEG JFIF a prostredníctvom tlačidla Browse nalistujeme
vstupný dátový súbor s názvom ZM.jpg a označíme zaškrtávacie políčko možnosti Extend
region extents based on new dataset. Modul spustíme tlačidlom Import. Pôvodný farebný
raster sa v priestorovej databáze GRASS GIS uloží pomocou RGB zložiek/kanálov v podobe
rastrových súborov s názvami ZM.red, ZM.green a ZM.blue.
6. Použitím príkazu r.composite (Raster / Manage colors / Create RGB [r.composite]) z troch
rastrových súborov s názvami ZM.red, ZM.green a ZM.blue vytvoríme znovu farebnú
kompozíciu výrezu ZM, ktorú nazveme ZM. Teda do položky Name of raster map to be used
for <red> zadáme ZM.red, do položky Name of raster map to be used for <green> zadáme
ZM.green a do položky Name of raster map to be used for <blue> zadáme ZM.blue. Názov
výstupnej vrstvy definujeme v položke Name for output raster map.
7. Použitím príkazu Change location and mapset (Settings / GRASS working environment /
Change location and mapset) sa vrátime do (cieľovej) pracovnej lokality. Touto lokalitou je
lokalita Slovensko a mapsetom mapset cvicenie_7. Zatiaľ tento mapset neobsahuje žiadne
vektorové, ani rastrové vrstvy, ktoré by sme mohli použiť ako predlohu pre georeferencovanie
nášho výrezu ZM. V tomto príklade to nie je nevyhnutné. Napriek tomu si môžeme takúto
mapu vytvoriť. V okne mapovej kalkulačky r.mapcalc (Raster / Raster map calculator
[r.mapcalc]), do poľa Name for new raster map to create, vložíme názov vytváranej rastrovej
vrstvy, napr. podklad, a do poľa Expresion napíšeme ľubovoľné číslo. Mapová kalkulačka
vytvorí jednofarebný štvorec, ktorého rohy majú rovnaké súradnice ako budú požadované
súradnice krížikov na georeferencovanom výreze ZM.
8. V záložke File Hlavného okna aktivujeme modul Georectify (File / Georectify).
V ponúknutom okne si nalistujeme zdrojovú lokalitu s názvom zdroj a mapset PERMANENT.
Po stlačení tlačidla Ďalej > nám GRASS v ďalšom okne s názvom Select Image /map group
to georectify ponúkne názov vytvárenej skupiny máp. V tomto okne v riadku Extension for
output maps: môžeme modifikovať tú časť názvu výslednej georeferencovanej mapy, ktorá
bude nasledovať po časti zhodnej s názvom ponúknutej skupiny máp. Ak, napr.
k ponúknutému názvu skupiny máp, v našom prípade ZM, doplníme písmeno a, názov neskôr
86
vytvorenej farebnej kompozície georeferencovanej mapy bude ZMa. Výber farebnej
kompozície výrezu ZM do skupiny zrealizujeme zaškrtnutím jej políčka po aktivovaní tlačidla
Pridať v záložke Create group if non exist. V ďalšom okne si farebnú kompozíciu výrezu ZM
nalistujeme ako zdrojovú mapu, ktorú chceme georeferencovať, a ako cieľovú mapu v
súradnicovom systéme, do ktorého ju chceme georeferencovať, si v mapsete cvicenie_7
nalistujeme predtým vytvorenú mapu s názvom podklad. Po stlačení tlačidla Dokončiť sa
nám na monitore objaví manažér pre zadanie lícovacích bodov.
9. Keďže na mapových plátnach vidíme obidva obrazy štyroch lícovacích bodov (rohy
rastrového obrazu cieľovej mapy a krížiky kilometrovej siete na ZM), štvrtý lícovací bod pre
prvý prednastavený stupeň transformácie (v ponuke len tri lícovacie body) doplníme pomocou
prvej ikony (Add new GCP to the list), umiestnenej v dolnej časti nástrojovej lišty. Teraz
môžeme začať zadávať lícovacie body. V zozname lícovacích bodov klikneme myšou na
riadok prvého lícovacieho bodu tak, aby sme ho označili, a následne po aktivovaní ikony
s názvom Update GCP coordinates na nástrojovej lište klikneme na obrazy prvého
lícovacieho bodu na zdrojovom i na cieľovom mapovom plátne. V prvom riadku zoznamu
lícovacích bodov sa nám objavia súradnice zdrojového i cieľového bodu. Dvojitým kliknutím
na tento riadok sa nám na monitore objaví editačná tabuľka týchto súradníc. Keďže presné
hodnoty X-ových a Y-nových súradníc lícovacích bodov v S-JTSK poznáme, môžeme
zobrazené hodnoty súradníc cieľového bodu v pravej časti tabuľky opraviť prostredníctvom
klávesnice. Opakovaním postupu vložíme informácie o všetkých štyroch lícovacích bodoch.
Ak v zozname lícovacích bodov označíme zaškrtávacie políčka umiestnené na začiatku ich
riadkov pomocou ikony na nástrojovej lište s názvom Recalculate RMS error, môžeme pre
nastavený stupeň transformácie vypočítať odchýlky súradníc lícovacích bodov zdrojovej, t.j.
georeferencovanej, mapy od súradníc cieľových lícovacích bodov v S-JTSK, v smere osi X
a v smere osi Y. V tomto príklade by tieto odchýlky v oboch smeroch nemali presahovať
hodnotu 0,5 m. Proces samotného georeferencovania zdrojovej mapy prebehne po aktivovaní
ikony na nástrojovej lište s názvom Georectify.
3.8 Cvičenie 8. Zadanie:
Vytvorte rastrovú vrstvu dĺžky svahu v rámci zadaného areálu medzi osadami Babulicov Vrch a
Luskovica v katastri obce Kostolné a Krajné.
Podklady:
Podklady vytvorené v rámci cvičenia č. 7.
Raster záujmovej oblasti vo formáte GeoTIFF– cvicenie_8/raster/areal.tif (súradnicový systém
S-JTSK).
Postup:
1. Vytvorenie vstupného vrstevnicového poľa pre tvorbu DTM.
2. Nasadenie masky.
3. Vytvorenie DTM.
4. Výpočet dĺžky svahu.
Riešenie:
1. Po nalistovaní priestorovej databázy (GIS Data Directory), v ktorej je umiestnená lokalita
Slovensko v Úvodnom okne GRASS GIS, ju v zozname Project location (projection /
coordinate system) označíme kliknutím myšou. Následne v zozname Accesible mapset
87
vyberieme mapset cvicenie_7. Samotné prostredia GRASS GIS otvoríme tlačidlom Start
GRASS a na mapové plátno pridáme rastrovú vrstvu s názvom ZMa.
2. Import do S-JTSK, už georeferencovaného rastrového súboru vo formáte GeoTIFF,
realizujeme prostredníctvom modulu r.in.gdal (File / Import raster data / Common formats
import [r.in.gdal]). V položke Format najprv definujeme formát vstupného súboru na
GeoTIFF a prostredníctvom tlačidla Browse definujeme umiestnenie súboru areal.tif. Po
nalistovaní rastra si v poli List of GDAL layers môžeme zmeniť názov výstupnej rastrovej
vrstvy. V našom prípade si zvolíme názov maska. Označíme možnosť Override projection
(use location’s projection). Modul spustíme prostredníctvom tlačidla Import.
3. Rastrovú vrstvu masky pridáme na mapové plátno prostredníctvom tlačidla Add raster map
layer alebo klávesovou skratkou (Ctrl+Shift+R). Táto vrstva nám v mapovom okne prekryje
práve tú časť topografického podkladu, ktorá je pod záujmovým areálom. Kedže sme zatiaľ
na mapové plátno nenasadili masku, zobrazenú plochu záujmového areálu potrebujeme
spriehľadniť. V dialógovom okne Map layers Hlavného okna preto klikneme pravým
tlačidlom myši na vrstvu s názvom maska a po aktivovaní príkazu Change opacity level
v kontextovom menu aktívnej rastrovej vrstvy nastavíme percentuálnu hodnotu jej
priehľadnosti.
4. Pre výpočet DTM je nevyhnutné vektorizovať výškopisné údaje z topografickej mapy. Aj keď
v topografickom podklade je podstatná časť výškopisnych údajov reprezentovaná
prostredníctvom vrstevníc, pokúsime sa už počas procesu ich vektorizácie vytvoriť diskrétne
bodové pole výšok. Diskrétne bodové polia, automaticky odvodené z vektorových
vrstevnicových polí, často nebývajú najvhodnejším vstupom pre výpočet DTM. Pre
vytvorenie vektorovej vrstvy bodov s údajmi o nadmorskej výške aktivujeme modul Create
new vector map (Vector / Develop vector map / Create new vector map). Vo vstupnom poli
Name for new vector map ponúknutého okna zadáme názov vektorovej vrstvy, ktorú chceme
vytvoriť, napr. body. Voľbu potvrdíme tlačidlom OK. Názov vytváranej vektorovej vrstvy sa
nám automaticky objaví v poli pre zobrazovanie grafických vrstiev mapového náhľadu
záložky Map layers Hlavného okna. Po umiestnení kurzoru myši na riadok s názvom
vytvorenej vektorovej vrstvy, jej pravým tlačidlom aktivujeme kontextové menu tejto
vektorovej vrstvy. Aktivovaním voľby Show attribute data sa otvorí okno nástroja GRASS
GIS Attribute Table Manager, ktorý nám umožní ku kľúčovej položke cat v atribútovej
tabuľke pridať ďalšiu atribútovú položku, ktorú nazveme Z. Keďže k vektorizovaným bodom
budeme priradzovať len celé čísla nadmorských výšok, nemusíme sa zdržiavať nastavovaním
typu atribútovej položky. Jej pridanie do atribútovej tabuľky dosiahneme stlačením tlačidla
Pridať. Po návrate do dialógového okna záložky Map layers Hlavného okna a po umiestnení
kurzoru myši na riadok s názvom vytvorenej vektorovej vrstvy pravým tlačidlom myši znovu
aktivujeme kontextové menu tejto vektorovej vrstvy, v ktorom si vyberieme voľbu Start
editing. Táto voľba nás prepne do editačného režimu. Jednotlivé body môžeme začať snímať
pomocou nástroja ukrytého pod ikonou Digitize new point, umiestnenou hneď za rolovacím
menu nástrojovej lišty, ktorá sa zobrazi v Mapovom okne po prepnutí do editačného režimu.
Po zosnímaní bodu sa otvorí atribútová tabuľka, do ktorej vkladáme hodnotu nadmorskej
výšky, v našom prípade vrstevnice, ktorá prechádza zosnímaným bodom. Základný interval
vrstevníc v podkladovej rastrovej vrstve je 2 m a kóta na poľnej ceste na okraji lesa, cez ktorú
prechádza vrstevnica vľavo od hornej časti záujmového areálu, má hodnotu 304 m. Po
skončení vektorizácie ukončíme editačný režim aktivovaním ikony s názvom Quit digitizer
alebo výberom voľby Stop editing v kontextovom menu vrstvy.
5. Teraz môžeme na mapové plátno nasadiť masku pomocou modulu r.mask (Raster / Mask
[r.mask]). Masku nasadíme po nalistovaní rastrovej vrstvy s názvom maska pomocou
rolovacieho menu vstupného poľa Raster map to use for MASK (format: 1 2 3 thru 7*),
v záložke Create okna tohto modulu a jeho následnom spustení tlačidlom Run.
6. Na výpočet DTM využijeme modul v.surf.rst (Raster / Interpolate surfaces / Regularized
spline tesion [v.surf.rst]). V záložke Outputs vo vstupnom poli Output surface raster map
definujeme názov rastrovej vrstvy DTM, napr. dtm, a v poli Output aspect raster map
definujeme názov výstupnej rastrovej vrstvy orientácie georeliéfu, napr. aspect. V záložke
Inputs vyberieme názov v kroku 4. vytvoreného vektorového súboru (body). V záložke
88
Parameters, v poli Name of the attribute column with values to be used for approximation,
definujeme názov atribútovej položky bodovej vrstvy obsahujúci v sebe hodnoty, ktoré
chceme použiť pri interpolácii. V našom prípade to je atribútova položka Z. Ostatné
nastavenia necháme predvolené. Modul spustíme pomocou tlačidla Run.
7. Výpočet dĺžky svahu uskutočníme prostredníctvom modulu r.flow (Raster / Hydrologic
modeling / Flow lines [r.flow]). V záložke Required pomocou rolovacieho menu vyberieme
názov vstupného DTM, v našom prípade dtm. Jedným z výstupov tohto modulu je aj rastrový
súbor s vypočítanými hodnotami dĺžky spádovej krivky nad každou bunkou gridu/rastra. Jeho
názov, v našom prípade svah, vložíme v záložke Optional do riadku Output flowpath length
raster map:. Taktiež definujeme názov vstupnej rastrovej vrstvy orientácie georeliéfu v poli
Input aspect raster map:, v našom prípade aspect. Nesmieme zabudnúť označiť možnosť
Compute upslope flowlines instead of default downhill flowlines. Po vyžadovanom
zadefinovaní názvov všetkých výstupov spustíme modul prostredníctvom tlačidla Run. Ak by
sme nemali nastavenú jednotkovú hodnotu rozlíšenia pracovnej oblasti, výstupný raster by
sme museli v mapovej kalkulačke vynásobiť hodnotou rozlíšenia pracovnej oblasti.
3.9 Cvičenie 9. Zadanie:
Pomocou nástrojov fokálnej štatistiky vytvorte pravidelné bodové pole nadmorských výšok hornej
obálky reliéfu Slovenska, t. j. plochy, ktorá sa v rámci zadaného okolia (štvorec o veľkosti 2500 m x
2500 m) dotýka reliéfu v bodoch s maximálnou nadmorskou výškou (Jenčo, 1991). 2,5 km x 2,5 km
dotýka reliéfu len v bodoch s maximálnou. 1991) s využitím nástrojov fokálnej štatistiky.
Podklady:
DTM vo formáte rastrovej vrstvy Golden Software 7 Binary Grid – cvicenie_9/raster/dtm.grd
(súradnicový systém S-JTSK)
Postup:
1. Nastavenie pracovného prostredia GRASS GIS.
2. Import DTM v rastrovom formáte Golden Software 7 Binary Grid.
3. Natavenie rozsahu pracovnej oblasti a rozlíšenia rastrových vrstiev.
4. Použitie nástrojov fokálnej štatistiky.
5. Natavenie rozsahu pracovnej oblasti a rozlíšenia rastrových vrstiev (2500 x 2500) nového
mapsetu.
6. Vytvorenie ľubovoľnej rastrovej vrstvy. Jej konverzia na vektorový formát a jeho následný
export.
7. Import tejto vektorovej vrstvy do pracovnej oblasti pôvodného mapsetu a jej konverzia na
rastrový formát.
8. Použitie mapovej kalkulačky na vytvorenie rastrovej vrstvy s priradenými maximálnymi
výškami k ťažiskám štvorcov 2500m x 2500m a jej konverzia na vektorový formát, ktorý
môžeme použiť ako vstupné diskrétne bodové pole maximálnych výšok pre interpoláciu
DTM.
Riešenie:
1. V prípade, že lokalitu, ktorú nazveme Slovensko, ešte nemáme vytvorenú podľa postupu
niektorého z predchádzajúcich príkladov, musíme si ju vytvoriť. Na vytvorenie lokality
v Úvodnom okne GRASS GIS použijeme tlačidlo Location wizard. Po jeho aktivovaní
začneme definovaním umiestnenia priestorovej databázy GIS Data Directory na disku. V
našom prípade túto databázu chceme umiestniť na disk C do priečinku grass_base. Do poľa
GIS Data Directory zadáme cestu k priečinku C:\grass_base. V riadku Project Location:
89
uvedieme názov Slovensko. Pokračujeme tlačidlom Ďalej >. V okne, ktoré sa nám zobrazí po
výbere spôsobu definovania súradnicových referenčných systémov pomocou EPSG kódu
(select EPSG code of spatial reference system), zvolíme súradnicový systém S-JTSK/Krovak
s kódom EPSG:5513. Pokračujeme ďalej. Ak na záverečnú otázku „Do you want to set default
region extents and resolution now?“ odpovieme, nie, otvorí sa opäť Úvodné okno GRASS
GIS. Následne si v ponúknutom zozname Project location (projection/coordinate system)
vyberieme novovytvorenú lokalitu. Mapsety s názvom cvicenie_9b a cvicenie_9a vytvoríme
pomocou tlačidla Create mapset v uvedenom poradí. GRASS GIS následne spustíme
pomocou tlačidla Start GRASS. Ak lokalitu Slovensko už máme vytvorenú podľa postupu
niektorého z predchádzajúcich príkladov, v Úvodnom okne GRASS GIS v GIS Data
Directory nalistujeme cestu C:/grass_base a v ponúknutom zozname Project location
(projection / coordinate system) označíme lokalitu Slovensko. Mapsety s názvom cvicenie_9b
a cvicenie_9a vytvoríme pomocou tlačidla Create mapset v uvedenom poradí. Prostredie
GRASS GIS s nastavenou vybranou lokalitou a označeným mapsetom otvoríme tlačidlom
Start GRASS.
2. Import rastrovej vrstvy vo formáte Golden Software 7 Binary Grid (nastavený súbor máp
s názvom cvicenie_9a) uskutočíme prostredníctvom modulu r.in.gdal (File / Import raster
data / Common formats import [r.in.gdal]). V záložke Source settings si vyberieme z ponuky
formát Golden software 7 Binary Grid (.grd) a prostredníctvom tlačidla Browse nájdeme
umiestnenie súboru dtm.grd na disku počítača. V poli List of GDAL layers môžeme zmeniť
názov výstupnej rastrovej vrstvy. V našom prípade vložíme názov nultydtm. Posledný krok,
ktorý potrebujeme urobiť pred importom DTM, je označenie zaškrtávacieho políčka prepínača
Override projection (use location’s projection). Veľkosť a rozlíšenie importovaného rastra
v GRASS GIS zistíme v jeho popisnom súbore v časti Range of data. Popisný súbor sa nám
objaví po použití príkazového riadku v tvare r.info nultydtm, alebo po kliknutí pravým
tlačidlom myši na označenie vrstvy DTM v záložke Map layers Hlavného okna a následnom
aktivovaní ponúknutej voľby Metadata. V zobrazovacom okne Príkazovej konzoly sa nám
okrem iných hodnôt ukážu aj hodnoty N:-1100000, S:-1375000, E:-163500, W:-601000,
Res:500, Rows:550 a Columns:875. Rozsah pracovnej oblasti a rozlíšenie rastrových vrstiev
nastavíme pomocou modulu g.region, ktorý je umiestnený v Settings / Region / Set region
[g.region]. V záložke Existing pomocou rolovacieho menu vstupného poľa [multiple] Set
region to match this raster map: nalistujeme názov importovanej rastrovej vrstvy (nultydtm).
Modul spustíme prostredníctvom tlačidla Run.
3. Využijeme možnosti fokálnej štatistiky. Metóda plávajúceho okna nám umožňuje nájsť
maximálnu hodnotu nadmorskej výšky v definovanom okolí pre každú bunku v rámci rastra.
K tomuto účelu slúži v prostredí GRASS GIS modul r.neighbors (Raster / Neighborhood
analysis / Moving window [r.neighbors]). V záložke Required v poli Name of input raster
map nalistujeme názov rastrovej vrstvy nultydtm a v poli Name for output raster map zadáme
názov výstupnej rastrovej vrstvy, napr. dtm_max. V záložke Neighborhood vyberieme
z ponuky rolovacieho menu poľa Neighborhood operation položku maximum. V poli
Neighborhood size zadáme hodnotu 5 (požadovaná dĺžka hrany štvorca 2500 m je rovná
päťnásobku hodnoty nastaveného rozlíšenia pracovnej oblasti). Modul spustíme pomocou
tlačidla Run.
4. Po zaradení práve vytvorenej rastrovej vrstvy medzi zobrazované vrstvy na mapovom plátne
vidíme, že nový DTM je oproti pôvodnému zhladený, čo znamená, že každej bunke rastra
bola priradená maximálna hodnota z jej okolia. V rámci ľubovoľného štvorcového výrezu
o veľkosti 2500m x 2500m máme k dispozícii 25 buniek rastra, s najväčšou
pravdepodobnosťou, s rôznymi hodnotami priradených maximálnych nadmorských výšok. Pre
splnenie zadania potrebujeme vybrať len jednu hodnotu, ktorá je priradená bunke ležiacej
v strede výrezu. Jednou z možností, ako vytvoriť grafickú vrstvu práve s týmito hodnotami je
vytvoriť nový mapset s rozlíšením 2500 x 2500. Hodnoty intervalov medzi
južnými, severnými, západnými a východnými hranicami pracovnej oblasti mapsetu
cvicenie_9a sú deliteľné hodnotou 2 500 m bezo zvyšku, takže nastavená veľkosť pôvodnej
pracovnej oblasti vyhovuje tomuto postupu.
90
5. Prestavíme pracovné prostredie GRASSu. Pomocou príkazu change mapset (Settings / GRASS
working environment / change mapset) vyberieme súbor máp s názvom cvicenie_9b. Rozsah
pracovnej oblasti a rozlíšenie rastrových vrstiev nastavíme pomocou modulu g.region.
V záložke Bounds do riadkov pre všetky svetové strany (Value for the * edge:) vložíme
hodnoty rozsahu pracovnej oblasti súboru máp cvicenie_9a, ktoré sú uvedené v kroku 2.
V nastavení Grid resolution 2D (both north-south and east-west) v záložke Resolution
definujeme hodnotu 2500.
6. Vytvoríme ľubovoľnú rastrovú vrstvu, napr. rastrovú vrstvu s názvom temp1. Urobíme to
pomocou mapovej kalkulačky. Najprv do poľa Name for new raster map to create okna
mapovej kalkulačky napíšeme názov vytváranej rastrovej vrstvy a do poľa Expresion
napíšeme ľubovoľné číslo, napr. 1. Ďalším krokom bude konverzia rastrového súboru do
vektorového formátu. Uskutočníme to pomocou modulu r.to.vect (File/Map type
conversions/Raster to vector [r.to.vect]). V záložke Required jeho okna, v prvom vstupnom
poli nalistujeme rastrovú vrstvu s názom temp1, do druhého poľa vložíme názov vytváranej
vektorovej vrstvy, napr. tiež temp1. Z ponuky rolovacieho menu poľa Feature type: si
vyberieme možnosť point a nakoniec v záložke Attributes označíme zaškrtávacie políčko
prepínača Use raster values as categories instead of unique sequence (CELL only) (v).
Posledným krokom realizovaným pri nastavení tohto mapsetu bude export vytvorenej bodovej
vektorovej vrstvy do externého formátu, napr. do formátu ESRI Shape, pomocou modulu
v.out.ogr (File/Export vector map/Common export formats [v.out.ogr]). Po nalistovaní
vektorovej vrstvy s názvom temp1 a zadefinovaní spoločného názvu, napr. tiež temp1,
súborov formátu ESRI Shapefile a priečinka, do ktorého budú uložené v prvej záložke okna
tohto modulu, musíme ešte v záložke Input odznačiť prednastavené označené okienka a
označiť len okienko s možnosťou point. Modul spustíme pomocou tlačidla Run a pomocou
modulu Change mapset (Settings / GRASS working environment / Change mapset]) sa vrátime
do pracovnej oblasti mapsetu cvicenie_9a.
7. Pomocou príkazu v.in.ogr (File / Import vector data / Common import formats [v.in.ogr])
importujeme externú vektorovú vrstvu vo formáte ESRI Shape s názvom temp1 do znovu
prestaveného pracovného prostredia GRASSu (súbor máp cvicenie_9a). Pomocou tlačidla
Browse si v ponúknutom okne modulu nalistujeme na disku počítača uložený súbor s názvom
temp1.shp a označíme zaškrtávacie políčko Override dataset projection (use location’s
projection). Modul spustíme pomocou tlačidla Import.
8. Ďalším krokom bude konverzia importovaného vektorového súboru do rastrového formátu.
Uskutočníme to pomocou modulu v.to.rast (File/Map type conversions/Vector to raster
[v.to.rast]). V záložke Required nalistujeme vektorovú vrstvu s názom temp1, do druhého
vstupného poľa záložky napíšeme názov vytváranej rastrovej vrstvy, napr. taziska, a v poli
Source of raster values: necháme pednastavenú možnosť attr. Nakoniec v záložke Attributes
z ponuky rolovacieho menu vstupného poľa Name of column for attr parameter (data type
must be numeric): (column=name) si vyberieme položku cat. Aktivovaním príkazu vytvoríme
rastrovú vrstvu, kde len bunky rastra ležiace v ťažiskách štvorcov o veľkosti 2500m x 2500m
budú mať definované hodnoty, ktoré predstavujú poradové čísla týchto ťažísk.
9. Nakoniec použijeme mapovú kalkulačku. Výstupnú rastrovú vrstvu nazveme, napr. DBP.
Pomocou rolovacieho menu vstupného poľa pre formulovanie matematickej operácie, teda pre
tvorbu výrazu s názvom Insert mapcalc function, vyberieme funkciu if(x,a). Po jej zobrazení
v pracovnom poli Expresion do jej zátvorky pomocou poľa Insert existing raster map
vložíme pred zobrazenú čiarku rastrovú vrstvu s názvom taziska a za čiarku rastrovú vrstvu
s názvom dtm_max. Následne spustíme výpočet. V prípade, že hodnota bunky rastra s názvom
taziska je väčšia ako nula, takto zadefinovaná funkcia priradí bunkám novovytváraného rastra
s názvom DBP hodnotu polohovo identickej bunky rastra s názvom dtm_max.
10. Posledný krok pre splnenie zadania tohto príkladu je konverzia rastrovej vrstvy s názvom
DBP na vektorovú bodovú vrstvu. Tento krok už nebudeme popisovať a jeho realizáciu
ponecháme na samotného čitateľa tohto učebného textu.
91
PPrríílloohhyy
92
1. Ovládanie GRASS GIS prostredníctvom
Quantum GIS Ako už bolo uvedené v podkapitole 1.2 „Používateľské rozhranie“ prácu v prostredí GRASS GIS
uľahčuje používateľovi grafické rozhranie GUI. Okrem súčastného GUI wxPython a pôvodného
Tcl/Tk GUI interaktívne nastavovanie a spúšťanie jednotlivých modulov GRASS GIS umožňuje aj
zásuvný modul (pluginu), implementovaný v prostredí Quantum GIS. Quantum GIS je ďalšia Open
source GIS technológia, prístupná bežným používateľom. Prístup k modulom GRASS GIS je
umožnený prostredníctvom nástroja Správca zásuvných modulov QGISu, ktorý sa nachádza v
kontextovom menu hlavného okna Quantum GIS v položke Zásuvné moduly. Ukážka okna tohto
nástroja je na Obrázku 59.
Obrázok 59. Ukážka okna nástroja Správca zásuvných modulov QGISu.
V tomto okne označíme zaškrtávacie pole GRASS. Zmenu potvrdíme tlačidlom OK. Následne sa
nám na lište tlačidiel rýchleho prístupu Quantum GIS alebo v záložke GRASS, v položke Zásuvné
moduly, zobrazia tlačidlá nástrojov GRASS GIS ponúkaných v prostredí Quantum GIS (Obrázok 60.).
Obrázok 60. Kontextové menu GRASS v prostredí Quantum GIS.
93
Význam jednotlivých tlačidiel je nasledovný:
1. Otvoriť súbor máp (mapset) – tlačidlo otvorí okno, ktoré umožňuje vybrať umiestnenie
existujúcej priestorovej databázy GRASS GIS na pevnom disku počítača, a následne
pracovnú lokalitu a súbor máp.
2. Nový súbor máp (mapset) – tlačidlo otvorí okno, ktoré umožňuje vytvoriť novú pracovnú
lokalitu a súbor máp. Postup je podobný ako v prípade vytvorenia pracovnej lokality
v Úvodnom okne GRASS GIS.
3. Zatvoriť súbor máp (mapset) – tlačidlo umožňuje zatvoriť otvorený mapový súbor.
4. Pridať vektorovú vrstvu GRASSu – tlačidlo otvorí okno, ktoré umožňuje na mapovom plátne
Quantum GIS zobraziť vektorovú vrstvu, ktorá sa nachádza v priestorovej databáze GRASS
GIS.
5. Pridať rastrovú vrstvu GRASSu – tlačidlo otvorí okno, ktoré umožňuje na mapovom plátne
Quantum GIS zobraziť rastrovú vrstvu, ktorá sa nachádza v priestorovej databáze GRASS
GIS.
6. Vytvoriť novú vektor. vrstvu GRASSu – tlačidlo otvorí okno, ktoré umožňuje vytvoriť
vektorovú vrstvu GRASS GIS,
7. Upraviť vektorovú vrstvu GRASSu – tlačidlo otvorí okno, ktoré umožňuje upraviť vektorovú
vrstvu existujúcu v priestorovej databáze GRASS GIS.
8. Otvoriť nástroje GRASS – tlačidlo otvorí zoznam prístupných modulov GRASS GIS.
9. Zobraziť aktuálny región GRASSu – v prípade, že je ponuka aktívna, rozsah pracovnej oblasti
sa zobrazí v podobe červeného obdĺžnika na mapovom plátne Quantum GIS.
10. Upraviť aktuálny región GRASSu – tlačidlo otvorí okno podobné oknu z Obrázku 7. V tomto
menu je možné:
a. číselne zadať rozsah pracovnej oblasti cez vstupné polia Západ, Východ, Sever a Juh,
b. zadať rozlíšenie rastrových vrstiev prostredníctvom polí Cell width a Cell height,
c. prostredníctvom nástroja laso pomocou kurzora myši priamo na mapovom plátne
zadať (nakresliť) rozsah pracovnej oblasti.
Ak si v Quantum GIS otvoríme ľubovoľné vektorové alebo rastrové vrstvy v niektorom z
podporovaných formátov (*.shp, *.dgn, *.tif , *.jpg, ...) a prispôsobíme im veľkosť mapového
náhľadu na mapovom plátne, môžeme vytvoriť nový súbor máp GRASS GIS v rozsahu, ktorý je daný
veľkosťou vybraného mapového náhľadu Quantum GIS. Po aktivovaní tlačidla Nový súbor máp
(mapset) pokračujeme podobne ako v GRASS GIS (podkapitola 1.4 „Základné nastavenia“). Postupne
zadáme cestu k vytváranej priestorovej databáze GRASS GIS (GIS Data Directory) a názov novej
lokality. Vyberieme pre ňu súradnicový referenčný systém (Project location a projection / coordinate
system). V ďalšom kroku nám Quantum GIS ponúkne Predvolený región GRASSu v rozsahu veľkosti
jeho aktívneho mapového náhľadu a po vložení názvu súboru máp tento následne vytvorí. Ak chceme
zmeniť nastavené parametre pracovnej oblasti, aktivujeme tlačidlo Upraviť aktuálny región GRASSu.
Na monitore počitača sa objaví okno pre nastavenie pracovnej oblasti GRASS GIS, ktoré je podobné
oknu na Obrázku 7. Tentoraz nám ale Quantum GIS ponúkne možnosť korigovať hranice pracovnej
oblasti nielen zadaním konkrétnych súradnicových hodnôt, ale aj graficky pomocou myši. Ak na
mapovom plátne Quantum GIS nakreslíme hranice modifikovanej pracovnej oblasti ťahom myši
súčasne s jej stlačeným pravým tlačidlom, v okne pre nastavenie pracovnej oblasti sa aktualizujú
hraničné súradnice. Ak si nastavíme vyhovujúce rozlíšenie, posledným krokom bude zaokrúhlenie
aktualizovaných hraničných súradníc v zmysle poznámky na strane 14. Uvádzaný postup je vhodný
nielen pre začiatočníkov. Výhodné je ho použiť aj v prípade rozhodnutia vytvoriť v priestorovej
databáze GRASS GIS súbor máp, do ktorého chceme uložiť grafické vrstvy s rôznym rozsahom a
polohou.
Moduly GRASS GIS obsluhujeme prostredníctvom menu, ktoré sa zobrazí po použití tlačidla
Otvoriť nástroje GRASSu (Obrázok 61.). V rámci okna existujú tri záložky:
1. Strom modulov – štruktúrovaný strom prístupných modulov GRASS GIS.
2. Zoznam modulov – štruktúrovaný zoznam prístupných modulov GRASS GIS. Moduly sú
zoradené podľa príslušnosti k skupinám. Ukážka časti tohto zoznamu je na Obrázku 61.
94
3. Prehliadač – Ukážka priestorovej databázy, resp. zoznam grafických vrstiev, ktoré sa
nachádzajú v pracovnej lokalite. Po výbere vrstvy v zozname sa v pravej časti okna
Prehliadača zobrazujú metaúdaje označenej vrstvy. Grafické vrstvy môžeme pridať na
mapové plátno Quantum GIS dvojklikom na zvolenú vrstvu v zozname.
Samozrejme, medzi prístupnými modulmi v Quantum GIS nenájdeme všetky moduly GRASS
GIS. Chýba tu, napr. modul r.sun, alebo niektoré moduly obsiahnuté v ponuke hydrologického
modelovania, napr. modul r.terraflow alebo r.flow a mnoho ďalších modulov. To však neznamená, že
prostredníctvom Quantum GIS sprístupnené nástroje neposkytujú väčšinu aplikačných možností
GRASS GIS. Zároveň, prostredníctvom GRASS GIS alebo za pomoci Quantum GIS, vygenerovaná
a na disku uložená priestorová geodatabáza GRASS GIS je prístupná pre obidva uvádzané systémy.
Užívateľské rozhranie Quantum GIS je iné ako užívateľské rozhranie GRASS GIS. To sa,
pochopiteľne, prejavuje i na grafike ovládacích prvkov GRASS GIS v prostredí Quantum GIS.
Odlišnosti však nie sú natoľko veľké, aby schopnosť pracovať s prístupnými modulmi GRASS GIS
v užívateľskom prostredí Quantum GIS nepostačovala na prácu s týmito modulmi i po prechode do
prostredia GRASS GIS.
Obrázok 61. Ukážka okna s modulmi GRASS GIS.
95
2. Zdanlivá dráha Slnka na oblohe Základným východiskom pre určenie jednotlivých charakteristík distribúcie slnečného žiarenia na
zemskom povrchu je zdanlivá dráha Slnka na oblohe. Výška Slnka nad dotykovou rovinou ku
georeliéfu v bode so zemepisnou šírkou φ a zemepisnou dĺžkou λ, prípadne nad dotykovou rovinou
k referenčnej guľovej ploche Zeme s rovnakými zemepisnými súradnicami, to znamená, nad miestnym
horizontom, v danom časovom momente určuje uhol dopadu slnečného lúča na tú ktorú rovinu. Výška
Slnka nad dotykovou rovinou ku georeliéfu v bode so sklonom väčším ako 0º bude v danom momente
iná ako výška Slnka nad rovinou miestneho horizontu (Obrázok 62.). Naklonená rovina je vzhľadom
na rovinu miestneho horizontu určená vertikálnym uhlom sklonu S a horizontálnym uhlom orientácie
reliéfu voči svetovým stranám A. Výpočet uhla dopadu slnečného lúča δexp na dotykovú rovinu ku
georeliéfu pre daný časový moment T počas dňa určeného hodnotou priemernej dennej deklinácie δ
vychádza v module r.sun z predpokladu, že sklon georeliéfu a jeho orientácia voči svetovým stranám
v ľubovoľnom bode na georeliéfe so zemepisnou šírkou φ určujú zemepisnú šírku φ´ a vzhľadom na
zemepisnú dĺžku λ tohto bodu aj relatívnu zemepisnú dĺžku λ´ dotykového bodu dotykovej roviny
k refrenčnej guľovej ploche Zeme s rovnakým priebehom dopadu slnečných lúčov. Pre určenie
jednotlivých charakteristík oslnenia georeliéfu závisiacich od uhla dopadu slnečného lúča potom stačí
vypočítať charakteristiky oslnenia dotykovej roviny k referenčnej guľovej ploche Zeme v bode
s relatívnymi zemepisnými súradnicami φ´ a λ´, prípadne následne tieto charakteristiky upraviť
vzhľadom na čas východu Slnka nad miestny horizont a čas západu Slnka pod miestny horizont
vyšetrovaného bodu na georelliéfe.
Pre výpočet azimutu Slnka Ao a uhla výšky Slnka h nad miestnym horizontom v čase určenom
hodinovým uhlom T boli v module r.sun použité známe rovnice, ktoré môžeme nájsť, napr. v prácach
Krcho (1965) alebo Kitler, Mikler (1986)
cos Ao = C11 cos T + C13
(C22 sin T )2 + (C11 cos T + C13)
2 , (3)
sin h = C31 cos T + C33 , (4)
kde:
C11 = sin φ cos δ C13 = -cos φ sin δ
C22 = cos δ
C31 = cos φ cos δ C33 = sin φ sin δ. (5)
Analogicky rovnici (4) bol sínus uhla δexp , teda uhla dopadu slnečného lúča na naklonenú dotykovú
rovinu v bode na georeliéfe so zemepisnými súradnicami φ a λ pre zvolený miestny čas T, určený na
základe práce Jenčo (1992) vzťahom
sin δexp = C´31 cos (T - λ´) + C´33 , (6)
kde pre veličiny C´31 a C´33 platia rovnice
C´31 = cos φ´ cos δ
C´33 = sin φ´ cos δ . (7)
Ak uhol δexp = 0˚, potom podľa rovnice (5) platí
cos ( )(Tv,z)rel - λ´ = - C´33
C´31 . (8)
Zdvojený index v,z vyjadruje v rovnici (8) čas relatívneho prechodu bodu na georeliéfe z tieňa do svetla
a opačne. Skutočný čas východu Slnka (Tv)real a západu Slnka (Tz)real , ak neuvažujeme zatienenie
96
okolitými formami georeliéfu, dostaneme po úprave časov (Tv)rel a (Tz)rel vzhľadom na čas východu
Slnka (Tv)h nad miestny horizont a čas západu Slnka (Tz)h pod miestny horizont. Kosínusy času
východu Slnka (Tv)h nad miestny horizont a času západu Slnka (Tz)h pod miestny horizont sú pre
priemernú deklináciu Slnka δ v konkrétny deň určené vzťahom
cos ( )Tv,z h = - C33
C31 . (9)
Keďže v GRASS GIS nulový uhol orientácie A určuje východnú orientáciu, pre sin φ´ a tg λ´
v predchádzajúcich rovniciach platia nasledujúce vzťahy
sin φ´ = - cos φ sin S sin A + sin φ cos S , (10)
tg λ´ = sin S cos A
sin φ sin S sin A + cos φ cos S , (11)
modifikované na základe transformačných rovníc (4.3.31) pre výpočet kartografickej šírky
a kartografickej dĺžky vzhľadom na posunutý pól v práci Krcho (1992). φ´ a λ + λ´ sú v tomto prípade
referenčnými súradnicami, určujúcimi polohu dotykového bodu roviny (roviny miestneho horizontu)
s rovnakým dopadom slnečných lúčov ako na naklonenú dotykovú rovinu v bode na georeliéfe so
zemepisnými súradnicami φ a λ.
Obrázok 62. Výška Slnka nad rovinou miestneho horizontu a nad dotykovou rovinou ku georeliéfu.
97
3. Ortorektifikácia Ortofotomapu, resp. ortofotosnímku si môžeme predstaviť ako fotografiu zemského povrchu,
ktorá má špeciálne vlastnosti (je transformovaná do zvoleného súradnicového referenčného systému
s odstránenými geometrickými chybami snímky). Tieto chyby vznikajú predovšetkým pri snímkovaní
cez centrálnu projekciu objektívu kamery. Ide najmä o radiálnu distorziu, čiže posuny reálnych
objektov voči zobrazovacej rovine, ktoré vznikajú pri premietaní. Radiálna distorzia rastie v rovinnom
území rovnomerne od stredu snímky k jej okrajom. Vo vertikálne členitom území je to
komplikovanejšie v dôsledku meniacich sa nadmorských výšok (Obrázok 63.). Úplné odstránenie
týchto chýb georeferencovaním i pri použití najvyšších stupňov geomemetrických transformácií,
zabudovaných v georeferenčných nástrojoch jednotlivých GIS prostredí, je prakticky nemožné.
Obrázok 63. Schématický náčrt rozdielu medzi stredovou projekciou snímky a ortogonálnou
(pravouhlou) projekciou výslednej mapy. Táto chyba sa následne premieta do leteckej snímky
a deformuje reálny obraz krajiny (upravené podľa Neteler a Mitášová, 2004).
Proces, pri ktorom dochádza k transformácii centrálnej projekcie LMS do ortogonálnej projekcie,
prípadne k odstráneniu skreslení vyplývajúcich z parametrov kamery v čase snímkovania, sa nazýva
ortorektifikácia. LMS predstavuje špeciálnu kalibrovanú fotografiu zemského povrchu, zvyčajne
s čiernym rámom a s vyznačeným typom kamery, rámovými značkami (finducial marks), prípadne so
základnými parametrami letu (čas, výška, ohnisko objektívu, atď.). Vnútorná orientácia LMS nám
určuje vzťah medzi projekčným centrom a snímkovou rovinou kamery (tvar snímkovacieho lúča) a je
definovaná konštantou fotokamery, súradnicami hlavného bodu LMS a skreslením objektívu.
Parametre vonkajšej orientácie nám určujú polohu snímkovacieho lúča v priestore (súradnice
projekčného centra (x, y, z) a uhly φ, ω, κ (Obrázok 64.)).
98
Obrázok 64. (A) ukážka krajnej časti LMS s údajom o konštante fotokomory, type kamery
a objektívu s detailom rámovej značky, (B) prvky vnútornej orientácie LMS (konštanta fotokomory
a súradnice hlavného bodu snímky), (C) prvky vonkajšej orientácie (φ - sklon snímky v smere letu,
ω - sklon kolmo na smer letu a κ - pootočenie snímky).
Pri obstarávaní LMS by sme od ich poskytovateľa mali vždy žiadať kalibračný protokol, ktorý
obsahuje dôležité parametre kamery (ohniskovú vzdialenosť, údaje o skreslení objektívu), súradnice
hlavného bodu (principal point) a súradnice rámových značiek (4 alebo 8 u novších kamier). Tieto
parametre sa zohľadňujú pri spracovaní LMS a jej transformovaní na ortofotosnímku.
99
4. Transformácia súradníc S-JTSK do
pravouhlej matematickej súradnicovej
sústavy. Súradnicový systém Jednotnej trigonometrickej siete katastrálnej (S-JTSK), zavedený ako
záväzný súradnicový referenčný systém v bývalom Československu, je geodetický rovinný
súradnicový systém, ktorý je definovaný Besselovým elipsoidom a Křovákovým zobrazením. Os X
tohto súradnicového systému smeruje k juhu, os Y na západ. GRASS GIS zobrazuje grafické údaje v
matematickom rovinnom súradnicovom systéme, ktorého os X smeruje na východ a os Y na sever. Ak
chceme, aby geografické objekty polohovo určené v pôvodnom súradnicovom systéme S-JTSK boli
v GRASS GIS po zobrazení na monitore počítača tradične orientované, musia byť ich súradnice X a Y
vzájomne zamenené a musí im byť priradené opačné znamienko (Obrázok 65.).
Obrázok 65. Transformácia súradníc S-JTSK do matematického súradnicového systému používaného
pre zobrazovanie polohovo definovaných údajov v GRASS GIS.
100
5. Vstupné údajové súbory potrebné pri
riešení príkladov. Na CD týchto učebných textov sa v podpriečinkoch priečinku podklady nachádzajú údajové
súbory, ktoré vstupujú do riešení niektorých príkladov v kapitole 3. „Úlohy a cvičenia“.
V každom podpriečinku k danému príkladu sa zároveň nachádza súbor skripty.txt, ktorý obsahuje
skripty, pomocou ktorých je možné spustiť danú postupnosť nástrojov s konrétnymi nastaveniami. V
niektorých prípadoch však nie je možné každý krok procesu nahradiť skriptom. Práve z tohto dôvodu
sa pokročilým používateľom odporúča používať kombináciu oboch prístupov.
101
Použitá literatúra
Mapový klient ZBGIS, 2014. Geodeticky a Kartograficky ústav Bratislava, 2014. Dostupné na:
https://zbgis.skgeodesy.sk/tkgis/default.aspx
Jenčo, M., 1991. Interdisciplinárne aplikácie Komplexného digitálneho modelu reliéfu (KDMR)
v oblasti obálkovej orografie. Acta Facultatis rerum naturalium Universitatis Comeniane,
Geographica, 30, 39-57.
Jenčo, M., 1992. Distribúcia priameho slnečného žiarenia na georeliéfe a jej modelovanie pomocou
Komplexného digitálneho modelu reliéfu. Geografický časopis, 44, (4), 342-355.
Kitler, R., Mikler, J., 1986. Základy využívania slnečného žiarenia. Veda, Bratislava, 148 s.
Krcho, J., 1965. Dĺžka oslnenia reliéfu a jeho znázornenie do mapy pomocou izalumchrón.
Geografický časopis, 17, (3), 216-239.
Krcho, J., 1986. Geografická kartografia I. Univerzita Komenského, Bratislava, 281 s.
Krcho, J., 2001. Modelling of georelief and its geometrical structure using DTM: Positional and
numerical accuracy – Modelovanie georeliéfu s jeho geometrickej štruktúry pomocou DTM:
Polohová a numerická presnosť. Bratislava: Q 111, 336 s.,
Neteler, M., Mitášová, H., 2008. Open Source GIS: A GRASS GIS Approach, Third Edition. Springer,
406 s.
Open Source Geospatial Foundation, 2014. Dostupné na: http://www.osgeo.org/
102
Odporúčaná literatúra
Neteler, M., 2002/2003. GRASS Handbuch, Der praktische Leitfaden zum Geographischen Infor-
mationssystem GRASS, Universitat Hannover, 253 s. Dostupné na:
ftp://www.fr.xemacs.org/grass/gdp/handbuch/neteler_grasshandbuch_v11.pdf
Neteler, M., 2005. GRASS Handbuch, (Praktická rukověť ke geografickému informačnímu systému
GRASS), český překlad, 253 s.
GRASS GIS Manuals, 2014. Dostupné na: http://grass.osgeo.org/documentation/manuals/
Ciolli, M., Tattoni, C., Zatelli, P., 2010. Practical introduction to GRASS and releated software for
beginers. Dostupné na: http://www.ing.unitn.it/~grass/docs/GRASS_beginners_2010_workshop.pdf
Bonk, R., 2003. Seriál Geografický informačný systém GRASS. Dostupné na:
http://www.root.cz/serialy/geograficky-informacny-system-grass/
Šúri, M., Cebecauer, T., Hofierka, J., 2003. Digitálne modely reliéfu a ich aplikácie v životnom
prostredí. Životné prostredie, 37, (1), 30-35. Dostupná na:
http://147.213.211.222/sites/default/files/2003_1_030_035_suri.pdf
Hofierka, J., Mitášová, H., Neteler, M., 2009. Geomorphometry in GRASS GIS. In: Hengl, T. and
Reuter, H.I. (eds). Geomorphometry: Concepts, Software, Applications. Developments in Soil
Science, Vol. 33, Elsevier, 387-410.
103
Mgr. Libor Burian RNDr. Marián Jenčo, PhD. Mgr. Miloš Rusnák
GRASS GIS
Geovedné aplikácie
Vydala Univerzita Komenského v Bratislave, Prírodovedecká fakulta a Geografický ústav
Slovenskej akadémie vied v Bratislave
Korigoval: Bc. Martina Lešková
Rozsah 103 strán, 8,6 AH 1. vydanie
ISBN 978-80-223-3804-2