Γεωαναφορά χάρτη στο QGIS

Γεωαναφορά χάρτη στο QGIS Ακολουθώντας τις παρακάτω οδηγίες είναι δυνατόν να γεωαναφέρουμε έναν χάρτη στις συντεταγμένες του καννάβου του, ή να προσαρμόσουμε έναν χάρτη που δεν έχει κάνναβο στο υπόβαθρό μας. Η διαδικασία είναι παρόμοια και στις δύο περιπτώσεις με μια μικρή διαφορά στην επιλογή των κοινών σημείων. Τι χρειαζόμαστε: QGIS εγκατεστημένο στον υπολογιστή σας. Για την σύνταξη των οδηγιών χρησιμοποιήθηκε η έκδοση 2.14.6. Τον χάρτη που θα γεωαναφέρουμε Τον χάρτη που θα χρησιμοποιήσουμε σαν αναφορά για την προσαρμογή χαρτών χωρίς κάνναβο. Ο χάρτης αναφορά θα μπορούσε επίσης να είναι και μια υπηρεσία όπως το OpenStreetMap ή ένα WMS απεικονίζοντας την ίδια περιοχή 1 Περιγραφή του QGIS desktop Εικ. 1. Περιγραφή του QGIS interface. Το interface του QGIS αποτελείται από 6 τμήματα: 1. Menu bar βασικό μενού. Το QGIS δίνει αναλυτικές οδηγίες για την χρήση των εργαλείων του μέσω του Help 2. Tool bar εργαλεία 3. Browser για φόρτωση δεδομένων από φακέλους 4. Map legend δείχνει τα επίπεδα που έχουν φορτωθεί. Η προτεραιότητα των αρχείων ορίζεται αό την λίστα. Το επίπεδο που απεικονίζεται πάνω πάνω την επιφάνεια εργασίας (Map view) βρίσκεται και πάνω πάνω στον χάρτη. Το επίπεδο μπορεί να είναι αόρατο, αν δεν επιλέξουμε το κουτάκι του επιπέδου [x] 5. Status bar πληροφορίες για κλίμακα, συστήματα αναφοράς, συντεταγμένες 1 Για αναλυτικές οδηγίες σχετικά με το OpenStreetMap ή το WMS, δείτε τα σχετικά αρχεία. 1

6. Map View επιφάνεια εργασίας όπου απεικονίζονται τα δεδομένα 7. GIS tools for vector files (Shortest path) εργαλεία που χρησιμοποιούνται για network analysis σε GIS environment. Άλλες εργαλειοθήκες μπορούν να ενεργοποιηθούν από το βασικό μενού: View-Panels or View-Toolbars. 1 η περίπτωση: Γεωαναφορά χαρτών στις συντεταγμένες του καννάβου τους Στην περίπτωση αυτή που το σύστημα αναφοράς του χάρτη είναι γνωστό, ορίζουμε τις ιδιότητες του συστήματος αναφοράς στην επιφάνεια εργασίας (CRS properties of Map View) και κάνουμε την γεωαναφορά των χαρτών επιλέγοντας σημεία στις τομές του καννάβου για τα οποία είτε δίνουμε τις συντεταμένες τους, είτε τα επιλέγουμε στην επιφάνεια εργασίας. Στην εργασίας σας: Έχετε τα φύλλα της ΓΥΣ σε ορισμένο προβολικό σύστημα, το οποίο είναι η UTM προβολή, Ζώνη 34 (κεντρικός μεσημβρινός 21 ) ή 35 (κεντρικός μεσημβρινός 27 ) ανάλογα με την περιοχή του χάρτη και Διεθνές ελλειψοειδές ED50. Σημείωση: Είναι σημαντικό να έχουμε στο μυαλό μας ότι όταν ανοίγουμε το QGIS, το σύστημα αναφοράς της επιφάνειας εργασίας είναι ορισμένο (default) (Εικ. 2). Το σύστημα αυτό μπορεί να αλλάξει από τις ρυθμίσεις [selecting Settings Options CRS (Coordinate Reference System)] (Εικ. 3). Εκεί μπορούμε να ορίσουμε το σύστημα αναφοράς που θα έχει η επιφάνεια εργασίας όταν ανοίγουμε το QGIS. Fig. 2. Το προβολικό σύστημα που είναι ορισμένο στην επιφάνεια εργασίας by default. Στην περίπτωση αυτή το σύστημα αναφοράς είναι το Google Mercator σε WGS 84 (EPSG: 3857). Fig. 3. Ορισμός του προβολικού συστήματος της επιφάνειας εργασίας που θα ανοίγει by default. Βήμα 1ο: Ορισμός συστήματος αναφοράς στην επιφάνεια εργασίας Αφού το σύστημα αναφοράς του χάρτη είναι γνωστό θα πρέπει να το ορίσουμε και στην επιφάνεια εργασίας. 1. Για να γίνει αυτό επιλέγουμε Menu Bar Project Project properties. 2

2. Στο παράθυρο που ανοίγει, επιλέγουμε CRS. Εικ. 4. Defining the projection properties of Map View 3. Ενεργοποιούμε την επιλογή enable the on the fly CRS transformation (Εικ. 4 αριστερά) και 4. Στο κάτω μέρος του παραθύρου (Εικ. 4 δεξιά), επιλέγουμε το σύστημα αναφοράς του χάρτη μας. Στην περίπτωσή μας, πρόκειται για το προβολικό σύστημα αναφοράς UTM, Ζώνη 34 με κεντρικό μεσημβρινό τον 21 και το Διεθνές Datum (ED50) (EPSG: 23029). Εικ. 5. Φύλλο Θεσσαλονίκης της ΓΥΣ και ορισμός του προβολικού συστήματος στο χάρτη στην επιφάνεια εργασίας. Βήμα 2: Γεωαναφορά Το επόμενο βήμα είναι η γεωαναφορά του χάρτη. Οι συντεταγμένες στα άκρα και στις τομές του καννάβου εσωτερικά των φύλλων είναι γνωστές, οπότε το μόνο που πρέπει να δώσουμε συντεταγμένες σε κάθε τομή του καννάβου. Αυτό μπορεί να γίνει με την βοήθεια του καννάβου, όπου αντί να γράφετε τις συντεταγμένες, μπορείτε να βρίσκεται τα αντίστοιχα τους σημεία πάνω στον κάνναβο. Για την γεωαναφορά, ο χάρτης που 3

φορτώνουμε είναι ο source map και οι συντεταγμένες είναι σε pixels. Οι συντεταγμένες στην επιφάνεια εργασίας είναι σε meters με βάση το προβολικό σύστημα που ορίσαμε. Οι συντεταμένες αυτές είναι οι destination coordinates. Για την γεωαναφορά χρησμοποιούμε το Georeferencer plug-in, που φορτώνεται από Menu Bar Raster Georeferencer Georeferencer. Ένα καινούριο παράθυρο ανοίγει, το οποίο είναι το interface of Georeferencer plug-in το οποίο περιγράφεται παρακάτω (Fig. 6). Εικ. 6. Περιγραφή του Georeferencer plug-in interface Τα βήματα που ακολουθούμε: 1. Φορτώνουμε τον χάρτη (Load the map as raster file) στο Georeferencer plug-in από το εικονίδιο και επιλέγουμε το αρχείο του χάρτη. 2. Όταν ανοίγει το παράθυρο, μας ρωτάει για το σύστημα αναφοράς του χάρτη. Αυτή την στιγμή που ο χάρτης δεν έχει γεωαναφερθεί ακόμα μπορούμε να πατήσουμε cancel και να συνεχίσουμε. 3. Ο χάρτης ανοίγει μέσα στο Georeferencer 4. Τακτοποιούμε τα παράθυρα έτσι ώστε να βλέπουμε και τα 2 παράθυρα ταυτόχρονα και ξεκινάμε να επιλέγουμε τα σημεία με το εργαλέιο. Μπορούμε να χρησιμοποιύμε τα εργαλεία του zoomin ή zoom-out για να κάνουμε ζουμ στην εικόνα και να βρίσκουμε το σημείο με ακρίβεια. Σημείωση: Τα εργαλεία του zoom-in ή zoom-out είναι άλλα για το Georeferencer plug-in και άλλα για την βασική επιφάνεια εργασίας του QGIS. Αυτό σημαίνει ότι σε κάθε παράθυρο θα πρέπει να χρησιμοποιώ τα αντίστοιχα εργαλεία. 5. Επιλέγουμε το πρώτο σημείο στο Georeferencer με το εργαλείο και ανοίγει ένα παράθυρο. Στο παράθυρο αυτό μπορούμε να γράψουμε τις συντεταγμένες του σημείου ή να διαλέξουμε το σημείο κατευθείαν από τον κάνναβο. Στην περίπτωση αυτή θα διαλέξουμε το σημείο στον κάνναβο επιλέγοντας From map Canvas (Εικ. 7). 4

Εικ. 7. Επιλογή του κοινού σημείου από τον κάνναβο. 6. Με την επιλογή αυτή, το παράθυρο του Georeferencer μικραίνει και μπορούμε να διαλέξου το αντίστοιχο σημείο στην επιφάνεια εργασίας του QGIS. Μόλις το κάνουμε αυτό το παράθυρο του Georeferencer μεγαλώνει ξανά, βλέπουμε τις προβολικές συντεταγμένες του σημειου στα δυο κελιά και επιλέγοντας OK αποδεχόμαστε το σημείο και οι συντεταγμένες του καταγράφονται στον πίνακα (Εικ. 8). Σημείωση: Αν καταλάβουμε ότι δεν έχουμε επιλέξει σωστό σημείο, επιλέγουμε Cancel και επιστρέφουμε στην επιφάνεια εργασία στο QGIS και το επιλέγουμε ξανά σωστά. Σημείωση: Σε περίπτωση που θέλουμε να σβήσουμε ένα σημείο, χρησιμοποιούμε το εργαλείο, ενώ για να το μετακινήσουμε, το. Ένα σημείο μπορεί επίσης να σβήσει με δεξί κλικ στο σημείο στον πίνακα. Zoom-in, Zoom-out ή μετακίνηση του χάρτη ώστε να βρούμε το σημείο που θέλουμε γίνεται χρησιμοποιώντας τα εργαλεία. Εικ. 8. Επιλογή κοινών σημείων στον χάρτη και στον κάνναβο για την γεωαναφορά του χάρτη. 7. Επιλέγουμε τα υπόλοιπα σημεία με τον ίδιο τρόπο, τα οποίο καταγράφονται στον πίνακα κάτω από τον χάρτη στο Georeferencer plug-in. Σημείωση: Για να δούμε τον αριθμό των σημείων επιλέγουμε Menu bar Settings Configure Georeferencer. Στο παράθυρο που ανοίγει επιλέγουμε Show IDs (Fig. 9). 5

Εικ. 9. Showing the IDs των σημείων στο παράθυρο του Georeferencer. 8. Δεν ξεχνάμε να σώζουμε τα σημεία κατά την διάρκεια της ταύτισης των σημείων για να μην τα χάσουμε για οποιοδήποτε λόγο, αν το λογισμικό σταματήσει να λειτουργεί. Σημείωση: Ο αριθμός των σημείων που χρειάζομαι για την γεωαναφορά εξαρτάται και από το περιεχόμενο του χάρτη. Τα σημεία που θα επιλέξουμε πρέπει να είναι όσο το δυνατόν διασκορπισμένα στον χάρτη. Στη συγκεκριμένη περίπτωση για κάθε φύλλο που θα γεωαναφέρετε θα χρησιμοποιήσετε σαν κοινά σημεία τα άκρα του χάρτη και τα σταυρονήματα εσωτερικά σε αυτά. 9. Μόλις ταυτίσουμε όλα τα σημεία (Εικ. 10), τα σώζουμε με την επιλογή. Αν διατηρήσουμε το όνομα που μας προτείνει το πρόγραμμα για το αρχείο που θα αποθηκευτεί και σώσουμε το αρχείο στον ίδιο φάκελο με την εικόνα, τότε κάθε φορά που θα την ανοίγουμε για να συνεχίσουμε την γεωαναφορά και να προσθέσουμε σημεία, θα βλέπουμε τα σημεία που έχουμε ήδη επιλέξει. Εικ. 10. Επιλογή των σημείων για την γεωαναφορά. 6

10. Το επόμενο βήμα είναι ο ορισμός των ρυθμίσεων του μετασχηματισμού (define the transformation settings) με την επιλογή. Οι ρυθμίσεις γίνονται ανάλογα με τον χάρτη και με το είδος του μετασχηματισμού που θέλουμε να κάνουμε (Εικ. 11). Το αποτέλεσμα του Εικ. 11. Ορισμός των ρυθμίσεων του μετασχηματισμού Είδη μετασχηματισμών και οι ιδιότητές τους - Transformation type: According to QGIS Documentation, depending on how many ground control points we have selected, we may want to use different transformation algorithms. The choice of transformation algorithm is also dependent on the type and quality of input data and the amount of geometric distortion we are willing to introduce to the final result. In the software, there are 7 transformation types: Linear algorithm - used to create a world-file. It is different from the other algorithms, as it does not actually transform the raster. This algorithm won t be sufficient if we are dealing with scanned material. Helmert transformation - it is a simple scaling and rotation transformation. Polynomial algorithms 1-3 - are among the most widely used algorithms for georeferencing, and each one differs by the degree of distortion introduced to match source and destination ground control points. The most widely used polynomial algorithm is the second order polynomial transformation, which allows some curvature. First order polynomial transformation (affine) preserves collinearity and allows scaling, translation and rotation only. Thin plate spline (TPS) algorithm - it is a more modern georeferencing method, which is able to introduce local deformations in the data. This algorithm is useful when very low quality originals are being georeferenced. Projective transformation - it is a linear rotation and translation of coordinates. Resampling method: There are five different resampling methods, namely Nearest neighbour, Linear, Cubic, Cubic Spline and Lanczos. The most common one is the nearest neighbour but sometimes the image we get after 7

resampling is not so good. It is better to use linear resampling which gives a smooth and not so blurred transformed image. Target SRS: The reference system of the final map should be selected from the window which opens on clicking the button and it should be the same with the coordinate system of the Map View in order the georeferenced map to open over the reference map. Output raster: Define where the transformed map will be saved and what will be its name. The software usually creates a name for the transformed map, which is the name of the initial map and then the word modified. We can change the name of the file and the folder to be saved. Compression: It is better to be none, so as not to have compressed images, missing information from them. Finally, Load in QGIS when done is a good choice, in order the map to be loaded directly to QGIS. Having defined the transformation settings, we click OK to accept them. By doing this, the residuals of the points are calculated and we can see the results on the table and also, on the map View. The red lines appearing usually on the points are proportional to residual s value and show in a way which areas are more distorted. Note: The number of the points needed for the georeferenced of a map is usually dependent on the content and the scale of the map. It is better to select enough points, well distributed all over the map in order to have better results in the transformation. Georeferencing a map using only the four corners of the map does not give good results most of the time. It is also possible to save the points if we want to interrupt the procedure and continue later. They can be saved from button and loaded again using button. If we keep the proposed name (by the software) for the file and we save it in the same folder where the map is, the next time we will open the map to continue with the georeferencing, the points will be directly loaded over the map. 11. Το αποτέλεσμα του μετασχηματισμού του χάρτη φαίνεται στην εικόνα 11. Τα σφάλματα των σημείων έχουν υπολογιστεί στον πίνακα και μπορούν να διορθωθούν ανάλογα με τις τιμές τους, σβήνοντας κάποια σημεία που δεν είναι σωστά. 8

Εικ. 12. Η γεωαναφορά του χάρτη, τα σημεία ελέγχου που χρησιμοποιήθηκαν και τα σφάλματα του μετασχηματισμού για το καθένα από αυτά. 12. Στην περίπτωση που διαπιστώσουμε ότι κάποιο σημείο δεν είναι σωστά τοποθετημένο, μπορούμε να το διορθώσουμε. Αυτό φαίνεται όπως είπαμε από τα σφάλματα στον πίνακα αλλά και από τις γραμμές που σημειώνονται πάνω στον χάρτη (Εικ. 13). Εικ. 13. Η κατανομή των σημείων στο QGIS Map View (destination) και στο Georeferencer Map View (source) δεν είναι ίδια. Το σημείο 7 δεν έχει τοποθετηθεί σωστά, το σφάλμα του είναι μεγάλο και οι κόκκινες γραμμές δείχνουν τις αποκλίσεις που δημιουργούνται. 9

13. Το τελευταίο στάδιο είναι να τρέξουμε τον μετασχηματισμό (run the transformation) χρησιμοποιώντας το εργαλείο. Ο μετασχηματισμός γίνεται, το αρχείο σώζεται στη θέση που του έχουμε ορίσει και ανοίγει στην επιφάνεια εργασίας του QGIS. Σημείωση: Αν ξεχάσουμε να ορίσουμε τις ρυθμίσεις του μετασχηματισμού, το λογισμικό θα ανοίξει το παράθυρο για να τι ορίσουμε. Αν έχουμε ήδη ορίσει ιδιότητες για άλλο μετασχηματισμό, θα κρατήσει αυτές τις ιδιότητες και γι αυτόν. Το επικίνδυνο σε αυτή την περίπτωση είναι ότι μπορεί να σώσει τον γεωαναφερμένο χάρτη πάνω σε άλλο αρχείο και να χάσετε αρχεία έτσι. Εικ. 14 Το φύλλο της Θεσσαλονίκης γεωαναφερμένο στον κάνναβο. Απαλοιφή μαύρου πλαισίου γύρω από εικόνα: Το μαύρο πλαίσιο γύρω από την εικόνα δημιουργείται λόγω του μετασχηματισμού και είναι στην ουσία pixels χωρίς δεδομένα. Για να φύγει το πλαίσιο αυτό, θα πρέπει να ορίσετε τα pixels αυτής της περιοχής της εικόνας να είναι διαφανή. Αυτό γίνεται με δεξί κλικ στην εικόνα Properties Transaparency. Δεξιά έχει μια επιλογή που λέει Nodata value και από κάτω ένα κενό κελί (Εικ. 15). Αν γράψετε στο κελί 0 που αντιστοιχεί στο μαύρο τότε το μαύρο πλαίσιο θα φύγει (Εικ. 16). Εικ. 15 Ορισμός των pixels που δεν έχουν δεδομένα 10

Εικ. 16 Αφαίρεση της μαύρης περιοχής γύρω από τον χάρτη. Κλείσιμο του project: Πριν κλείσουμε το QGIS, αποθηκεύουμε το project για να μπορούμε να δουλέψουμε σε αυτό αργότερα. Αυτό γίνεται επιλέγοντας File Save Project. 2 η περίπτωση: Προσαρμογή χάρτη χωρίς κάνναβο, με κοινά χαρακτηριστικά σημεία, σε άλλο χάρτη ή υπηρεσία με γνωστό σύστημα αναφοράς. Η περίπτωση αυτή διαφέρει από την προηγούμενη μόνο στο ότι τα κοινά σημεία μεταξύ των δύο χαρτών θα επιλεχθούν από τους χάρτες κατευθείαν. Ο χάρτης ή η υπηρεσία (Openstreetmaps) που θα αποτελεί τον χάρτη αναφοράς θα είναι ανοικτός στην επιφάνεια εργασίας του QGIS και ο χάρτης που θα γεωαναφερθεί θα είναι ανοικτός στο Georeferencer. Η επιλογή των σημείων θα γίνει και σε αυτήν την περίπτωση από τον χάρτη. Η περίπτωση αυτή θα χρησιμοποιηθεί στην εργασία σας εάν θέλετε να πάρετε πληροφορία από τουριστικούς ή άλλους χάρτες σε raster μορφή. References: QGIS Documentation, Georeferencer plug-in: http://docs.qgis.org/2.14/en/docs/user_manual/plugins/plugins_georeferencer.html?highlight=georeferen cer. QGIS Documentation: http://docs.qgis.org/2.14/en/docs/index.html 11