10. Műveletek térbeli adatokkal és topológia

Átírás

1 Geoinformatika a környezetvédelemben Műveletek térbeli adatokkal és topológia Feladatunk az, hogy készítsük el az eddigiekben is használt tokaji terület területhasználat térképét két fedvényből. Ebben a gyakorlatban: megtanuljuk, mit jelent a geoprocesszálás, megtanuljuk a térbeli algebra alapműveleteit, megtanuljuk a sérült topológiájú objektumokat kijavítani. A nehézkes magyar megfeleltetés miatt a Geoprocessing kifejezést nem fordítjuk le (nem is igazán a lefordíthatóság a baj, hanem a potenciális magyar kifejezések félreérthetősége: pl. téradatfeldolgozás). Jelentésének tartalma az, hogy új fedvényt hozunk létre a már meglévő geometriájú fedvényeinkből. Megváltoztatjuk az objektumok geometriai jellemzőit (egyesítjük, szétvágjuk őket) mialatt kontrolláljuk az attribútum-tábla elemeit. Fedvények egyesítése A gyakorlatot kezdjük azzal, hogy az eddigiekben is használt térképrészleten bedigitalizálunk 10 pontot egy part1_pont.shp fedvényen, majd kb. 10-et egy part2_pont.shp fedvényen. 1. Először vegyük a fenti példát: két fedvényre kerültek (10-1. ábra; fekete háromszögek és négyzetek) a számunkra fontos adatok, vagyis ezeket jó lenne egy fedvényre tenni. A művelet pont fedvények esetében egyszerű, mert nincsenek topológiai kérdések, a pontok nem kapcsolódnak egymáshoz ábra. A pontok elhelyezkedése a térképen A Geoprocessing menüpont csak akkor látszik, ha ezt a File - Extensions párbeszédablakban kipipáljuk. Ezt követően a View legördülő menüben Geoprocessing Wizard ként találjuk meg. A feltűnő ablakban (10-2. ábra) több (bár pontfedvényeknél értelemszerűen kevesebb) művelet közül választhatunk, melyek közül most számunkra a Merge themes together opció kell. A program

2 Geoinformatika a környezetvédelemben 2 beszédes ábrákkal segíti az egyes műveletek mégértését. Természetesen nemcsak kettő, hanem több fedvényt is egyesíthetünk. A Next gomb lenyomása után jelöljük ki az egyesítésre váró fedvényeket (10-4. ábra), majd azt a fedvényt, amelynek a táblázatát szeretnénk megőrizni (ez öröklődik át az új fedvénybe), a másikból csak azok az oszlopok kerülnek át, amik megegyeznek a kiválasztottéval. Ezután elnevezzük (merge1.shp) és jóváhagyjuk a műveletet ábra. A GeoProcessing menüablak ábra. A pontfedvények egyesítése a Part2_pont.shp táblázata alapján Vonal és poligon típusú fedvények esetében ugyanezeket a lépéseket kell végrehajtani, de a végeredményt hibák terhelhetik abban az esetben, ha az objektumok kapcsolódnak egymáshoz. Ilyenkor sérül a topológia, amit rendbe kell tenni. A vonalas állományok kijavításához használhatjuk a Vertex edit opciót, illetve a Snapping (Enable general snapping) funkciót. Nagy objektumszámú fedvények esetén ez elég hosszadalmas művelet lehet, amit bizonyos hibahatár

3 Geoinformatika a környezetvédelemben 3 mellett lehet automatizálni. Az ArcView-ban önmagában nincs topológiaellenőrzési és javítási funkció, azonban mint az az első gyakorlaton már említésre került lehetőség van a bővítésre programozással, illetve (ami számunkra könnyebb) a már mások által megírt programok használatára. Most ezt fogjuk kihasználni, az Edit Tools 3.6 nevű bővítményt fogjuk használni. A oldalról töltsük le az ET 3.6-ot (a download menüpont kiválasztása után válasszuk az ArcSripts linket, melyen belül be kell állítani azt a platformot, amihez a scriptet keressük, mely esetünkben ArcViewGIS és a keresőbe írjuk be: topology). A letöltött betömörített fájlt csomagoljuk ki és az *.avx kiterjesztésűt másoljuk be az ESRI/av_gis30/Arcview/Ext32 könyvtárba (oda, ahol a többi *.avx kiterjesztésű állomány van). Ezután az ArcView-ban újraindítás nélkül tudjuk használni a bővítményt a File - Extensions párbeszédablakban történő kipipálása után. Ez a folyamat bármilyen bővítmény esetén megegyezik a most leírtakkal. Az egyszerűség kedvéért rajzoljunk meg 5 egymáshoz kapcsolódó utcát Tokaj térképén úgy, hogy a vertexek ne érjenek össze, illetve lógjanak túl egymáson (de csak elképzelhető mértékben)! Szabályos esetben ilyen hibákat nem követünk el, mert tudjuk hogyan kell elkerülni, de két fedvény összeolvasztása során viszont keletkezhetnek. Az Edit Tools (továbbiakban ET) nem működik, amíg be nem állítjuk a térképi alapegységet (View - Properties/Map Units és Distance Units), mely ez esetben (és ábra. A hibásan digitalizált utcák (a hibák körrel vannak jelezve) és az ET vonalfedvényekre vonatkozó menüje

4 Geoinformatika a környezetvédelemben 4 minden EOV koordinátarendszerű állománynál) méter. A gomb megnyomása után feltűnő menüpontok közül válasszuk az EDIT THEME parancsot. A most előtűnő parancsok (ET Polyline) közül előbb a Start editingre (ha eddig nem lett volna megnyitva szerkesztésre a fedvény), majd a Clean parancsra lesz szükségünk a hibák fixálására. A hibákat ellipszisekkel jelöltük, melyek javításra várnak. A Clean lenyomása után egy újabb ablak nyílik meg, melyen be kell állítani a hibajavítás paramétereit. A legfontosabb, hogy a tolerancia-érték be legyen állítva és az helyes is legyen; akkor helyes, ha értéke nem haladja meg azt a távolságot, ami már a hibajavításon túl is érintené a vertexeket. Ez nem mindig könnyű feladat, mert a vertexek lehetnek közelebb egymáshoz, mint az elkövetett hibák. Ilyenkor akkorára kell állítani a távolságot, ami csak a hibákat fogja érinteni, de a vertexeket nem, majd a maradékot kézzel kell javítani. A tolerancia értékét beállíthatjuk az érték beírásával, vagy az ikon segítségével interaktív módon, kifejezetten a hiba méreteire szabva. Most alkalmazzuk ezt a módszert. A Dangling Nodes gomb lenyomásával egyszerre tudtuk fixálni mindkét típusú (túllógó és össze nem érő) és a toleranciaértéknek megfelelő hibát. Ha ez az automatikus módszer nem oldja meg minden problémánkat, akkor használjuk a Show Edit Tools parancsot. A feltűnő párbeszédablak (10-6. ábra) sok szerkesztési lehetőséget mutat, amik közül ilyenkor a (Extends Polyline és Extends 2 Polylines to Their Intesection) gombokat használhatjuk. A felső hibák ábra. Az ET vonalszerkesztő eszközkészlete (nem összeérő vonalak) elhárítására nem elegendő csak egy egyszerű meghosszabbítást kérni, hanem a két vonal meghosszabbítására és metszetükre van szükség. Az ábrán az alsó (pontosabban mivel térképről van szó, déli) hibák (túllógó vonalak hibáinak) elhárítására a (Intersect Selected) gomb szükséges. Ez hasznos lehet abból a szempontból is, hogy ezzel a módszerrel biztosan lesz egy node a találkozási, kereszteződési pontokban (ami a vonal-topológiában elvárható), valamint kis vonalszakaszok képződnek a keresztezések mentén, amik ha hibák elég rövidek ahhoz, hogy a korábbiakban tanultak alapján el tudjuk távolítani őket (egy táblázatba beíratjuk a hosszukat és egy lekérdezéssel leválogatjuk a túl rövideket (itt már nem lesz zavaró a vertexek közelsége).

5 Geoinformatika a környezetvédelemben 5 Ez a bővítmény, mint a gombok sokaságából is látható jóval többet tud attól, mint amire itt szükségünk van, javaslom az önálló tanulást a heurisztika (próbálgatás) módszerével. A poligonok esetében még összetettebb a helyzet. Az összeolvasztott fedvények eredményeként hézagok és átfedések keletkeznek az új fedvényen (ha csak nem teljesen különálló, egymással nem érintkező objektumokról van szó). A továbbiakban áttérünk a poligon fedvényekre, melyhez használjuk a polygon_topol.shp állományt. A példaállomány térképpel és térkép nélkül (a jobb áttekinthetőség kedvéért) itt látható (10-7. ábra). A hibák átfedések és hézagok, melyek miatt hibás a topológia. Célunk az, hogy az egymás melletti vonalak melyeknek egymáson kellene lenni kerüljenek egymásra ábra. A példa állományok térképpel és térkép nélkül A hibák javítása ez esetben sajnos sokkal nehezebb és kevésbé automatizálható folyamat. A javasolható lépések a következők. Nyissuk meg a fedvényt szerkesztésre, majd indítsuk el az ET bővítményt és ezen belül az Edit themes opciót válasszuk ki. A feltűnő újabb panel neve az előzőtől eltérően már ET Polygon nevet visel és némileg az elérhető funkciók is különböznek. Először szűrjük ki azokat a hibákat, amelyek abból fakadnak, hogy 2 poligon között hézag van (lásd a ábrán): nyomjuk meg a Clean gaps gombot. Ennek hatására lefut a hézagkereső algoritmus és kijelölésre kerülnek az érintett poligonok. Célszerű az All pontot kiválasztani a tisztításhoz, majd a ábra. Az ET poligon fedvényekre vonatkozó menüje

6 Geoinformatika a környezetvédelemben 6 Clean gomb lenyomása következik, aminek eredményeként a hézagok eltűnnek (10-9. ábra) ábra. A poligonok közötti hézagok a hibajavítás előtt és után ábra. Átfedő poligonok és a javításhoz használt Eliminate párbeszédablak Megmaradnak viszont az átfedő poligonok, amik javítása nem biztos, hogy egy lépésben kivitelezhető. Az ET Polygon ablak Clean parancsát lenyomva egy új fedvényt fogunk kapni (nevezzük el clean_topol.shp-nek), mely poligonná alakítja az átfedő poligonok közös részeit. Az így képződött töredékeket kézzel de ellenőrzött módon kijelölve össze tudjuk olvasztani (Edit - Union Features) az általunk helyesebbnek ítélt poligonnal. Van azonban mód arra is, hogy ezt a lépést automatizáljuk, de ennek az eljárásnak az a hátránya, hogy nem fogjuk tudni, melyik töredékterület melyik poligonhoz fog kapcsolódni. Nagy poligonszám esetén viszont nagymértékben lerövidítheti a feldolgozási időt. A Clean művelettel párhuzamosan a program kiszámítja a területeket is, melyet ebben a fázisban fel is fogunk használni: a táblázatban ellenőrizzük, mekkora a legkisebb területű poligonunk, illetve mekkorák a töredékterületek. Ezután nyomjuk meg az Eliminate gombot és végezzünk a Select lenyomása után egy leválogatást a kis területekre: ( [Area] <= ). Ezzel megszűntek az átfedő poligonok, de még vannak olyan helyek, ahol a vonalak egyszerűen csak nem érnek össze, kb. párhuzamosan haladnak egymással, vagy szöget zárnak be, nem alkotnak sem hézagot, sem átfedést ( ábra). Ezeknek a hibáknak a kijavítására használjuk az ET Polygon ablak Show Edit Tools gombját. A vonal típusú fedvénynél tapasztaltakhoz képest eltérő párbeszédpanelt látunk ( ábra).

7 Geoinformatika a környezetvédelemben ábra. Az ET poligon szerkesztő eszközkészlete A hiba ( ábra) kijavításához a (Reshape Polygon) gombot fogjuk használni. Fontos, hogy a bal oldali részen ( ábra) látható Priority 0-ra legyen beállítva, ellenkező esetben nem az történik, amire számítottunk. A gomb lenyomása ábra. Példa nem után kerítsük be az eltüntetni kívánt részt, szem kapcsolódó poligonokra előtt tartva azt a tényt, hogy azon a részen, ahol nincsenek vonalak, a most megrajzolt lesz a határ. Ez a művelet nem automatizálható de az, hogy a rés területe melyik poligonhoz tartozzon igen: ahhoz a poligonhoz kerül, ahol megkezdjük a rés körbekerítését. Ez volt a legbonyolultabb fedvényművelet, pontosabban ez igényel bármilyen utómunkát. A többi esetében a végeredmény topológiailag megkötések nélkül véglegesnek tekinthető. Ez nem jelenti, hogy szakmailag is tökéletes, de ezt már a felhasználó maga dönti el (pl. egy poligonvágás eredményeként képződnek túl kicsi területek is, amik akár el is hagyhatók). Poligonok vágása fedvénnyel Munkánk során gyakran találkozunk olyan problémával, hogy van egy fedvényünk és jelen pillanatban nincs szükség az egészre, csupán egy jól körülhatárolható részére. Ilyen lehet például, amikor van egy egész Magyarországnyi területünk, de elegendő lenne csak Hajdú-Bihar megyével dolgozni. Ilyenkor Hajdú-Bihar fedvényével meg kell vágni a teljes területet. A gyakorlaton használjuk a poligontopológia-építés során létrejött állományt (clean_topol.shp), valamint hozzunk létre egy cut.shp nevű új poligonfedvényt, melyen rajzoljunk egy kört, úgy hogy kisebb legyen mint az ábrázolt terület. A kört osszuk 2 részre és a táblázatban hozzunk létre egy új mezőt: attrib/string/10. Az egyikhez írjuk be, hogy egy, a másikhoz pedig azt hogy kettő.

8 Geoinformatika a környezetvédelemben 8 A művelethez használjuk a GeoProcessing Wizard Clip one theme based on another pontját ( ábra) ábra. A GeoProcessing poligonok vágásához tartozó ablaka ábra. A clean_topol.shp vágása a Cut.shp-vel A ábra segítségével döntsük el, hogy mit akarunk vágni (clean_topol.shp) mivel (cut.shp). Majd a Next gomb lenyomása után állítsuk is be ezeket, az új fedvény legyen clean_cut.shp. A nevezéktan nem következetes, ugyanis ebben a menüben ( ábra) már nem Clip Theme, hanem Overlay Theme néven kell beállítani a vágásra használt fedvényt. Az eredménynek (melynek neve legyen cut_topol.shp) olyannak kell lennie, mint a ábrán, a felosztás nem zavarja meg a végeredményt, egyedül a körvonal számít. Az itt látható ábrán sötétebb szürke színnel a vágás eredménye, világosabb szürkével pedig a levágott részek jelennek meg. Vigyázni kell arra, hogy amennyiben egyetlen kijelölt objektum is

9 Geoinformatika a környezetvédelemben 9 van, a művelet csak arra fog szorítkozni, ezt a Use Selected Features Only melletti pipával is tudjuk szabályozni. a b ábra. A poligonok vágása során képződött objektumok (világosszürke: clean_topol.shp; sötétszürke: cut_topol.shp). Látható, hogy a vastag vonallal jelölt cut.shp (a) felosztása nem zavarja a végeredményt (b). Két fedvény metszete Az előző művelethez képest az a különbség, hogy az átfedő poligonok határai is részt vesznek a műveletben. A GeoProcessing Wizardon belül most az Intersect two themes pontot válasszuk ki. A művelet során a fájlok ugyanazok maradnak, mint az előző feladatban, az eredmény neve legyen intersect.shp ( ábra) ábra. A clean_topol.shp és a cut.shp fedvények Az eredmény pedig a 10- metszete 17. ábrán látható. Az összeolvadás után a táblázat is összeolvad, az új fedvényben létrejön a két kiindulási téma táblázata is és minden érték hozzárendelésre kerül az új

10 Geoinformatika a környezetvédelemben 10 poligonokhoz. Így alkalmunk nyílik a korábbi fedvény megjelenítésére is, de már benne van a fájlban az új geometriai és attribútum-tartalom is. a b ábra. Poligonok metszete. Kiindulási állapot: a; eredmény: b. Így a képződő intersect.shp fedvényen továbbra is csak a körön belüli részek jelennek meg, de a kétféle színnek megfelelő attribútumok (egy, kettő lásd korábban) belekerülnek a táblázatba. Két fedvény egyesítése Ha nem metszetet akarunk, hanem csak egyszerűen két fedvény tartalmát egyesíteni szeretnénk, akkor a GeoProcessing Wizardban a Union two themes pontot válasszuk ki ( ábra). A korábbi művelethez képest csak a végeredmény fog különbözni. Az új fedvény neve legyen union.shp ábra. A Clean_topol.shp és a cut.shp fedvények egyesítése Az eredmény a ábrán látható.

11 Geoinformatika a környezetvédelemben 11 a ábra. A poligonok egyesítése során keletkező eredmény. b Az előző művelethez képest a körön kívüli területek megmaradása a különbség. Ezeknek viszont nincs olyan attribútuma, mely a cut.shp fedvény elemeiből származna (mivel egyáltalán nem is létezett ilyen). Fedvény attribútum-adatainak másolása geometria alapján Tegyük fel, hogy a clean_topol.shp telkeket ábrázol és van egy olyan fedvény, ami a telkek tulajdonosainak nevét tartalmazza. A két fedvénynek csak a táblázatát szeretnénk egyesíteni. A clean_topol.shp fedvény poligonjain hozzunk létre egy pontfedvényt (Data.shp), ahol minden poligonra esik egy pontobjektum. Adjunk hozzá egy leíró adatokat tartalmazó oszlopot, amibe írjunk tetszés szerinti neveket. A kiindulási fedvényünk tehát továbbra is legyen a clean_topol.shp, a Data.shp fedvény táblázatában pedig hozzunk létre egy új oszlopot (név/string/20), melyet töltsünk fel nevekkel, vagy névnek látszó szöveggel (a lényeg, hogy a végeredményen lássuk, hogy az adatok átvétele a pont fedvényről megtörtént).

12 Geoinformatika a környezetvédelemben ábra. A clean_topol.shp és a data.shp fedvények a leíró adatokkal ábra. A Data.shp és Clean_topol.shp attribútumainak egyesítése területi elhelyezkedésük alapján A GeoProcessing Wizardon belül válasszuk ki az Assign data by location pontot. Ezután állítsuk be a fedvényeket a ábrán látható módon, majd hajtsuk végre a műveletet. Eredményként a Data.shp táblázatába bekerültek a poligon téma leíró adatai ( ábra). Törölt: ábra. A Data.shp és Clean_topol.shp fedvények egyesített táblázata Ilyen típusú művelet nemcsak pont és poligon fedvények között hajtható végre, hanem pont-pont, pont-vonal, vonal-vonal között is. Ezekben az esetekben nem feltétel, hogy pont egymásra essenek az objektumok, ilyenkor a legközelebbi objektum (pont-pont, pont-vonal), vagy átfedésük (vonal-vonal) alapján hajtja végre a program a műveletet.

13 Geoinformatika a környezetvédelemben 13 Azonos attribútumú objektumok egyesítése Az utolsó fedvényművelet a hasonló leíró adatú objektumokat egyesíti. Előfordulhat, hogy a rendelkezésre álló adatok több poligont tartalmaznak, mint kellene. Tipikus példa lehet erre, hogy a közigazgatási határos térkép helyett megye térképre lenne szükségünk. Ha van olyan mező a közigazgatási határos téma táblázatában, ami tartalmazza a megye nevét, vagy kódját, akkor ez könnyedén végrehajtható a mostani séma alapján. A union.shp fedvény attrib oszlopában lévő üres mezőkbe írjuk be, hogy három. Majd a GeoProcessing Wizardból válasszuk ki a Dissolve features based on an attribute pontot ( ábra) ábra. Azonos attribútumú objektumok egyesítése A ábrán látható módon állítsuk be a fedvényeket és az eredményt nevezzük el dissolve.shp-nak. A következő ablakban beállíthatunk egy, vagy több, a program által kiszámítandó adatot, ami a területre és a kerületre vonatkozik (ez opcionális). A végeredményt ( ábra) hasonlítsuk össze az egyesítés során nyert fedvénnyel (10-19/b) ábra. A union.shp fedvény összevont kategóriákkal

14 Geoinformatika a környezetvédelemben 14 GYAKORLATOK 1. Hozzunk létre 10 poligont egy part1.shp nevű fedvénybe, majd 1 különálló és 10, a másik fedvény poligonjaihoz kapcsolódó poligont egy part2.shp nevűbe. A leíró adatok legyenek a területhasználati kategóriák mindkét esetben, az oszlop neve landuse.