Interpolation von Punktdaten (QGIS3)

Interpolation ist eine im GIS-Bereich übliche Technik, um eine kontinuierliche Darstellung von Daten zu erreichen, die an diskreten Punkten erhoben wurden. Viele Erscheinungen der Wirklichkeit wie geographische Höhen, Böden, Temperaturen usw. sind kontinuierlich verteilt. Wenn wir flächenhaft verteilte Daten analysieren wollen, müssten wir Messungen an jedem Punkt der Fläche anstellen ‒ was unmöglich ist. Deshalb werden Feldmessungen an verschiedenen Punkten des Untersuchungsgebietes vorgenommen und die Zwischenwerte durch ein ‘Interpolation‘ genanntes Vorgehen daraus abgeleitet. In QGIS wird dies erreicht, indem die eingebauten Interpolationswerkzeuge verwendet werden.

Überblick über die Aufgabe

Wir verwenden Tiefenmessungen aus dem Lake Arlington in Texas und erzeugen eine Karte für das Relief des Seebodens und der Tiefenlinien.

Weitere Fähigkeiten, die wir erlernen:

  • Erstellung von Umrissen aus Punktdaten

  • Maskierung von NULL-Werten in Rasterlayern

  • Hinzufügen von Beschriftungen zu Verktorlayern

Beschaffung der Daten

Das Texas Water Development Board bietet Shapefiles für abgeschlossene Erkundungen in Seen an.

Wir laden die Shapefiles für die Erkundung des Lake Arlington 12/2007 herunter.

Der Einfachheit halber können wir eine Kopie der in diesem Tutorial verwendeten Daten unter folgendem Link herunterladen:

Shapefiles.zip

Datenquelle [TWDB]

Arbeitsablauf

  1. Wir starten QGIS und suchen im Browser die Datei Arlington_Soundings_2007_stpl83.shp. Anschließend ziehen wir den Layer in den Arbeitsbereich.

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  1. Es wird ein Dialogfenster Select Transformation of Arlington_Soundings_2007_stpl83 geöffnet, dessen Voreinstellungen wir beibehalten und auf OK klicken.

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  1. Der Layer wird hinzugefügt, sodass wir als weiteren Layer Boundary2004_550_stpl83.shp in den Arbeitsbereich ziehen können.

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  1. Auch dieser Layer wird hinzugefügt; wir schalten die Sichtbarkeit aus, sodass nur der Layer Arlington_Soundings_2007_stpl83 angezeigt wird.

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  1. Wir klicken auf die Schaltfläche Hineinzoomen und wählen einen kleinen Bereich des Bildschirms aus. Beim Hineinzoomen werden die Punkte sichtbar. Jeder Punkt stellt eine Echolot-Messung dar, deren Örtlichkeit durch ein Differentielles GPS festgehalten wurde.

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  1. Wir wählen das Werkzeug Objekte abfragen und klicken auf einen der Punkte. Das Panel Identifikationsergebnis wird im rechten Teil des QGIS-Fensters mit den Attributwerten des gewählten Punkts angezeigt. Das Attribut ELEVATION enthält die Tiefe des Sees an diesem Punkt. Da unsere Aufgabe darin besteht, ein Tiefenprofil und Tiefenlinien zu erstellen, werden wir die Werte an diesen Punkten als Eingabewerte für die Interpolation verwenden.

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  1. Im Browser suchen wir den Layer Islands_2004_550_stpl83.shp und ziehen ihn in den Arbeitsbereich.

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  1. Der Layer wird dem Arbeitsbereich hinzugefügt. Er enthält die Information über die Inseln im See, bei welchen eine konstante Höhe angenommen wird (wird nicht interpoliert).

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  1. Im Bereich Verarbeitungswerkzeuge suchen wir das Werkzeug Interpolation ‣ TIN-Interpolation und öffnen es durch Doppelklick.

Bemerkung

Interpolationsergebnisse können abhängig von den gewählten Methoden und Parametern deutlich variieren. QGIS unterstützt die Interpolations-Methoden Triangulated Irregular Network (TIN) und Inverse Distance Weighting (IDW). Die TIN-Methode wird normalerweise für Höhendaten verwendet, wogegen die IDW-Methode für die Interpolation anderer Daten wie Stoff-Konzentrationen oder Populationen verwendet wird. Das Modul Spatial Analysis der QGIS-Dokumentation enthält mehr Details dazu.

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  1. Im Dialogfenster TIN-Interpolation wählen wir Arlington_Soundings_2007_stpl83 als Vektorlayer, Elevation als Interpolationsattribut und betätigen die Schaltfläche Eingabelayer (+).

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  1. Nun wählen wir Islands_2004_550_stpl83 als Vektorlayer, Elevation als Interpolationsattribut und betätigen erneut die Schaltfläche Eingabelayer. Wir ändern den Typ des Layers auf Bruchkanten.

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Bemerkung

Bruchkanten erlauben es, bei der Modellierung der interpolierten Daten plötzliche Unterbrechungen der Höhenangaben zu berücksichtigen. Indem wir den Layertyp auf Bruchkanten setzen, wird der Algorithmus angewiesen, eine konstante Höhe für die Inseln anstatt der interpolierten Werte zwischen den Messpunkten zu verwenden.

  1. Unter Ausdehnung wählen wir aus der Drop-Down-Liste Aus Layer berechnen und dort Boundary2004_550_stpl83.

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  1. Unter Ausgaberastergröße setzen wir die Pixelbreite und die Pixelhöhe jeweils auf 5. Dann wählen wir die Schaltfläche ... neben Interpoliert, um den Ausgabelayer als elevation_tin.tif zu speichern. Wir klicken auf Starte.

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  1. Nun wird ein Layer elevation_tin zum Arbeitsbereich hinzugefügt.

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  1. Im Bereich Verarbeitungswerkzeuge suchen wir das Werkzeug GDAL ‣ Rasterextraktion -> Raster auf Layermaske zuschneiden und öffnen es durch Doppelklick.

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  1. Im Dialogfenster Raster auf Layermaske zuschneiden wählen wir elevation_tin als Eingabelayer und Boundary2004_550_stpl83 als Maskenlayer. Dann klicken wir auf ... neben Abgeschnitten (Maske), um den Ausgabelayer als elevation_tin_clipped.tif zu speichern und klicken Starte.

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  1. Zum Arbeitsbereich wird ein neuer Layer elevation_tin_clipped hinzugefügt. Wir betätigen die Schaltfläche Layergestaltungsfenster öffnen.

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  1. Die Symbolisierung setzen wir auf Einkanalpseudofarbe, klicken auf den Pfeil neben Farbverlauf und wählen Farbverlauf invertieren. Unter Beschriftungsgenauigkeit geben wir 0 ein und betätigen die Schaltfläche Klassifizieren.

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  1. Im Bereich Verarbeitungswerkzeuge suchen wir das Werkzeug GDAL ‣ Rasterextraktion -> Kontur und öffnen es durch Doppelklick.

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  1. Im Dialogfenster Kontur wählen wir elevation_tin_clipped als Eingabelayer und geben 5,000 als Intervall zwischen Konturlinien ein. Dann klicken wir auf ... neben Konturen, um den Ausgabelayer als contour.gpkg zu speichern. Anschließend betätigen wir die Schaltfläche Starte.

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Bemerkung

Das Intervali wird in den Einheiten des Layer-KBS gebildet. Unsere Quelldaten sind im KBS EPSG:2276 NAD83 / Texas North Central (ftUS) definiert, sodass das Intervall für die Konturen als 5 Fuß interpretiert wird.

  1. Zum Arbeitsbereich wird ein neuer Layer contour hinzugefügt. Wir betätigen die Schaltfläche Layergestaltungsfenster öffnen und wechseln zum Bereich Beschriftungen.

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  1. Wir wählen Einzelne Beschriftungen und geben als Wert ELEV an.

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  1. Im Tab Platzierung ändern wir den Modus auf Gebogen.

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