點資料內插法

GIS 系統常常把離散的點資料以內插法創造連續的面資料。自然界中很多東西都是連續的,像是海拔、土壤、溫度等等,如果我們想要分析這種面資料,是不可能把整個表面全部測量一次的。實際上的做法會是我們˙在野外只取幾個測量點,然後測量點之外的其他地方就靠內插法求得其值。在 QGIS 之中,可以透過內建的 內插工具 附加元件來執行以上所述的事情。

內容說明

我們要使用位於德州的 Arlington 湖的水深測量數據,再根據這些數據製作地形圖和等高線圖。

你還會學到這些

  • 從點資料計算等高線

  • 套用遮罩於影像圖層中的無資料值

  • 為向量圖層加上標籤

取得資料

Texas Water Development Board 提供了此湖完整的野外調查的 shapefiles

可以從這裡下載 2007-12 survey shapefiles for Lake Arlington

為了方便起見,你也可以直接從以下連結下載:

Shapefiles.zip

資料來源 [TWDB]

操作流程

  1. 打開 QGIS,選擇 圖層 ‣ 加入圖層 ‣ 加入向量圖層

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  1. 選擇 Shapefiles.zip 並按下 確定

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  1. 選擇要增加的向量圖層 視窗中,按住 Shift 鍵然後選擇 Arlington_Soundings_2007_stpl83.shpBoundary2004_550_stpl83.shp 兩圖層,按下 確定

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  1. 你會看到 QGIS 中載入了 2 個圖層,Boundary2004_550_stpl83 是湖泊的邊界,我們先在圖層選單列表中把這個圖層取消勾選。

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  1. 如此一來第二個圖層 Arlington_Soundings_2007_stpl83 會顯現出來。雖然資料看起來像是線,但它其實是一連串很接近的點。

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  1. 點選 放大 鈕,縮放到螢幕中的任一小區域後,就可以看到點了。每個點的座標是差分 GPS 的測量值,其值代表湖泊在特定位置由測深儀測得的深度。

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  1. 選擇 識別圖徵 工具然後點選任一個點,識別圖徵結果 的面板會出現在左側,上面記載此點的屬性值。在本例中,ELEVATION 屬性就是湖泊在此點的深度,而我們的任務就是要利用這些數值進行內插,求得湖泊的深度譜面以及等高線。

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  1. 請確認你的 內插附加元件(Interpolation plugin)已啟用,詳細步驟請參考 使用附加元件。啟用後,選擇 影像 ‣ 內插工具 ‣ 內插工具

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  1. 內插工具 視窗中的 輸入 區塊,向量圖層 選擇 Arlington_Soundings_2007_stpl83內插屬性 選擇 ELEVATION,然後按 加入。調整 X座標格子大小Y座標格子大小5,這個數值代表輸出網格的每個像素大小。由於本來源資料的投影座標系統是以來當單位,每個像素最終會是 5 呎的方形大小。點選在 輸出檔案 右側的 ...,把輸出檔命名為 elevation_tin.tif,最後按下 確定

註解

內插的結果會隨著你選擇的內插方法和參數而有很大的不同。QGIS 支援兩種內插方法,分別為三角內插 (TIN) 以及反距離加權法 (IDW),TIN 法常被使用於高程資料上,而 IDW 法則在內插其他種類的資料時較為常見,例如礦物富集度、人口等等。更多資訊請參考 QGIS 官方文檔中的 Spatial Analysis 模組。

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  1. 看到 elevation_tin 圖層載入到 QGIS 後,以右鍵點選,選擇 縮放到圖層範圍

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  1. 如此一來就可以看到剛剛產生的湖泊底面全貌。內插法對於資料收集區以外的地方並不準確,所以接下來我們要依照湖泊的邊緣才接我們的湖泊底面。選擇 影像 ‣ 取出 ‣ 裁剪

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  1. 輸出檔案 命名為 elevation_tin_clipped.tif裁剪模式 選擇 分析遮罩,然後選擇 Boundary2004_550_stpl83 作為我們的 分析遮罩,最後按 確定

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  1. 新的影像 elevation_tin_clipped 完成後會被載入 QGIS 中。接著我們來調整一下圖層的樣式,顯示各處海拔的不同,注意在 elevation_tin 中的最大與最小高度值。以右鍵點選 elevation_tin_clipped 圖層,進入 屬性

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  1. 前往 樣式 分頁,繪圖類型 選擇 單波段偽彩色,在 產生新的色彩對映表 面板中,選擇 Spectral 色階,由於我們想看到的是湖泊深度圖而不是單純的高度圖,因此請把 反轉 框勾選起來。如此一來,藍色會被指派到較深的位置,而水淺的地方會以紅色表達。按下 分類

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  1. 切換至 透明度 分頁,我們要移除掉所有在外框區域、全黑色的像素,所以在 附加無資料值 一欄輸入 0,然後按下 確定

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  1. 現在我們已經從湖泊的水深數據點,內插出了湖泊的高程(深度)地圖,再讓我們試試看產生等深線吧。選擇 影像 ‣ 取出 ‣ 等高線

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  1. 等高線 視窗中的 輸出等值線向量檔案,輸入 contours。我們要產生 5 呎間隔的等高線,因此在 等高線間隔 欄位中輸入 5.00。勾選 屬性名稱 方框,然後按下 確定

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  1. 處理完成後,等高線會被載入為 contours 圖層。在圖層上按右鍵選擇 屬性

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  1. 前往到 標記設計 分頁,勾選 Label with 的方框(譯按:或是在下拉式選單中選擇 Show labels for this layer),旁邊欄位選擇 ELEV。在底下的 位置 屬性中,選擇 曲線。最後按下 確定

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  1. 最後,你就會看到標籤數值已沿著各等高線標記上去了。

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