Analiza višekriterijumskog preklapanja (QGIS3)

Višekriterijumska ponderisana analiza preklapanja je proces dodeljivanja područja na osnovu različitih atributa koje odabrana područja treba da poseduju. Iako je ovo uobičajena GIS operacija, najbolje se izvodi u rasterskom prostoru korišćenjem pristupa zasnovanog na mreži.

Белешка

Vektorski naspram rasterskih preklapanja

Možete izvršiti analizu preklapanja na vektorskim slojevima koristeći alate za geoprocesiranje kao što su bafer, rastvor, razlika i presek. Ova metoda je idealna ako želite da pronađete binarni pogodan/nepogodan odgovor i radite sa nekoliko slojeva. Možete pogledati naš video tutorijal o „Lokiranju nove parking stanice za bicikle korišćenjem višekriterijumske analize preklapanja <https://www.youtube.com/watch?v=nTz2khWi2-s&list=PLppGmFLhQ1HIqNiNWxVqs5wBLiA_UrKTQ&index=26>”_ za vodič korak po korak o ovom pristupu.

Rad u rasterskom prostoru vam daje rangiranje pogodnosti - ne samo najpogodnije lokacije. Takođe vam omogućava da lako kombinujete bilo koji broj ulaznih slojeva i dodelite različite težine svakom kriterijumu. Generalno, ovo je preferirani pristup za pogodnost lokacije.

Ovaj tutorijal prolazi kroz tipičan tok rada za izvođenje analize pogodnosti lokacije - konvertovanje izvornih vektorskih podataka u odgovarajuće rasterske slike, njihovu reklasifikaciju i izvođenje matematičkih operacija.

Pregled zadatka

U ovom tutorijalu ćemo identifikovati odgovarajuća područja za razvoj, koja su

  • Blizu puteva, i

  • Daleko od vodenih površina i

  • Ne u zaštićenom području.

../../_images/output5.png

Dobijte podatke

Koristićemo vektorske slojeve podataka iz OpenStreetMap (OSM). OSM je globalna baza podataka slobodno dostupnih osnovnih mapa. Geofabrik pruža dnevno ažurirane shapefile-ove skupova podataka OpenStreetMap-a.

Koristićemo OSM slojeve podataka za državu Asam u Indiji. Geofabrik India shapefiles su preuzeti, ponovo projektovani u UTM projekciju, isečeni na državnu granicu i upakovani u jednu GeoPackage datoteku. Kopiju geopackage-a možete preuzeti sa linka ispod:

assam.gpkg

Izvor podataka: [GEOFABRIK]

Procedura

  1. Pregledajte preuzetu datoteku assam.gpkg u QGIS pregledaču. Proširite je i prevucite svaki od 5 pojedinačnih slojeva podataka na platno mape. Videćete slojeve boundary, roads, protected_regions, water_polygons i water_polylines učitane u panelu Layers.

../../_images/1109.png

  1. Prvi korak u analizi preklapanja je konvertovanje svakog sloja podataka u raster. Važno je razmotriti da svi rasteri moraju biti istog obima. Koristićemo „granični“ sloj kao obim za sve rastere. Idite na Obrada ‣ Alatke. Potražite i pronađite algoritam GDAL ‣ Vektorska konverzija ‣ Rasterizacija (vektor u raster). Dvaput kliknite da biste ga pokrenuli.

../../_images/2105.png

  1. U dijalogu Konverzija vektora - Rasterizacija (vektor u raster), izaberite putevi kao Ulazni sloj. Želimo da kreiramo izlazni raster gde su vrednosti piksela 1 tamo gde postoji put i 0 tamo gde nema puteva. Unesite 1 kao Fiksna vrednost za snimanje. Ulazni slojevi su u projektovanom CRS-u sa metrima kao jedinicom. Izaberite Geoferentne jedinice kao Jedinice veličine izlaznog rastera. Postavićemo rezoluciju izlaznog rastera na 15 metara. Izaberite 15 kao Širina/Horizontalna rezolucija i Visina/Vertikalna rezolucija. Zatim, kliknite na strelicu pored Izlazni obim i izaberite Izračunaj od sloja ‣ granica.

../../_images/348.png

  1. Pomerite se nadole da biste pronašli Napredni parametri i izaberite profil Visoka kompresija da biste primenili kompresiju. Ovo će generisati kompresovanu rastersku datoteku manje veličine nakon pokretanja alata. Primena kompresije bez gubitaka se toplo preporučuje pri radu sa rasterskim podacima.

../../_images/426.png

  1. Postavite izlazni raster Rasterized kao raster_roads.tif i kliknite na Run.

../../_images/523.png

  1. Kada se obrada završi, videćete novi sloj raster_roads učitan u panelu Layers. Raster ima vrednosti piksela 1 za piksele koji su se ukrštali sa putevima. Svi ostali pikseli su podešeni kao vrednosti NoData. Ove vrednosti nodata su problematične jer kada rasterski kalkulator (koji ćemo kasnije koristiti) naiđe na piksel sa vrednošću nodata u bilo kom sloju, on takođe postavlja izlaznu vrednost tog piksela na nodata, što rezultira neočekivanim izlazom. Popunićemo ove vrednosti nodata vrednošću 0. Potražite i pronađite algoritam Raster Tools ‣ Fill NoData cells. Dvaput kliknite da biste ga pokrenuli.

../../_images/623.png

  1. Izaberite raster_roads kao Rasterski unos i izaberite 0 kao Vrednost popunjavanja. Pomerite se nadole da biste pronašli Napredni parametri i izaberite profil Visoka kompresija da biste primenili kompresiju. Podesite Izlazni raster kao raster_roads_filled.tif i kliknite na Pokreni.

../../_images/722.png

  1. Kada se obrada završi, videćete novi sloj raster_roads_filled učitan u panelu Layers. Ovaj raster ima vrednosti 1 za puteve i 0 za puteve bez puteva. Ako sloj nije pravilno vizuelizovan, možete kliknuti na Otvori panel za stilizovanje slojeva i podesiti Min na 0 i Max na 1.

../../_images/822.png

  1. Ponovite korake 3-8 za ostala 3 vektorska sloja protected_regions, water_polylines i water_polygons. Potrebno je da rasterizujete i popunite ćelije bez podataka za ove slojeve. Ako želite da ručno pokrenete ove korake, možete konfigurisati dijalog algoritma za obradu, pokrenuti algoritam i kada se algoritam završi, preći na karticu Parameters i samo promeniti imena ulaznih i izlaznih slojeva. Takođe možete pokrenuti svaki algoritam na sva 4 sloja u jednom koraku koristeći grupnu obradu. Pogledajte tutorijal Paketna obrada pomoću okvira za obradu (QGIS3) da biste saznali više. Kada završite, trebalo bi da imate 4 rasterska sloja i da generišete odgovarajuće rasterske slojeve raster_roads_filled, raster_protected_regions_filled, raster_water_polylines_filled i raster_water_polygons_filled. Primetićete da imamo 2 sloja vezana za vodu - oba predstavljaju vodu. Možemo ih spojiti da bismo imali jedan sloj koji predstavlja vodene površine u regionu. Potražite i pronađite algoritam Raster analysis ‣ Raster calculator u alatkama za obradu. Dvaput kliknite da biste ga pokrenuli.

../../_images/922.png

  1. Izaberite slojeve raster_water_polygons i raster_water_polylines koristeći dugme … kao ulazne slojeve. Unesite sledeći izraz koristeći dugme e. Zadržite sve ostale opcije kao podrazumevane i sačuvajte izlazni sloj pod imenom raster_water_merged.tif i kliknite na Pokreni.

"raster_water_polygons_filled@1" + "raster_water_polylines_filled@1"
../../_images/1028.png

  1. Dobijeni spojeni raster će imati piksele sa vrednošću 1 za sva područja sa vodom. Ali primetićete da postoje neka područja gde je postojao i vodeni poligon i vodena polilinija. Ta područja će imati piksele sa vrednošću 2 - što nije tačno. Možemo to popraviti jednostavnim izrazom. Ponovo otvorite algoritam Raster analysis ‣ Raster calculator.

../../_images/1131.png

  1. Izaberite sloj raster_water_merged koristeći dugme … kao ulazni sloj. Unesite sledeći izraz koristeći dugme e. Zadržite sve ostale opcije kao podrazumevane i sačuvajte izlazni sloj pod imenom raster_water_filled.tif i kliknite na Pokreni.

"raster_water_merged@1" > 0
../../_images/1229.png

  1. Dobijeni sloj „raster_water_filled“ sada ima piksele sa samo vrednostima 0 i 1.

../../_images/1327.png

  1. Sada kada imamo slojeve koji predstavljaju piksele puta i vode, možemo generisati rastere blizine. Oni su takođe poznati kao Euklidske udaljenosti - gde svaki piksel u izlaznom rasteru predstavlja udaljenost do najbližeg piksela u ulaznom rasteru. Ovaj rezultujući raster se zatim može koristiti za određivanje odgovarajućih područja koja se nalaze na određenoj udaljenosti od ulaza. Potražite i locirajte algoritam GDAL ‣ Analiza rastera ‣ Blizina (rasterska udaljenost). Dvaput kliknite da biste ga pokrenuli.

../../_images/1425.png

  1. U dijalogu Raster Analysis - Proximity (Raster Distance), izaberite raster_roads_filled kao Input layer. Izaberite Georeferenced coordinates kao Distance units. Pošto su ulazni slojevi u projektovanom CRS-u sa metrima kao jedinicama, unesite 5000 (5 kilometara) kao Maximum distance to be generated. Za sve piksele koji su veći od maksimalne udaljenosti - postavićemo njihove vrednosti na 5000. Zato postavite Nodata vrednost za vrednost rastera blizine odredišta na 5000.

../../_images/1522.png

  1. Možete proširiti Napredni parametri i izabrati profil Visoka kompresija da biste primenili kompresiju. Nazovite izlaznu datoteku kao roads_proximity.tif i kliknite na Pokreni.

../../_images/2016.png

Белешка

Može potrajati i do 15 minuta da se ovaj proces pokrene. To je računski intenzivan algoritam koji treba da izračuna rastojanje za svaki piksel ulaznog rastera.

  1. Kada se obrada završi, novi sloj roads_proximity će biti dodat na panel Layers. Da bismo ga bolje vizuelizovali, promenimo podrazumevani stil. Kliknite na dugme Otvori panel za stilizovanje slojeva u panelu Layers. Promenite vrednost Max na 5000 pod Color gradient.

../../_images/1722.png

  1. Ponovite algoritam Proximity (Raster Distance) za sloj raster_water_filled sa istim parametrima i nazovite izlaz water_proximity.tif. Ako kliknete oko rezultujućeg rastera, videćete da je to kontinuum vrednosti od 0 do 5000. Da bismo koristili ovaj raster u analizi preklapanja, prvo ga moramo reklasifikovati da bismo kreirali diskretne vrednosti. Ponovo otvorite algoritam Raster analysis ‣ Raster calculator.

../../_images/1819.png

  1. Želimo da damo viši rezultat pikselima koji su blizu puteva. Zato ćemo koristiti sledeću šemu.

  • 0-1000m –> 100

  • 1000-2000m –> 50

  • >2000m –> 10

    Izaberite sloj roads_proximity koristeći dugme … kao ulazni sloj. Unesite sledeći izraz koji primenjuje gore navedene kriterijume na ulaz. Zadržite sve ostale opcije kao podrazumevane i sačuvajte izlazni sloj pod imenom roads_reclass.tif i kliknite na Pokreni.

    100*("roads_proximity@1"<=1000)
    + 50*("roads_proximity@1">1000)*("roads_proximity@1"<=2000)
    + 10*("roads_proximity@1">2000)
    ../../_images/1916.png

  1. Kada se proces reklasifikacije završi, novi sloj roads_reclass će biti dodat na panel Layers. Ovaj sloj ima samo 3 različite vrednosti, 10, 50 i 100, što ukazuje na relativnu podobnost piksela u odnosu na udaljenost od puteva. Ponovo otvorite algoritam Raster analysis ‣ Raster calculator.

../../_images/2016.png

  1. Ponovite proces reklasifikacije za sloj „water_proximity“. Ovde će šema biti obrnuta, gde će pikseli koji su dalje od vode imati viši rezultat.

  • 0-1000m –> 10

  • 1000 -2000m —> 50

  • >2000m –> 100

    Izaberite sloj water_proximity koristeći dugme … kao ulazni sloj. Unesite sledeći izraz koji primenjuje gore navedene kriterijume na ulaz. Zadržite sve ostale opcije kao podrazumevane i sačuvajte izlazni sloj pod imenom water_reclass.tif i kliknite na Pokreni.

    100*("water_proximity@1">2000)
+ 50*("water_proximity@1">1000)*("water_proximity@1"<=2000)
+ 10*("water_proximity@1"<1000)
    ../../_images/2119.png

  1. Sada smo spremni da uradimo konačnu analizu preklapanja. Podsetimo se da su naši kriterijumi za određivanje podobnosti sledeći - blizu puteva, dalje od vode i ne u zaštićenom području. Otvorite Raster analysis ‣ Raster calculator. Izaberite slojeve roads_reclass, water_reclass, raster_protected_regions_filled koristeći dugme … kao ulazne slojeve. Koristite dugme e da biste uneli sledeći izraz koji primenjuje ove kriterijume. Ostale parametre zadržite kao podrazumevane. Nazovite izlaz overlay.tif i kliknite Pokreni.

(("roads_reclass@1" + "water_reclass@1")/2)
*("raster_protected_regions_filled@1"  !=  1 )
../../_images/2217.png

Белешка

U ovom primeru, dajemo jednaku težinu i blizini puta i vode. U stvarnom scenariju, možete imati više kriterijuma sa različitim značajem. To možete simulirati množenjem rastera sa odgovarajućim težinama u gornjem izrazu. Na primer, ako je blizina puteva dvostruko važnija od blizine vode, umesto „((„roads_reclass@1” + „water_reclass@1”)/2)“, možete koristiti izraz „((2*”roads_reclass@1” + „water_reclass@1”)/3)`.

  1. Kada se obrada završi, rezultujući raster „preklapanje“ će biti dodat u panel Slojevi. Vrednosti piksela u ovom rasteru kreću se od 0 do 100 - gde je 0 najmanje pogodno, a 100 najpogodnije područje za razvoj. Hajde da isečemo rezultate na granični sloj. Otvorite Ekstrakcija rastera ‣ Iseci raster pomoću algoritma maskiranja sloja.

../../_images/2315.png

  1. U dijalogu Ekstrakt rastera - Iseci raster pomoću maskiranog sloja, izaberite preklapanje kao Ulazni sloj i granica kao Maskirani sloj.

../../_images/2414.png

  1. Pomerite se nadole da biste pronašli Napredni parametri i izaberite profil Visoka kompresija da biste primenili kompresiju. Sačuvajte Isečeno (maska) sloj kao overlay_clipped.tif i kliknite na Pokreni.

../../_images/2513.png

  1. Kada se obrada završi, konačni izlazni sloj overlay_clipped biće dodat na panel Slojevi. Kliknite na dugme Otvori panel za stilizovanje slojeva u panelu Slojevi i izaberite renderer Singleband pseudocolor.

../../_images/2612.png

  1. Podesite Interpolacija na Diskretna i izaberite Spektralnu skalu boja.

../../_images/2713.png

  1. Kliknite na podrazumevane vrednosti oznaka pored svake boje i unesite odgovarajuće oznake.

../../_images/2813.png

  1. Oznake će se takođe pojaviti kao legenda ispod sloja „overlay_clipped“. Ovo je naša konačna mapa koja prikazuje pogodnost lokacije prema izabranim kriterijumima.

../../_images/2912.png

If you want to give feedback or share your experience with this tutorial, please comment below. (requires GitHub account)