Téradatok betöltése, típusai

Szerzők: 
Dr. Szabó György, Dr. Wirth Ervin
Dátum: 
2018, Budapest

 

A téradatok némi általánosítással két fő csoportba sorolhatók, ezek a vektoros illetve raszteres típusú téradatok. Világunkat mindkét adatmodell révén modellezhetjük.

Raszter adatmodell

A raszteres adatmodellt egy rácshálóhoz hasonlóan értelmezzük, amelynek m oszlopa és n sora van. A háló elemei a pixelek, melyek értékei valamilyen tulajdonságot képviselnek. Ez a tulajdonság lehet egy színes kép zöld sávjához tartozó intenzitás; vagy a magasság méterben kifejezve; esetleg a felszínborítás valamilyen kódolást (nomenklatúrát) követő osztályokkal kifejezve (1:szántó, 2:vízfelszín, 3:erdő).


1. ábra: A felszínborítás raszteres modellje1

A raszteres téradatok nagy részét a légi- és űrfelvételek teszik ki, fontos jellemzői (metaadatok):

  • A pixel terepi mérete (pixel size): 100,-100 ekkor a raszter felbontása (resolution): 100 m
  • A raszter kezdőpontjának - pl. bal felső sarok - koordinátája:
    pl. 900000,5.5e+06
  • A raszter dimenziója - sor és oszlop pixelszáma és sávok száma,
    pl. X: 65000 Y: 46000 Bands: 1
  • Továbbá ezekből számítható a kép terjedelme (extent),
    pl. bal alsó és jobb felső sarok koordinátái
    900000.00, 900000.00 :
    7400000.00, 5500000.00

2. ábra: Ikonos műholdfelvétel 1 méteres (bal) és 5 méteres felbontásban.2

Elterjedt raszter formátumok:

  • Tagged Image File Format (.tiff, .tif)
  • GeoTIFF (.tiff)
  • Arc/Info ASCII Grid (.asc)
  • Microsoft Windows Device Independent Bitmap (.bmp)
  • JPEG (.jpg)
  • Portable Network Graphics (.png)

Először töltsük le a Corine Land Cover Magyarországra adatokat, majd kicsomagolás után töltsük be őket a QGIS-be:

Réteg / Raszter réteg hozzáadás

A betöltést drag and drop (fogd és vidd) módon is megtehetjük a .tif fájlok térkép nézetre húzásával.

A raszter betöltését követően olvassuk le a pixelekhez tartozó értékeket:

Nézet / Elem Azonosítás

Töltsük be hozzájuk a .qml kiterjesztésű stílus fájlt:

Tulajdonságok / Stílus / Stílus betöltése

Teszteljük a Réteg paletta lehetőségeit: állítsunk a rétegek sorrendjén, megjelenítésén.

Vektor adatmodell

A vektoros modellnél a világ objektumait - jelenségeit - különféle geometriákkal: pontokkal, vonalláncokkal vagy poligonokkal reprezentáljuk. Valamennyi geometriai elem alapja a pont, amelyeket általában {x, y}, {lambda, fi} koordinátapárokkal adunk meg. A pontok közt lévő kapcsolatokat valamilyen zárt szintaxissal adjuk meg, például egy három pontból álló elemet megadhatunk vonalláncként: [[1,2],[4,4],[5,0]] formában, vagy poligonként – azaz zárt háromszög felületként - [[1,2],[4,4],[5,0],[1,2]] vagy [[[1,2],[4,4],[5,0]]] listában.


3. ábra: A valóság leírása vektorokkal.2

Valamennyi geometriához – elemhez - tartozik egy egyedi azonosító, amelyet kulcsként használva hozzájuk leíró adatok rendelhetők. Pl. egy térinformatikai rendszerben a 6-os főút egyedi azonosítója lehet a 6, és ehhez tartózó leíró adat lehet a rendűsége, vagy a hossza. Az adatok egyedi azonosítását a térinformatikai rendszerek legtöbbször sorszámozással oldják meg.

A vektoros adatmodellek közt a legelterjedtebb formátum a .shp (shapefile), mely fájl csupán a geometriai adatokat tartalmazza, ehhez még társul egy .shx gyorsító indexfájl, valamint a leíró adatokat (attribútumokat) tartalmazó .dbf adatbázis fájl. A terminológia sajnos egy kicsit félrevezető, ugyanis a .shp kiterjesztésű fájlt is, és az egyébként szükséges fájlhármast is 'shapefile'-nak hívjuk.

Elterjedt vektor formátumok:

  • AutoCAD DXF (.dxf)
  • Geography Markup Language (.gml)
  • GeoJSON (.json)
  • Keyhole Markup Language (.kml)
  • ESRI Shapefile (.shp)

Töltsük le, majd kicsomagolás után töltsük be a Világtérkép adatokat a QGIS-be:

Réteg / Réteg hozzáadás / Vektor réteg hozzáadás

A .shp fájlt fogd és vidd módon is be tudjuk tölteni a térképvászonra. Ez a többi QGIS által kezelt téradatra is igaz.


4. ábra: Magyarország felszínborítás raszter réteg a vektoros világtérkép felett.

Olvassunk ki leíró adatokat az országokról a korábban bemutatott elem azonosítás opcióval. Nézzük meg mennyi volt Görögország népessége 2005-ben?

Tekintsük meg a leíró adatokat (kétféleképpen lehetséges):

Réteg / Attribútum tábla megnyitása

Tulajdonságok / Attribútum tábla megnyitása

A mezőnevekre kattintva olvassuk ki rendezéssel a legnagyobb és legkisebb területű, és népességű országokat.

Színezzük véletlenszerűen az országokat:

Tulajdonságok / Stílus

Kategorizált
Oszlop: NAME
Szín skála: Véletlen
Osztályoz

Ezt követően feliratozzuk az országok a neveikkel:

Tulajdonságok / Címkék

Címke megjelenítése erre a rétegre
Label with: NAME


5. ábra: Országok véletlen színekkel, címkékkel.

Jelenítsük meg az országokat népességük alapján 5 egyenlő számosságú osztályba sorolva:

Tulajdonságok / Stílus

Növekvő
Oszlop: POP2005
Mód: Quantile
Osztályok: 5
Osztályoz


6. ábra: Kategorizált megjelenítés népesség alapján

Célszerű normalizálni az adatokat, ugyanis nagy terjedelmű országok esetén könnyen lehet nagy a népesség. Számítsuk ki a megjelenítés keretein belül a Népsűrűséget:

Tulajdonságok / Stílus

Növekvő
Mód: Quantile
Osztályok: 5
Oszlop mező mellett nyissuk meg a Kifejezés ablakot az epszilon-nal
Kifejezés: "POP2005" / "AREA"
Osztályoz


7. ábra: Néhány európai ország népsűrűsége.

Az egyes országok népsűrűséget akár, mint leíró adatot is kiszámíhatjuk:

Attribútum tábla megnyitása

Mező kalkulátor

Új mező létrehozása
Mező neve: DENS
Mező típus: Egész szám
Kifejezés: "POP2005" / "AREA"

Szerkesztés kikapcsolása

Olvassuk ki várhatóan hány fő tartózkodott egy négyzetkilométeren Magyarországon 2005-ben?

Összefoglaló

A bemutatott adatmodelleken kívül még számos létezik, azonban ezek a legelterjedtebbek. Mind a vektoros, mind a raszteres adatmodell hasznos a tér reprezentálásában, de az egyik általában megfelelőbb az adott problémakörben. A vektor modellt általában akkor használjuk, ha az objektumnak diszkrét, koordinátával rendelkező határai vannak, mint egy épületnek.


8. ábra: A tér reprezentációi: Valóság bal oldalt (egyébként raszter),
vektor adatmodell középen, raszter adatmodell jobb oldalt.

Természetesen lehetséges az épület raszteres megjelenítése is, ahogy azt a 8. ábra mutatja; de az pontosságvesztéssel jár.

A raszteres adatmodell hasznosabb a folytonos térbeli információ leírására, pl. domborzat, csapadékmennyiség, hőmérséklet. Ugyanis ezeknek a jelenségeknek nincsenek egzakt határaik, valamint értékeik változása fokozatos.

A QGIS Réteg Palettáján általában a következő sorrendet javasoljuk (1: legfelül, 2: alatta … ):

  1. Pontok (vektor)
  2. Vonalak (vektor)
  3. Felületek (vektor)
  4. Raszterképek

A QGIS-ben lehetőség van a bemutatott vektoros és raszteres adatmodellek közti átalakításra.

Webes téradatok

A weben fellelhető tematikus adatok is szerves részét képezhetik projektünknek. Ekkor a téradatok egy távoli szerver merevlemezén (fájlokban vagy adatbázisban) tároltak, és ezeket a szolgáltató szerver különböző formákban különféle protokollokon, szabványokon keresztül bocsátja rendelkezésünkre.

A QGIS program funkcionalitása Python és C++ nyelven készített modulokkal bővíthető. A program telepítésekor több modul automatikusan települ a számítógépünkre, ezek a belső (Core) modulok.

Töltsük le az QuickMapServices modult, mely egy grafikus interfészként szolgál számos térképszolgáltató (Google, Bing) alaptérképéhez:

Modulok / Modul kezelés és telepítés / Továbbiak / QuickMapServices Plugin – Modul telepítés

Mint látható a Web fül alatt már megjelenik a telepített modul. Adjunk hozzá két webes réteget a projektünkhöz:

Web / QuickMapServices / Bing Maps / Bing Aerial

Web / QuickMapServices / OSM / OSM Mapnik


9. ábra: Bing Aerial, DigitalGlobe, Margit-sziget, 2016


10. ábra: OSM Mapnik, Margit-sziget, 2016

Az egyik legelterjedtebb téradat-áramláshoz használt szabványos protokoll a WMS (Web Map Service) webes térképszolgáltatás, mely által a szervertől a téradatokat általában egy vagy több raszter kép formájában (pl.: .png, .gif, .jpg), georeferáltan (térben elhelyezetten) kapjuk meg.5 Ennek részhalmazainak tekinthetjük a WMTS (Web Map Tile Service), illetve TMS (Tile Map Service) szolgáltatásokat. A webes csempeszolgáltatásokat a téradatok nagyszámú kérése és gyors elérése alakította ki. A csempeszolgáltatásnál a szerver a térkép-megjelenítő alkalmazás nagyítási szintjéből (méretarány) és a képernyőméretből határozza meg, hogy melyik és mennyi csempére van szükségünk. A szerver ekkor téradataiból kartográfiai eljárásokkal levezeti a csempéket, és elküldi nekünk. A gyors rendelkezésre állás érdekében bizonyos szerverek előre legenerálják ezeket a csempéket. Tehát a csempék nagy előnye, hogy szerver oldalon előre elkészíthetők, kliens oldalon pedig betölthetők a memóriába (cached). Végül a beérkezett csempék a képernyőn összeállnak.6


11. ábra: Csempék különböző nagyítási szinteken.3

Egy WMS kérés a következőképp néz ki:4

http://localhost:8080/geoserver/wms?request=GetMap&service=WMS&version=1.1.1&layers=topp%3Astates&styles=population&srs=EPSG%3A4326&bbox=-145.15104058007,21.731919794922,-57.154894212888,58.961058642578&width=780&height=330&format=image%2Fpng

Mint látható a kérés (url) tartalmazza a réteg nevét, stílusát, koordináta rendszerét, befoglaló keretét, méretét, formátumát. A képi adatokon túl a szerver metaadatokkal (adat az adatról) is tud szolgálni: elérhető rétegek, szerver képességek, kapcsolati vagy közzétételi információk.

Egy TMS kérés (Slippy Map) ennél általában egyszerűbb:

http://b.tile.stamen.com/toner/{z}/{x}/{y}.png

A WMS raszter szolgáltatásnál részletesebb téradatokat kapunk a WFS (Web Feature Service) webes objektumszolgáltatással. Ekkor a szerver a téradatokat vektoros formában küldi a kliensnek. A webről közvetített réteg a vektoros réteghez hasonlóan megtekinthető, szerkeszthető.

A különféle térképszolgáltatások (WMS, WFS) a projekthez történő kézi hozzáadása a következőképp lehetséges:

Réteg / Réteg hozzáadás / WMS/WMTS réteg hozzáadása

Réteg / Réteg hozzáadás / WFS réteg hozzáadása

Hivatkozások

1: https://www.e-education.psu.edu/geog486/node/1879
2: http://www.geography.hunter.cuny.edu/~jochen/GTECH361/lectures/lecture05...
3: http://presentations.opengeo.org/2011_IMAK/Workshop_OpenSource_Stack/_im...
4: http://docs.geoserver.org/stable/en/user/services/wms/reference.html
5: http://www.opengeospatial.org/standards/wms
6: http://www.opengeospatial.org/standards/wmts