1) Visualizzazione di dati CAD

Software Quantum GIS - lezione 3
Integrazione dati vettoriali, raster e CAD
NOTA: da questa lezione utilizziamo QGIS 1.7.0.-Wroclaw invece della versione 1.5 come
indicato nella lezione 0.
QGIS 1.7.0, disponibile dal 19 giugno 2011, contiene molte nuove funzionalità e
miglioramenti relativi a simbologia, etichette e diagrammi, nuovi strumenti, aggiornamenti
dell’interfaccia utente, nuove funzioni raster, plugins e molto altro. Per approfondimenti e per
scaricare il software si rimanda al sito www.qgis.org
1)
Visualizzazione di dati CAD
1.1.
Aggiungere un layer vettoriale DXF
È possibile caricare, all’interno di un progetto di QGIS, file nel formato DXF. Le modalità per
l’inserimento sono le stesse degli altri dati vettoriali: cliccare sull'icona
Aggiungi
Vettore. Nella finestra di dialogo che appare è possibile selezionare oltre il file, la cartella o il
database, il tipo di file da caricare tra quelli supportati.
Il DXF verrà visualizzato come tematismo di tipo lineare, poligonale o puntuale a seconda se
nel DXF sono presenti entità linee, polilinee chiuse o punti. Nella tabella associata
compariranno le informazioni del file DXF tra cui il Layer di appartenenza delle varie entità
grafiche.
GEOforUS – Geography & Technology Network
Pagina 1
Una volta caricato, il layer può essere esportato in un altro fromato, ed eventualmente
riproiettato in un altro sistema di riferimento, tramite il menu contestuale "Salva con nome...".
1.2
Importare un DXF
Utilizzando il Plugin Dxf2Shp, che va attivato dall'apposito menu del software, è possibile
convertire in shape un file DXF.
Con tale procedura è possibile generare oltre a layer di tipo Polilinea, Poligono e Punti, anche
uno shape file con la posizione dei testi.
File DXF in input: percorso del file DXF da convertire
File SHP in output: nome dello shape file da creare
Tipo di file in output: specifica il tipo di shape file in output
Checkbox per esportazione etichette di testo: se attivato viene creato un layer shp di punti, e
la tabella dbf associata conterrà informazioni relative ai campi "TESTO" trovati nel file
DXF.
Nella tabella degli attributi si perdono le informazioni del DXF tra cui il layer di appartenenza
delle varie entità grafiche.
La possibilità di inserire file DXF è in sviluppo e in quanto tale ha ancora dei limiti.
2)
Visualizzazione integrata di dati raster e vettoriali
La visualizzazione integrata di dati raster e vettoriali necessita di un’attenta operazione di
organizzazione dei layer al fine di rendere chiare tutte le informazioni che si vogliono mettere
in evidenza. Le variabili su cui agire nella realizzazione di un layout sono: la posizione
reciproca dei layer, la scelta della simbologia e dei colori, la gestione delle trasparenze, la
scelta degli intervalli di visualizzazione per ciascun layer.
Esistono poche regole generali, ma nell’organizzare la visualizzazione dei dati è fondamentale
avere le idee chiare su cosa si vuole rappresentare e sull’importanza relativa di ciascun livello
informativo nel contesto di lavoro.
In linea di massima si posizionano alla base i dati raster, sopra quelli poligonali, poi i lineari e
al top i puntali. Ma non bisogna mai dimenticare il significato logico di ciascun livello
informativo e la sua “posizione” nello spazio reale. Per fare un esempio semplice, se i corsi
d’acqua e le strade sono rappresentati entrambi da due layer a geometria lineare che si
intersecano, visto che le strade attraversano i corsi d’acqua con dei ponti, bisogna posizionare
il layer delle strade in posizione più elevata rispetto ai corsi d’acqua.
GEOforUS – Geography & Technology Network
Pagina 2
Nell’ambito dei dati raster conviene posizionare alla base le immagini “di sfondo” come
ortofoto, immagini da satellite, shaded relief, ecc. e sopra la cartografia, eventualmente con lo
sfondo trasparente.
Gli argomenti relativi alle modalità di visualizzazione di dati raster e vettoriali, all’ordine di
visualizzazione e trasparenze ed alla simbologia sono stati ampiamente trattati in lezioni
precedenti alle quali si rimanda:
- lezione 1: carica, visualizza e consulta dati vettoriali
- lezione 2: carica, visualizza e consulta dati raster
In questa lezione, quindi, si è preferito presentare un esercizio che mostri con un esempio
pratico, come rappresentare insieme i vari layer.
Creiamo un nuovo progetto in QGIS caricando i seguenti dati, disponibili sul sito
www.geoforus.it nell’area download relativa alle esercitazioni di questo corso:
- Landsat_regioneAbruzzo_def_P2.img
- tratte_ferroviarie_abruzzo.shp
- strade.shp
- elementi_idrici.shp
- centri_abitati.shp
Il geoportale della Regione Abruzzo (www.regione.abruzzo.it/xcartografia/) rende disponibili
alcuni servizi wms; connettiamoci al seguente servizio wms1:
http://cartografia.regione.abruzzo.it/ecwp/ecw_wms.dll?request=getcapabilities&version=1.1.
1&service=wms
selezionando i layer:
- images_igm100k_wgs84.ecw
Carta Topografica IGM in scala 1:100.000
- images_igm25k_wgs84.ecw
Carta Topografica IGM in scala 1:25.000
- images_ctrn_wgs84.ecw
Carta Tecnica Regionale Digitale in scala 1:5000
Caricati tutti i layer di interesse ora possiamo spostarli in modo da avere dal basso: immagine
Landsat, IGM100k, IGM25k, CTRN5k, centri abitati, elementi idrici, ferrovie, strade.
L’immagine Landsat si presenta con il background in parte bianco ed in parte nero. Come
prima operazione possiamo quindi rendere omogeneo il background rendendolo ad es. tutto
trasparente.
1
Per caricare un servizio wms nel menù layer selezionare “Aggiungi layer wms” e nella finestra di dialogo cliccare su
“Nuovo” per creare una nuova connessione wms ed inserire nell’apposito spazio l’url relativo.
GEOforUS – Geography & Technology Network
Pagina 3
per analizzare le caratteristiche di
Per fare ciò, in primo luogo utilizziamo il pulsante
colore dei pixel neri (0,0,0), poi nella finestra delle proprietà del layer nel tab “trasparenza”
aggiungiamo una nuova riga con il pulsante
ed assegniamo una trasparenza del 100% ai
pixel neri. In alternativa è possibile selezionare direttamente dal display i pixel da rendere
trasparenti utilizzando il pulsante
. E’ possibile aggiungere altre righe per rendere altri
colori trasparenti, come ad es. lo sfondo bianco (255,255,255), ma in questo caso è irrilevante.
Possiamo ora definire l’intervallo di visualizzazione, che va scelto in funzione di una serie di
fattori tra cui la scala nominale del layer di riferimento, che dipende dalla dimensione del
GEOforUS – Geography & Technology Network
Pagina 4
pixel nel caso di una immagine satellitare o di un'ortofoto o dal dettaglio del rilievo e dalla
base di riferimento nel caso di layer vettoriale, etc.
Apriamo la finestra con le Proprietà del layer e nel menù generale inseriamo un intervallo di
visualizzazione compreso tra 1:500.000 ed 1:50.000.
Per i layer wms è possibile definire solo un numero limitato di opzioni di visualizzazione, tra
cui la trasparenza generale dell’immagine e l’intervallo di visualizzazione. Non è possibile
definire la trasparenza di un singolo colore e quindi dello sfondo bianco della cartografia,
operazione che sarebbe possibile se disponessimo della stessa cartografia come immagini
raster in locale. La CTNR potrebbe, ad esempio, essere visualizzata in trasparenza
sull’ortofoto consentendo così di avere una “fotografia” del territorio con sovrapposta la
simbologia che ne interpreta i vari elementi.
In questo esercizio abbiamo a disposizione la cartografia di base a diversi livelli di dettaglio,
scegliamo quindi gli intervalli di visualizzazione più idonei in modo da avere ad ogni scala
una “base cartografica” di riferimento.
Come fatto per l’immagine precedente, definiamo i seguenti intervalli di visualizzazione:
- da 1:250.000 a 1:40.000
per la carta topografica IGM 100k
- da 1:50.000 a 1:7.500
per la carta topografica IGM 25k
- da 1:10.000 a 1:1.000
per la carta tecnica 5k
Il layer dei centri abitati ha geometria poligonale, possiamo quindi usare un colore pieno, ad
es. grigio con trasparenza al 50%, per un intervallo di visualizzazione compreso tra 1:100.000
e 1:1000.
GEOforUS – Geography & Technology Network
Pagina 5
Nel tab Etichette sono presenti numerose opzioni che consentono di visualizzare le etichette
al meglio secondo le proprie esigenze. Scegliamo ad es. di visualizzare l’etichetta relativa al
campo “Località”, posizionando il testo in alto a destra e con un offset di 10.
Rappresentiamo infine gli elementi lineari ponendo alla base i corpi idrici che sono quelli che
logicamente si trovano “sotto” gli altri. Scegliamo un intervallo di visualizzazione compreso
tra 1:50.000 e 1:10000.
Per le tratte ferroviarie è possibile utilizzare lo stile predefinito railway, già presente nel
software, che può essere caricato dal tab Stile
Le strade in genere vengono rappresentate con simbologia differente in base alla tipologia e
all’importanza delle stesse, in modo da dare visivamente idea delle principali arterie di
comunicazione. Osservando il layer delle strade con i suoi attributi, si vede che non c’è un
GEOforUS – Geography & Technology Network
Pagina 6
campo relativo alla tipologia di strada, ma questa informazione in qualche modo è contenuta
nel nome della strada.
Proviamo, quindi, ad estrarre la tipologia e creiamo il campo “tipo“ in cui andremo ad inserire
le prime due lettere del campo “nome”. Nella finestra della tabella clicchiamo sull’icona
in modo da rendere attivo il calcolatore di campi
visualizzerà la finestra di dialogo che segue:
Modalità di modifica
che
Il comando SUBSTR(NOME,1,2) estrae una sub-stringa dal campo NOME della lunghezza di
due caratteri partendo dal primo. I valori del nuovo campo TIPO sono i seguenti:
GEOforUS – Geography & Technology Network
Pagina 7
A_ = autostrada, SS = strada statale, SR = strada regionale, SP = strada provinciale, R.= asse
attrezzato Chieti-Pescara, Ra = raccordo, St= altra strada Su = superstrada, Sv = svincolo, Ta
= tangenziale, Va = variante.
A questo punto, in Proprietà Layer, nel tab stile è possibile definire lo stile per ciascun tipo
di strada (cfr. Lezione 1 § 4)
Una volta creata la simbologia per ciascun tipo di strada è possibile salvare lo stile cliccando
sull’apposito pulsante nel menù Proprietà Layer.
3)
Georefenziare i raster
In un file raster georiferito (o georeferenziato) l'informazione geografica, ovvero i parametri
che permettono al software GIS di collocare l'immagine correttamente in un sistema di
riferimento cartografico (CRS), può essere memorizzata essenzialmente in due modi
differenti:
• nel file stesso, avente ad esempio formato GeoTIFF;
• in un secondo file, con nome uguale al raster e estensione differente, il cosiddetto "world
file".
GEOforUS – Geography & Technology Network
Pagina 8
Nel primo caso le informazioni geografiche si trovano nell’header, una porzione dello stesso
file TIFF che raccoglie dati quali l'estensione dell'immagine, il numero di colori, le coordinate
di un pixel di riferimento, ecc.
Nel secondo caso invece, le informazioni relative alla georeferenziazione sono memorizzate
in un file esterno di tipo testo (il world file appunto) con estensione:
• .tfw o .tifw per un’immagine TIFF,
• .jpw o .jpgw per un’immagine jpg,
nel quale si trovano i parametri per il georiferimento dell'immagine stessa.
Il plugin "Georeferenziatore" è un tool capace di generare il "world file" di un'immagine
raster per l’utilizzo in ambiente GIS.
Viene fornito con l'installazione tipica di QGIS e, analogamente agli altri plugin, va attivato
dall'apposito menu del software o dal relativo pulsante presente nella toolbar .
Analogamente ad altri software per la georeferenziazione delle immagini, è necessario
individuare una serie di punti (GCP2) le cui coordinate siano note. Una volta avviato il plugin
si aprirà una finestra nella quale sarà possibile caricare il raster da georeferenziare.
2
I Ground Control Points (GCP) sono punti di riferimento, oggetti (linee di costa, intersezioni di assi stradali, limiti di
parcelle di terreno, nodi della rete fluviale) di sicura localizzazione al suolo, individuabili su un’immagine.
Generalmente le coordinate al suolo dei GCP sono individuate su una mappa o immagine già georiferita, oppure
misurate direttamente sul campo con un dispositivo GPS. Questi valori sono utilizzati per identificare delle funzioni di
trasformazione che hanno lo scopo di deformare (warping) l'immagine di partenza collocandola correttamente nel
sistema di riferimento prescelto.
GEOforUS – Geography & Technology Network
Pagina 9
Dopo la scelta di ciascun GCP (cliccando Aggiungi Punto nella finestra Georefenziatore),
l'inserimento delle coordinate può essere effettuato sia manualmente, se sono note, sia
scegliendo, nella vista di QGIS, gli omologhi punti su layer già georeferenziati. Per avvalersi
di questa seconda opzione cliccare sul pulsante Dalla Mappa e scegliere il GCP nella vista di
QGIS. X e Y verranno automaticamente caricati.
Una volta selezionato un certo numero di GCP, è possibile avere un’informazione sull’errore
nel loro riposizionamento. La misura standard è l’errore quadratico medio (RMS error), che
rappresenta la deviazione standard della differenza tra la posizione dei GCP prima della
correzione e la loro posizione corretta.
Regola fondamentale è la scelta di punti ben distribuiti sull'intera immagine. In questo modo
si eviterà che l'immagine possa risultare disomogenea nella rettificazione, con zone più
"precise" (più ricche di GCP) a scapito di altre (povere di GCP) che lo saranno meno.
GEOforUS – Geography & Technology Network
Pagina 10
Per visualizzare “l’errore” e prima di procedere alla georeferenziazione è necessario settare le
impostazioni di trasformazione alle quali si accede attraverso il menù Preferenze.
Principali Tipi di trasformazione:
Lineare: il raster viene solo riscalato e traslato. Ciò vuol dire che l'immagine non verrà
"ricalcolata" in un nuovo file raster, ma verrà generato solo il relativo world file a seguito
dell'applicazione dell'algoritmo.
Helmert: viene applicato un algoritmo di correzione dell'immagine operando una
rototraslazione e ricampionamento. Verrà generato un nuovo file raster con relativo world file.
Polinomiale di 1° 2° 3° ordine: la trasformazione usa un polinomio che è costruito su punti
di controllo. Richiede almeno 3 punti di controllo per un polinomio di primo ordine, 6 per uno
di secondo e 10 per uno di terzo ordine. Una trasformazione di primo ordine si limita a
scalare, traslare, ruotare ed inclinare l’immagine originale (le linee rette resteranno rette); con
trasformazioni di ordine superiore le linee rette diventeranno curve.
Spline: trasforma il raster in modo che tutti i punti di controllo acquisiscono le coordinate
assegnate, ma non è garantita l’accuratezza di tutti gli altri punti.
Metodo di ricampionamento:
Si definisce ricampionamento, la procedura utilizzata per determinare i valori dei pixel
dell’immagine corretta sulla base di quelli dell’immagine di partenza non corretta.
Il valore da assegnare può essere quindi identificato con diversi criteri:
GEOforUS – Geography & Technology Network
Pagina 11
• L’algoritmo di nearest neighbor (vicino più prossimo) assegna al pixel nell’immagine
corretta il valore del pixel più vicino al punto corrispondente nell’immagine non corretta. È
un algoritmo semplice che non altera i valori dei pixel nella correzione.
• Metodi più sofisticati calcolano il valore da assegnare al pixel dell’immagine corretta
mediando i valori dei 4 (bilinear interpolation) o 16 (cubic convolution) pixel circostanti al
corrispondente punto nell’immagine di partenza.
Se si vuole creare il word file, attivare il check box Creare il file di georeferenziazione.
Per procedere alla creazione del file GeoTIFF, creare cioè il raster georiferito, cliccare sul
pulsante Inizia Georeferenziazione
Bibliografia
http://qgis.org/
http://grass.osgeo.org/
Redatto da:
Franca Iacobellis [email protected]
Paola Napolitano [email protected]
Revisionato da:
Paolo Cavallini [email protected]
GEOforUS – Geography & Technology Network
Pagina 12