700 likes | 847 Views
Luento 6: Vektorianalyysin perusmenetelmiä: ( overlay , bufferointi , verkostoanalyysi ) + metatieto GIS:ssä. Seuraavan viikon ohjelmasta. Seuraavalla viikolla on väliviikko: ei opetusta 21.10.2013 - 25.10.2013. Aineistojen dokumentointi: Metatieto paikkatiedossa. Aineistontuottaja?.
E N D
Luento 6: Vektorianalyysin perusmenetelmiä: (overlay, bufferointi, verkostoanalyysi) + metatieto GIS:ssä
Seuraavan viikon ohjelmasta • Seuraavalla viikolla on väliviikko: • ei opetusta 21.10.2013 - 25.10.2013
Aineistontuottaja? Ominaisuustiedot? Metatieto Formaatti? Tietomalli Mittakaava ja MMU? Käyttötarkoitus? Hinta? Kuvaustapa? ?
Metatieto – tietoa tiedosta • Aineiston valinta perustuu yhä useammin tietoa koskevaan kuvailu- eli metatietoon • Metatiedolla tarkoitetaan tietoa, joka kuvailee (paikka)tietokokonaisuuksia • Suomen kansallisen paikkatietostrategian sanoin: • “Metatietojen avulla käyttäjä tai tietojärjestelmä voi päätellä tietojen sopivuuden erilaisiin tarpeisiin.” • “Metatiedoissa kuvataan tavallisesti aineiston kattavuus, luokittelutapa, ajantasaisuus, laatu, luontimenetelmä ja muita käytettävyyteen liittyviä seikkoja.”
Metatieto voidaan jaotella • Yleisempiin paikkatietoaineistojen ja tuotteiden hakemista tukeviin kuvaileviin metatietoihin • Yksityiskohtaisempiin tietojen ja tuotteiden tarkkaa arviointia tukeviin tietoihin, joilla yksittäisen kohteen laatua voi arvioida
CHIESA Geonetwork(http://chiesa-gis.geography.helsinki.fi:8080/geonetwork/srv/en/main.home)
Metadatan tyyli voidaan muuttaa esim. ArcMapissä(Customize -> ArcMapOptions -> Metadata)- ArcCatalogissametadataa voidaan editoida
Perusanalyysit vektoriaineistolla: • Overlay-analyysit • Buffer-eli puskurivyöhykkeet • Networkeli verkostoanalyysit
Päälekkäisanalyysit - overlay Overlay analyyysit - perinteisintä maantiedettä ”uusin” työkaluin • ”Granö kehitti erityisen maisematieteen, jossa ihmiskeskeisesti tarkasteltiin ympäröivää maisemaa. Tämän metodin avulla hän teki edelleenkin käytössä olevien aluejakojen pohjana olevan Suomen maisema-aluejaon. Granön metodinen pääteos on Puhdas maantiede vuodelta 1930” Lähde: Wikipedia
Päällekkäisanalyysit (overlay) • Overlay-operaatiot (eli päällekkäisoperaatiot) ovat aineiston analyysi- ja muunnosmenetelmiä, jotka perustuvat eri karttatasojen sisältämien kohteiden välisiin sijaintisuhteisiin • Päällekkäisanalyysissä (leikkausanalyysi, overlay-analyysi) vertaillaan ja yhdistellään päällekkäisten karttatasojen kohteita. Analyysin tuloksena syntyy uusia karttakohteita, joihin liittyy tai liitetään joukko ominaisuustietoja. • Analyysissä syntyneiden kohteiden ominaisuustiedot kerätään, joko sellaisina tai erilaisten laskuoperaatioiden avulla alkuperäisistä tietokannoista. Ne sisältävät yleensä myös aivan uutta, esimerkiksi muodostuneiden kohteiden sijaintitietoon tai luokitteluun perustuvaa tietoa. • Operaation tuloksena syntyviltä uusilta karttatatasolta saadaan uutta alueinformaatiota.
Päällekkäisanalyysi alueilla (polygons) Slope-luokka Tulos Maaperä Kasvillisuus “Example of an overlay of steep slopes, soils, and vegetation. New polygons are created by the intersection of the input polygon boundaries. The resulting polygons have all of the attributes of the original polygons.” Lähde: Esri
Heywood et al. Figure 6.13 Vector overlays: (a) point-in-polygon; (b) line-in-polygon
Missä on metsää ja missä on matkailualue? Heywood et al. Figure 6.13 Vector overlays: (c) polygon-on-polygon (Continued)
Overlay operaatioiden suoritus ArcMapillä • ArcMap:issa ei ole varsinaista overlay-työkalua. Päällekkäisoperaatioita suoritetaan ArcToolboxin eri työkalujen avulla. Tärkeimmät Overlay funktiot löytyvät myös suoraan Geoprocessing valikosta
Merge (ei varsinainen overlay) • Karttatasojen yhteenliitos • Toimintoa käytetään haluttaessa yhdistää kahden tai useamman layerin kohteita yhdeksi uudeksi layeriksi. • Esim. • Päätiet ja sivutiet yhdeksi layeriksi • Kaksi karttalehteä yhteen
Clip • Clip - leikkaava ”piparkakkumuotti”- toiminnolla luodaan uusi layer leikkaamalla piste-, viiva- tai aluetyyppistä layeria aluetyyppisen layerin (tai aluelayerin valittuna olevien kohteiden) ulkorajoilla. • Clip-leikkauksesta syntyy karttataso, joka sisältää ainoastaan lähtölayerin ominaisuustietotaulun kentät
Erase • Erase- ”pyyhekumi”- soveltuu kohteiden poistamiseen layerista toisen karttatason kohteiden avulla- tulostasossa samat attribuutit kuin alkuperäisessä
Identity • Identity- suorittaa geometrisen leikkauksen ja liittää karttatason kohteisiin ominaisuustietoja leikkaavan identity-aluelayerin taulusta. Esim. maaperätietojen liittäminen taloihin tai tiestöön.- karttatason geometria säilyy ennallaan, mutta ominaisuustiedot haetaan toisesta kohteesta
Intersect (AND-periaatteella) • Intersect - kahden layerin leikkaus molempien ominaisuustiedot säilyttäen- leikkaava polygon määrittelee tuloksen ulkorajat - toimintoa käytetään polygonilayerilla tapahtuvaan piste-,viiva- tai aluelayerin leikkaamiseen.
Union • Union - karttatasojen yhdistäminen- toiminto luo uuden layerin liittämällä yhteen kaksi erillistä aluelayeria. Uuden layerin ominaisuustietotaulu sisältää molempien lähtölayereiden kentät. Union-toiminto tuottaa uusia aluekohteita alkuperäisiä tietoja hävittämättä.
Overlay-analyysissä huomioitavaa • Laskennallisesti vaativaa (vrt. rasteriaineistot, joissa supersimppeliä) • Pienet ja ns. Sliver-polygonien synty • aineiston esikäsittely tarpeen • suodatukset ja kyselyt jälkikäteen tarpeen • Yhdistettyjen ominaisuustietojen loogisuus esim. tiheysluvut
Ominaisuustietojen periytyminen kahden tason overlay-operaatioissa • - yhdistettäessä leikkaamalla kahden tason kohteita (esim. Intersect- ja Union- operaatiot) syntyy uusia kohteita, joille muodostetaan uudet ominaisuustiedot periyttämällä ne molempien alkuperäisten tasojen valituilta kohteilta • ArcMap laskee uusien kohteiden pinta-alat ja pituudet (tosin automaattisesti vain mikäli kyseessä on paikkatietokannan (geodatabase) kohdeluokka (feature class) shp-tiedostoille mm. pinta-alat laskettava erikseen * muut (halutut) ominaisuustiedot kopioituvat vastaavista alkuperäisistä kohteista* HUOM!: periytetyt ominaisuustiedot saattavat muuttua loogisesti virheellisiksi mikäli ne on suhteutettu alkuperäisten aluekohteiden pinta-alaan (esim. väentiheys), viivakohteen pituuteen, yms.
Overlay-analyysin tuloksena syntyy • Syntyy usein hyvin paljon pieniä alueobjekteja, joista jokaisella on oma yhdistelmänsä alkuperäisten tasojen ominaisuuksista. Tulosta joudutaan usein suodattamaan esimerkiksi alueen koon perusteella. Toinen mahdollisuus on jatkaa analyysia poimimalla kiinnostavat alueet jonkun ominaisuuskyselyn avulla • Mikäli overlay-analyysia käytetään eri lähteistä saatujen aineistojen käsittelyyn, on niiden esikäsittely useimmiten välttämätöntä. Esimerkiksi sama rajaviiva on lähes poikkeuksetta digitoitu hieman eri paikkaan. Analyysissa syntyy suuri määrä alueita, joiden pinta-ala on hyvin lähellä nollaa. Tämä hidastaa laskentaa, ja suurentaa tiedostokokoa ratkaisevasti. Pienten alueiden suodatus pois tuloksesta on siis tarpeen. Analysoijan täytyy kuitenkin ratkaista, kumpi rajaviivoista on luotettavampi.
Overlay-analyysien ominaisuuksia / ongelmia: • - etenkin polygonien leikkaaminen polygoneilla on laskennallisesti vaativa tehtävä • - polygonien leikkauksissa ja etäisyysvyöhykkeiden luomisessa saattaa syntyä "reikiä" jotka ovat geometrisesti polygoneja mutta eivät kuulu karttatason loogisiin kohteisiin. • Rasterikarttatasojen overlay operaatiot huomattavasti yksinkertaisempia toteuttaa (Map algebra)
Päällekkäisoperaatiot ja sijaintitarkkuus • -eri karttatasojen polygonien lähes yhdensuuntaiset rajaviivat saattavat aiheuttaa merkityksettömiä "suikalepolygoneja" (slivers)-syynä muun muassa eri mittakaavaiset lähtöaineistot ja digitoinnin epätarkkuudet-alkuperäisissä karttatasoissa olevat sijaintiepätarkkuudet saattavat kumuloitua overlay-prosessissa-eri keinoja ”suikaleiden” eliminoimiseksi: aineistojen topologinen esivalmistelu, pienten ja/tai muodoltaan ”outojen” polygonien poisto kyselyjen avulla
Bufferointi – yhdenlainen etäisyysanalyysi • Etäisyysanalyysiä jo kyselyissä tehtävä etäisyyslaskenta • Etäisyysanalyysillä tarkoitetaan ehkä yleisimmin puskurivyöhykkeiden määritystä • Pisteiden, viivojen ja alueiden ympärille lasketaan vyöhykealue, jolla on tietty yhtenäinen ominaisuus. • Uusia vyöhykealueita voidaan käyttää edelleen overlay-operaatioissa ja hauissa. Tyypillisiä vektorinaapurustoanalyysejä ovat myös ”point-in-polygon” ja ”line-in-polygon”-haut.
Bufferointi (etäisyysvyöhykeanalyysi, vaikutusalueanalyysi) • Perustapaus euklidinen etäisyys piste-, viiva- ja aluekohteista • Etäisyys voi olla vakio, tai kullakin kohteella erilainen (attribuuttien perusteella) • bufferointi tuottaa uuden layerin, jota voi hyödyntää jatkoanalyyseissa tarkasteltaessa esim. halutun levyisellä vaikutusaluevyöhykkeellä sijaitsevia kohteita toisilta karttatasoilta • Rasteripaikkatietoaineistoissa etäisyysvyöhyke voidaan laskea valikoitujen kohteiden ympärille myös kustannusetäisyyttä hyödyntäen (kustannuspinnat)
Figure 6.6 Buffer zones around (a) point, (b) line and (c) area features
Bufferointi – ja päällekkäisyysoperaatioiden ketjutus • Operaatioiden ketjuttaminen on usein tarpeellista (työskentely osavaiheiden kautta) • Huomioitavaa: - operaatioiden järjestyksen vaikutus tulokseen - osavaiheissa syntyvien karttatasojen kuvaava nimeäminen tärkeää - osavaiheissa syntyvien karttatasojen poistaminen niiden käytyä tarpeettomiksi
Heywood et al. Figure 6.15 Identifying areas suitable for a nuclear waste repository
Esimerkki 1 - ydinjätteen sijoitus (Kirjasta Heywood et al.) • Geologia: Paikan on oltava geologialtaan sopiva • Saavutettavuus: Paikan täytyy olla saavutettavissa rautateitse • Väestö: Paikka ei saa olla tiheästi asuttu • Suojelu: Alue ei saa olla suojelualue
Figure 6.8 Radioactive waste case study: 3 km buffer zones (blue) around the railnetwork (red)
Figure 6.16 Radioactive waste case study: results of vector overlay showing the intersect of the rail buffer and geology
Esimerkki 2 - sopivatalueethakkuille – valintakriteerit: - Jokibufferi(eihakkuita 300 m säteellä)- Tie bufferi(eihakkuita 100 m säteellä)- maankäyttötyyppi on metsää
BUFFER 300' Joki JokiBuf T_JBuf OVERLAY (Union) BUFFER 100' Tie TieBuf METSÄ OVERLAY (Erase) Suitable areas Sopivien hakkuualueiden mallintaminen
300’ Buffer Restricted Areas Joki Land Suitability Model
100’ buffer Tie Restricted Area Land Suitability Model
OVERLAY Land Suitability Model
Land suitability model ArcMapillä vaihe 1. • Buffer Wizard –työkalu , jolla voidaan luoda vaikutusalueita piste-, viiva- tai aluekohteiden ympärille (vrt. kohteiden valinta sijaintietokyselyissä etäisyyden perusteella). • Jos Buffer Wizard ei näy käyttöliittymässä, hae se käyttöösi: Tools Customize Commands Tools. Kuljeta hiirellä bufferointi-työkalu haluamaasi valikkoon tai työkalupalkkiin
Land suitability model ArcMapillä vaihe 2. • Data Frame properties– Meters - meters).
Land suitability model ArcMapillä - bufferointi 2. 1. • Joki -bufferi 3.
Land suitability model ArcMapillä • Joki bufferi 300m