155GIS2 / 4. cvičení: Porovnání verzí

Z GeoWikiCZ
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
m
 
(Není zobrazeno 9 mezilehlých verzí od 2 dalších uživatelů.)
Řádek 1: Řádek 1:
 
{{GIS}}
 
{{GIS}}
{{Cvičení|155GIS2|3|Mapová algebra, interpolace rastrových dat}}
+
{{Cvičení|155GIS2|4|Interpolace rastrových dat}}
  
 
== Základní pojmy ==
 
== Základní pojmy ==
 
; Mapová algebra
 
 
* [http://web.pdx.edu/~jduh/courses/geog475f09/Students/W5_Raster%20presentation%2010-27-09.pdf Raster Operations]
 
* [http://gis.fzp.ujep.cz/files/8.pdf Rastrový datový model a mapová algebra]
 
* Velikostní stupnice (poměrová - ratio, intervalová - interval, pořadová, kategoriální)
 
** [http://en.wikipedia.org/wiki/Level_of_measurement Level of measurement]
 
* Mapová algebra
 
** ''Lokální'' funkce (Cell Statistics) ([http://resources.esri.com/help/9.3/arcgisengine/java/Gp_ToolRef/spatial_analyst_tools/sa_local_combine_illus.png obr])
 
*** jedna rastrová vrstva (goniometrické funkce, reklasifikace, ...)
 
*** více rastrových vrstev (min, max, mean, sum, product, majority, minority, variety, ...)
 
** ''Fokální'' funkce (Neighborhood Statistics) ([https://www.e-education.psu.edu/geog586/sites/www.e-education.psu.edu.geog586/files/image/L06_focalMaxOutputGrid.gif obr])
 
*** Fokalní min, max, mean, sum,...
 
*** ''Kernelové'' operace (density, slope, aspect)
 
** ''Inkrementální'' funkce (globalní funkce) ([http://courses.washington.edu/gis250/lessons/raster_analysis1/images/map_algebra2.gif obr])
 
*** Např. vzdálenostní funkce, obalová zóna, cost distance, cost path
 
** ''Zonální'' funkce (Zonal Statistics) ([http://www.supermap.com/EN/online/Deskpro%206.0/SDTechTheme/images/RasterStatistics_6.JPG obr])
 
*** Zonalní sum, mean, min, max, ..
 
 
; Interpolace
 
  
 
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Inverse_distance_weighting IDW (metoda inverzních vzdáleností)] ([http://www.gislounge.com/wp-content/uploads/2013/04/idw.png obr], [http://planet.botany.uwc.ac.za/nisl/GIS/spatial/images/pic006.jpg obr])
 
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Inverse_distance_weighting IDW (metoda inverzních vzdáleností)] ([http://www.gislounge.com/wp-content/uploads/2013/04/idw.png obr], [http://planet.botany.uwc.ac.za/nisl/GIS/spatial/images/pic006.jpg obr])
Řádek 33: Řádek 13:
 
== Poznámky k systému ArcGIS ==
 
== Poznámky k systému ArcGIS ==
  
; Mapová algebra
+
* 3D Analyst Tools {{bullet}} Raster Interpolation {{bullet}} [https://pro.arcgis.com/en/pro-app/tool-reference/3d-analyst/idw.htm IDW]
 
+
* 3D Analyst Tools {{bullet}} Raster Interpolation {{bullet}} [https://pro.arcgis.com/en/pro-app/tool-reference/3d-analyst/kriging.htm Kriging]
* Zapnout nadstavbu - Customize {{bullet}} Extensions {{bullet}} [http://www.esri.com/software/arcgis/extensions/spatialanalyst/index.html Spatial Analyst]
+
* 3D Analyst Tools {{bullet}} Raster Interpolation {{bullet}} [https://pro.arcgis.com/en/pro-app/tool-reference/3d-analyst/spline.htm Splines]
* Základní mapová algebra (Math)
+
* 3D Analyst Tools {{bullet}} Raster Interpolation {{bullet}} [https://pro.arcgis.com/en/pro-app/tool-reference/3d-analyst/natural-neighbor.htm Natural Neighbor] 
* Pokročilá mapová algebra, rastrový kalkulátor (Map Algebra {{bullet}} [http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#//009z000000z7000000.htm Raster Calculator])
+
* 3D Analyst Tools {{bullet}} Raster Interpolation {{bullet}} [https://pro.arcgis.com/en/pro-app/tool-reference/3d-analyst/topo-to-raster.htm Topo To Raster]
* Spatial Analyst {{bullet}} Map Algebra {{bullet}} Raster Calculator
+
* Data Management Tools {{bullet}} Raster {{bullet}} Raster Processing {{bullet}} [https://pro.arcgis.com/en/pro-app/tool-reference/data-management/clip.htm Clip Raster]
* Spatial Analyst {{bullet}} Extraction {{bullet}} Exctract By Mask
+
* Spatial Analyst Tools {{bullet}} Zonal {{bullet}} [https://pro.arcgis.com/en/pro-app/tool-reference/spatial-analyst/zonal-geometry.htm Zonal Geometry]
* Spatial Analyst {{bullet}} Raster Creation
 
* Spatial Analyst {{bullet}} Zonal {{bullet}} Zonal Geometry
 
* 3D Analyst {{bullet}} Functional Surface {{bullet}} Add Surface Information
 
  
; Interpolace
 
  
* 3D Analyst Tools {{bullet}} Raster Interpolation {{bullet}} IDW
+
{{fig|Idw teplota|Metoda IDW v ArcGIS Pro}}
* 3D Analyst Tools {{bullet}} Raster Interpolation {{bullet}} Kriging
 
* 3D Analyst Tools {{bullet}} Raster Interpolation {{bullet}} Splines
 
* 3D Analyst Tools {{bullet}} Raster Interpolation {{bullet}} Natural Neighbor
 
* 3D Analyst Tools {{bullet}} Raster Interpolation {{bullet}} Topo To Raster
 
* Data Management Tools {{bullet}} Raster {{bullet}} Raster Processing {{bullet}} Clip
 
* Spatial Analyst Tools {{bullet}} Zona {{bullet}} Zonal Geometry
 
  
{{fig|arcgis-gis2-cv4|Rastrový kalkulátor v ArcGIS}}
 
{{fig|arcgis-gis2-cv3|Metoda IDW v ArcGIS}}
 
  
 
=== Odkazy ===
 
=== Odkazy ===
  
; Mapová algebra
+
* [http://www.esri.com/news/arcuser/0704/files/interpolating.pdf Interpolating Surfaces in ArcGIS Spatial Analyst]
 
+
* [https://pro.arcgis.com/en/pro-app/tool-reference/3d-analyst/how-idw-works.htm How IDW works]
* [http://gis.zcu.cz/studium/ugi/cviceni/ch07s04.html 3D Analyst. Vizualizace dat v ArcScene. Mapová algebra]
+
* [https://pro.arcgis.com/en/pro-app/tool-reference/spatial-analyst/how-spline-works.htm How Spline works]
* [http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#//009z000000w4000000.htm Zonal Geometry]
+
* [https://pro.arcgis.com/en/pro-app/tool-reference/3d-analyst/how-spline-with-barriers-works.htm How Spline with Barriers works]
* [http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#/How_Cell_Statistics_works/009z00000088000000/ How Cell Statistics works]
+
* [https://pro.arcgis.com/en/pro-app/tool-reference/3d-analyst/kriging.htm Kriging]
* [http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#//009z000000r7000000.htm How Focal Statistics works]
+
* [https://pro.arcgis.com/en/pro-app/tool-reference/spatial-analyst/how-kriging-works.htm How Kriging works]
* [http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#/How_Zonal_Statistics_works/009z000000wt000000/ How Zonal Statistics works]
+
* [https://pro.arcgis.com/en/pro-app/tool-reference/spatial-analyst/how-natural-neighbor-works.htm How Natural Neighbor works]
 
+
* [https://pro.arcgis.com/en/pro-app/tool-reference/3d-analyst/how-topo-to-raster-works.htm How Topo to Raster works]
; Interpolace
 
 
 
* [http://www.esri.com/news/arcuser/0704/files/interpolating.pdf Interpolating Surfaces in ArcGIS Spatal Analyst]
 
* [http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#/How_IDW_works/009z00000075000000/ How Inverse Distance Weighted (IDW) interpolation works]
 
* [http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#//009z00000078000000.htm How Spline works]
 
* [http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#/How_Spline_with_Barriers_works/00q900000039000000/ How Spline with Barriers works]
 
* [http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#//009z0000006n000000.htm Kriging]
 
* [http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#//009z00000076000000.htm How Kriging works]
 
* [http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#//00q90000003r000000.htm How Natural Neighbor works]
 
* [http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#//009z0000007m000000.htm How Topo to Raster works]
 
 
 
== Poznámky k systému GRASS ==
 
 
 
{{fig|grass-gis2-cv4|Rastrový kalkulátor v GRASS GIS|size=503}}
 
{{fig|grass-gis2-cv3|Metoda IDW v GRASS GIS|size=503}}
 
 
 
=== Odkazy ===
 
 
 
* [http://training.gismentors.eu/grass-gis-zacatecnik/rastrova_data/rastrova-algebra.html Rastrová algebra]
 
  
 
== Úlohy ==
 
== Úlohy ==
Řádek 99: Řádek 48:
 
* Rastr interpolovaný z naměřených hodnot meteorologických stanic počítejte v prostorovém rozlišení 1km (pokud není uvedeno jinak) a v souřadnicovém systému S-JTSK.  Rastr bude vždy ohraničen státní hranici ČR.
 
* Rastr interpolovaný z naměřených hodnot meteorologických stanic počítejte v prostorovém rozlišení 1km (pokud není uvedeno jinak) a v souřadnicovém systému S-JTSK.  Rastr bude vždy ohraničen státní hranici ČR.
  
{{GISUloha|1|Jaká je plocha území v ha s nadmořskou výškou mezi 500 a 700m|DigitalniModelReliefu|197 106ha}}
+
{{GISUloha|1|Na základě naměřené teploty odvoďte rastr metodou IDW (výchozí hodnoty). Jaká je průměrná teplota na území ČR|meteodata, StatPolygon (AC)|3,5°C}}
 
 
("DigitalniModelReliefu" > 500) & ("DigitalniModelReliefu" < 700)
 
 
 
{{GISUloha|2|Jaká je výměra území v ha pro kterou platí, že leží v nadmořské výšce nad 700m a má sklon svahu větší než 25 gonů|DigitalniModelReliefu|12 401ha}}
 
 
 
("DigitalniModelReliefu" > 700) & (Slope("DigitalniModelReliefu") * 10 / 9 > 25)
 
 
 
{{GISUloha|3|Jaký průměrný sklon mají svahy, které jsou vzdáleny do 10km od státní hranice. Jak velký rozdíl to je oproti průměrné hodnotě počítané pro celé území státu|DigitalniModelReliefu, StatPolygon (AC)|4,82&deg; -1,52&deg;}}
 
 
 
{{GISUloha|4|Jaká je plocha území v ha, kde se sklon limitně blíží k nule|DigitalniModelReliefu|197 106ha}}
 
 
 
Aspect("DigitalniModelReliefu") < 0
 
 
 
{{GISUloha|5|Vytvořte pomocí Raster Calculatoru rastr, který obsahuje hodnotu 1 pro území, kde je nadmořská výška nad 700m a sklon menší než 5&deg;; hodnotu 2, kde je platí, že je nadmořská výška nad 700m a sklon je větší než 5&deg;. Jaká je výměra takto určeného území v ha|DigitalniModelReliefu|1 - 249 974ha; 2 - 361 191ha}}
 
 
 
Con( ("DigitalniModelReliefu" > 700) & (Slope("DigitalniModelReliefu") < 5),
 
1,
 
Con(("DigitalniModelReliefu" > 700) & (Slope("DigitalniModelReliefu") > 5), 2) )
 
 
 
{{GISUloha|6|Na základě naměřené teploty odvoďte rastr metodou IDW (výchozí hodnoty). Jaká je průměrná teplota na území ČR|meteodata, StatPolygon (AC)|3,5&deg;C}}
 
  
{{GISUloha|7|Jaká je průměrná teplota v nadmořské výšce větší než 700 m při použití rastru vypočteného metodou Kriging (výchozí hodnoty)|meteodata, DigitalniModelReliefu|3,4&deg;C}}
+
{{GISUloha|2|Jaká je průměrná teplota v nadmořské výšce větší než 700 m při použití rastru vypočteného metodou Kriging (výchozí hodnoty)|meteodata, DigitalniModelReliefu|3,4&deg;C}}
  
{{GISUloha|8|Jaká je průměrná teplota v nadmořské výšce větší než 700 m při použití rastru vypočteného metodou Spline (výchozí hodnoty)|meteodata, DigitalniModelReliefu|2,9&deg;C}}
+
{{GISUloha|3|Jaká je průměrná teplota v nadmořské výšce větší než 700 m při použití rastru vypočteného metodou Spline (výchozí hodnoty)|meteodata, DigitalniModelReliefu|2,9&deg;C}}
  
{{GISUloha|9|Jaká je plocha území v ha, kde je teplota nižší než 3&deg;C (využijte interpolační metodu Natural Neighbor, prostorové rozlišení 100m) a je současně orientováno na jih. Kolik procent tohoto uzemí leží v nadmořské výšce větší než 1000m|meteodata, DigitalniModelReliefu|238 905ha; 40%}}
+
{{GISUloha|4|Jaká je plocha území v ha, kde je teplota nižší než 3&deg;C (využijte interpolační metodu Natural Neighbor, prostorové rozlišení 100m) a je současně orientováno na jih. Kolik procent tohoto uzemí leží v nadmořské výšce větší než 1000m|meteodata, DigitalniModelReliefu|238 905ha; 40%}}
  
{{GISUloha|10|Jaká je interpolovaná hodnota teploty v reprezentačním bodě obce Peruc? (Použijte maximální hodnotu z interpolací Spline, IWD a Kriging, prostorové rozlišení 1000m, na 2 des. místa)|bod, meteodata|5,63}}
+
{{GISUloha|5|Jaká je interpolovaná hodnota teploty v reprezentačním bodě obce Peruc? (Použijte maximální hodnotu z interpolací Spline, IWD a Kriging, prostorové rozlišení 1000m, na 2 des. místa)|bod, meteodata|5,63}}
  
{{GISUloha|11|Vypočítejte pro reprezentační body obcí jejich teplotu. Rastr, ze kterého budete teplotu určovat vypočítejte jako průměr z metod IDW, Kriging a Spline (prostorové rozlišení 1km). Dále určete z takto vypočítaných hodnot průměrné teploty pro kraje. Který z krajů má nejnižší průměrnou teplotu a kolik to je|DigitalniModelReliefu, meteodata, ObceBody (AC)|Vysočina; 6,11&deg;}}
+
{{GISUloha|6|Vypočítejte pro reprezentační body obcí jejich teplotu. Rastr, ze kterého budete teplotu určovat vypočítejte jako průměr z metod IDW, Kriging a Spline (prostorové rozlišení 1km). Dále určete z takto vypočítaných hodnot průměrné teploty pro kraje. Který z krajů má nejnižší průměrnou teplotu a kolik to je|DigitalniModelReliefu, meteodata, ObceBody (AC)|Vysočina; 6,11&deg;}}
  
 
  Con("DigitalniModelReliefu", (Spline("meteodata", "teplota", 1000) +  
 
  Con("DigitalniModelReliefu", (Spline("meteodata", "teplota", 1000) +  
 
  Kriging("meteodata", "teplota", "Spherical", 1000) + Idw("meteodata", "teplota", 1000)) / 3)
 
  Kriging("meteodata", "teplota", "Spherical", 1000) + Idw("meteodata", "teplota", 1000)) / 3)
  
{{GISUloha|12|Vytvořte dva rastry teplot, které budou obsahovat pro každý pixel minimální, resp. maximální hodnotu z interpolací IDW, Kriging, Spline (výchozí nastavení, prostorové rozlišení 1km). Jaký je rozdíl takto odvozených teplot pro reprezentační bod obce Peruc|meteodata, ObceBody (AC)|0,30&deg;}}
+
{{GISUloha|7|Vytvořte dva rastry teplot, které budou obsahovat pro každý pixel minimální, resp. maximální hodnotu z interpolací IDW, Kriging, Spline (výchozí nastavení, prostorové rozlišení 1km). Jaký je rozdíl takto odvozených teplot pro reprezentační bod obce Peruc|meteodata, ObceBody (AC)|0,30&deg;}}
  
 
  Abs(
 
  Abs(
Řádek 145: Řádek 74:
 
   Spline("meteodata", "teplota", 1000)], "MINIMUM")))
 
   Spline("meteodata", "teplota", 1000)], "MINIMUM")))
 
   
 
   
{{GISUloha|13|Vytvořte rastr teplot, který vznikne z interpolace IDW (výchozí nastavení, prostorové rozlišní 1km) a následně fokální funkcí jako průměrná hodnota (Focal Mean) z oblasti 5x5 pixelů. Jakou teplotu má oblast odpovídající reprezentačnímu bodu obce Peruc|meteodata, ObceBody (AC)|3,62}}
+
{{GISUloha|8|Vytvořte rastr teplot, který vznikne z interpolace IDW (výchozí nastavení, prostorové rozlišní 1km) a následně fokální funkcí jako průměrná hodnota (Focal Mean) z oblasti 5x5 pixelů. Jakou teplotu má oblast odpovídající reprezentačnímu bodu obce Peruc|meteodata, ObceBody (AC)|3,62}}
  
 
  (FocalStatistics(Idw("meteodata", "teplota", 1000), NbrRectangle(5, 5, "CELL"), "MEAN"))
 
  (FocalStatistics(Idw("meteodata", "teplota", 1000), NbrRectangle(5, 5, "CELL"), "MEAN"))

Aktuální verze z 25. 3. 2020, 23:14

předchozí cvičenístránky předmětudalší cvičení

Interpolace rastrových dat

Základní pojmy

Poznámky k systému ArcGIS

  • 3D Analyst Tools • Raster Interpolation • IDW
  • 3D Analyst Tools • Raster Interpolation • Kriging
  • 3D Analyst Tools • Raster Interpolation • Splines
  • 3D Analyst Tools • Raster Interpolation • Natural Neighbor
  • 3D Analyst Tools • Raster Interpolation • Topo To Raster
  • Data Management Tools • Raster • Raster Processing • Clip Raster
  • Spatial Analyst Tools • Zonal • Zonal Geometry


Metoda IDW v ArcGIS Pro


Odkazy

Úlohy

V následujících úlohách budeme, pokud nebude uvedeno jinak, používat data z datové sady ArcCR500. Tato datová sada je poskytovaná firmou ArcData zdarma.

Popis dat je k dispozici zde.

V učebně B-870 jdou data nainstalována v adresáři

S:\K155\Public\data\ArcGIS\ArcCR500

Přístupová práva k tomu adresáři jsou omezena pouze na čtení! Nelze tedy datové vrstvy z ArcCR500 upravovat (včetně např. vytváření pyramid).

Data meteorologických stanic byla převzata z http://www.in-pocasi.cz/pocasi-na-web/meteostanice.php. Na základě ukázkového XML souboru byl vytvořen soubor ve formátu MS Excel, který je ke stažení zde.

  • Souřadnice meteorologických stanic jsou uvedny ve WGS-84 (zeměpisná délka a šířka).
  • Rastr interpolovaný z naměřených hodnot meteorologických stanic počítejte v prostorovém rozlišení 1km (pokud není uvedeno jinak) a v souřadnicovém systému S-JTSK. Rastr bude vždy ohraničen státní hranici ČR.

1.

Na základě naměřené teploty odvoďte rastr metodou IDW (výchozí hodnoty). Jaká je průměrná teplota na území ČR?
Datové vrstvy: meteodata, StatPolygon (AC)
Výsledek: 3,5°C

2.

Jaká je průměrná teplota v nadmořské výšce větší než 700 m při použití rastru vypočteného metodou Kriging (výchozí hodnoty)?
Datové vrstvy: meteodata, DigitalniModelReliefu
Výsledek: 3,4°C

3.

Jaká je průměrná teplota v nadmořské výšce větší než 700 m při použití rastru vypočteného metodou Spline (výchozí hodnoty)?
Datové vrstvy: meteodata, DigitalniModelReliefu
Výsledek: 2,9°C

4.

Jaká je plocha území v ha, kde je teplota nižší než 3°C (využijte interpolační metodu Natural Neighbor, prostorové rozlišení 100m) a je současně orientováno na jih. Kolik procent tohoto uzemí leží v nadmořské výšce větší než 1000m?
Datové vrstvy: meteodata, DigitalniModelReliefu
Výsledek: 238 905ha; 40%

5.

Jaká je interpolovaná hodnota teploty v reprezentačním bodě obce Peruc? (Použijte maximální hodnotu z interpolací Spline, IWD a Kriging, prostorové rozlišení 1000m, na 2 des. místa)?
Datové vrstvy: bod, meteodata
Výsledek: 5,63

6.

Vypočítejte pro reprezentační body obcí jejich teplotu. Rastr, ze kterého budete teplotu určovat vypočítejte jako průměr z metod IDW, Kriging a Spline (prostorové rozlišení 1km). Dále určete z takto vypočítaných hodnot průměrné teploty pro kraje. Který z krajů má nejnižší průměrnou teplotu a kolik to je?
Datové vrstvy: DigitalniModelReliefu, meteodata, ObceBody (AC)
Výsledek: Vysočina; 6,11°
Con("DigitalniModelReliefu", (Spline("meteodata", "teplota", 1000) + 
Kriging("meteodata", "teplota", "Spherical", 1000) + Idw("meteodata", "teplota", 1000)) / 3)

7.

Vytvořte dva rastry teplot, které budou obsahovat pro každý pixel minimální, resp. maximální hodnotu z interpolací IDW, Kriging, Spline (výchozí nastavení, prostorové rozlišení 1km). Jaký je rozdíl takto odvozených teplot pro reprezentační bod obce Peruc?
Datové vrstvy: meteodata, ObceBody (AC)
Výsledek: 0,30°
Abs(
(CellStatistics([Idw("meteodata", "teplota", 1000),
 Kriging("meteodata", "teplota", "Spherical", 1000), 
 Spline("meteodata", "teplota", 1000)], "MAXIMUM"))
- 
(CellStatistics([Idw("meteodata", "teplota", 1000), 
 Kriging("meteodata", "teplota", "Spherical", 1000),
 Spline("meteodata", "teplota", 1000)], "MINIMUM")))

8.

Vytvořte rastr teplot, který vznikne z interpolace IDW (výchozí nastavení, prostorové rozlišní 1km) a následně fokální funkcí jako průměrná hodnota (Focal Mean) z oblasti 5x5 pixelů. Jakou teplotu má oblast odpovídající reprezentačnímu bodu obce Peruc?
Datové vrstvy: meteodata, ObceBody (AC)
Výsledek: 3,62
(FocalStatistics(Idw("meteodata", "teplota", 1000), NbrRectangle(5, 5, "CELL"), "MEAN"))