Mapová algebra

Cíl cvičení

Použití mapové algebry v rámci rastrového kalkulátoru pro výpočet relativního elevačního modelu řeky.

Základní pojmy

Mapová algebra – překryvné operace rastrů
Rastrová kalkulačka – nástroj spouštějící výrazy Mapové algebry
DMT (digitální model terénu) – digitální reprezentace prostorových objektů (obecný pojem obsahující různé způsoby vyjádření terénního reiéfu nebo povrchu)
DMR (digitální model reliéfu) – digitální reprezentace zemského povrchu (NEbsahuje vegetaci, lidské stavby)
DMP (digitální model povrchu) – digitální reprezentace zemského povrchu (obsahuje vegetaci, lidské stavby, které jsou pevně spojené s reliéfem)
REM (relativní výškový model) – DMT relativní k vodní hladině toku.

REM

Digitální relativní modely nám pomáhají lépe porozumět terénu. Při jejich vytváření se používá tzv. detrendovaný DMR bez vlivu nerovností. Tento detrendovaný DEM je následně odečten od DMR, což je digitální model povrchu. REM je užitešný pro vizualizaci říčních tvarů, které mohou být obtížně rozeznatelné pouze z leteckých snímků či DMR. Identifikace těchto tvarů má velkou vypovídací hodnotu při studiu migrace koryt a povodní, stejně jako při dalších úkonech spojených se stavebními pracemi či výskytu živočichů.

Z REM lze identifikovat následující prvky: - Stržová eroze, - meandr s přiléhajícími hřbety a koryty ve tvaru půlměsíce - slepá ramena - izolovaná povodeň, - hráz.

REM Story mapa

Použité datové podklady

DMR 5G

Postup

1. Stažení dat Z Geoportálu Zeměměřického Úřadu si stáhněte dlažice DMR5G na části Vámi vybrané řeky. Zazipované soubory *.laz rozbalte a připojte do ArcGIS Pro.

Pozn." Je vhodné vybrat oblast, kde má řeka možnost měnit svůj tvar v čase. Ideální jsou tedy zájmová území s rovinatým charakterem, kde se tvoří meandry, slepá ramena, či záplavy. Protékající řeka údolím nemá pro změny toku dostatek prostoru a tvorba relativního výškového modelu nemá pro následující analýzy smysl.

2. Založení projektu v ArcGIS Pro

Po založení je nutné nastavit souřadnicový systém mapy na S-JTSK Krovak EastNorth (EPSG:5514)

3. Konverze LAZ souborů

Pozn.

Nástroj lze spustit buď pro každý soubor zvlášť nebo spustit dávkově (viz cv. 1: Batch Processing)
Po aktualizaci připojené složky s daty se nám v záložce katalogu zobrazí konvertované las soubory mračna bodů

4. Tvorba DMR

Pozn.

postup vysvětlen ve cv. 3: Vytvoření digitálního modelu terénu
Velikost buňky volte dle s ohledem na přesnost dat
Vzhledem k prostorovému rozlišení produktu DMR5G zde vhodné nastavit hodnotu 2 metry (opravit v nové verzi)

5. Tvorba rastrové mozaiky Ze vniklých dlaždic je nutné vytvořit jediný výškový rastr pomocí funkce Mosaic To New Raster.

6. Odečtení extrémních hodnot

Pomocí nástroje Explore na záložce Map zjistíme minimální a maximální nadmořskou výšku toku.

Odečtení maximální a minimální nadmořské výšky řeky z mozaiky

7. Změna symbologie DMR

Nově vytvořené mozaice DMR nastavíme vlastní symbologii podle zaznamenaných extrémních hodnot. - je možné upravit dle požadovaného výsledku

Pozn.

Extrémní hodnoty lze přizpůsobit, aby byla dobře vidět kostra řeky i s přítoky.

8. Tvorba kopie DMR

9. Středová čára řeky Abychom mohli vypošítat výškový model vstažený k povrchu řeky, je nutné vytvořit bodovou vrstvu s informacemi o nadmořské výšce a následně z nich vytvořit interpolovaný rastr. Nejdříve je nutné založit novou třídu prvků a nakreslit středovou čáru řeky, podle které následně vygenerujeme body.

Tvorba středové čárky řeky

10. Body podél středové čáry Body vytvoříme pomocí nástroje Generate Points Along Lines. Vzdálenost mezi nimi nastavíme na šířku řeky.

Pozn.

Šířku řeky můžeme zjistit pomocí nástroje Measure (měření) na záložce Map.

11. Informace o nadmořské výšce

Pomocí funkce Extract Values to Points lze bodům přiřadit hodnoty pixelu, na jehož místě se bod nachází.

12. interpolace IDW

Nyní můžeme z výškových bodů vytvořit interpolovaný výškový rastr vztažený k hladině řeky. Použijeme metodu vážené inverzní vzdálenost (IDW).

Interpolace

Pozn.

V geoprocessingovém nástroji IDW je na záložce Enviroments nastavit rozsah, na kterém se interpolace provede. Výchozí nastavení je na rozsah interpolované vrstvy tj. naše bodová vrstva. My však chceme interpolovat na rozsah původního DMR vytvořeného z mozaiky.

13. Převzorkování

Interpolovaný rastr je nutné převzorkovat, aby velikost pixelu odpovídala původnímu DMR. K převzorkování využijeme nástroj Project Raster - nutné pro práci s rastrovou kalkulačkou

Převzorkování rastru a kontrola velikosti pixelu

14. Výpočet REM

DRM vypočteme pomocí nástroje Raster Calculator odečtením původní DMR od interpolovaného rastru vztaženého k hladině řeky.

15. Změna symbologie výsledného REM Nyní už je je na nás, jak výsledný výsledný REM vizualizujeme. Vhodné je rastr vizualizovat metodou Stretch pomocí spojité barevné stupnice.

Zdroje

Relative Elevation Models [online]. MONTANA STATE LIBRARY [cit. 2024-01-25]. Dostupné z: https://storymaps.arcgis.com/stories/19b6bfe0c3aa454c853bd6d9b7228adf

Relative Elevation Model in ArcGIS Pro [online]. esri video [cit. 2024-01-25]. Dostupné z: https://mediaspace.esri.com/media/t/1_pn5ltf54

Úlohy k procvičení

Úlohy

K řešení následujích úloh použijte datovou sadu ArcČR 500 verzi 3.3 dostupnou na disku S ve složče K155\Public\data\GIS\ArcCR500 3.3.

Jaká je plocha území v ha s nadmořskou výškou mezi 500 a 700m?
Jaká je výměra území v ha pro kterou platí, že leží v nadmořské výšce nad 700m a má sklon svahu větší než 25 gonů?
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?
Jaká je plocha území v ha, kde se sklon limitně blíží k nule?
Vytvořte pomocí Raster Calculatoru rastr, který obsahuje hodnotu 1 pro území, kde je nadmořská výška nad 700m a sklon menší než 5°; hodnotu 2, kde je platí, že je nadmořská výška nad 700m a sklon je větší než 5°. Jaká je výměra takto určeného území v ha?