Rasterbildmanipulation, DHM Klassifizierung und kartographische Aufbereitung

Transkript

1 Programm 1 (Dokumentation) 1 Programm 1 (Dokumentation) Rasterbildmanipulation, DHM Klassifizierung und kartographische Aufbereitung 1. Aufgabenstellung Mit Hilfe eines PHP-Skripts soll eine Rasterbildmanipulation in großem und kleinem Maßstab durchgeführt werden. Die digitalen Höhenmodelle sollen dabei klassifiziert und kartographisch (mit entsprechenden farbhypsometrischen Overlays) aufbereitet werden. Um den Erstellungsvorgang und den Ursprung der Datengrundlage später nachvollziehen zu können sind alle Ergebnisse mit einer ausführlichen technischen Dokumentation auf der persönlichen Homepage zu integrieren. Pro Programm ist ein PDF und der Programmcode als ZIP-File abzugeben bzw. über die Homepage zu verlinken. 2. Datengrundlage 2.1. Beispiel Norwegen (kleinmaßstäbig) Das DHM für die kleinmaßstäbige Karte ist auf der Homepage des US Geological survey (USGS) unter frei zugänglich (Abb. 1). Die gewünschte Kachel (in diesem Fall Europa, W020N90) ist einfach anzuklicken und die Daten unter Download data herunterzuladen. (ACHTUNG: Das File muß zweimal entzippet werden.) Die horizontale Auflösung entspricht 30 Bogensekunden (GTOPO30). Abbildung 1 Kachel "W020N90" (GTOPO 30) sowie der gewählte Ausschnitt (rotumrandet). Abbildung 2 Inhalt der entzippten Datei.

2 Datenaufbereitung Beispiel Sonnblick (großmaßstäbig) Das Institut für Geographie und Regionalforschung an der Universität Wien stellt seinen Studenten auf Anfrage digitale Höhenmodelle (des BEVs) von Österreich für studienbezogene Projekte zur Verfügung. Der Link zum Bestellformular ist Das Höhenmodell hat eine Auflösung von 10 x 10 Meter pro Pixel. 3. Datenaufbereitung Sowohl bei dem kleinmaßstäbigen, als auch dem großmaßstäbigen Beispiel müssen die Rasterfiles (.dem bzw..tif) zuerst in ASCII-Files umgewandelt werden (Abb. 3). Dabei kann das ArcGIS Converter- Tool Raster to ASCII verwendet werden. Mit dem Abspeichern des Höhenmodelles werden automatisch einige neue Dateien erstellt (Abb. 4). Abbildung 3 Screenshot im ArcGIS. Rechts im Bild sieht man das Convertertool. Links im Bild sieht man wo man den Datatype auf Standard Deviations einstellen kann (sonst ist das Bild nur grau). Abbildung 4 Die ursprüngliche TIF-Datei und das PHP-Script sowie das neuerstellte ASCII-file mit Zusatzdateien.

3 3 Möchte man die Fläche auf eine bestimmte Grösse beschneiden, kann man dies ebenfalls in ArcGIS mittels eines Clipfeatures (Data Management-Tool) machen. Damit konnte das kleinmaßstabige Untersuchungsgebiet auf Südnorwegen eingeschränkt werden Gemeinsamkeiten im Script Da große Input-Files rechenintensiv sein können wird das Time Limit auf Null, also auf unendlich gesetzt. Die Maximalgröße des Arbeitsspeichers wird auf 2048 MB gesetzt. Stdin bedeutet Standardinput. rw bedeutet read and write. Hier wird der Befehl gegeben ein externes Programm auszuführen (Konsole/FW-Tools) und die in dem aktuellen Ordner befindlichen ASCII-Files aufzulisten. Eingabe des gewünschten Höhenmodelles. Es wird geprüft ob die angegebene Datei nicht existiert. Ist sie nicht vorhanden wird der Arbeitsvorgang abgebrochen. Gibt es die Datei, wird sie in ein Array gelesen. Die Originaldatei wird geschlossen, da ab jetzt nur noch mit dem Array gearbeitet wird. Informationsausgabe in der Konsole. Die Anzahl der Zeilen wird anhand des vorher erstellten Arrays ausgegeben.

4 4 Der Header bildet die ersten fünf Zeilen des Arrays und beinhaltet wichtige Metainformationen. Es wird ein separates Header-Array erzeugt. Die einzelnen Werte werden eingelesen und ein zweidimenisonales Array wird erzeugt. Whitespaces werden entfernt und das Array bereinigt (Funktion cleanarray). Das Maximum wird berrechnet. Errechnen der Statistik. Das Minimum der Zeilen und Spalten wird berechnet. Die Berechnung des Maximums wurde auskommentiert und in Zeile 75 eingefügt da Komplikationen im Zusammenhang mit der Funktion uebergangcolor aufgetreten sind. Diese Funktion soll den Arbeitsablauf automatisieren in dem die Höhenstufen nicht mehr manuell angegeben werden müssen sondern errechnet werden können.

5 5 Definieren der Klassengrenzen für die Höhenwerte. Die Werte Null und Eins versuchen das Meer einzugrenzen, dessen Höhenniveau zuvor manuell auf Null gesetzt wurde. Die Klassen drei bis neun werden über die Funktion uebergangcolor definiert. Es werden den entsprechenden Höhenwerten Farben zugewiesen. Hellblau ist für das Meer vorgesehen, für tief gelegene Gebiete wurde ein sattes grün gewählt das sich über gelb und orange zu einem dunklen rot für Bergregionen entwickelt. Ein neues True Color Bild wird generiert wobei die Grösse durch die Anzahl der Zeilen und Spalten definiert wird. Pixel für Pixel wird den Höhenwerten ein Farbwert zugewiesen. Durch das Einfügen der Funktion colorramp verlaufen die Farbübergänge zwischen den Klassen fließend.

6 6 Der Name der Datei wird aus dem Datum (Jahr-Monat-Tag-Stunden-Minuten) generiert. Ein Png-File wird erzeugt. Das World-File wird generiert. Zuerst wird der Dateityp definiert, dann werden die einem Word-File entsprechenden Elemente ausgegeben. Ein Textdokument hoehenstufen.txt mit den Minima-, Maximawerten und den Höhenstufengrenzen wird erzeugt. Das automatische Abspeichern dieser Datei erleichtert das nachträgliche Erstellen einer Legende. Alle neu erstellten Dateien werden in das aktuelle Verzeichnis gespeichert. Funktionen Die Funktion cleanarray bereinigt das Array indem nur Felder mit einem Wert übernommen werden. Leerzeichen und Leerzeilen werden nicht ins Array geschrieben.

7 7 Die Funktion uebergangcolor weisst den Höhenwerten (ausgenommen Meeresniveau) eine Klasse zu. Das Einbinden dieser Funktion soll die manuelle Anpassung der Klassengrenzen bei der Verwendung von Höhenmodellen anderer (z. B. flacher) Regionen überflüssig machen. Die Funktion colorramp berechnet einen fließenden Farbübergang zwischen den einzelnen Höhenstufenklassen. Ausgenommen davon ist der Übergang zwischen Meeresniveau und Uferbereich Unterschiede im Script ASCII-Bereinigung Manche ASCII-Files enthalten im Header Beistriche. In der Weiterbearbeitung führt dies jedoch zu Schwierigkeiten und daher wurde ein kleines Zusatzprogramm erstellt. Hier wird ein Auszug des Programmes ASCIIbereinigung dargestellt.

8 Ergebnisse 8 Es werden Strichpunkte mit Punkten ersetzt. Die Ursprungsdatei wird nicht überschrieben sondern unter FILENAME_xx.asc abgespeichert. NODATA_value Im kleinmaßstäbigen Beispiel von Südnorwegen entspricht der NODATA_value dem Wert des Meeresniveaus, also Null. Daher wurde der Wert mittels Replace-Funktion mit dem Wert Null überschrieben. 5. Ergebnisse 5.1. Beispiel Norwegen (kleinmaßstäbig) A B C Abbildung 5 A. Zeigt das errechnete fertige Farboverlay. B und C zeigen einen Ausschnitt Südnorwegens unter Verwendung der Funktion colorramp (B) und ohne dessen Verwendung (C).

9 Ergebnisse Beispiel Sonnblick (großmaßstäbig) A B C D Abbildung 6 Hier werden das ursprüngliche Höhenmodell (A) sowie die unterschiedlichen (Zwischen-)Ergebnisse (B - D) dargestellt. B. Zeigt das Ergebniss ohne der Verwendung der Funktion colorramp. C. Zeigt das Output-File mit Benützung der colorramp Funktion und auf die Höhenlage abgestimmten Farbenverlauf. D. Zeigt das transparente Farboverlay mit einem unterlegten Flugbild.