Základy práce v prostředí Quantum GIS, tvorba mapového výstupu
Aplikace Quantum GIS (zkráceně QGIS) je určena pro práci v oblasti geografických informačních systémů. Je volně šiřitelná pod licensí GPL a obsahuje mnoho zásuvných modulů (například modul pro práci s daty z GPS). QGIS umožňuje zejména prohlížení, tvorbu a editaci rastrových a vektorových vrstev, zpracování GPS dat a tvorbu mapových výstupů. Pro zájemce je lokalizován do českého jazyka.
Soubory pro cvičení
Geodatabáze ArcČR 500 verze 3.2 - Digitální vektorová geografická databáze České republiky vytvořená v měřítku 1:500 000. Pro výukové účely je k dispozici zdarma.
Původní podoba geodatabáze byla převedena do samostatných vektorových datových vrstev, aby bylo zajištěno jejich snadné používání v prostředí aplikace Quantum GIS. Originální verzi ArcČR ve formátu ESRI file geodatabase si můžete stáhnout zde. Více informací a popis struktury geodatabáze naleznete zde.
Polygonová vrstva hranic států celého světa a bodová vrstva hlavních měst států světa ke stažení v archívu zde. Zdroj GISCO EUROSTAT.
Prostředí Quantum GIS
Popsaný postup je vytvořený pro verzi QGIS 2.0.1 Dufour - ve starších či novějších verzích aplikace se mohou některé jeho kroky lišit.
Přidání datových vrstev do prostředí QGIS
V QGIS je k dispozici široká škála možností jak přidat datovou vrstvu nebo webovou službu do pracovního okna, abychom s ní mohli začít pracovat - viz obrázek 1. V rámci tohoto kurzu budete využívat pouze vektorové vrstvy ve formátu ESRI shapefile (shp), jejichž přidání do projektu provedeme prvním tlačítkem v dané liště nástrojů (Přidat vektorovou vrstvu).
Obr. 1: Panel s nástroji pro přidání nových datových vrstev
Nastavení symbologie
Symbolika vrstev se nastavuje dvojklikem na danou vrstvu. Můžeme vybírat z několika možností nastavení symbologie - jednoduchý symbol, kategorizovaný, odstupňovaný, podle pravidla.
- Jednoduchý symbol – všechny prvky vrstvy budou mít stejný symbol (základní přednastavená volba)
- Odstupňovaný – vhodné pro kvantitativní zobrazení (např. hodnoty sklonu svahu), umožňuje vizualizovat kartogram
- Kategorizovaný – tento způsob zobrazení je vhodný pro diskrétní hodnoty (např. třída silnice, typ vodního toku atd.)
Ve stejném okně je možné následně nastavit popisku, prohlédnout si atributovou tabulku vrstvy a zobrazit informace o vrstvě.
Obr. 2: Nastavení symbologie vrstvy
Práce s atributovou tabulkou
Atributovou tabulku vrstvy zobrazíte tak, že kliknete pravým tlačítkem na vrstvu a v kontextovém menu vyberete položku Otevřít atributovou tabulku. Data v tabulce jsou organizována do sloupců (atributů, případně polí) a řádků (záznamů). Atributy představují jednotlivé vlastnosti dat a řádky přísluší jednotlivým geoprvkům ve vrstvě. Některé atributy geoprvků ve vrstvě jsou systémové a vyskytují se proto vždy. Patří mezi ně atribut FID a Shape.
Data lze v tabulce setřídit vzestupně nebo sestupně. Provede se to stisknutím levého tlačítka myši nad požadovaným polem (atributem) podle kterého chcete data seřadit.
Vytváření dotazů v GIS
V prostředí GIS je možno vytvářet nad daty celou řadu dotazů. Obecně lze rozdělit dotazy na:
- Atributové, což jsou dotazy typu „které geografické objekty mají definovanou vlastnost“
- Prostorové jsou pak dotazy typu „co se nachází na tomto místě, co se nachází v této lokalitě“
- Kombinové jsou pak dotazy „které objekty splňují definovanou vlastnost a zároveň se nacházejí v nějaké oblasti.
Atributové dotazy
Atributové dotazy lze vytvářet v otevřené atributové tabulce kliknutím na ikonu Vybrat prvky pomocí vzorce. V okně atributového dotazu je nutné vybrat typ výběru (Method). U volby Method je možno zvolit ze čtyř možností:
- Vybrat (Create a new selection) – vytvoření nového výběru
- Přidat k výběru (Add to current selection) - přidání prvků do již existujícího výběru
- Odstranit z výběru (Remove from current selection) – odebrání prvků z již existujícího výběru
- Vybrat ve výběru (Select from current selection) – vybrání prvků z již existujícího výběru
Obr. 3: Sestavení atributového výběru
Samotný výběr je vlastně SQL dotazem do atributové tabulky. Základní schéma dotazu je: vyber všechny objekty z tabulky, pro které platí zadaná podmínka. V následující podmínce je možné používat příslušné hodnoty atributů a různé operátory.
Matematické operátory "menší <, větší >, rovná se =, nerovná se !="
"AREA">50000
"NAZEV"='Ostrava' Textové řetězce musí být v apostrofech!
Logické operátory – AND, OR, NOT
AND – a zároveň ("AREA">1000000) AND ("NAZEVORP"='Benešov')
OR – nebo ("AREA">1000000) OR ("NAZEVORP"='Benešov')
NOT – negace NOT("NAZEVORP"='Benešov')
Pro porovnání řetězců existuje operator LIKE:
"NAZEV" LIKE 'A%' vybere vše, co začíná od písmene A
Poznámka: pro zjištění některých informací o statistice atributů vrstev (např. sumy, průměry, apod.) je potřeba využít zásuvného modulu Statist. Tento modul je možné doinstalovat s využitím nabídky Zásuvné moduly/Spravovat a instalovat zásuvné moduly jednoduchým výběrem položky Statist a stisknutím tlačítka Instalovat zásuvný modul. Po jeho nainstalování modul nalezneme v nabídce Vektor/Statist a po vybrání vrstvy a atributu (sloupce), pro který chceme statistiky vypočítat, dojde k jejich vygenerování.
Úkoly
Pracovat budete s vrstvou obcí z databáze ArcCR500. Zjistěte následující informace:
- největší obec v ČR podle rozlohy
- kolik je celkem obcí v ČR
- jaká je rozloha celé ČR v km2
- které obce v ČR mají větší rozlohu než Ostrava
- kolik obcí v ČR má v názvu "Lhota"
- které obce mají 4 000-5 000 obyvatel a jsou v Moravskoslezském kraji
- které obce mají hustotu obyvatel větší než 2 000 obyv./km2
Prostorové dotazy
Typické prostorové dotazy řeší tyto prostorové vztahy:
- křížení geoprvků = Intersect (např. křížení komunikace s vodním tokem)
- výskyt geoprvku ve vymezené vzdálenosti od určitého zdroje = Buffer (např. testování, zdali se pozemek na výstavbu domu nachází do 1 km od zastávky hromadné dopravy)
- výskyt geoprvku uvnitř jiného geoprvku = Within (např. testování, zdali obec leží v určitém kraji)
- styk geoprvků = Share a segment (např. zjišťování, které obce leží na hranici ČR = část hranice obce bude totožná s hraniční linií ČR)
Prostorový dotaz provedete v prostředí QGIS vyvoláním nabídky Vektor/Prostorový dotaz/Prostorový dotaz. V daném okně je potřeba zvolit dvě vrstvy vstupující do výběru a definovat potřebný prostorový vztah mezi nimi.
Obr. 4: Ukázka sestavení prostorového dotazu
Úkoly
Pracovat budete s vrstvami z databáze ArcČR. Zjistěte následující informace:
- kolik železničních stanic v ČR je v lese
- kolik obcí v ČR má část státní hranice (tj. sdílí se státní hranicí aspoň 1 liniový segment)
- které okresy protíná tok řeky Vltava
Tvorba mapové kompozice
V Quantum GIS můžeme připravit více tiskových výstupů v rámci jednoho projektu. Pod položkou Projekt se nachází Nový tvůrce mapy. Otevře se nové okno s nástroji pro vytvoření mapové kompozice.
Zvolit si lze formát výkresu a jeho orientaci (Tvorba mapy/Nastavení stránky). Při problémech s exportem vektorů např. nestandardních znaků je možné si zvolit Tisknout jako rastr, kdy jsou potom veškeré elementy rozrastrovány.
Celá mapa musí být sestavena v jednotném jazyce. Nejčastější chybou bývá anglický popis směrovky. Nejvýrazněji bude v mapě vyobrazeno to, co je nejdůležitější (pokud budeme vytvářet mapu cyklostezek na území MSK, první věc, která nás na mapě musí zaujmout na první pohled jsou průběhy cyklotras).
Do mapy se dají umístit všechny klasické prvky, které patří do mapové kompozice. Příklady kompozic tematické mapy naleznete na obrázku 5.
Obr. 5: Ukázky základních kompozic tematické mapy
Mapové pole
Slouží k vizualizaci prostorových dat. Zaujímá zásadní plochu mapového díla.
Název mapy
Název mapy musí obsahovat:
- vymezení věcné = CO mapa znázorňuje
- vymezení prostorové = jaké území mapa zobrazuje (KDE)
- vymezení časové (pro KDY je platné, co mapa zobrazuje)
Nadpis je psán
velkým tiskacím bezpatkovým písmem
Legenda
U tematických map se nepoužívá nadpis Legenda! Popisky u prvků legendy se uvádí v jednotném čísle. Legenda musí být:
- Úplná - to, co je v mapě, musí být v legendě
- Nezávislá (jednoznačná) - nemohou být v mapě dva objekty, jevy se shodným vyjádřením v legendě
- Srozumitelná - legenda musí být srozumitelná nejen vám, ale i budoucím uživatelům mapy
Měřítko
V digitálních mapách upřednostňujeme grafické měřítko před číselným měřítkem (např. 1:5000). U měřítka se používá dělení na 10-ky, 100-ky, 1000-ce atd. Popis jednotek grafického měřítka se uvádí zkratkou km, m, apod.
Směrovka
Směrovka udává vždy orientaci ke skutečnému severu. Ve dvou případech severku v tématické mapě nemusíte používat:
- Zobrazujete obecně známé území, například Evropu
- V mapě je znázorněná síť zeměpisných rovnoběžek a poledníků
Pozor: V S-JTSK směr k severu není totožný s osou Y. V S-JTSK rotujte směrovku o 6° po směru hodinových ručiček. Sever není orientován k vrchní straně monitoru (mapy), u žádného ze zobrazení které se používá na území ČR.
Tiráž
Tiráž obsahuje soubor informací o tvorbě mapy. K těmto informacím vždy patří:
- Jméno a příjmení autora (příjmení uvádíme velkým tiskacím písmem)
- Místo vydání (sestavení) mapy
- Rok vydání (sestavení) mapy
- Volitelně informace o použitém souřadnicovém systému, zdroji podkladových dat.
Úkoly
Sestavte tematickou mapu sítě železnic a železničních stanic České republiky splňující všechna základní kartografická pravidla uvedená v tomto materiálu. Podkladem Vám může být obr. 6.
Obr. 6: Ukázka výsledné podoby vytvořené tematické mapy
Vytvoření prázdné datové vrstvy a její naplnění objekty pomocí vektorizace
Prázdnou vektorovou vrtvu vytvoříte příkazem Vrstva/Nový/Nová Shapefile vrstva. Ve vyvolaném formuláři (Obr. 7) je potřeba zadat typ vrstvy (bod/linie/polygon), zvolit souřadnicový systém pro ukládání prostorové informace prvků = souřadnice (pro práci na území ČR a SR volte systém S-JTSK (Greenwich) / Krovak East North - EPSG kód 102067) a definovat jednotlivé atributy (vlastnosti vrstvy prezentované sloupci v atributové tabulce) společně s jejich nastaveními. Po stisknutí tlačítka OK budete vyzváni k pojmenování a uložení vrstvy na pevný disk počítače.
Obr. 7: Tvorba nové vektorové vrstvy
Jako mapový podklad pro tvorbu nových geoprvků využijeme letecké snímky publikované mapovou službou ČÚZK, kterou si přidáme do projektu v QGIS. Popsaným způsobem lze do prostředí QGIS přidat jakoukoli WMS službu, musíme znát pouze URL adresu, na které je mapová služba publikována.
V případě využití leteckých snímů z ČÚZK si necháme vyhledávačem Google vyhledat "wms ortofoto čúzk" a hned první odkaz nás bude směřovat na správnou stránku, kde jsou publikována informace o dané WMS službě. Mezi nimi nalezneme i požadovanou URL adresu (v tomto případě http://geoportal.cuzk.cz/WMS_ORTOFOTO_PUB/WMService.aspx), kterou si zkopírujeme do schránky (CTRL+C). V QGISu vybereme volbu Přidat vrstvu WMS, v zobrazeném okně volíme nabídku Nové a následně vyplníme pouze název WMS služby, pod kterým chceme, aby se nám služba přidala do projektu v QGIS a do položky URL nakopírujeme URL adresu služby, kterou jsme si dříve zkopírovali do schránky (Obr. 8). Pokud služba nevyžaduje autorizaci (přihlašovací údaje), což je většina veřejně publikovaných WMS, potvrdíme tlačítkem OK a na původní obrazovce tlačítkem Přidat. Tímto krokem dojde ke přidání vybrané WMS služby do projektu, jejímu zobrazení a my s ní můžeme začít pracovat.
Obr. 8: Nastavení parametrů pro připojení WMS služby
Abychom mohli do jakékoliv vrstvy přidávat nové geoprvky či měnit prostorovou a atributovou složku těch stávajících, musíme vybranou vrstvu přepnout do editačního módu. Tento krok provedeme kliknutím pravým tlačítkem na název vrstvy v projektu a výběrem možnosti Přepnout editaci. Nyní máme možnost v horní liště zvolit funkci Přidat prvek a vytvořit nový bod, linii či polygon. Linie a polygony jsou tvořeny jednotlivými lomovými body (klliknutím na levé tlačítko myši přidáme lomový bod), tvorbu daného prvku ukončíme pravým tlačítkem myši. Po vytvoření nového geoprvku je vyvolán formulář, kde je potřeba vyplnit hodnoty jednotlivých atributů, které jsme si při vytváření vrstvy nadefinovali. Atribut ID reprezentuje identifikátor daného geoprvku, který jej umožňuje v dané vrstvě jednoznačně identifikovat (platí, že každý prvek má svůj odlišný identifikátor - analogie například s rodným číslem člověka, které je také v rámci celého systému jedinečné). Aby došlo k fyzickému uložení vytvořených prvků na pevný disk, je potřeba stisknout tlačítko Uložit změny vrstvy. Po vytvoření všech požadovaných prvků a jejich uložení vybereme opět tlačítko Přepnout editaci, čímž dojde k ukončení editačního režimu.
Popsaným způsobem jsme schopni vytvořit a naplnit si jakékoliv vlastní vrstvy geodat.