Szabó és Wirth: Domborzatmodellezés - Térinformatika szabadon

2016. 05. 02. Domborzatmodellezés | GeoForAll

http://geoforall.hu/ch5.html 1/14

Térinformatika szabadonSzabó György és Wirth Ervin

5. Fejezet: DomborzatmodellezésA domborzat leírására különféle modellek hivatottak. A domborzat alap modelljének tekinthetjük adigitális magasság modelleket (angolul DEM: Digital Elevation Model). A DEM­ek értékeitartozhatnak a terepfelszínhez, a növényzet tetejéhez, az épületek tetejéhez, akár a mederfelszínhez.Értékei viszonyíthatók valamelyik tengerszinthez, geoidmodellhez (a föld fizikai alakját leíró összetettmatematikai modell).

Ezek a téradatmodellek szerteágazóak, legelemibben a domborzatot vektoros formában kótált –magassággal rendelkező – pontmegírásokkal fogalmazhatjuk meg. Ezen pontok szabályosan – pl.téglalap rácsban ­ is elhelyezhetők, ezzel grid (rács) modellt teremtve. A grid modellből levezethetőazonos felbontású raszteres adatmodell. Finomabb felbontású raszteres modellhez a meglévőpontok között interpoláció szükséges. Az interpoláció – azaz köztes pontok számítása – különféleeljárásokkal történhet pl. lineáris vagy köbös interpoláció.

A domborzat megjelenítésének fontos részét adja a színezés, illetve az árnyékolás. A domborzatbóllevezethető termékek közé tartoznak a szintvonalak – azonos magassággal rendelkező vonalak –,melyek szerves részei számos térképnek (pl. topográfiai térkép).

DEMTalán a legismertebb és legtöbbet használt felszínmodell az SRTM (Shuttle Radar TopographyMission). Az amerikai NASA (National Aeronautics and Space Administration) 1996­ban kezdte megaz SRTM programot, amelynek célja a Föld­felszín mintegy 80%­ának digitális domborzatitérképezése volt. Az adatnyerés az Endeavour űrrepülőgép fedélzetén elhelyezett radarrendszerfelhasználásával történt. A részletes, 1 szögmásodperc felbontású modellt (kb. 90 méteres) csak azEgyesült Államok területére publikáltak, míg a világ többi részére a 3 szögmásodperc felbontásúmodellt tették nyilvánossá fokozatosan 2003. év végéig. A térségünket leginkább érintő Eurázsia­adatblokkot első verziójában 2003. november 1­jén publikálták az Interneten. Ezzel tágabbtérségünket is ábrázoló olyan publikus adatbázis jött létre, amelynek létét és használhatóságátminden földtudománnyal vagy térinformatikával foglalkozó szakembernek célszerű ismerni.

Töltsük le az SRTM Domborzatmodell (files/srtm_hun.zip) rasztert, majd adjuk hozzá a fájl aprojektünkhöz. Csekkoljuk le a legmagasabb geoid (EGM 96) feletti pontot (1039 m):

Tulajdonságok / Stílus (Properties / Style)   Pontosság (Accuracy): Aktuális (Actual)   Min/max értékek betöltése (Load min/max values):   Min/max    Betölt(Load)

1

2016. 05. 02. Domborzatmodellezés | GeoForAll

http://geoforall.hu/ch5.html 2/14

5.1. ábra: A Kékes­Tető (1014 m) környezete, háttérben FÖMI Ortofotó 2005.A torony magassága 176 m.

Majd állítsuk vissza a kumulatív vágást:

Min/max értékek betöltése (Load min/max values):   Kumulatív darab vágás (Cumulative count cut): 2­98 %    Betölt(Load)

A DEM­en kívül adjunk hozzá egy webes réteget is a projektünkhöz (pl. Bing Aerial with labels); ígykönnyebben tájékozódunk. Navigáljunk a munkaterületre, esetünkben a Szekszárdi­dombságra:

5.2. ábra: A 6­os és 56­os út lehatárolja a munkaterületet.

Mivel az SRTM fájl koordináta rendszere WGS84, ezért állítsuk a projektünk koordináta rendszerét iserre (EPSG:4326); ez a lépés a kivágás miatt fontos. Vágjunk ki egy kisebb darabot a raszterből:

5

2016. 05. 02. Domborzatmodellezés | GeoForAll

http://geoforall.hu/ch5.html 3/14

Raszter / Kivonat / Vágó Raster / Extraction / Clipper

A vágási terjedelmet célszerű téglalap­rajzolással levenni a térképvászonról.

Kivágás után az eredeti réteg eltávolítható.

SzínezésSzínezzük a domborzatmodellt a következőképp:

Tulajdonságok / Stílus (Properties / Style)   Megjelenítés típus (Render type): Egysávos álszínes (Singleband pseudocolor)   Értékek manuális hozzáadása (Add values manually)    100 – Mező (zöld)    200 – Domb (sárga)    300 – Hegy (barna)

Így a 100­nál kisebb sáv­intenzitás értékű pixelek zöldek lesznek, a 200 és 100 köztiek sárgák, ésígy tovább.

5.3. ábra: Színezett domborzat.

ÁrnyékolásHáromdimenziós látvány előállításához használjuk a következő árnyékolási technikát:

Raszter / Elemzés / DEM (Raster / Analysis / DEM)   Mód (Mode): Domborzat árnyékolás (Hillshade)   Z Faktor: 10   Méretarány (Scale):111 120

2016. 05. 02. Domborzatmodellezés | GeoForAll

http://geoforall.hu/ch5.html 4/14

Ez esetben a méretarány a horizontális és a vertikális hosszegység közötti váltószám (fok – méter), aZ faktorral a magasságot lehet kiemelni, így megnőnek az árnyékok, a karakterisztika jobbankiemelhető.

5.4. ábra: A Szekszárdi­dombság árnyékolással. A világítás azimutja 315 fok, fényforrás magassága 45 fok.

KitettségA kitettségi térkép a lejtésviszonyokat, pontosan a lejtők irányát mutatja meg. Segítséget nyújthatpl. ingatlan vásárlásakor (déli tájolású szőlőskert). A kitettség térképet elkészíthetjük a DEM­GRIDmodellünk alapján; futtassuk a következőt:

Raszter / Elemzés / DEM (Raster / Analysis / DEM)   Mód (Mode): Kitettség (Aspect)

A kapott értékek az északi iránnyal bezárt szöget (fok dimenzióban) fejezik ki az óramutató járásávalmegegyező értelemben (true north­based azimuth).

Töltsük be a kitettseg.qml stílusfájlt a réteghez:

2016. 05. 02. Domborzatmodellezés | GeoForAll

http://geoforall.hu/ch5.html 5/14

5.5. ábra: Lejtésirányok lineáris színinterpolációval. Észak ­ kék, Kelet ­ sárga, Dél ­ piros, Nyugat ­ lila.

LejtőkategóriaA lejtőkategória térképhez szintén bemenetként használhatjuk fel a korábban készített SRTMkivágat domborzatmodellünket (DEM):

Raszter / Elemzés / DEM (Raster / Analysis / DEM)   Mód (Mode): Lejtőszög (Slope)   Meredekség százalékban (Slope expressed as percent)   Méretarány (Scale): 111 120

Töltsük be a lejtőkategória stílusfájlt (lejtokategoria.qml), mely a következő osztályokat definiálja:

5.1. táblázat: Lejtők és hasznosításuk.

3

2016. 05. 02. Domborzatmodellezés | GeoForAll

http://geoforall.hu/ch5.html 6/14

5.6. ábra: Lejtőviszonyok Szekszárdon. Meredek – piros, lejtős – sárga, sík – zöld.

Raszter kalkulátorA QGIS Raszter kalkulátor segítségével a raszterek összeadhatók, összeszorozhatók, logikaiműveleteket fogalmazhatunk meg köztük és így tovább. Például készítsük el a dombság azonrészeit, amelyek 150 és 200 méter közé esnek:

Raszter / Raszter kalkulátor (Raster / Raster Calculator)

Használjuk a következő kifejezést:

("szekszard_dem@1">150 AND "szekszard_dem@1"<200)*"szekszard_dem@1"

A kifejezésben lévő AND­ek megfelelő zárójelezéssel akár szorzással is helyettesíthetők.

5.7. ábra: 150 és 200 méter közé eső részek. A magasabb részek sötétebbek.

Ha az előbbi kifejezésben nem szoroztuk volna vissza a DEM réteg egyetlen (következésképp első)sávjával a kifejezés zárójeles részét, akkor egy 0 és 1­es értékekkel rendelkező logikai maszkotkaptunk volna. Nézzük meg, milyen is ez; vezessük le azokat a területeket ahol a lejtés enyhe (5 –12%) és déli irányú (kitettség azimut 135 és 225 fok között):

2016. 05. 02. Domborzatmodellezés | GeoForAll

http://geoforall.hu/ch5.html 7/14

("kitettseg@1">135 AND "kitettseg@1"<225) AND ("lejtokat@1">5 AND "lejtokat@1"<12)

Északi lejtő esetén két részben kell felírni a kifejezést: 0­45 és 315­360

5.8. ábra: Színezett domborzatmodell, és déli tájolású enyhe lejtők feketével.

A levezetett maszk könnyedén vektorossá alakítható (poligonizálás), és borászathoz megfelelő helykeresésekor alkalmazható (következő fejezetben).

SzintvonalakA magasságviszonyok érzékeltetésére leggyakrabban a szintvonalas ábrázolás használatos. Aszintvonalak a szintfelületek és a terepfelszín metszésvonalai, önmagukba visszatérő görbe vonalak.A szomszédos szintvonalak közötti magasságkülönbséget azonos értékűnek szokás felvenni. Ezt azértéket alapszintköznek nevezik. Az alapszintköz értéke elvileg tetszőleges lehet, de nyomdatechnikaiokokból a szintvonalak papír térképeken 0,3 mm­nél jobban nem közelíthetik meg egymást, ezértaz alapszintköz a gyakorlatban a méretaránytól és a domborzat tagoltságától függ:

Ahol k a domborzat tagoltságától függ, a jellemző érték hazánkban 5, tehát 1:50000 (a kivágatunkterjedelmére nagyítva a méretarány közel ennyi) méretarány esetén 10 méteres alapszintközjavasolt. Készítsünk szintvonalakat a kivágott részletre:

Raszter / Kivonat / Szintvonal (Raster / Extraction / Contour)  Szintvonalköz (Interval between contour lines): 10  Attribútum név (Attribute name): MAG

2

2016. 05. 02. Domborzatmodellezés | GeoForAll

http://geoforall.hu/ch5.html 8/14

5.9. ábra: Domborzat szintvonalakkal, az alapszintköz 10 méter.

Címkézzük meg a szintvonalakat, erre a réteg tulajdonságainak Címkék fülén van lehetőség. ACímkézéskor a korábban létrehozott MAG attribútumot használjuk. A feliratoknak háttérszínt, zónakörvonalat is adhatunk:

5.10. ábra: Szintvonalak magasságokkal.

Hidrológiai modellezés ­ GRASSEbben a részben a már jól ismert SRTM domborzatmodell alapján határolunk le vízgyűjtőterületeket a Völgységben. Valamint megállapítjuk, hol keletkeznek, keletkezhetnek vízfolyások. Eztkövetően kiszámítjuk hol metszik az vízfolyások az utakat. Végül pedig az így létrehozottcsatornázási pontok vízgyűjtőit állapítjuk meg.

A GRASS (Geographic Resources Analysis Support System) szintén egy térinformatikai rendszer, bárnem annyira felhasználóbarát, mint a QGIS. Számos képfeldolgozási eljárást ismer, melyek a raszteradatmodellre épülnek. Ezen karakterisztikája adódhat abból, hogy az erőforrás­kutatási elemzésekbemeneti adatai általában raszter fedvények.

A QGIS­ben telepítsük a GRASS Plugint, ha az nem áll rendelkezésünkre. Nézzük meg, hogy a Modulfül alatt szerepel­e a GRASS könyvtár.

Hozzunk létre egy térképhalmazt:

2016. 05. 02. Domborzatmodellezés | GeoForAll

http://geoforall.hu/ch5.html 9/14

Modulok / GRASS / Új térkép halmaz (Plugins / GRASS / New Mapset)  Adatbázis könyvtár (Database directory): pl. /grass  Új munkaterület létrehozása (Create new location): 'szekszard'  Vetület (Projection): WGS84  Régió beállítása (Default GRASS Region):   →Aktuális QGIS Terjedelem beállítása (Set current QGIS extent)   →Hungary  Új térképhalmaz (New mapset): 'gyuri'

Ezt követően nyissuk meg a GRASS eszközöket:

Modulok / GRASS / GRASS eszközök megnyitása (Plugins / GRASS / Open GRASSTools)

Majd be kell importálnunk a téradatainkat a GRASS térinformációs rendszerbe (létrehozott grassmappa). Raszterek betöltésére keressünk a következő függvényre:

r.in.gdal.qgis  (Fájlkezelés, Importálás GRASS­ba, Raszter import GRASS­ba, Raszter import a QGISablakból a GRASS­ba, Betöltött raszter importálása)  Futtatás (Run)  Eredmény megjelenítése (View output)  Lezár (Close)

5.11. ábra: A GRASS téradatbázis szerkezete.

2016. 05. 02. Domborzatmodellezés | GeoForAll

http://geoforall.hu/ch5.html 10/14

A QGIS­t csupán megjelenítő eszközként használjuk a GRASS modul esetén, tehát az eljárások,adatok mind GRASS környezetben futnak, vannak. Állítsuk át a munkaterületet (piros keret) arétegünkre:

g.region.zoom  (Fájlkezelés / Importálás GRASS­ba / Raszter import GRASS­ba / Raszter import a QGISablakból a GRASS­ba / Betöltött raszter importálása)  Futtatás (Run)  Lezár (Close)

Vízgyűjtő lehatárolásA vízgyűjtő lehatároló függvény bemenete a domborzatmodell, futtatáskor a következő termékeketkapjuk: lefolyásirányok (drainage direction), kumulált lefolyás (flow accumulation), vízfolyások(streams), vízgyűjtők (basins). Az eljárás futtatásához szükséges egy küszöbérték (threshold)megadása, mely a vízgyűjtő területek minimális méretére vonatkozik. A küszöbérték cellaszámdimenzióban értendő, tehát átszámítás szükséges: 1 cella mérete a terepen közel 65x90 m, azaz 5850 m . Ha legalább 4 km területű vízgyűjtőket szeretnénk, akkor 4 000 000 / 5 850 ≈ 680értéket állítsunk küszöbnek:

r.watershed  (Raszter, Térbeli modellek, Hidrológiai modellezés, Vízgyűjtő elemzés)

5.12. ábra: A küszöb értéke 680 a bal képen, míg csak 50 a jobb képen. Vízgyűjtők (catchments) és vízfolyások(segments).

Az 5.12­es ábrán jól látható, hogy a kisebb küszöbérték részletesebb erezetet, vízfolyás vázateredményez.

4 4

2 2

2016. 05. 02. Domborzatmodellezés | GeoForAll

http://geoforall.hu/ch5.html 11/14

5.13. ábra: Vízfolyások és vízgyűjtőik Szekszárdon (bal kép), vízgyűjtők és kumulált lefolyások (jobb kép).

A kumulált lefolyás raszteren elem azonosítással ellenőrizhetjük, hogy a valóban csak onnanképződtek­e a vízfolyásaink, ahol a sáv érték eléri a 680­at. Azaz az adott cellába 680 másik cellábólfolyik be a víz.

Egy WMS­t (pl. OSM Mapnik) hozzáadva a térképünkhöz kiszemelhető egy csatornázási pont, ahol avízfolyás a főutat metszi:

5.14. ábra: Vízfolyás raszter, és OSM Mapnik WMS.

A csatornázási pont koordinátáit (18.6994504977, 46.3291085937) az elem azonosítás funkcióvalnyertük ki.

A metszéspontot akár a vektoros elemek metszésével is kiszámíthatnánk.

A vízgyűjtő számításához a lefolyásirányok (drainage direction), valamint a pont X, Y koordinátáiszükségesek:

2016. 05. 02. Domborzatmodellezés | GeoForAll

http://geoforall.hu/ch5.html 12/14

r.water.outlet  (Raszter, Térbeli modellek, Hidrológiai modellezés, Vízgyűjtő terület létrehozása)

5.15. ábra: Csatornázási pont vízgyűjtő területe.

VektorizálásA bemutatott eljárások eredményei mind raszterképként képződtek, viszont az egyes vízgyűjtők,vízfolyások geometriai tulajdonságait (pl.: terület, hossz, nyomvonal) egyszerűbben tudnánkvektoros állományokból számítani, továbbá felhasználhatjuk őket metszéspontok számításához is(út­vízfolyás metszéspont). Tehát célszerű raszter­vektor (poligonizálás) konverziókatvégrehajtanunk:

r.to.vect.area  (Fájlkezelés, Térkép típus konverzió, Raszter­vektor konverzió GRASS­on belül, Raszterkonvertálása vektoros területekké)

r.to.vect.line  (Fájlkezelés, Térkép típus konverzió, Raszter­vektor konverzió GRASS­on belül, Raszterkonverzió vektoros vonalakká)

ExportálásAhhoz, hogy a GRASS­ban létrehozott rétegeinkkel QGIS­ben is tudjunk dolgozni, szükségünk vanazok megfelelő formátumba történő exportálására. Például raszter esetén ez a formátum lehetGeoTiff (GTiff), vektor esetén akár ESRI Shapefile vagy GeoJSON:

r.out.gdal  (Fájlkezelés, Exportálás GRASS­ból, Raszter exportálás GRASS­ból)

2016. 05. 02. Domborzatmodellezés | GeoForAll

http://geoforall.hu/ch5.html 13/14

v.out.ogr  (Fájlkezelés, Exportálás GRASS­ból, Vektor export GRASS­ból)

Hossz­szelvényA Zagyva folyó hossz­szelvényének készítésekor két különböző domborzatmodell magasságaitvesszük fel a függőleges tengelyen. Az egyik a már ismert SRTM, másik pedig az EUDEM. Töltsük leaz EUDEM (files/eudem_hun.zip) domborzatmodellt is, illetve a Zagyva (files/zagyva.zip)nyomvonalát. Töltsük be a következőket a QGIS­be: Zagyva, SRTM DEM, EUDEM.

Állítsuk be projekt vonatkozási rendszernek az EOV­t. Majd telepítsük a Profile Tool plugint. Abővítmény indítása előtt szelektáljunk egy domborzatmodellt a rétegpalettán, utána adjuk hozzáelterő színnel a másik domborzatmodellt is.

A bővítmény beállításainal (Settings) állítsuk át a "Matplotlib" függvénykönyvtárt a "Qwt5"­re. Végüla szelekció menüjében (Selection) válasszuk a szelektált vonallánc (Selected polyline) opciót, majdkattintsunk a Zagyva folyóra. Ezt követően a szoftver feljajzolja a hossz­szelvényt:

5.16. ábra: Zagyva hossz­szelvény SRTM és EUDEM magassági adatokkal.

Készítsünk egy részletesebb szelvényt arról a részről, ahol a leggyorsabb a magasságváltozás. Ehhezki kell vágjuk a szükséges vonalszakaszt:

Szerkesztés / Elemek darabolása Edit / Split Feature

2016. 05. 02. Domborzatmodellezés | GeoForAll

http://geoforall.hu/ch5.html 14/14

5.17. ábra: Feldarabolt Zagyva nyomvonal, háttérben EUDEM domborzatmodell.

A szakaszhoz tartozó nagyítás:

5.18. ábra: Az 5.17­es ábrán látható szakaszra vonatkozó hossz­szelvény.

Hivatkozások1: Ungvári Zsuzsanna, Domborzatmodellek alkalmazása a térképkészítésben, Geodézia és Kartográfia

2: Krauter András, Geodézia

3: Márkus Béla, Térinformatika

4: Telbisz Tamás, Székely Balázs, Timár Gábor: Digitális Terepmodellek (Adat, látvány, elemzés)

5: Mátra | Kékestető | TV­torony kilátó, http://matrahegy.hu/telepulesek/kekesteto/kilato