Работа с векторными данными в ГИС SAGA

Эта страница является черновиком статьи.

Описание инструментария SAGA для работы с шейп-файлами на примере векторизации фрагмента топографической карты

Несмотря на аналитическое назначение и направленность на работу с растрами, SAGA содержит необходимый набор инструментов для создания, редактирования и базового анализа векторных данных.

В качестве основы для векторизации в данной статье будет использован фрагмент листа топографический карты М-37-121 в ПСК UTM WGS 84, процедура привязки которого была рассмотрена в предыдущей статье.

NB Обратите внимание, что в создаваемые векторные слои проекция растровой подложки, на основе которой они создаются, закладывается по умолчанию, но не присваивается автоматически. Чтобы дополнить файл информацией о проекции воспользуйтесь модулем Projection – Proj.4 => Set Coordinate Reference System, работа которого рассматривалась ранее.

Создание и редактирование векторных данных

Для удобства работы сначала ограничим полигоном область интереса, а затем векторизируем горизонтали и точечные высотные отметки, лежащие в ее пределах.

Полигоны

На вкладке Modules двойным щелчком мыши запускаем модуль Shapes – Tools => Create New Shapes Layer. В диалоговом окне модуля задаем имя нового шейп-файла Name – area_plg, а в поле Shape Type из выпадающего списка выбираем Polygon. Прочие параметры (Number of Attributes, Attributes) пока оставляем без изменений и нажимаем Okay. Перейдя на вкладку Data можно видеть, что в списке слоев данных появился новый элемент группы Shapes – полигон area_plg.

Пока что этот слой не содержит ни одного элемента и прежде чем приступить к редактированию, его нужно добавить на карту. Для этого двойным щелчком по имени файла в списке слоев запустим диалог и выберем карту, в которую хотим добавить данные. Если все сделано верно, то при переходе на вкладку Maps вы увидите, что карта M-37-121_utm содержит два элемента – растровый слой M-37-121_utm (подложка по которой будет производиться векторизация) и векторный полигональный слой area_plg.

Для начала редактирования вернитесь на вкладку Data и щелкнув по имени слоя area_plg правой кнопкой мыши из контекстного меню выберите пункт Edit => Add Shape.

Воспользовавшись инструментами Zoom и Pan, увеличьте и удобно расположите в окне участок топокарты размером, например, 5×5 квадратов. Определившись с фрагментом для векторизации, на панели инструментов выберите Action. Фиксируя узлы по углам (щелчок левой кнопкой мыши), нарисуйте соответствующий квадрат. Для остановки процесса редактирования полигона в последнем узле сделайте также щелчок правой кнопкой мыши.

В месте правого щелчка появится контекстное меню, в котором нужно убрать галочку рядом с Edit Selected Shape. Когда программа предложит сохранить изменения, согласитесь и нажмите Да. При этом внешний вид нарисованного полигона изменится - он станет непрозрачным.

Сохраните созданный файл: из контекстного меню area_plg выберите Save As… и укажите путь к папке на диске. Обратите внимание, что созданный векторный файл по умолчанию сохраняется в формате ESRI Shape Files с расширением *.shp.

После сохранения файла настроим параметры отображения слоя. Для начала щелчком инструмента Action в любом месте за пределами полигона, снимем выделение элемента. В окне свойств объекта (справа) в блоке Display изменим параметр Fill Style на Transparent (это сделает полигон прозрачным внутри), а потом определим свойства границы Outline, установив параметры цвета Color – Red и толщины линии Size – 2. Для применения внесенных изменений нажимаем Apply.

последовательность шагов настройки параметров отображения

Линии

На вкладке Modules двойным щелчком мыши запускаем модуль Shapes – Tools => Create New Shapes Layer. В диалоговом окне модуля задаем имя нового шейп-файла Name – relief_pln, а в поле Shape Type из выпадающего списка выбираем Lines. Прочие параметры (Number of Attributes, Attributes) оставляем без изменений и нажимаем Okay. Перейдя на вкладку Data можно видеть, что в списке слоев данных появился новый элемент группы Shapes – линия relief_pln.

Двойным щелчком добавим новый слой на карту. Перейдя на вкладку Maps убедимся, что карта M-37-121_utm содержит уже три элемента – растровый слой M-37-121_utm, созданный ранее векторный полигональный слой area_plg и новый линейный слой relief_pln.

Для начала редактирования слоя вернемся на вкладку Data и в контекстном меню слоя relief_pln выберем пункт Edit => Add Shape.

При помощи инструментов Zoom и Pan увеличьте и удобно расположите в окне часть рабочего фрагмента топокарты. Определившись с начальной горизонталью, перейдите в режим Action и фиксируя узлы в перегибах (левый щелчок мыши) отрисуйте соответствующую линию. Чтобы остановить процесс редактирования в последнем узле сделайте правый щелчок мышью. В месте правого щелчка появится контекстное меню, в котором нужно убрать галочку рядом с Edit Selected Shape. Когда программа предложит сохранить изменения, согласитесь и нажмите Да. Повторяя предыдущие действия, т.е. добавляя новый элемент для каждой изолинии, векторизируйте все горизонтали выбранного фрагмента (и основные, и дополнительные).

Процесс редактирования векторных слоев в SAGA упрощается возможностями:

• параллельного использования инструментов. Например, в процессе проведения линии может возникнуть необходимость подвинуть карту или увеличить/ уменьшить ее. Для этого не нужно останавливать редактирование – просто выберите необходимый инструмент ( Pan, Zoom или Zoom To Full Extent). Воспользуйтесь им, чтобы, например, переместить карту, а затем снова нажмите Action – курсор автоматически перейдет в режим редактирования в том самом месте, где вы вынуждены были прерваться;

• повторного редактирования элементов. В том случае, если вы хотите модифицировать фрагмент уже проведенной линии, выделите ее Action - протяните курсор по линии, удерживая нажатой левую кнопку мыши, и она подсветится красным цветом. После этого из контекстного меню слоя выберите Edit => Edit Selected Shape.

Вид выбранной линии изменится таким образом, что станут видимыми узловые точки. Для их редактирования воспользуйтесь Action, который в зависимости от объекта наведения, может работать в режимах:

- выделение узла левым щелчком мыши, изменение его местоположения при движении мыши с нажатой левой кнопкой, удаление Delete'ом с клавиатуры;

- добавление узловых точек.

Для сохранения внесенных изменений из контекстного меню слоя выберите пункт Edit и снимите галочку с Edit Selected Shape;

• добавления части объекта. Иногда возникает необходимость создания так называемых составных объектов (multipart fetaures): например, когда горизонталь прерывается или выходит за границы векторизируемого участка и возвращается. В таком случае из пункта редактирования контекстного меню слоя следует выбрать Edit => Add Part.

NB Элемент к которому добавляется часть, должен находиться в режиме редактирования.

В результате будет создан объект, состоящий из нескольких фрагментов, но ГИС будет воспринимать его как единый элемент шейп-файла, представленный одной строкой атрибутивной таблицы.

• удаления элементов. Для этого выделите изолинию Action и нажмите Delete с клавиатуры.

По окончании редактирования сохраните файл: из контекстного меню relief_pln выберите Save As… и укажите путь к рабочей папке проекта на диске.

Точки

На вкладке Modules двойным щелчком мыши запускаем модуль Shapes – Tools => Create New Shapes Layer. В диалоговом окне модуля задаем имя нового шейп-файла Name – relief_pnt, а в поле Shape Type из выпадающего списка выбираем Point. Прочие параметры (Number of Attributes, Attributes) оставляем без изменений и нажимаем Okay. Перейдя на вкладку Data можно видеть, что в списке слоев данных появился новый элемент группы Shapes – точки relief_pnt.

Двойным щелчком добавим новый слой на карту. Перейдя на вкладку Maps увидим, что карта M-37-121_utm содержит уже четыре элемента – растровый слой M-37-121_utm, созданные ранее векторные слои area_plg, relief_pln и новый точечный слой relief_pnt.

Для начала редактирования слоя вернемся во вкладку Data и в контекстном меню слоя relief_pnt выберем пункт Edit => Add Shape.

При помощи Zoom и Pan увеличьте и удобно расположите в окне часть рабочего фрагмента топокарты. Определившись с высотной отметкой, Action поставьте точку.

NB Если вы не хотите создавать составной объект (multipart feature), после постановки каждой точки необходимо отключать галочку рядом с Edit Selected Shape.

Таким образом, для корректного представления всех высотных отметок нам необходимо каждый раз добавлять новый элемент. Когда программа предложит сохранить изменения, согласитесь и нажмите Да. По окончании редактирования сохраните файл: из контекстного меню relief_pnt выберите Save As… и укажите путь к рабочей папке проекта на диске.

Заполнение атрибутивной таблицы

Чтобы открыть атрибутивную таблицу слоя, выберите из его контекстного меню пункт Attributes => Show.

Внешний вид панели инструментов изменится в соответствии с основными задачами редактирования атрибутивных таблиц:

- добавить поле;

- удалить поле/я;

- добавить запись;

- вставить запись;

- удалить выбранные записи;

- удалить все записи.

Первичная структура таблицы задавалась на этапе создания шейп-файла, поэтому сейчас она содержит лишь два поля по умолчанию: служебное поле ID и текстовое NAME. Поскольку мы не планируем вносить информацию в поле NAME, его лучше удалить инструментом Delete Fields. В диалоговом окне Delete Fields отмечаем поле, которое хотим удалить (NAME) и нажимаем Okay.

Для добавления нового поля используем Add Field. В появившемся диалоговом окне прописываем следующие свойства поля: название Name – ABS_HEIGHT, тип переменной Field Type – 2 byte integer (поскольку потенциально на карте могут встретится значения высоты горизонталей больше 255 м), прочие параметры диалога – Insert Position (поле относительно которого размещается новая колонка) и Insert Method – after (ее местоположение после/ до определенного поля) оставляем без изменений и нажимаем Okay.

В результате в атрибутивной таблице появится новое поле, в которое мы занесем значения абсолютной высоты для векторизированных горизонталей. Для удобства работы расположим рядом в рабочем окне карту и атрибутивную таблицу – это можно сделать через меню Window => Tile Horizontally / Tile Vertically. В результате при выделении строки таблицы мы одновременно будем видеть соответствующую горизонталь, что облегчит процесс ввода значений.

Чтобы добавить к атрибутивной таблице информацию про тип изолиний, снова воспользуемся Add Field. В появившемся диалоге введем следующие значения: название Name – LINE_TYPE, тип переменной Field Type – 1 byte integer (будем вводить простые числовые коды), прочие параметры диалога – Insert Position (поле относительно которого размещается новая колонка) и Insert Method – after (ее местоположение после/ до определенного поля) оставляем без изменений и нажимаем Okay. Теперь в новое поле LINE_TYPE введем значения-коды, описывающие тип горизонтали – 0 (вспомогательная), 1 (основная), 2 (утолщенная). По окончании, атрибутивная таблица будет иметь примерно следующий вид:

Повторяя ту же последовательность шагов, дополним атрибутивную таблицу векторного точечного слоя. Для введения отметок значений абсолютной высоты создадим поле ABS_HEIGHT типа 4 byte floating point (поскольку для точек отметки абсолютных высот представлены в виде десятичных дробей).

NB Заполняя поле, в качестве знака-разделителя используйте . «точку», а не , «запятую».

Для описания типа высотной отметки создадим поле POINT_TYPE типа 1 byte integer, присваивая код 0 точкам местности, а 1 – пунктам государственной геодезической сети.

Расчет пространственных характеристик объектов

Как и большинство современных ГИС SAGA дает возможность автоматически рассчитывать пространственные характеристики для объектов векторных слоев, находящихся в спроецированной СК. В данном случае это ПСК UTM WGS84, поэтому результирующие величины будут представлены в единицах измерения используемой проекции, т.е. м и м².

Для расчета пространственных характеристик полигонального слоя выберите модуль Shapes – Polygons => Polygons Properties. В диалоговом окне в качестве обрабатываемого слоя укажите area_plg. Строку <Polygons with Property Attributes можно оставить без изменений, чтобы сразу добавить результаты в атрибутивную таблицу слоя.

После появления сообщения Module execution succeeded, откроем атрибутивную таблицу слоя, в которой появятся два новых поля:

Зная, что линии километровой сетки на карте проведены через каждые 2 000 м, а размер нашего полигона задавался участком 5×5 квадратов, несложно проверить результат. При одной стороне полигона в 10 000 м (10 км) его периметр будет 40 000 м (40 км), а площадь – 100 000 000 м² (100 км²). Как видим, рассчитанные по векторному слою значения близки к приведенным. Незначительные расхождения объясняются тем, что границы территории по карте проводились «на глаз», а не фиксировались по точкам с четко определенными координатами.

Настройка параметров отображения слоев в соответствии с атрибутивными данными

Для слоя изолиний на вкладке Object Properties (справа), определившись с видом линии (Line Style), типом (Type) и цветом (Сolor), воспользуемся дополнительными возможностями визуализации. В пункте Size выберем атрибут, которым будет определяться размер символа (толщина линий) – Attribute: LINE_TYPE: количественное значение в данном случае будет связано с «важностью» горизонтали. Соответственно, установка параметров Size Range: Minumum/ Maximum в диапазоне 0-3, будет изменять толщину линии пропорционально ее типу (самые тонкие – для промежуточных, а жирные – для утолщенных горизонталей).

Пункт Labels добавляет подписи к объектам на карте. Выберем поле, на основании которого будут делаться подписи Attribute: ABS_HEIGHT. Параметры шрифта подписей (тип, размер, цвет) определяются пунктом Font. Чтобы все внесенные изменения вступили в силу, не забудьте нажать Apply.

последовательность шагов настройки параметров отображения

Настроим параметры отображения точечного слоя. Чтобы разные типы точек отображались разными цветами, в пункте Colors из выпадающего списка Type выберите Lookup Table. Далее в параметрах Lookup Table сначала установите Attribute: POINT_TYPE, а затем перейдите в саму Table и установите следующие параметры:

Далее задайте параметры отображения точечного слоя, например, так:

последовательность шагов настройки параметров отображения

После применения всех настроек и отключения слоя растровой подложки, карта будет выглядеть следующим образом:

Ссылки по теме

Больше про работу с SAGA:
Olaya, V. A gentle introduction to SAGA GIS. 2004.
Cimmery, V. User Guide for SAGA. Vol. 1,2. 2010

Векторизация в другом ПО ГИС:
Создание и редактирование векторных слоев средствами QGIS
Векторизация в GRASS (п. 11.6)
Работа с векторными данными в ArcGIS