Создание регулярных сеток в QGIS

Эта страница опубликована в основном списке статей сайта
по адресу http://gis-lab.info/qa/grids-qgis.html

В статье рассматриваются алгоритмы создания градусной и метрической полигональных сеток с помощью QGIS. Отдельно затрагивается вопрос оформления градусной сетки нанесенной на спроецированные данные.

Создание регулярных сеток в QGIS

Существует ряд задач для решения которых необходимо построить регулярную сетку с заданным шагом, например, подсчет чего-либо на ячейку или наложение координатной сетки на карту.

QGIS позволяет строить 3 типа регулярных сеток:

• градусная сетка (длина и ширина полигона равна заданному количеству градусов широты и долготы),
• метрическая сетка (длина и ширина полигонов задается в метрах)
• гексагональная регулярная сетка в виде сотовых ячеек (модуль MMQGIS).

Пример использования регулярной полигональной метрической сетки 100*100 км для визуализация расчетов абсорбции метана почвами в килотоннах в год на ячейку.

Пример использования регулярной линейной градусной сетки для создания шаблона карты.

Важно: тип размерности сетки (градусы или метры) зависит от проекции вида: чтобы построить градусную сетку необходимо, чтобы вид находился в географической системе координат (ГСК), и, напротив, при построении метрических сеток, необходимо, чтобы вид находился в какой-либо прямоугольной проекции.

Алгоритмы построения разных типов сеток различаются, рассмотрим каждый из них в отдельности.

Создание полигональной метрической сетки

Допустим, перед нами стоит задача разбить территорию административного субъекта (в нашем случае Ханты-Мансийского автономного округа) на квадраты 20*20 км для обобщения каких-либо количественных данных, например, для учета биоразнообразия в каждом таком квадрате.

Воспользуемся данными OpenStreetMap в формате Shape в качестве базовых данных. Откроем слой с границами ХМАО и зададим проекту коническую равновеликую проекцию Альберса для ХМАО. Для этого, зайдем в меню создания пользовательских систем координат: Установки → Ввод системы координат.

В диалоговом окне определения пользовательской системы координат нажмем кнопку - создать новую систему координат. В графе «Имя» напишем узнаваемое имя, например «Albers HMAO». В графу «Параметры» скопируем следующий код для проекции:

+proj=aea +lat_1=60 +lat_2=64 +lat_0=0 +lon_0=72 +x_0=18500000 +y_0=0 +ellps=krass +units=m +towgs84=28,-130,-95,0,0,0,0 +no_defs

Сохраним созданную проекцию Нажав кнопку .

Теперь зададим созданную нами проекцию проекту: Установки → Свойства проекта. Во вкладке "Система координат" в графу фильтр введем название нашей проекции: «Albers HMAO», выберем ее из списка и нажмем "ОК".

Сохраним слой границ ХМАО в СК проекта, т.е. в проекции Альберса. Для этого в менеджере слоев щелкнем правой кнопкой мыши по нему и выберем пункт «Сохранить как».

В открывшемся диалоговом окне в графе «Система координат» выберем «Система координат проекта». Поскольку ранее мы установили в качестве системы координат проекта проекцию Альберса, то она и будет задана для нового слоя.

Построим необходимую нам сетку 200*200 км, для этого выполним: Вектор → Выборка → Регулярная сетка. В случае, если это меню недоступно, убедитесь, что у вас активирован модуль fTools (Модули→Управление модулями).

В открывшемся диалоговом окне нажмем на кнопку «Получить из слоя». В параметрах укажем размер ячейки в метрах, поскольку теперь слой спроецирован: 200000.

В результате получим такую сетку:

Теперь можно убрать «лишние» не захватывающие территорию РФ ячейки. Для этого выполним: Вектор → Пространственный запрос → Пространственный запрос (Если эта функция не активна, убедитесь, что в меню Модули → Управление модулями у вас активирован модуль «Пространственные запросы».

В открывшемся диалоговом окне: в графе «Выбрать объекты в слое» укажем слой сетки в графе «Где объект» выберем пункт «Пересекает» в графе «Объекты слоя» выберем слой границ РФ

Сохраним полученное выделение в виде отдельного слоя: в менеджере слоев щелкнем правой кнопкой мыши по слою сетки и выберем пункт «Сохранить выделение как». В результате имеем:

Создание линий градусной сетки

Теперь построим на этот же регион (ХМАО) градусную сетку.

Важно: убедимся, что проект находится в ГСК: Установки→Свойства проекта→Система координат. В графе системы координат выберем необходимую ГСК, например WGS84.

В основном меню QGIS выполняем Вектор→Выборка→Регулярная сетка.

Охват сетки возьмем с большим запасом, чтобы при последующем перепроецировании, вся карта была покрыта сеткой (для этого можно предварительно оценить охват спроецированной карты с помощью модуля захвата координат).

В графе «Параметры» зададим размер ячейки 3 градуса по долготе и 2 градуса по широте (для этого надо снять галочку «Зафиксировать соотношение сторон 1:1»

Укажем тип сетки: в то время как полигональные сетки нужны для статистических расчетов, для построения координатной сетки удобнее использовать линии:

Нажмем OK и дождемся окончания процесса построения сетки.

На первый взгляд все идеально, но попробуем поменять проекцию вида на любую, где широтные линии градусной сетки преобразуются в дуги, например в использованную ранее проекцию Альберса для ХМАО: Видно, что широты, которые должны были стать плавными дугами, так и остались прямыми.

Это связано с особенностью механизма перепроецирования многих современных ГИС: дуга представляет из себя кривую с изломами в узлах (на рисунке узлы сетки помечены красными крестиками). После создания сетки промежуточных узлов нет, поэтому линии широт «не изгибаются».

Исправить эту ситуацию можно добавив в сегменты линий (или полигонов) дополнительные узлы с помощью инструмента Добавить вершины.

Добавим по 10 вершин на сегмент по широте таким образом, чтобы дополнительные узлы встали точно в местах пересечения широт и долгот. Если в нашем случае сетка включает 14 3-х градусных сегментов, получаем 14*10-1=139 дополнительных узла): Вектор→Обработка геометрии→Добавить вершины.

Выберем из выпадающего списка файл с полученной нами сеткой и добавим 139 дополнительных узлов в каждый долготный сегмент сетки.

Рекомендация: добавлять узлы не в существующий файл, а создавать новый, это позволит избежать как своих ошибок, так и программных сбоев. Итак, заполненное диалоговое окно примет вид:

В атрибутивной таблице слоя сетки присутствует поле «COORD» в нем содержится координаты долгот для долготных линий и координаты широт для широтных линий. После подписывания слоя по полю «COORD» и наложения новой сетки на карту в проекции Альберса получаем вполне пристойный результат:

Оформление градусной сетки

В настоящий момент в макетах карт QGIS возможность накладывать градусную сетку на спроецированные данные отсутствует. Тем не менее, существуют различные способы наложения и последующего оформления градусных сеток вручную. Рассмотрим один из таких способов.

Сохраним полученную сетку с дополнительными узлами в той СК, которая предполагается для использования в окончательном макете карты. В нашем случае это проекция Альберса для ХМАО.

С помощью модуля «Improved Polygon Capturing» создадим полигон – рамку будущей карты, вдоль которой будем выстраивать подписи. Для этого создадим новый полигональный слой с именем map_border в проекции Альберса для ХМАО и включим режим редактирования.

После активации режима редактирования станет доступной панель модуля «Improved Polygon Capturing». Выберем инструмент рисования прямоугольника от угла (Rectangle by Extent ) и обведем рамку нашей будущей карты. Конвертируем полученную рамку карты (слой map_border) в линейный слой: Вектор → Обработка геометрии → Преобразовать полигоны в линии. Назовем полученный линейный слой map_border_line.

Создадим точечный слой пересечений линий координатной сетки и полученной на предыдущем шаге линии рамки карты: Вектор → Анализ → Пересечения линий.

Поля «Исходный признак классификации» и «Признак классификации пересечений» - атрибутивные поля исходных линейных слоев которые будут добавлены в атрибутивную таблицу результирующего точечного слоя пересечений. Для дальнейшей работы нам понадобятся координаты сетки, по этому в качестве исходного признака классификации выберем поле координат «COORD» исходного слоя градусных линий.

Результатом выполнения этой операции является точечный шейп-файл с координатами линий сетки.

Сделаем точки невидимыми, например, уменьшив их размер до нуля. Подпишем точки созданного файла, добавив значок градуса. Воспользуемся инструментом подписи → выражение:

В графе «Выражение» пропишем:

"COORD_1" || 'º'

Где:

• «COORD_1» - название поля координат
• «||» - оператор конкатенации (объединения)
• "º" - символ градуса

В результате получим:

В дальнейшем можно также сделать невидимой область за рамкой карты. Для этого можно воспользоваться модулем Mask'. Установим этот модуль. Выделим инструментом выделения полигон map_border созданный ранее с помощью модуля «Improved Polygon Capturing». Нажмем на кнопку . В появившемся диалоговом окне выберем нашу проекцию Альберса для ХМАО. При этом в памяти создается виртуальный полигональный слой размером установленного охвата экрана и дыркой по размеру выделенного полигона. К сожалению, модуль давно не обновлялся и использует старую символику. Для корректного отображения маскировочного слоя, нужно в свойствах слоя, во вкладке «Стиль» выбрать новую символику и выбрать для заливки и обводки полигона белые цвет:

Для дальнейшего использования маскировочный слой нужно сохранить как отдельный шейп-файл. Создим новый макет карты "Файл → Макет карты" и подгоним рамку макета под необходимый нам масштаб (подробнее о работе с макетами карт см. Руководство пользователя QGIS. Версия 1.7.0 'Wroclaw', Раздел 10. Компоновщик карты:

Теперь сохраним настроенные стили для линий сетки, точек с подписями и слоя маски в файлы *.qml для использования в других проектах (Слой → Свойства слоя → Кнопка "Сохранить стиль") с теми же именами, что и сами исходные слои.

В дальнейшем, при добавления этих слоев подписей на карту все установленные настройки подписей и цветового оформления слоев будут загружены автоматически.

Созданную таким образом сетку удобно хранить в отдельной папке, содержащей:

• линейный шейп-файл с линиями сетки
• точечный шейп-файл с подписями
• слой маски
• файлы настроек для линий, подписей и слоя маски