Home › Zpracování dat v GIS › CV03 – Mapová algebra v ArcGIS Pro

CV03 – Mapová algebra v ArcGIS Pro

Mapová algebra v ArcGIS Pro – nalezení vhodných míst pro umístění fotovoltaických panelů

U rastrových reprezentací se místo topologického překrytí používá nástroj zvaný mapová algebra. Ten je určen výhradně pro ně a umožňuje kombinovat rastrové vrstvy pomocí různých matematických operací.

Tyto matematické operace se vykonávají buď na jedné nebo na dvou (i více) vrstvách a jejich výstupem je vždy nová vrstva, kterou je samozřejmě možné používat v dalších analýzách. To vytváří z mapové algebry mocný prostředek pro prostorové modelování a analyzování.

Klíčové koncepty mapové algebry:

Operace: Mapová algebra umožňuje různé operace, které lze aplikovat na rastrové vrstvy. Tyto operace se dělí na:

  1. Lokální operace: Operace, které se provádějí na jednotlivých buňkách rastru nezávisle na ostatních buňkách. Například sčítání hodnot dvou rastrových vrstev.
  2. Fokální operace: Operace, které zohledňují sousední buňky. Příkladem může být výpočet průměrné hodnoty v okruhu určitého poloměru kolem každé buňky.
  3. Zónové operace: Operace, které se provádějí na skupině buněk definovaných určitými zónami nebo kategoriemi. Například výpočet průměrné hodnoty v rámci jednotlivých zón.
  4. Globální operace: Operace, které zahrnují celé rastrové vrstvy nebo větší části dat. Příkladem může být výpočet celkové průměrné hodnoty nebo maximální hodnoty v celé vrstvě.

Operátory jsou obvyklé matematické, statistické, relační a logické operátory (+, -, *, /, >, <, >=, <=, <>, mod, div, and, or, not, …).

Mapová algebra. Mapová algebra obecný princip. Možné formy použití MA (uživatelská rozhraní) Mapová Algebra v prostředí ArcView, ArcMap - PDF Free Download

Zadání cvičení

  • použití rastrového kalkulátoru pro vyhledání míst potenciálně vhodných pro umístění fotovoltaických panelů v obci Albrechtice (okres Karviná)
  • zajímají nás místa se sklonitostí do 15 stupňů, sluneční expozicí nad 1000 kWh/m² a mimo zastavěná území a lesy

Data:

Postup cvičení:

1. Hranice obce Albrechtice

V projektu ArcČR 4.2 ze záložky Administrativní členění si pomocí atributového dotazu vyberte z vrstvy Obce obec Albrechtice. V případě, že ve vrstvě Obce nebudou k dispozici názvy obcí, proveďte Spatial join s vrstvou Obce – definiční body, kde jsou názvy obcí obsaženy. Exportujte vybranou obec do samostatné vrstvy.

2. Import DMR5G a jeho úpravy

ČUZK poskytuje DMR5G ve formě Image služby AGS: https://ags.cuzk.cz/arcgis2/rest/services/dmr5g/ImageServer. Tento server umožňuje efektivní distribuci obrazových dat a poskytuje možnost provádět analýzy nad těmito daty v reálném čase. IMAGE služba Esri ArcGIS Server – DMR 5G je poskytována jako veřejná služba pro využití datové sady Digitální model reliéfu České republiky 5. generace (DMR 5G). Zdrojová data pro službu jsou umístěna v souřadnicovém systému S-JTSK/Krovak East North (EPSG 5514). Rozhraní služby poskytuje data ve formě stínovaného modelu reliéfu (v šedé škále nebo obarveného), případně umožňuje zobrazit data podle orientace nebo sklonitosti svahů.

DMR5G lze připojit v menu Insert – Connections – Server – Add ArcGIS Server Connection. Po vložení odkazu na Image Server dojde k připojení serveru s daty, během připojení je možné, že bude požadováno přihlášení – stačí křížkem okno zavřít, není třeba se přihlašovat. Připojený server s daty je pak k dispozici v Catalogu v Servers. Zde si vybereme dmr5g.

Při prvním připojení DMR5G se zobrazí jako vystínovaný reliéf, pokud chceme mít viditelné informace o nadmořských výškách je nutné přepnout ve vlastnostech vrstvy dmr5g v Processing Template na možnost None.

DMR5G ořežte na velikost obce Albrechtice a vypočítejte pomocí funkce Slope sklon v této obci.

3. Úprava vrstev pro účely mapové algebry

Původní vrstvy je nutné reklasifikovat do nové podoby:

  • 1 =  místa, která splňují podmínku
  • 0 = místa, která podmínku nesplňují
  • reklasifikujte Sklon pomocí Reclassify do dvou kategorií, vhodné plochy do 15 stupňů budou mít hodnotu 1 a všechny ostatní pak novou hodnotu 0
  • vrstvu CLC 2018 ořízněte na velikost obce Albrechtice. Jelikož do mapové algebry vstupují rastrová data, je nutné převést vektorovou vrstvu CLC 2018 na rastr pomocí funkce Feature to Raster a pro hodnoty buněk využít atribut CODE_18. Následně všechny nevhodné třídy (urbanizovaná území – 112 a lesy – 311, 312, 313) reklasifikovat na novou hodnotu 0 a všechny ostatní plochy na hodnotu 1.

4. Analýza slunečního záření

Funkce Area Solar radiation v ArcGIS Pro je nástroj pro analýzu slunečního záření na určitém místě v rámci daného časového období. Výstupem této funkce je obvykle rastrová vrstva, která obsahuje informace o intenzitě slunečního záření na jednotlivých buňkách rastru. Tato intenzita se často vyjadřuje v jednotkách jako jsou kilowatthodiny na metr čtvereční (kWh/m²), v prostředí ArcGIS Pro se jedná o Wh/m².

Vstupem do toho nástroje je DMR5G pro oblast Albrechtic, jako Time configuration zvolte možnost Whole year. Výpočet je poměrně časově náročný!

Po dokončení nástroje získáte výstupní rastr, který bude obsahovat hodnoty slunečního záření v jednotkách watt-hodiny na metr čtvereční (Wh/m²). Tyto hodnoty je potřeba převést na (kWh/m²) a následně všem hodnotám nad 1000 kWh/m² přiřadit novou hodnotu 1, všechny ostatní hodnoty budou mít 0.

Rastrový kalkulátor

Pro kombinaci obou všech vrstev je nutné použít tvz. rastrový kalkulátor (Raster Calculator), který umožňuje různé matematické operaci s vrstvami. Zvolte vhodnou matematickou operaci, abyste dostali správnou kombinaci pixelů, které splňují všechny podmínky.

Výsledkem jsou plochy, které buď splňují všechny podmínky (zelené pixely na obrázku), nebo naopak jednu či více podmínek nesplňují (žluté pixely na obrázku).

Zadání samostatného programu

  • použijte nástroje mapové algebry pro vyhledání míst potenciálně vhodných pro umístění fotovoltaických panelů v obci vašeho bydliště
  • zajímají nás místa se sklonitostí do 15 stupňů, sluneční expozicí nad 1000 kWh/m² a mimo zastavěná území a lesy
  • výstupem programu bude mapový výstup, který bude obsahovat 3 mezivýsledky podmínek (rastry po klasifikaci) a výsledek
  • dále bude program obsahovat stručný komentář k získaným výsledkům
  • program zašlete na mail vedoucího do termínu požadovaném vedoucím cvičení