Bearbeitung von Geo-Rasterdaten mit QGIS
Geodaten sind im Regelfall noch aufzubereiten, bevor sie z.B. zur Modellierung von Gaming-Szenarien weiterverwendet werden können. An dieser Stelle sollen zur Orientierung die Möglichkeiten zur Geodaten-Aufbereitung mit QGIS skizziert werden. Für die nachfolgenden Bearbeitungsschritte wurde QGIS 3.14 verwendet.
Die nachfolgende Beschreibung der verschiedenen Bearbeitungsschritte soll anhand eines beispielhaft ausgesuchten Geländeausschnitts erfolgen.
Vorbereitungen für das Bearbeitungsbeispiel
Als Beispiel wird ein Geländeausschnitt im nördlichen Deutschland, Ostwestfalen, verwendet. Dieser soll folgende Zentrumskoordinaten (UTM) besitzen:
UTM 32N; 495503 E; 5717461 N
Die resultierenden Rasterdaten sollen im vorliegenden Beispiel eine Pixelanzahl in Form einer 2er-Potenz besitzen und quadratisch sein. Dies stellt eine Spezifizierung dar, die nicht in jedem Fall notwendig ist, aber von einigen weiterverarbeitenden Programmen (z.B.: Arma III Terrain Builder) vorausgesetzt wird.
Bei einer beispielhaft angestrebten Auflösung von 1m pro Pixel ergibt sich für die Rasterdatengröße 4096 x 4096 Pixeln eine Geländeausdehnung von 4095m x 4095m. Die Eckkoordinaten des quadratischen Geländeausschnitts lauten dann:
- Links: 495503 E - 2047 = 493456 E
- Rechts: 495503 E + 2048 = 497551 E
- Unten: 5717461 N - 2047 = 5715414 N
- Oben: 5717461 N + 2048 = 5719509 N
Die Eingangs- bzw. Rohdaten für das Beispiel wurden gemäß der Ausführungen in Quellen für Geodaten generiert. Im Einzelnen handelt es sich um:
- Terra Incognita: Satellitenbild, hier ARCVIEW MAP mit JPG-Datei
- USGS.GOV: Digital Elevation-Daten, hier TIF-Datei im GEOTIFF-Format
- OpenStreetMap: OSM- und Shape-Dateien, hier in Form der Datei "map.osm"
Bei der Beschaffung von Höhendaten und Satellitenbildern können die Ausschnitte im Übrigen zunächst auch etwas größer und höher aufgelöst gewählt werden, da diese in QGIS dann auf das benötigte Format in der passenden Auflösung zugeschnitten werden.
Start des QGIS-Projekts
In QGIS wird zunächst ein neues Projekt erzeugt:
Project New
Dem neuen Projekt wird unter
Project Properties CRS
das passende UTM Coordinate Reference System (CRS) zugewiesen, d.h. hier:
WGS84 / UTM zone 32N EPSG:32632
und mit Apply quittiert. Anschließend kann dier Dialog mit OK verlassen werden.
Nun wird das Projekt das erste Mal gespeichert: Project Save
Übrigens:
Das Standard WGS84-Koordinatensystem in Grad heißt: WGS84 EPSG:4326 .
Laden eines Satellitenbildes
Im ersten Schritt wird das Satellitenbild aus Terra Incognita geladen, da dieses den gewünschten geografischen Bereich umfasst, und damit schon zu Beginn eine Orientierung für die weiteren Arbeiten liefert.
Layer Add Layer Add Raster Layer
Unter Raster Dataset(s) wird mithilfe des "..."-Buttons das JPG-File aus dem ArcView-Datensatz ausgewählt und durch Drücken des Add-Buttons als Raster-Layer geladen werden. Das Satellitenbild erscheint im Zeichenbereich von QGIS. Nun kann der Dialog geschlossen werden.
An dieser Stelle ist das eingestellte Projekt-CRS zu kontrollieren, da es sich mit dem eingeladenen Layer ändern kann. Bei Bedarf kann unter
Project Properties CRS
das CRS wieder auf das benötigte Koordinatensystem, hier: WGS84 / UTM zone 32N, zurückgesetzt werden.
Übrigens:
Mithilfe des Icon "Lupe mit drei blauen Pfeilen" zoomt QGIS bildfüllend auf den im Layers-Fenster markierten Layer.
Erzeugen eines Border-Shape-Layers
Im nächsten Schritt soll nun in einem Shape-Layer ein quadratischer Umriss (Vektor-Layer mit Polygon) erstellt werden, der den benötigten Geländebereich umfasst und später für das Zurechtschneiden der diversen Kartenausschnitte hilfreich sein wird.
Layer Create Layer New Shapefile Layer
Als "File name" wird hier mittels des "..."-Buttons das Arbeitsverzeichnis für das Speichern der Shape-Datei ausgewählt und ein Dateiname (z.B. "border.shp") festgelegt. und mit Save bestätigt.
Ferner wird im Auswahlfeld "Geometry type" der Typ Polygon ausgewählt und als CRS das Projekt-CRS angegeben.
Dann kann der Dialog mit OK verlassen werden. Im Layers-Fenster erscheint nun der neue Shape-Layer "border".
Nach Anklicken des Layers im Layers-Fenster wird dessen Bearbeitung über folgenden Menü-Punkt aktiviert:
Layer Toggle Editing (Symbol: "gelber Bleistift")
Nun kann mittels:
Edit Add Rectangle Add Rectangle from Extent
ein Rechteck in die Zeichenfläche gezeichnet werden. Ein linker Mausklick startet das Zeichnen. Mit dem Ziehen der Maus wird das Rechteck gezeichnet. Ein rechter Mausklick finalisiert das Zeichnen des Rechtecks. Im aufpoppenden Dialog genügt es, OK zu drücken ohne weitere Attribut-Felder zu definieren.
Übrigens:
Durch Linksklick, Halten und Ziehen der Maus lässt sich die Reihenfolge der Layer im Layers-Fenster verändern. Die Reihenfolge in der Liste bestimmt die Überdeckung und damit die Sichtbarkeit der Layer in der Darstellung.
Nach Rechtsklick auf den Border-Layer im Layers-Fenster lässt sich das Erscheinungsbild des Border-Rechtecks über:
Properties Symbology
anpassen. Hierzu muss in der DropDown-Liste
Fill Simple fill
auf Simple fill geklickt werden. Dann lassen sich "Fill color", "Fill Style", "Stroke Color" und "Stroke width" nach Geschmack verändern. Für die vorliegende Anwendung hat sich ein Border-Rechteck ohne Füllung mit rotem, etwas dickerem Rand bewährt. Die Einstellungen sind mit Apply zu bestätigen. Anschließend kann der Dialog mit OK verlassen werden.
Schließlich wird das VertexTool aktiviert um die Ecken des Borders exakt zu positionieren:
Edit Vertex Tool (all layers)
Markiert man jetzt bei aktiviertem Border-Layer eine der Ecken des Rechtecks mit einem Rechtsklick, erscheint unten rechts im Vertex Editor eine Tabelle mit den Koordinaten der Eckpunkte des Rechtecks. Hier können nun die Koordinaten gemäß des ausgewählten Geländeausschnitts direkt eingegeben werden.
Übrigens:
Die Eckpunkte eines Polygons können auch grafisch verschoben werden. Mittels Linksklick wird der jeweile Eckpunkt aufgenommen. Dann kann der Punkt mit der Maus verschoben werden. Hierbei wird die mögliche neue Kontur des Polygons gestrichelt angezeigt. Bei erneutem Linksklick wird der Punkt auf die aktuelle Mausposition gesetzt.
Durch erneutes Anklicken von:
Edit Vertex Tool (all layers)
schließt man den Vertex-Editor wieder. Anschließend sollte der editierte Border-Layer gespeichert werden:
Layer Save layer edits (Symbol: "Diskette mit orangenem Stift")
Laden und Zusammenfügen von Elevationsrastern
Sowohl Elevationsdaten (DEM = Digital Elevation Model) als auch Satellitenbilder sind Rasterdaten. Daher erfolgt das Laden von Elevationsdaten analog zum Laden von Satellitenbildern. Es müssen hierbei lediglich die passenden Dateien mit den Elevationsdaten (am bestem im TIF bzw. GEOTIFF-Format) ausgewählt werden.
Manchmal kann es vorkommen, dass der benötigte Geländeausschnitt auf der Grenze zweier oder mehrerer Elevationsdateien liegt. In diesem Fall müssen alle betroffenen Elevationsdateien geladen werden, so dass sie als einzelne Raster-Layer in QGIS verfügbar sind. Anschließend können diese über:
Raster Miscellaneous Merge
zu einem neuen, gemeinsamen Layer zusammengefügt werden. Es öffnet sich ein Eingabedialog, in dem unter "Output Data Type" das Datenformat des Ausgabe-Layers definiert werden kann. Hier sollte zunächst "Float32" beibehalten werden.
Unter "Input layers" sind nun mittels "..."-Button die benötigten Raster-Layer zu selektieren. Dann kann durch Klick auf den "Run"-Button der Merge-Prozess gestartet und nach dessen Beendigung das Dialog-Fenster über den "Close"-Button wieder geschlossen werden.
Liegt das zusammengefügte Gesamtergebnis vor, können die ursprünglichen Einzellayer entfernt werden. Nach Rechtsklick auf den jeweiligen Layer im Layer-Fenster erscheint ein Popup-Menü, in dem Remove Layer anzuklicken und der Entfernungsvorgang anschließend nochmals zu bestätigen ist.
Zuschneiden eines Raster-Layers
Für das Zurechtschneiden eines Rasters steht das Tool Align Raster zur Verfügung:
Raster Align Rasters
Es erscheint ein Dialog-Fenster, in dem über das grüne Pluszeichen der zu bearbeitende Raster-Layer als "Input raster layer" ausgewählt wird. Als "Output raster filename" wird ein Zieldatei im TIF- bzw. GEOTIFF-Format festgelegt. Als "Resampling method" hat sich "Bilinear (2x2 kernel)" bewährt. Die "Rescale"-Option ist nicht zu aktivieren. Anschließend kann das Dateiauswahl-Fenster geschlossen werden.
Als CRS ist nun das Projekt-CRS (hier UTM) zu selektieren. Ferner wird die "Cell Size" auf den benötigten Wert (hier 1m) und der "Grid offset" auf 0 gesetzt. Als nächstes muss der benötigte Geländeausschnitt mittels "Clip to Extent" definiert werden. Hier kann unter "Calculate from Layer" der Border-Layer als Referenz ausgewählt und dessen Koordinaten als Eckdaten des Ausschnitts übernommen werden.
Die Koordinaten "West", "East", "South" und "North" lassen sich nun noch bei Bedarf nachbearbeiten, bis im Feld "Output size" die gewünschte Zielgröße (im vorliegenden Fall 4096 x 4096) angezeigt wird.
Jetzt kann der Bearbeitungsvorgang mit OK gestartet und anschließend das Dialogfenster mit "Close" geschlossen werden.
Formatkonvertierung von Raster-Layern
Um einen Raster-Layer in ein anderes Dateiformat zu konvertieren stellt QGIS folgendes Tool bereit:
Raster Conversion Translate
Unter "Input layer" ist im aufpoppenden Dialogfenster der zu konvertierende Raster-Layer auszuwählen. Das CRS des konvertierten Layers ist bei Bedarf unter "Override the projection..." festlegbar. Im Zweifelsfall ist das Projekt-CRS (im vorliegenden Beispiel UTM) zu selektieren.
Unter Advanced Parameters Output data type ist bei Bedarf das Zahlenformat des Ausgaberasters einstellbar. Für viele Anwendungen ist "Float32" passend. Sollte es zu Kompatibilitätsproblemen kommen, funktioniert meist ein Integer-Format (z.B: "Int16", "UInt16").
Schließlich muss unter "Converted" mittels "..." Save to File... ein Dateiname und das gewünschte Dateiformat angegeben werden.
Jetzt kann der Bearbeitungsvorgang mit Run gestartet und anschließend das Dialogfenster mit "Close" geschlossen werden.