8.3. Lesson: 地形解析

ある種のラスターからはそれが表す地形の洞察をより多く得ることができます。数値標高モデル(DEM)がこの点では特に有用です。このレッスンでは先ほどからの住宅開発案の調査地域についてより詳しく調べるのに地形解析ツールを使用します。

このレッスンの目標: 地形に関する詳細な情報を取得するために地形解析ツールを使用します。

8.3.1. Follow Along: 陰影起伏を計算する

We are going to use the same DEM layer as in the previous lesson. If you are starting this chapter from scratch use the Browser panel and load the raster/SRTM/srtm_41_19.tif.

DEMレイヤーは地形の標高を表示しますが、少し抽象的に見える場合があります。それには必要な地形に関する3D情報はすべて含まれますが、3Dオブジェクトのようには見えません。地形がより良く見えるようにするために、陰影起伏 を計算することが可能です。それは3Dに見える画像を作成するために光と影を使って地形を表すラスタです。

We are going to use algorithms of Raster ‣ Raster terrain analysis menu.

1. Click on the Hillshade menu

2. The algorithm allows you to specify where the position of the light source: the Azimuth parameter has values from 0 (North) through 90 (East), 180 (South) and 270 (West) while the Vertical angle sets how high the light is. We will leave the default values:

   

3. Save the file in a new folder raster_analysis within the folder exercise_data with the name hillshade

4. Finally click on Run

hillshade と呼ばれる新しいレイヤーが次のように表示されます:

きれいで3次元的に見えますが、これは改善できるでしょうか? 陰影図はそれだけでは石膏模型のように見えます。どうにかしてそれを他のよりカラフルなラスターと一緒に使用できないでしょうか? もちろんできます。オーバーレイとして陰影図を使用します。

8.3.2. Follow Along: 陰影図をオーバーレイとして使用する

陰影図は一日のある時点の日光について非常に有用な情報を提供することができますが審美的な目的で使うこともできます。それを使えば地図をよりよく見せることができます。陰影図をほとんど透過させる設定がその鍵となります。

1. Change the symbology of the original srtm_41_19 layer to use the Pseudocolor scheme as in the previous exercise

2. Hide all the layers except the srtm_41_19 and hillshade layers

3. Click and drag the srtm_41_19 to be beneath the hillshade layer in the Layers panel

4. Set the hillshade layer to be transparent by clicking on the Transparency tab in the layer properties

5. 全体の不透明度 を 50% に設定します:

   You'll get a result like this:

   

6. Switch the hillshade layer off and back on in the Layers panel to see the difference it makes.

このように陰影図を使用すると景観の地形を誇張することが可能です。その効果があなたにとって十分な強さだと思えない場合には、 hillshade レイヤーの透明度を変更すればよいですが、もちろん、陰影起伏がより明るくなるほど、その背後の色は薄暗くなります。ちょうど良いバランスを見つける必要があります。

Remember to save the project when you are done.

8.3.3. Follow Along: 傾斜の計算

地形の傾斜がどれほど急であるかを知るのも有用なことです。たとえば、土地に家を建てたい場合には比較的平坦な土地が必要です。

To do this, you need to use the Slope algorithm of the Processing ‣ Raster terrain analysis.

1. Open the algorithm

2. Choose srtm_41_19 as the Elevation layer

3. Save the output as a file with the name slope in the same folder as the hillshade

4. Click on Run

Now you'll see the slope of the terrain, with black pixels being flat terrain and white pixels, steep terrain:

8.3.4. Try Yourself Calculating the aspect

Aspect is the compass direction that the slope of the terrain faces. An aspect of 0 means that the slope is North-facing, 90 East-facing, 180 South-facing, and 270 West-facing.

Since this study is taking place in the Southern Hemisphere, properties should ideally be built on a north-facing slope so that they can remain in the sunlight.

Use the Aspect algorithm of the Processing ‣ Raster terrain analysis to get the layer.

結果をチェックする

8.3.5. Follow Along: ラスター計算機の使用

不動産仲介業者の問題を振り返ってみましょう。この前 ベクター分析 レッスンの中で取り組みました。買い手は建物を購入してその地所に小さなコテージを建てたいとしましょう。私たちは南半球では開発に理想的な小地所は北向きで傾斜が5度未満の場所であることを知っています。しかし、もし傾斜が2度未満の場合、斜面方位は重要ではありません。

幸いにも、あなたは既に斜面方位だけではなく傾斜を示すラスターを持っていますが、両方の条件が同時に満たされている場所を知る方法がありません。この分析はどのように行うことができるでしょうか?

その答えは ラスター計算機 です。

QGIS has different raster calculators available:

• Raster ‣ Raster Calculator

• Processing ‣ Raster Analysis ‣ Raster calculator

• Processing ‣ GDAL ‣ Raster miscellaneous ‣ Raster calculator

• SAGA ‣ Raster calculus ‣ Raster calculator

Each tool is leading to the same results, but the syntax may be slightly different and the availability of operators may vary.

We will use Processing ‣ Raster Analysis ‣ Raster calculator.

1. Open the tool by double clicking on it.

   • The upper left part of the dialog lists all the raster layers loaded in the legend as name@N where name is the name of the layer and N is the raster band used.

   • In the upper right part you will see a lot of different operators: stop for a moment to think that a raster is an image, you should see it as a 2D matrix filled with numbers.

2. North is at 0 (zero) degrees, so for the terrain to face north, its aspect needs to be greater than 270 degrees and less than 90 degrees. Therefore the formula is:

   aspect@1 <= 90 OR aspect@1 >= 270
   

3. You have now to set up the raster details, like the cell size, extent and CRS. This can be done manually by filling or it can be automatically set by choosing a Reference layer. Choose this last option by clicking on the ... button next to the Reference layer(s) parameter.

4. In the dialog, choose the aspect layer because we want to obtain a layer with the same resolution.

5. Save the layer as aspect_north.

   The dialog should look like:

   

6. Finally click on Run.

あなたの結果はこのようになります:

The output values are 0 or 1. What does it mean? The formula we wrote contains the conditional operator OR: therefore the final result will be False (0) and True (1).

8.3.6. Try Yourself More slopes

斜面方位の次は DEM レイヤーの新しい2つの独立した分析を行います。

• The first will be to identify all areas where the slope is less than or equal to 2 degrees.

• The second is similar, but the slope should be less than or equal to 5 degrees.

• Save them under exercise_data/raster_analysis as slope_lte2.tif and slope_lte5.tif.

結果をチェックする

8.3.7. Follow Along: ラスター分析結果を組み合わせる

今、あなたは DEM レイヤーから作られた3つの新しいラスターを持っています:

• aspect_north: 地形が北に面している

• slope_lte2: 斜面傾斜が2度以下

• slope_lte2: 斜面傾斜が5度以下

Where the conditions of these layers are met, they are equal to 1. Elsewhere, they are equal to 0. Therefore, if you multiply one of these rasters by another one, you will get the areas where both of them are equal to 1.

満たされるべき条件は、5度以下の傾斜で地形は北に面していなければならない。しかし、2度以下の斜面では地形の方位は問題ではない。

Therefore, you need to find areas where the slope is at or below 5 degrees AND the terrain is facing north, OR the slope is at or below 2 degrees. Such terrain would be suitable for development.

これらの抽出条件を満たすエリアを計算します:

1. Open your Raster calculator again

2. Use the Layer panel, the Operators buttons, and your keyboard to build this expression in the Expressions text area:

   ( aspect_north@1 = 1 AND slope_lte5@1 = 1 ) OR slope_lte2@1 = 1
   

3. Set the Reference layer(s) parameter as the aspect_north (it does not matter if you choose another one given that all the layers have been calculated from srtm_41_19)

4. Save the output under exercise_data/raster_analysis/ as all_conditions.tif

5. Click Run

Your results:

8.3.8. Follow Along: ラスターを簡素化する

上の画像からわかるように、複合解析は条件を満たしている多くの非常に小さなエリアを残しました。しかし、これらは何かを建築するには小さすぎるので私たちの解析にとって本当に有用ではありません。小さく使用できないエリアをすべて取り除きましょう。

1. Open the Sieve tool Processing ‣ GDAL ‣ Raster Analysis

2. Set the Input file to all_conditions, and the Sieved to all_conditions_sieve.tif (under exercise_data/raster_analysis/).

3. Set both the Threshold to 8 and check Use 8-connectedness.

   

   Once processing is done, the new layer will load into the canvas.

   

   どうなっているのでしょうか? 答えは新しいラスターファイルのメタデータにあります。

4. View the metadata under the Information tab of the Layer Properties dialog. Look the STATISTICS_MINIMUM value:

   

   一方、このラスターは、派生元のラスターと同様に、値が「1」と「0」のみであるはずのところ、非常に大きな負の数も持っています。データを調査すると、この数値はNULL値として機能することがわかります。除外されていないエリアの後だけなので、これらのNULL値をゼロに設定しましょう。

5. Open the Raster Calculator again, and build this expression:

   (all_conditions_sieve@1 <= 0) = 0
   

   This will maintain all existing zero values, while also setting the negative numbers to zero; which will leave all the areas with value 1 intact.

6. Save the output under exercise_data/raster_analysis/ as all_conditions_simple.tif.

出力はこのようになります:

これは期待されたもので、以前の結果を簡素化したものです。あなたが得た結果が期待したものでない場合は、メタデータ(および該当する場合はベクターの属性)を見ると問題を解決するための要点がわかることを覚えておいて下さい。

8.3.9. Follow Along: Reclassifying the Raster

We use the Raster calculator tool to make some calculation on raster layer. There is another powerful tool that we can use to better extract information from existing layers.

Back to the aspect layer: we know now that it has numeric values within a range from 0 through 360. What we want to do is to reclassify this layer with other discrete values (from 1 to 4) depending on the aspect:

• 1 = North (from 0 to 45 and from 315 to 360);

• 2 = East (from 45 to 135)

• 3 = South (from 135 to 225)

• 4 = West (from 225 to 315)

This operation could be achieved with the raster calculator but the formula would become very very large.

The alternative tool is the Reclassify by table tool within Processing ‣ Raster analysis.

1. Open the tool

2. Choose aspect as the Input raster layer

3. Click on the ... of the Reclassification table parameter. A table like dialog will pop up where you can choose the minimum, maximum and new values for each class.

4. Click on the Add row button and add 5 rows. Fill each row as the following picture and click OK:

   

   The method used by the algorithm to treat the threshold values of each class is defined by the Range boundaries parameter.

5. Save the layer as reclassified in the exercise_data/raster_analysis/ folder

   

6. Click on Run

If you compare the native aspect layer with the reclassified one, there are not big differences. But giving a look at the legend you can see that the values go from 1 to 4.

Let's give this layer a better style.

1. Open the Layer Styling panel

2. Choose Paletted/Unique values instead of Singleband gray

3. Click on the Classify button to automatically fetch the values and assign them random colors:

   

The output should look like this (you can have different colors given that they have been randomly generated):

With this reclassification and the paletted style applied to the layer you can immediately see the aspect areas. Cool isn't it?!

8.3.10. Follow Along: Querying the raster

Unlike vectors, raster layers don't have an attribute table: each pixel contains one or more numerical values, depending if the raster is singleband or multiband.

All the raster layers we used in this exercise are made by just a single band: depending on the layer, pixel numbers will represent elevation, aspect or slope values.

How can we query the raster layer to know the value of a single pixel? We can use the button to extract this information.

1. Select the tool from the upper toolbar

2. Click on a random location of the srtm_41_19 layer. The Identify Results will appear with the value of the band at the clicked location:

   

3. You can change the output of the Identify Results panel from the current tree mode to a table one by selecting Table in the View menu at the bottom of the panel:

   

Clicking each pixel to get the value of the raster could become annoying after a while. We can use the Value Tool plugin to solve this problem.

1. Go to Plugins ‣ Manage/Install Plugins...

2. In the All tab, type Value Tool in the search box

3. Select the Value Tool plugin, press Install Plugin and then Close the dialog.

   

   The new Value Tool panel will appear.

   ちなみに

   If you close the panel you can reopen it by enabling it in the View ‣ Panels ‣ Value Tool or by clicking on the new icon of the toolbar.

4. To use the plugin just check the Enable checkbox and be sure that the srtm_41_19 layer is active (checked) in the Layers panel.

5. Move the cursor on the map to immediately know the value of the pixel

   

6. しかし、もっとあります。 Value Toolプラグインを使用すると、 レイヤ パネルでアクティブなラスタレイヤを すべて クエリできます。 aspect レイヤと slope レイヤを再びアクティブに設定し、地図上でマウスを動かします。

   

8.3.11. In Conclusion

DEMから様々な種類の分析結果を取り出す方法を見てきました。陰影起伏や傾斜、斜面方位の計算をしました。またこれらの結果をさらに分析し結合するためにラスタ計算機の使用方法を見てきました。最後に、レイヤを再分類する方法と結果をクエリする方法を学びました。

8.3.12. What's Next?

２つの分析結果が得られました：潜在的に適した小地所を示すベクター分析の結果と潜在的に適した地形を示すラスター分析の結果です。この問題の最終的な結果に到達するためにどのようにこれらを組み合わせるか？それが次のレッスンのトピックです。次のモジュールで始まります。