8 Использование QGIS во время полевой топографической практики
В этой справке вы найдёте информацию об основных технических приёмах работе в ГИС-пакете QGIS на учебной топографической практике. Для универсализации терминов, названий функций и элементов интерфейса в справке используется англоязычный пользовательский интерфейс. О том, как менять язык программы, вы можете узнать в начальном разделе.
8.1 Создание схемы теодолитного хода
8.1.1 Шаблон схемы теодолитного хода
8.1.2 Работа с базой данных
Для схемы теодолитного хода следует создать отдельную базу данных, в которой будет несколько классов объектов:
● Стороны хода
● Дуги внутренних углов хода
● Точки хода.
Создать базу данных можно, нажав правой кнопкой по выбранной вами директории в браузере (проводнике). Выберите пункт меню New – Geopackage.
У вас откроется окно создания базы данных, где вы можете задать имя базы данных, сразу же создать один из классов, указав его тип геометрии и систему координат.
Остальные классы объектов вы можете создать, щёлкнув правой кнопкой мыши по уже созданной базе данных и выбрав пункт меню New Table.
8.1.3 Черчение хода
Для нанесение точек хода необходимо добавить в проект из базы данных точечный класс объектов простым перетаскиванием, либо дважды щёлкнув по ним в Браузере. Для редактирования объектов и добавления новых объектов в класс необходимо войти в режим редактирования. Для этого можно щелкнуть правой кнопкой мыши по слою и выбрать пункт Режим редактирования (Toggle Editing), либо выделить слой и найти на панели инструментов кнопку 
. Активация режима редактирования откроет некоторые другие кнопки на панелях. Например, для точечного класса объекта появится кнопка 
. Нажав на эту кнопку, вы сможете поставить точку в произвольном месте.
Чтобы поставить точки по строго заданным (рассчитанным при уравнивании теодолитного хода) координатам необходимо использовать панель Advanced Digitizing Panel. Если она не открыта, щёлкните правой кнопкой мыши по пустому месту сверху основного окна QGIS и в выпадающем списке отметьте панель и окно.
Нажмите на кнопку активации инструментов 
. Введите координаты X и Y, закрепляя их замком (или нажатием на Enter). Щёлкните левой кнопкой мыши по карте – новая точка установится строго по заданным координатам. Сохраните изменения, нажав на иконку сохранения 
на панели редактирования.
Для отрисовки сторон хода нужно зайти в режим редактирования соответствующего слоя. При векторизации объектов часто возникает необходимость пристыковать вершины одного объекта к вершинам другого объекта. Для корректной и комфортной пристыковки нужно включить панель Инструментов прилипания (snapping). Кнопка в виде магнита 
активирует прилипание. Остальные кнопки на данной панели позволяют уточнить параметры прилипания, в том числе расстояние, на котором оно начинает действовать. Отрисуйте стороны с включенным режимом прилипания, нажимая на левую кнопку мыши для установки вершин и завершая отрисовку правой кнопкой мыши. Сохраните изменения.
Обратите внимание, что каждая сторона теодолитного хода должна быть отдельным объектом.
Для черчения дуг углов включите панель Shape Digitizing Toolbar, нажав на пустое место верхней части окна QGIS правой кнопкой. На этой панели вам потребуется инструмент, который строит окружность по центральной точке и произвольной точки окружности (последний в списке).
Чтобы превратить окружность в дугу, нужно взять инструмент разрезания 
и нарисовать линию реза (закончить рисовку линии реза можно через нажатие правой кнопки мыши). Выберите объекты, которые хотите удалить, с помощью инструмента выделения 
и нажмите DELETE.
8.1.4 Настройка символики и подписей
На схеме теодолитного хода следует различать точки самого хода и твёрдые точки, которые служат твёрдым направлением. Разная символика обуславливается разными значениями атрибутов данного класса в базе данных. Открыть атрибутивную таблицу слоя можно, нажав правой кнопкой мыши по нему и выбрав пункт Open Attribute Table.
Для редактирования атрибутов необходимо зайти в режим редактирования с помощью кнопки . Для добавления или удаления атрибутивных столбцов также необходимо зайтив в режим редактирования, после чего появятся соответствующие кнопки 
и 
. Для того чтобы закодировать отличия точек хода и твердых точек, нужно создать новое атрибутивное поле и записать соответствующим точкам разные значения. Обратите внимание, что каждая строка в атрибутивной таблице – это, по сути, один объект в классе объектов. Выделять объекты в атрибутивной таблицы можно с помощью нажатия левой кнопки мыши по левому краю строки. Для выбора нескольких строк подряд можно «тянуть» выделение левой кнопкой мыши, либо выделить первый и последний объект с зажатым SHIFT. Для выбора нескольких отдельных строк зажмите CTRL. Выделяемые в атрибутивной таблице объекты будут подсвечиваться жёлтым цветом на карте. Для приближения к выбранному объекту нажмите на кнопку Pan map to the selected rows (Увеличить карту до выделенных строк) 
.
Для задания символики зайдите в свойства слоя точек, дважды по нему щёлкнув. Перейдите во вкладку Symbology (Стиль)
Сверху нужно выбрать способ символики Categorized, что позволяет категориально разделить символы по значению атрибута. В поле Value нужно указать название атрибута, по котором происходит разделение, после чего нажать на кнопку Classify внизу окна – в окне посередине у вас появятся все возможные категории, для каждой из которых можно задать свою символику. Дважды щёлкните по категории, чтобы задать символ.
Построение символики в QGIS иерархическое – каждый символ может быть представлен набором слоёв символов. Например, для создания знака временного геодезического пункта (кружок с точкой в центре) вы можете задать два слоя. Верхний слой – точка, которую можно задать кругом чёрного цвета уменьшенного размера. Нижний слой – тот же круг, но уже большего размера с белой заливкой и чёрной обводкой.
Аналогично точкам мы можем разделить по символики стороны хода и твёрдое направление. Для последнего нужно задать два слоя с линией, у которой будет задан параметр Offset, то есть сдвиг от оси.
Подписи аналогично символике зависят от значений в атрибутивной колонке. Для включения подписей нужно зайти в свойствах во вкладку Labels. Там вы можете включить подписи, выбрав Single Symbol и указав атрибутивную колонку, откуда будут браться значения (Value), а также гарнитуру, кегль шрифта и прочие настройки форматирования. Во вкладке Placement вы можете указать способ размещения подписей относительно объекта.
Не забывайте изменять изменения в самом проекте (они касаются набора слоев, их оформления, некоторых параметров) с помощью кнопки 
.
8.1.5 Настройка макета компоновки
Для создания макета компоновки схемы теодолитного хода, то есть того, как схема будет выглядеть на листе бумаги, нужно вызвать Project – Layout Manager. В открывшемся окне нажмите на кнопку создания макета и задайте имя для него. После этого перед вами появится макет компоновки, который вы можете наполнить необходимыми элементами с помощью специальных кнопок слева.
После добавления элементов схемы их перечень появляется в окошке справа вверху. Если выделить элемент, ниже открываются его свойства. Выделите элемент карты, запишите в его свойства масштаб. Систему координат выставить – WGS 1984 UTM 37N. В разделе Сетки нажмите на плюсик, чтобы добавить сетку. Выделив сетку и нажав на кнопку Modify Grid, мы можем редактировать её отображение.
В свойствах сетки выберите вид сетки – Cross (перекрестие), укажите шаг сетки, цвет линии – зеленый. В разделе Frame выберите interior ticks для показа выходов сетки внутрь рамки. Длину выходов можно установить 3 мм.
В разделе Draw Coordinates сориентируйте боковые подписи выходов сетки вертикально вдоль рамки.
Для настройки рамки создайте ещё одну сетку, нажав на плюс в основных свойствах картографического изображения, затем нажмите на кнопку Modify Grid и настройте отображение рамки соответствующим образом.
Для экспорта растрового изображения выберите Layout – Export as ….
8.2 Создание схемы нивелирного хода
8.2.1 Шаблон схемы нивелирного хода
8.2.2 Работа с базой данных
Для схемы нивелирного хода следует создать отдельную базу данных, в которой будет два класса объектов:
● Стороны хода;
● Точки хода.
Как создавать базу данных, можно посмотреть в разделе про теодолитный ход.
8.2.3 Настройка символики и подписей
Аналогично тому, как это делалось для теодолитного хода, вы можете оформить объекты на схеме нивелирного хода. Помните о том, что на схеме следует использовать разные символы для твёрдых точек, собственно точек хода и иксовых (дополнительных) точек. Аналогично следует различать собственно стороны хода и стороны хода, примыкающие к иксовым точкам.
Для того чтобы показать направление измерений для сторон нужно установить стрелку. Это можно сделать, зайдя в настройки символики слоя и добавив слой маркеров. В качестве маркера выбирается соответствующий символ стрелки, настраивается его размер и указывается его положение в центральной точке линии.
В схеме нивелирного хода можно использовать некоторые возможности оформления подписей в дополнение к описанным в разделе.
- Показ знака «+» перед положительными значениями превышений. Для этого разделе форматирования в свойствах подписей нужно включить соответствующую опцию и указать поле, по которому будет присваиваться символ.
- Добавление двух подписей к одному объекту: название точки и её высота. Для этого необходимо в свойствах подписей выбрать Rule-based labeling в самом верху окна. Добавьте два правила и для каждого задайте свой атрибут в качестве источника подписей. В разделе Placement вы можете задать разное относительное размещение подписей, а также задать сдвиг (offset) для подписей.
8.2.4 Настройка макета компоновки
Настройте макет компоновки аналогично тому, как это описано в разделе про теодолитный ход и экспортируйте результат в PDF.
8.3 Создание топографического плана
8.3.1 Подгрузка пикетов тахеометрической съёмки
QGIS может читать данные в разном формате: векторном, растровом, табличном и других.
Подготовьте таблицу формата CSV, где будут содержаться данные по каждому пикету тахеометрии. Все инструменты для чтения различных форматов данных стандартно расположены на панели слева. Для чтения CSV-таблицы используйте иконку в виде запятой.
Примечание: Если у вас такой панели не оказалось, это значит, что она отключена. Для включения панели щелкните правой кнопкой мыши по пустому месту на панели и найдите Manage Layers Toolbar.
В открывшемся окне Data Source Manager | Delimited Text укажите путь к CSV-файлу. В разделе Формат файла выберите или пропишите разделитель колонок в файле. Если разделитель указан верно, внизу в окошке предпросмотра (Sample Data) вы увидите данные ячеек, разнесенные по соответствующим колонкам. При необходимости, если в текстовых полях вы видите непонятные символы, поменяйте кодировку (обычно это либо UTF-8, либо windows-1251).
В разделе Geometry Definition мы указываем поле с геометрией объекта. Если файл CSV содержит координаты X и Y точек, то необходимо выбрать их соответствующее название из выпадающего списка напротив X field и Y field. Обращаем ваше внимание на то, что в QGIS, как и во всех ГИС-пакетах, реализована правая декартова система координат, то есть x (easting) – направлен на восток, y (northing) направлен на север. Ваши исходные данные могут быть с по-иному заданными осями.
В окошке Geometry CRS (Система координат геометрии) необходимо указать правильную систему координат, в которую изначально подразумеваются ваши исходные данные. Если неправильно задать систему координат, объекты окажутся не в том месте, где хотелось бы их видеть. После того, как были заданы все необходимые параметры, должна активироваться кнопка Add (Добавить) внизу окна. Если она не активирована, вероятно, есть ошибка при чтении данных, например, в исходной таблице неправильно указан десятичный разделитель (точка или запятая в зависимости от настроек операционной системы).
В окне карты должны появиться точечные объекты. Для удобства работы с сними можно добавить подписи этих точек. Для этого нужно зайти в свойства слоя (дважды щёлкнуть по слою), найти пункт Labels и выбрать Single labels. В окне Value выбирается имя поля атрибутивной таблицы, по которому мы хотим получить подписи. Если вы хотите сделать сложную подпись на основе нескольких строк, нажмите на кнопку 
, откроется конструктор выражений. В среднем окне можно найти пункт Поля и значения. Двойной щелчок по имени поля добавляет его в выражение. Соединение значений полей осуществляется посредством конкатенации строк. Для этого используется символ 
. Например, если мы хотим вывести подпись по коду точки и по ее описанию, это может выглядеть так: “Code” || “ ” “Description”
Сохраните проект.
8.3.2 Создание базы данных для топографического плана
QGIS поддерживает различные форматы пространственных данных. Среди них наиболее удобным для хранения и работы считается формат Geopackage. По сути это формат базы пространственных данных, внутри которой мы можем складывать различные классы объектов.
Под классом объектов подразумевается набор объектов одного типа геометрии со схожей семантической (смысловой) нагрузкой. Очень важно, чтобы в пределах одного класса объектов не было пересечений объектов. Например, полигоны луговой и высокотравной растительности могут быть отнесены к одному классу объектов, а полигональные объекты гидрографии к другому.
Для создания базы данных формата Geopackage откройте окно Браузера внутри QGIS. Если его нет, включите его в выпадающем списке при щелчке правой кнопкой мыши по пустой панели. Найдите каталог, в котором вы хотите создать базу данных (лучше всего, чтобы путь к этой базы состоял из символов латинского алфавита, не содержал дефисов, пробелов и спецсимволов). Правой кнопкой мыши щелкните по каталогу, выберете New – Geopackage. Откроется окно, которое помимо самой базы данных предложит создать слой внутри неё. В поле Имя таблицы введите имя класса объектов латинскими символами, лучше, чтобы это был английский перевод соответствующего вида картографируемого объекта, а не транслитерация.
В поле Geometry type укажите соответствующую геометрию объектов (тип локализации на плане): точки, линии или полигоны. Обратите внимание, что каждый класс объектов поддерживает только один тип геометрии. Укажите спроецированную систему координат. Если указать геодезическую систему координат, например WGS 1984, то велика вероятность, что при векторизации объектов возникнут курьёзные ситуации. В разделе New Field можно указать имя, типа и длину атрибутивного поля создаваемого класса объектов.
Поскольку мы создаем план не небольшую территорию, позволительно будет создать для каждого вида объекта отдельный класс внутри базы. Каждый последующий класс объектов создавайте внутри базы данных. Таким образом вы сформируете единое хранилище для всех картографируемых объектов.
8.3.3 Векторизация
Созданные классы объектов в базе данных можно добавить в перечень слоев проекта простым перетаскиванием. Для редактирования объектов и добавления новых объектов в класс необходимо войти в режим редактирования. Для этого можно щелкнуть правой кнопкой мыши по слою и выбрать пункт Toggle Editing, либо выделить слой и найти на панели инструментов кнопку . Активация режима редактирования откроет некоторые другие кнопки на панелях. Например, для полигонального объекта появится кнопка 
, с помощью которой можно создать новый полигон в слое. Для других типов геометрии иконка будет немного отличаться.
Рисовка контура осуществляется с помощью левой кнопки мыши. Для завершения объекта нажмите правую кнопку мыши. Для редактирования отдельных вершин нажмите на кнопку 
. После этого у объекта кружочками выделятся вершины.
Курсор в таком режиме может вести себя тремя разными способами:
При выделении вершины вы можете изменить её положение;
При выделении ребра вы можете сдвинуть его вместе со смежными вершинами;
При нажатии на плюсик в центре ребра добавляется новая вершина.
Нажатие на клавишу delete позволяет удалить вершину. При векторизации объектов часто возникает необходимость пристыковать вершины одного объекта к вершинам другого объекта. Для корректной и комфортной пристыковки нужно включить панель Инструменты прилипания (snapping). Кнопка в виде магнита активирует прилипание. Остальные кнопки на данной панели позволяют уточнить параметры прилипания, в том числе расстояние, на котором оно начинает действовать.
Если вам необходимо повторить значительную часть существующего контура при создании нового, то удобнее всего воспользоваться трассировкой (Tracing), нажав на кнопку 
на панели инструментов прилипания. После этого при ведении на небольшом расстоянии от контура новый контур будет автоматически пристыковываться к существующем.
Advanced Digitizing Toolbar
Соответствующую панель вы так же, как и предыдущую, можете найти в выпадающем списке панелей.
На данной панели доступны инструменты для для перемещения объектов 
, создания внутренних колец (по сути – вырезание дырки в полигоне) 
, разрезания объектов , склеивания объектов 
, изменения направления линии 
и другие.
Выбрать объекты, например, для склеивания можно с помощью инструмента выделения .
Не забывайте регулярно сохранять изменения в геометрии слоев с помощью кнопки на панели . Также не забывайте изменять изменения в самом проекте (они касаются набора слоев, их оформления, некоторых параметров) с помощью кнопки .
8.3.4 Оформление в условных знаках
Для работы с оформлением топографического плана скачайте символы и топографические шрифты, а также условные обозначения 2005 года и условные обозначения 1989 года.
Переместите папку со скаченными символами в удобную для использования директорию. Затем в основном меню QGIS выберите Settings – Options…. В открывшемся окне глобальных настроек перейдите во вкладку System и выберите раздел SVG Paths. Нажмите на плюс и добавьте путь к набору векторных символов.
Для оформления слоёв проекта в условных знаках необходимо дважды щёлкнуть по слою. Откроются его свойства, среди которых в данный момент нас интересует Symbology. Для точечного слоя по умолчанию будет выставлен Marker – Simple Marker.
С ним особо ничего не сделаешь – можно поменять геометрическую фигуру, изменить размер или цвет. Для использования более разнообразной библиотеки символов нужно в типе слоя выбрать SVG Marker.
При выборе символа внизу появляется адрес к данному символу у вас на компьютере. Размер символа и его цвет вы можете настраивать в этом же окне.
Для площадных объектов всё работает похоже, но немного сложнее. По умолчанию для таких слоёв даётся заливка цветом, которую можно менять. Дополнительно можно менять обводку. Для того чтобы заполнить наши площадные объекты штриховкой из специальных символов, например, газона или луговой растительности, нужно выбрать заливку маркерами Fill – Point Pattern Fill – Marker. Простой маркер замените на SVG Marker и укажите соответствующий символ из скаченной библиотеки. Задайте размеры символа согласно условным знакам. Имейте в виду, что по умолчанию ширина и высота символа меняются пропорционально, но если нажать на замок справа, то вы сможете произвольно масштабировать символ.
Для настройки шага (частоты) маркеров необходимо выделить Point Pattern Fill в иерархии структуры стиля. Введите значения вертикального и горизонтального расстояния согласно принятым условным обозначениям. Обратите внимание, что вы можете указать единицы измерения в миллиметрах. Для того чтобы выставить маркеры в шахматном порядке можно задать параметр Displacement по горизонтали или по вертикали.
Для получения случайного заполнения маркерами используйте соответствующую опцию Random Marker Fill. Например, для обозначения леса можно использовать простой маркер в виде круга с белой заливкой и чёрной обводкой. Укажите способ расчёта (Count Method) через плотность. Параметр Seed - это стартовое число для генерирования случайных последовательностей.
Детальные настройки символов сверяйте с Условными обозначениями, проверяйте, как они выглядят в режиме макета.
8.3.5 Автоматизация создания некоторых объектов на топографических планах
8.3.5.1 Создание площадного объекта дороги
Обычно дороги при топографической съёмке отбиваются по осевой линии, если у них известная и постоянная ширина. Чтобы наиболее эффективно и быстро построить площадной знак дороги по таким исходным данным, можно воспользоваться одним из инструментов геообработки QGIS, который строит буферные зоны. Для этого щёлкните правой кнопкой мыши по пустому полю верхней панели программы, чтобы увидеть список окон и панелей. Выберите панель Processing Toolbox Panel. Это панель со всеми инструментами геообработки. Через поисковую строку панели найдите инструмент Buffer. Дважды щёлкните по инструменту, после чего откроется окно.
В окне необходимо задать параметры: входной линейный класс объектов, т. е. ось дороги; Distance – радиус буферной зоны, определяющий половину ширины дороги; параметр End Cap Style позволяет установить стиль окончания буфера; галочка Dissolve Result позволяет склеить несколько буферных зон в один объект. В параметр Buffered вводится выходной класс объектов. Чтобы выходной класс был не временным, а постоянным, выберите справа опцию Save to Geopackage, укажите путь к вашей базе данных, после чего откроется маленькое окно, куда предлагается ввести название выходного класса.
Условный знак просёлочных и полевых дорог в масштабе 1:500 представляет собой полигон с двумя разными стилями обводки – сплошной и штриховой. Проще всего такой условный знак построить, конвертировав полигон в линии с помощью инструмента Polygons to lines. Найдите его через поиск в панели инструментов геообработки.
Сохраните выходной линейный класс объектов в базе данных, отредактируйте его геометрию (порежьте на сегменты, удалите лишние сегменты) и присвойте линиям разную символику в зависимости от значения атрибута. Для этого зайдите в свойства символики слоя и выберите способ символики Categorized, после чего нажмите на кнопку Classify, и у вас появтся разные стили линий, в зависимости от значения атрибута. Для штриховой линии в настройках символа Simple Line включите галочку Use custom dash pattern. Здесь вы можете задать длину штриха и длину пробела согласно принятым условным обозначениям
8.3.5.2 Создание объекта границы растительности
Границы растительности и грунтов обозначаются пунктирной линией, но если настраивать стандартным образом обводку у полигонов соответствующих объектов, то при стыковке двух полигонов произойдёт наложение границ. Именно поэтому границы должны существовать в виде отдельного класса объекта. Для этого можно воспользоваться инструментом Polygons to lines и удалив дублирующие сегменты.
8.3.6 Обработка высотных данных
При построении топографического плана горизонтали можно проводить вручную, а можно попробовать получить их автоматически на основе цифровой модели рельефа. В рамках учебной практики вы попробуете оба варианта и оцените достоверность и точность каждого.
Цифровая модель рельефа (Digital Elevation Model) – это растр, каждый пиксель которого кодирует высоту.
Для построения ЦМР в QGIS на основе данных тахеометрической съёмки можно использовать инструмент ГИС-пакета SAGA, который доступен через интерфейс QGIS. Для этого в панели Processing Toolbox Panel через поисковую строку найдите инструмент Natural neighbour. Это инструмент линейной интерполяции точечных данных на основе триангуляции. Среди параметров инструмента важно указать разрешение итоговой модели.
Для извлечения из ЦМР горизонталей следует воспользоваться другим инструментом – Contour – его так же можно найти через поиск.
Самый важный параметр, который следует указать в интерфейсе этого инструмента – сечение горизонталей (Interval between contour lines).
Для настройки подписей горизонталей зайдите в свойства слоя во вкладку Labels.
В разделе Text можно указать гарнитуру, кегль. В разделе Buffer можно включить т.н. гало, т. е. обводку вокруг символов, которая закрывает собой горизонтали. В разделе Placement в свойстве Mode указывается Curved, т. е. подпись по кривой, а также включается размещение on line, чтобы подпись лежала на горизонтали.
8.3.7 Оформление макета
Пример оформления макета топографического плана
С основами создания и оформления макета компоновки можно ознакомиться в разделе по теодолитному ходу. Вы можете скачать шаблон оформления макета топографического плана и поменять его экстент в соответствии со своей территорией (по ссылке выше скачайте файл с расширением *.qpt).
Загрузить шаблон оформления макета можно, вызвав через меню менеджер макетов (Project – Layout Manager). В открывшемся окне выберите создание макета на основе конкретного шаблона (Specific). Задайте путь к файлу QPT. Нажмите на кнопку Create.
Чтобы поменять охват территории, зайдите в свойства элемента карты и поменяйте значения координат экстента (охвата) под свою территорию, введя максимальные, а затем минимальные координаты по обеим осям.
Обратите внимание, что в зависимости от предыдущих значений координат экстента, у вас может не с первого раза получиться ввести свои координаты, поэтому введите их повторно.
Изменить размер листа можно щелчком правой кнопкой мыши по листу. После этого справа откроются свойства элемента, где можно указать размеры листа.
Рамка топографической карты состоит из внутренней тонкой и внешней толстой рамки. Обе рамки можно по отдельности добавить в свойствах элемента.
Для того чтобы сделать подписи координат приближенными к стандартным в настройках, нужно зайти в свойства сетки. Сделаем, например, так, что последние три цифры координат будут подписываться всегда, остальные же только на крайних на листе выходах сетки. Выберем для подписи последних трёх цифр внутренню рамку, зайдём в раздел Draw Coordinates и в пункте Format укажем Custom. После нажатия на кнопку выражения, перед вами откроется окно, где нужно написать выражение right(to_string(@grid_number), 3).
Для того чтобы сделать подписи первых частей координат у крайних выходов сетки, нужно зайти в настройки внешней рамки и по аналогии с предыдущим указать пользовательский формат подписи. В окне выражения нужно написать left(to_string(@grid_number), length(to_string(@grid_number)) - 3). Чтобы подписывались только крайние выходы сетки, нужно в разделе Appearance задать свойства Interval, исходя из охвата вашей карты, и свойства Offset, исходя из значений координат крайней левой и крайней нижней линии сетки.
Обратите внимание, что согласно условным обозначениям у всех текстовых элементов есть определённые шрифты, которые вы можете установить и задать для вашей карты.
8.4 Привязка и дешифрирование космического снимка
8.4.1 Практика в Сатино
8.4.1.1 Исходные данные
Фрагменты космического снимка 2009 года на участки самостоятельного обследования
Для выполнения работы потребуются:
- космический снимок 2009;
- путевые точки и треки, собранные во время полевых маршрутов;
- перечень объектов, которые необходимо показать по результатам дешифрирования;
- условные обозначения для оформления итоговой схемы;
- при необходимости — дополнительные материалы: полевые фотографии, абрисы и описания объектов.
Перед началом работы создайте отдельный каталог проекта. Сохраните в нём исходный снимок и полевые материалы, затем создайте проект QGIS и базу пространственных данных формата GeoPackage. Используйте одну спроецированную систему координат для проекта, привязанного снимка и всех создаваемых векторных слоёв.
8.4.1.2 Привязка
Добавьте в проект путевые точки и треки, собранные во время полевых маршрутов. Проверьте, что они отображаются в правильной системе координат и соответствуют известным объектам местности. Полевые точки, используемые для привязки, должны быть однозначно различимы на космическом снимке: для этого подходят пересечения дорог и троп, углы строений, мосты, характерные изгибы русел и другие устойчивые объекты.
Добавьте исходный космический снимок в проект и запустите модуль Layer – Georeferencer (Слои – Привязка растров…). Откройте снимок в окне привязки. Воспользуйтесь инструментом Add GCP Points для добавления наземной опорной точки.
Расставьте не менее трёх опорных точек равномерно по всему снимку. Для каждой точки укажите координаты соответствующего объекта по полевым данным. Не размещайте точки на одной линии или только в одной части снимка: такая конфигурация ухудшает качество привязки.
После расчёта преобразования проверьте невязки опорных точек. Точки с заметно большими невязками перепроверьте и при необходимости замените. Зайдите в настройки трансформации и задайте параметры. Для привязки снимка 2009 года используйте линейное преобразование. Целевая система координат должна совпадать с системой координат проекта и полевых данных (UTM 37N). Запустите трансформацию, нажав на кнопку Start georeferencing и добавьте привязанный снимок в проект.
Оцените результат, сопоставив снимок с полевыми точками, треками и доступной спутниковой подложкой. Сохраните проект после завершения проверки.
8.4.1.3 Векторизация
Векторизация — это отрисовка объектов по снимку в виде точек, линий и полигонов. Перед началом работы определите, какие объекты были обнаружены во время полевого обследования и какой тип геометрии подходит для каждого из них:
- точками показывают отдельные небольшие объекты, положение которых важно, но площадь которых нельзя отобразить в масштабе схемы;
- линиями показывают дороги, тропы, водотоки, просеки и другие протяжённые объекты;
- полигонами показывают участки леса, луга, застройку, водоёмы и другие площадные объекты.
Не следует помещать объекты разных типов геометрии в один слой. Например, дороги и участки леса должны находиться в разных слоях.
Создание базы данных и слоёв
Создайте одну базу пространственных данных GeoPackage, в которой будут храниться все результаты дешифрирования. Для создания первого слоя нажмите кнопку New GeoPackage Layer на панели менеджера источников данных или выберите Слой – Создать слой – Новый слой GeoPackage….
В открывшемся окне:
- В поле Database укажите путь к новому файлу базы данных, например
satino.gpkg. - В поле Table name задайте короткое понятное имя слоя латинскими символами, например
roads,vegetationи т.п. - В поле Geometry type выберите тип геометрии: точку, линию или полигон.
- Укажите систему координат WGS 84 / UTM zone 37N — ту же, которая использовалась для привязки снимка.
- Добавьте текстовые поля
type,sourceили иные. В них можно хранить тип объекта, источник его определения и примечание. - Нажмите OK.
Для создания следующего слоя снова откройте окно New GeoPackage Layer, но в поле Database выберите уже созданный файл satino.gpkg (слои следует хранить в одной базе данных). Задайте новое имя таблицы и подходящий тип геометрии. После создания слои появятся на панели Layers. То же самое можно сделать через окно Браузера, найдя там файл базы данных, щёлкнув по нему правой кнопкой мыши и выбрав New – Layer.
Если панель Layers или Browser не отображается, включите её через меню Вид – Панели (View – Panels).
Создание объектов
Выделите нужный слой на панели Layers и включите режим редактирования кнопкой . После этого станет доступна кнопка добавления объекта. Её вид зависит от геометрии выбранного слоя: для точечного слоя это кнопка , для полигонального — .
Для создания точки один раз щёлкните левой кнопкой мыши в нужном месте. Для создания линии или полигона последовательно ставьте вершины левой кнопкой мыши. Завершите линию или полигон щелчком правой кнопки мыши. После завершения объекта откроется форма атрибутов — заполните соответствующие поля.
При дешифрировании опирайтесь на форму, размер, цвет, текстуру, тени и взаимное расположение объектов
Исправление геометрии
Для исправления уже созданного объекта выделите его слой, включите режим редактирования и нажмите кнопку работы с вершинами . Щёлкните по объекту: его вершины будут показаны кружками.
В этом режиме можно:
- перетащить существующую вершину;
- добавить вершину, нажав на знак
+в середине ребра; - удалить выбранную вершину клавишей Delete;
- переместить ребро вместе с соседними вершинами.
Не создавайте избыточное количество вершин. Контур должен передавать форму объекта, но его детализация должна соответствовать разрешению снимка и масштабу итоговой схемы.
Сопоставление границ соседних объектов
Если границы двух объектов должны точно совпадать, включите панель Snapping Toolbar через меню Вид – Панели инструментов (View – Toolbars) и активируйте прилипание кнопкой . Прилипание помогает поставить новую вершину точно на существующую вершину или границу.
Если значительную часть уже созданной границы необходимо повторить, включите инструмент трассировки . Начните новый объект на существующей границе, проведите курсор вдоль неё и щёлкните в точке, где трассировку нужно закончить.
Заполнение и проверка атрибутов
Чтобы проверить сведения об объектах, щёлкните по слою правой кнопкой мыши и выберите Open Attribute Table (Открыть таблицу атрибутов). Каждая строка таблицы соответствует одному объекту на карте. В режиме редактирования значения можно исправлять непосредственно в ячейках таблицы.
Регулярно сохраняйте изменения кнопкой , а также сохраняйте сам проект кнопкой 
. Перед завершением векторизации проверьте:
- все ли обнаруженные объекты нанесены;
- заполнены ли атрибуты;
- не выходят ли контуры за границы дешифрируемых объектов;
- нет ли случайных разрывов, наложений и незамкнутых полигонов.
8.4.1.4 Оформление
После завершения векторизации настройте условные знаки и подписи. Объекты должны хорошо различаться между собой и оставаться читаемыми на фоне космического снимка.
Настройка символики слоя
Дважды щёлкните по слою на панели Layers и откройте вкладку Symbology (Символика). Для начала можно использовать тип отображения Single Symbol — один условный знак для всех объектов слоя. Щёлкните по образцу символа, чтобы открыть окно его настройки.
Для точечных объектов выберите форму маркера, его размер, цвет заливки и цвет обводки. Если нужен специальный топографический знак, выберите тип слоя символа SVG Marker, затем подходящее изображение из библиотеки SVG.
Для линейных объектов настройте цвет, толщину и начертание линии. Дороги разных типов, тропы и водотоки должны отличаться друг от друга. Учитывайте, что слишком тонкие линии могут исчезнуть после экспорта схемы в PDF.
Для полигонов настройте заливку и обводку. Сплошная непрозрачная заливка закроет космический снимок, поэтому для большинства площадных объектов используйте прозрачную заливку, штриховку или заливку маркерами. Для заливки повторяющимися условными знаками выберите Point Pattern Fill, а затем замените простой маркер на SVG Marker.
Если в одном слое находятся объекты разных типов, выберите вместо Single Symbol режим Categorized (Категоризованный). В поле Value укажите атрибут type, нажмите Classify, затем настройте символ для каждой появившейся категории.
После изменения символики нажимайте Apply, чтобы оценить результат на карте, не закрывая окно свойств слоя.
Настройка подписей
Подписывайте только те объекты, названия или характеристики которых нужны для понимания схемы. Дважды щёлкните по слою и откройте вкладку Labels (Подписи). Выберите Single Labels, а в поле Value укажите атрибут, содержащий текст подписи.
На вкладке Text настройте шрифт и размер. На вкладке Buffer включите светлый буфер вокруг текста: он помогает читать подписи на неоднородном фоне снимка. На вкладке Placement выберите положение подписи относительно точки, линии или полигона. После включения подписей приблизьте разные участки карты и убедитесь, что подписи не перекрывают важные объекты.
Настройка отображения космического снимка
Снимок должен оставаться видимым, но не мешать восприятию результатов дешифрирования. Дважды щёлкните по растровому слою и уменьшите его общую непрозрачность во вкладке Transparency (Прозрачность) или приглушите яркость и насыщенность во вкладке Symbology. Проверяйте результат вместе со всеми включёнными векторными слоями.
Создание итогового макета
Создайте макет через меню Проект – Создать макет (Project – New Print Layout). Введите имя макета. В открывшемся окне добавьте карту, название работы, легенду, масштабную линейку, стрелку севера и сведения об исполнителе.
Сначала выберите инструмент добавления карты и растяните рамку карты на листе. Затем установите нужный охват и масштаб. Добавьте легенду и удалите из неё технические и вспомогательные слои, которые не должны быть показаны читателю.
Перед экспортом проверьте:
- видны ли все результаты дешифрирования;
- различаются ли условные знаки;
- соответствует ли легенда содержанию карты;
- читаются ли подписи;
- присутствуют ли название, масштаб и сведения об исполнителе.
Экспортируйте готовую схему в PDF через меню Макет – Экспорт в PDF (Layout – Export as PDF) или Макет – Экспорт в PNG (Layout – Export as PNG). Сохраните проект QGIS и убедитесь, что рядом с ним сохранена база satino.gpkg.
8.4.2 Практика в Чашниково
8.4.2.1 Исходные данные
Снимок Keyhole 1973 года для привязки по наземным опорным точкам
Снимки для дешифрирования
Снимок Digital Globe 2018 года. Участок 1
8.4.2.2 Сброс данных со спутниковых навигаторов
Для сброса данных со спутниковых навигаторов подключите их через интерфейс mini usb к компьютеру. Откроется окно проводника Garmin. Зайдите в папку GPX и скопируйте путевые точки. Из папки Current скопируйте текущий трек.
8.4.2.3 Привязка по наземным опорным точкам
Добавьте снимок в проект, нажав на кнопку 
. Поскольку добавленный снимок на данный момент не привязан, справа от слоя в таблице слоёв вы увидите знак вопроса.
Если вы не видите снимок, то, вероятно, он расположился где-то за пределами вашего экрана. Чтобы увидеть его, нажмите правой кнопкой мыши по слою и выберете Zoom to Layer (Увеличить до слоя). Обратите внимание на значения координат и масштаб внизу окна. Что они могут означать?
Запустите модуль привязки через меню Layer – Georeferencer (Слои – Привязка растров…).
Если вы не видите такого пункта меню, то зайдите в Plugins – Manage and Install plugins… (Установки – Модули и управление модулями), найдите через поиск и включите соответствующий модуль, поставив галочку (с версии 3.16 этот модуль по умолчанию встроен в QGIS).
Откроется отдельное окно привязки. Нажмите на кнопку Открыть растр , добавьте привязываемый растр. Щелчок левой кнопкой мыши по привязываемому изображению в месте потенциального размещения опорной точки откроет окно, куда будет предложено ввести координаты. При использовании наземных опорных точек, отмеченных в ходе маршрута на навигации, введите координату X в окно Easting и Y в окно Northing.
При работе на полигоне Чашниково координаты СК проекции WGS 1984 UTM 37N Northing начинаются с цифр 621, координаты Easting с 38.
Если в вашей версии QGIS в открывшемся окне есть опция выбора системы координат, укажите правильную.
Обратите внимание, что оси X и Y в геоинформационном программном обеспечении ориентированы как в математике. Для координаты X вводить номер зоны не нужно.
После расстановки точек внизу окна появится таблица с вашими точками привязки – будут указаны координаты этих точек в исходной СК изображения и в целевой СК, а также невязки. Далее необходимо указать способ трансформации для расчёта невязок. Нажмите на кнопку 
. В качестве типа трансформации для снимка может подойти полиномиальное преобразование первой степени (минимально необходимо 3 опорные точки) или проективное преобразование (минимально необходимо 4 опорные точки). Укажите целевую систему координат (в которой вводились координаты точек), а также путь для сохраняемого файла.
Убедитесь в том, что стоит галка напротив опции Use 0 for transparency when needed, чтоб у вас не было чёрной рамки вокруг привязанного растра.
Сохраняйте файлы в папку с путями без латиницы, пробелов и спецсимволов.
После добавления трансформированного изображения в основное окно карты убедитесь в правильности проделанной операции, сравнивая его с подложкой из мозаики спутниковых снимков. Для этого удобно использовать инструмент шторки.
Зайдите в Модули – Управление и установка модулей… и вбейте в поиск MapSwipe Tool. После этого появится панель шторки.
Выберите слой, который будет активен в режиме шторки (будет находиться под шторкой) и нажмите на кнопку 
.
8.4.2.4 Дешифрирование снимка
Для дешифрирования космических снимков необходимо осуществить их привязку. В случае с современными космическими снимками это можно сделать на основе подложки картографических веб-сервисов.
Для привязки данных дистанционного зондирования в QGIS можно использовать WMS-сервис с мозаикой спутниковых снимков. Для включения мозаики зайдите в меню Модули – Управление и установка модулей…. Впишите в строку поиска QuickMapServices. Установите модуль.
Откроется окно модуля. В окне поиска геосервиса введите Google satelite или какой-либо еще картографический веб-сервис со спутниковой подложкой. Нажмите Добавить.
Добавьте в качестве слоя данных привязываемый снимок.
Примечание: Если у вас такой панели не оказалось, это значит, что она отключена. Для включения панели щелкните правой кнопкой мыши по пустому месту на панели и найдите панель работы со слоями.
Процесс дешифрирования представляет собой создание базы данных и векторизацию объектов по данным космической съёмки. О том, как это делается, вы можете узнать из раздела 7.3.2 и 7.3.3.
Карпачевский А.М. Топография с основами картографии. М.: Географический факультет МГУ, r lubridate::year(Sys.Date()). |