Сарычев Д. В.. Практикум по геоинформационным технологиям. QGIS в экологии и природопользовании. Часть I
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Д. В. Сарычев
ПРАКТИКУМ ПО ГЕОИНФОРМАЦИОННЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ.
QGIS В ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИИ
Часть I
Учебно-методическое пособие
Воронеж Издательский дом ВГУ
2016
Утверждено научно-методическим советом факультета географии, геоэкологии и туризма 1 сентября 2016 г., протокол № 1
Рецензент – д-р геогр. наук, проф. С. А. Куролап
Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре геоэкологии и мониторинга окружающей среды факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского государственного университета.
Рекомендуется для студентов бакалавриата и магистрантов факультета географии, геоэкологии и туризма.
Для направлений: 05.03.06 – Экология и природопользование, 05.04.06 – Экология и природопользование
Содержание |
|
Предисловие......................................................................................................... |
4 |
Общие инструкции .............................................................................................. |
5 |
1. Геоинформационная среда QGIS.................................................................... |
6 |
1.1. Интерфейс программы................................................................................. |
6 |
1.2. Основные инструменты программы........................................................... |
7 |
1.3. Модули QGIS............................................................................................... |
13 |
2. Загрузка и визуализация данных в QGIS..................................................... |
16 |
2.1. Загрузка и оформление слоев .................................................................... |
16 |
2.2. Загрузка динамических слоев из сети Интернет...................................... |
19 |
2.3. Импорт табличных данных ....................................................................... |
19 |
2.4. Координатная привязка растровой карты ................................................ |
21 |
Источники данных и полезные ресурсы.......................................................... |
28 |
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
За последние десятилетия геоинформационные технологии приобрели ведущую роль в решении множества задач, в том числе в области экологии и природопользования. Появились мощные и полностью открытые географические информационные системы (далее – ГИС), дающие возможность широко применять данные технологии там, где раньше ограничивали финансовые причины.
Особенно большой эффект открытые ГИС способны принести в области экологии и охраны природы. При этом возникают проблемы методического плана, кроме того, в вузовской подготовке соответствующих специалистов традиционно продолжают делать упор на коммерческие ГИС. Настоящий практикум по геоинформационным технологиям «QGIS в экологии и природопользовании» нацелен частично решить обозначенные проблемы. Он призван на практике познакомить обучающихся с современными открытыми ГИС на базе программы QGIS.
Это учебно-методическое пособие представляет собой первую часть практикума «QGIS в экологии и природопользовании» и включает ознакомительные разделы, а также практические задачи общего характера. Следующиечастипрактикумапосвященырешениюстандартныхзадачредактированияианализапространственныхданных, атакжеприкладныхэкологических и природоохранных задач.
Практикум рассчитан на обучающихся, знакомых с основами картографии, геодезии и топографии.
4
ОБЩИЕ ИНСТРУКЦИИ
Для проработки заданий данного учебно-методического пособия потребуется компьютер с выходом в сеть Интернет, программа QGIS, а также набор тренировочных данных.
Установочные файлы QGIS доступны для бесплатной загрузки на официальном сайте программы (www.qgis.org). Набор тренировочных данных можно получить в лаборатории геоинформационного картографирования Воронежского государственного университета или по запросу на электрон-
ную почту автора (sarychev.geo@gmail.com).
Набор тренировочных данных полностью основан на открытых источниках и предназначен для учебных целей. Эти данные относятся к территории Воронежской области и 30-километровой зоне радиационного мониторинга вокруг Нововоронежской атомной электростанции (НВ АЭС).
Тренировочные данные распространяются в форме архива GIS_Course. zip, который содержит одноименную папку. Ее необходимо извлечь в папку пользователя перед выполнением заданий пособия. При этом рекомендуется, чтобы в названиях каталогов и папок пользователя, формирующих путь к тренировочным файлам, были только символы латинского алфавита. В процессе работы над заданиями, будет необходимо создавать и изменять геоинформационныеслоииданные, ихтакжеследуетименоватьлатинскимбуквами, при этом не использовать в именах пробелы и специальные символы (*, +, –, % и т.п.). Несоблюдение данных рекомендаций может привести к сбоям работы изучаемой программы и ее модулей.
Порядок работ, названия и иллюстрации элементов программы, приведенные в данном пособии, актуальны для Windows-версии программы QGIS Desktop 2.16.1 и могут несколько отличаться для иных конфигураций программы.
5
1. ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ СРЕДА QGIS
QGIS – это географическая информационная система (ГИС), программное обеспечение, предназначенное для визуализации, редактирования и анализа пространственных данных. QGIS является программой с открытым кодом и свободно распространяется под лицензией GNU General Public License. Данная ГИС работает на операционных системах Windows, Linux, Unix, Mac OSX и Android, поддерживает множество векторных, растровых форматов, баз данных и обладает широкими возможностями для работы с ними.
QGIS развиваетсяподэгидойсообществасвободногопрограммногообеспечения с открытым кодом (FOSS) в рамках проекта Open Source Geospatial Foundation (OSGeo). Разработка программы началась в 2002 г. В настоящее время QGIS представляет собой одну из наиболее развитых открытых ГИС и по своим возможностям превосходит многие популярные коммерческие ГИС-пакеты.
Начнем непосредственное знакомство с программой:
1.Запустите QGIS. Для этого дважды кликните по ярлыку на рабочемстолеиливыберитевменюПуск: Пуск→Всепрограммы→OSGeo4W → QGIS Desktop.
2.Изучитеинтерфейспрограммы, опираясьнаприведенныедалеевподразделах 1.1 и 1.2 описания, рисунки и таблицы.
3.В соответствии с подразделом 1.3 изучите интерфейс управления модулямиQGIS и встроенные модули, а также установите дополнительный мо-
дуль, например, OpenLayers Plugin.
1.1. Интерфейс программы
Освоение любой программы обычно начинается со знакомства с ее интерфейсом. Графический интерфейс QGIS имеет много черт, типичных для большинства ГИС (рис.1).
Меню QGIS объединяет все основные возможности программы и структурирует их по следующим вкладкам: Проекты, Правка, Вид, Слой, Уста-
новки, Модули, Вектор, Растр, База данных, Интернет, Анализ данных и Справка (рис. 1, № 1).
Ниже меню располагаются панели инструментов (рис. 1, № 2). Эта область программы может содержать очень различный набор кнопок в зависимости от настроек пользователя. По умолчанию здесь располагаются панели инструментов первой необходимости: инструменты проекта, инструменты навигации, инструменты оцифровки, инструменты атрибутов, и др., подробнее они рассмотрены в следующем подразделе.
6
> 1
2
5
3
>
4 6
7 <
Рис. 1. Графический интерфейс QGIS. Цифрами обозначены: 1 – меню программы, 2 – панели инструментов, 3 – область карты, 4 – панель работы со слоями, 5 – панель слоев, 6 – каталог, 7 – строка состояния
Основную часть рабочего окна программы занимает область карты (рис. 1, № 3), предназначенная для отображения электронной карты, состоящей из активных геоинформационных слоев, добавленных в проект. Добавление и создание слоев может производиться посредством панели работы со слоями (рис.1, № 4), а управление их свойствами и отображением – посредством панели слоев (рис. 1, № 5). Открыть в программе готовые слои или данные можно также с помощью каталога (рис. 1, № 6), представляющего собой встроенный файловый менеджер.
Самую нижнюю часть окна программы занимает строка состояния (рис. 1, № 7). Она отображает информацию о текущем масштабе электронной карты, координатах курсора (при его нахождении в области карты), а также позволяет настроить систему координат, параметры отображения карты.
1.2. Основные инструменты программы
Интерфейс QGIS организует работу пользователя в рамках проектов.
Проект – это виртуальное рабочее пространство, позволяющее организовать загруженные в программу данные, сохранять их взаимосвязи и оформ-
ление. Файл проекта QGIS имеет расширение *.qgis.
7
Управление проектом осуществляется посредством команд из вкладки «Проект» (меню программы, рис. 1, № 1) или посредством инструментов проекта (табл. 1), размещающихся на панели инструментов.
Электронная карта является важнейшей составляющей проекта. Охват
или экстент карты – это прямоугольный фрагмент электронной карты для отображения на экране (как правило, в окне карты, рис. 1, № 3) с опре-
деленными границами и масштабом. Масштабировать и передвигать карту для установления необходимого экстента позволяют инструменты переме-
щения по карте (табл. 2).
Таблица 1
Основные инструменты проекта и их функции
Инструмент |
Характеристика |
|
Создать (Ctrl+N) |
Создает новый проект |
|
|
||
|
|
|
|
Позволяет открыть проект из файловой |
|
Открыть (Ctrl+O) |
системы компьютера |
|
Сохранить (Ctrl+S) |
Производит сохранение текущего про- |
|
екта |
||
|
Производит сохранение текущего про- |
|
Сохранить как (Ctrl+Shift+S) |
екта с выбором имени файла и дирек- |
|
|
тории |
|
|
Создает бланк для компоновки карты и |
|
Создать макет (Ctrl+P) |
открывает соответствующий интерфейс |
|
|
Позволяет открывать, дублировать, пе- |
|
Управление макетами |
реименовывать макеты карт активного |
|
проекта |
||
|
Электронную карту составляют слои. Слой в ГИС – это способ пред-
ставления географической информации, виртуальная модель однотипных пространственных объектов определенной территории в установленной системекоординат. При этом, объектслоя– это геометрическаяструктура, отображающая определенный объект местности, переданная в заданной системе координат посредством точек, линий или полигонов в векторных слоях, или пикселей – в растровых слоях. Примером могут служить слои гидрографии: источники, водотоки, водоёмы, для которых соответствующими объектами, например, будут отдельные родник, река, озеро.
8
Таблица 2
Инструменты панели навигации по карте
Инструмент |
Характеристика |
|
|
Используется в области карты и позволяет |
|
Прокрутка карты |
«сдвигать» карту для ее просмотра в любом на- |
|
правлении |
||
|
||
Центрировать |
Отображает выделенный объект карты (слоя) в |
|
центре экстента (об инструментах выделения |
||
выделение |
см. табл. 5) |
|
Увеличить |
Производит увеличение экстента электронной |
|
карты, то есть укрупнение ее масштаба |
||
Уменьшить |
Производит уменьшение экстента электронной |
|
карты, то есть уменьшение ее масштаба |
||
Полный охват |
Устанавливаетоптимальныйэкстентдляотобра- |
|
жения всей карты (всех видимых слоев) |
||
Увеличить |
Устанавливает оптимальный экстент для выде- |
|
ленного объекта карты (слоя), (об инструментах |
||
до выделенного |
выделения см. табл. 5) |
|
Увеличить до слоя |
Устанавливает оптимальный экстент для актив- |
|
ного (выбранного) слоя (о слоях см. ниже) |
||
Предыдущий охват |
Возвращает в область карты предыдущий экс- |
|
тент |
||
|
Возвращает последующий экстент (инструмент |
|
Следующий охват |
активируется при использовании инструмента |
|
|
«Предыдущий охват») |
Каждый объект слоя обычно имеет атрибуты. Атрибутивная информа-
ция – это описательные качественные или количественные сведения, организованные, как правило, по колонкам электронной таблицы, каждая строка которой соответствует одному объекту слоя. Простейшим атрибутом является, например, идентификационный номер объекта в слое.
Добавить в проект существующие или создать новые слои позволяет панель работы со слоями (рис. 1, № 4), используемые в настоящем пособии инструменты этой панели описаны в табл. 3. Создавать новые и редактировать ранее созданные объекты и их атрибуты можно посредством инструментов панели оцифровки для слоев с включенным режимом редактирования (табл. 4).
9
Таблица 3
Основные инструменты панели работы со слоями
Инструмент |
Характеристика |
|
Открывает диалоговое окно для загрузки в проект век- |
|
торных данных, поддерживаются более 40 форматов в |
Добавить |
том числе: ESRI shape-файлы (*.shp), MapInfo (*.mif, |
*.tab), AutoCAD (*.dxf), GPS eXchange Format (*.gpx), |
|
векторный слой |
Keylone Markup Language (*.kml, *.kmz), GeoJSON |
|
(*.geojson), GeoPackage (*.gpkg) и др. |
|
Открывает диалоговое окно для загрузки растровых |
Добавить |
данных (поддерживается более 70 форматов, в том чис- |
растровый слой |
ле GeoTIF, GRID, IMG и др.) |
Добавить |
Открывает диалоговое окно для создания слоя из текс- |
тового файла формата *.txt или *.csv |
|
слой CSV |
|
|
Открываетдиалоговоеокнодлясозданияновоговектор- |
|
ного слоя в формате shape-файла. Смежная стрелочка- |
Создать |
треугольник активирует выпадающий список аналогич- |
shape-файл |
ных команд для создания слоев в форматах SpatialLite, |
|
GeoPackage и временного слоя |
Объект (или совокупность объектов) векторного слоя, выбранный инструментамивыделениявобластикартыиливатрибутивнойтаблицеслоя, обычносцельюредактированиягеометрииилиатрибутовобъекта, называ-
ется выделением. Выделенные объекты на карте «подсвечиваются» желтым цветом (если настройки по умолчанию не были изменены пользователем). Для работы с выделением и атрибутивной информацией в QGIS используются инструменты панели атрибутов – табл. 5.
10