Referat ArcGIS 4 Georeferenţierea hărţilor

1. Noțiuni introductive

Locația spațială este elementul care distinge informația geografică de toate celelalte tipuri de informații, astfel că metode pentru specificarea locației de pe suprafața Pământului sunt esențiale pentru crearea de informații geografice utile.

Georeferențierea reprezintă procesul prin care se atribuie locație unei informații. În timp ce unele sisteme de georeferențiere sunt bazate pe simple nume (ex. adresa UVT), altele se bazează pe diferite tipuri de măsurători, și sunt numite sisteme de georeferențiere metrice. Acestea includ latitudinea și longitudinea și diferite tipuri de sisteme de coordonate, acestea fiind esențiale pentru realizarea analizelor spațiale şi a hărților în GIS. Sistemul latitudine/longitudine este cel mai comprehensiv sistem existent și este adesea denumit „sistem de coordonate geografice”.

Aplicațiile de topografie, cartografie, GIS, etc. nu se pot realiza pe suprafața reală a Pământului. Ele se realizează utilizând harta în format analog (pe hârtie) sau sistemele numerice (calculatorul), astfel că suprafața reală a Pământului trebuie mai întâi să fie transformată într-o formă matematică, iar în final proiectată în plan.

Cea mai bună aproximare matematică a formei Pământului este elipsoidul de rotație. În ultimii 200 de ani a fost depus mult efort pentru găsirea elipsoizilor care aproximează cel mai bine forma Pământului în anumite țări, astfel încât agențiile de cartografiere naționale să poată măsura poziția și să producă hărți de mare acuratețe. Însă marea varietate a elipsoizilor a dus la apariția unei probleme. Fără un standard unic, hărțile produse de diferite țări cu diferiți elipsoizi nu s-ar potrivi pentru a fi îmbinate. Astfel a apărut elipsoidul WGS84 (Sistemul Mondial Geodetic 1984) care este în general acceptat ca standard. Dar în unele părți ale lumii, alți elipsoizi au rămas în uz, cum este cazul României (Krasovski 1940).

Aplicațiile de GIS, cartografie digitală etc pot fi realizate în principal utilizând reprezentări în format plan (bidimensional). Astfel cartografii au inventat sistemele de proiecţie pentru a putea transpune suprafaţa terestră curbă, de pe elipsoid, pe o suprafaţă plană (ex. foaia de hârtie). Totuşi ce este o proiecţie de hartă ? Cartografii folosesc termenul de proiecţie de hartă pentru a descrie procesul de conversie a unui sistem de coordonate de pe o suprafaţă elipsoidală tridimensională (coordonate geografice) într-un sistem planar de coordonate bidimensional (ex. coordonate carteziene). Sistemul de coordonate carteziene atribuie două coordonate pentru fiecare punct de pe o suprafață plană, prin măsurarea distanțelor de la punct față de originea sistemului, pe cele două axe aflate în unghi drept.

Rezultatul unei conversii dintr-o reprezentare elipsoidală, într-o suprafaţă plană este unul cu vizibile deformări. Acest aspect este unul dintre cele mai importante în proiectarea hărţilor. Cele patru proprietăţi spaţiale ce suferă deformări într-o proiecţie sunt: forma, suprafaţa, distanţa, direcţia. Există diferite tipuri de proiecţii ce păstrează una sau mai multe proprietăţi. Proiecţia Universal Transverse Mercator (UTM) este folosită deoarece permite reprezentarea elipsoidului terestru direct pe un plan, fiind o proiecţie policilindrică transversală. Există 60 de zone în acest sistem, fiecare zonă (fus) corespunde unei jumătăți de cilindru înfăşurată de-a lungul liniei axiale de longitudine a fusului și are o lățime de 6 grade. Sistemul UTM este secant, cu linii de scară 1 situate la o oarecare distanță pe ambele părți ale meridianului central. Proiecția este conformă, astfel că elementele mici au forma corectă. Această proiecție a fost utilizată în România până în anul 1970 sub denumirea de Gauss-Kruger.

Deși deformările sistemului UTM sunt mici, acestea sunt totuși prea mari pentru anumite scopuri. Unele state au adoptat propriul sistem de proiecție pentru aplicații, cum ar fi aplicații geodezice care necesită precizie foarte mare (Marea Britanie – proiecția oblică Mercator, Canada – proiecția conformă conică Lambert, România – proiecția Stereografică 1970).

Proiecția Stereografică 1970 foloseşte dimensiunile elipsoidului Krasovski. Punctul central al acestei proiecţii are coordonatele geografice: long = 25o00′00″ E şi lat = 46o00′00″ nord, iar cele rectangulare: X = 500 000 m; Y = 500 000 m, cu precizarea că axa X coincide cu direcţia nord-sud. Este o proiecție conformă, nu deformează unghiurile însă deformează ariile, în funcție de depărtarea acestora față de polul proiecției. În privinţa lungimilor, datorită utilizării planului secant, deformările sunt mai reduse decât în proiecţia Gauss-Kruger. În centrul proiecţiei, deformarea maximă a lungimilor este de −0,250 m/km, iar la periferie de +0,215 m (în judeţele Timiş, Tulcea şi Constanţa).

2. Utilizarea diferitelor metode de georeferențiere

Există mai multe modalităţi de georeferențiere: - georeferenţierea hărţilor topografice după coordonate cunoscute - georeferenţierea hărţilor topografice după indicativ - georeferenţierea unei hărţi utilizând puncte comune cu o altă hartă

georeferențiată - georeferenţierea unei hărţi utilizând puncte GPS

a. Georeferenţierea hărţilor topografice după coordonate cunoscute

Pentru această metodă avem nevoie de două informaţii: (1) de o serie de puncte uşor identificabile de pe hartă a căror locaţie (latitudine / longitudine, coordonate rectangulare) o cunoaştem cu precizie (aici principiul

este: cu cât mai multe, cu atât mai bine), (2) sistemul de proiecţie în care a fost realizată harta originală pe hârtie.

Acest tip de georeferenţiere se foloseşte atunci când putem afla cu precizie poziţiile punctelor pe suprafaţa hărţii (care de regulă este topografică).

Deschideţi programul ArcGIS, aplicaţia ArcMap. Din File > Open folosiţi cărarea: D\LICENȚĂ\GIS_2013\ specializarea\anul\grupa\Exercitiul_3_Georeferentiere.mxd. Spaţiul de lucru este gol, având în acest fel posibilitatea de a aduce datele de care avem nevoie în felul următor: apăsaţi butonul Add Data cu formă de semnul (+) din bara de butoane din partea de sus a ecranului (Fig. 1).

Fig. 1. Apăsarea butonului [Add Data]

Se deschide o fereastră de navigaţie către directorul şi fişierul dorit. Navigaţi pe discul D\LICENȚĂ\GIS_2013\specializarea\anul\grupa\harti_topo (Fig. 2).

Fig. 2. Caseta de navigare şi selectare[Add Data]

Selectaţi fişierul L-34-079_large.JPG şi apoi apăsaţi butonul Add. Atenţie! Nu faceţi dublu-clic pe el, deoarece intraţi în structura lui, unde veţi vedea cele 3 benzi din care este alcătuit. Apare un mesaj care vă avertizează că imaginea aleasă poate fi afişată, însă nu poate fi proiectată (Fig. 3). Este normal, deoarece considerăm că tocmai am scanat harta (momentan pentru calculator şi ArcGIS ea este doar o imagine, precum fotografia D-voastră din paşaport) în format JPG.

Fig. 3. Mesajul privind lipsa sistemului de referinţă

Apăsaţi OK. Harta se afişează pe ecran (Fig. 4).

Fig. 4. Harta topografică L-34-79

Este vorba despre o hartă topografică a României, scara 1:100.000, reprezentând foaia (zona) Timişoara. Indicativul topografic al ei este L-34-79.

Pe această hartă avem mai multe indicii ale faptului că nu este georeferenţiată. În primul rând, dacă ne deplasăm cu cursorul pe suprafaţa hărţii, în special în partea de sud-vest a ei vom putea citi în partea din dreapta-jos a ecranului coordonatele vârfului cursorului. Acestea prezintă în unele cazuri valori negative, care de regulă sunt evitate în cartografie. Un alt indiciu este acela că după valorile de la coordonate urmează textul Unknown Units (unităţi necunoscute).

Apăsaţi încă o dată butonul [Add Data] şi adăugaţi harta L-34-080_large.JPG la spaţiul de lucru. Este o hartă din împrejurimile oraşului Lugoj, la aceeaşi scară ca şi harta anterioară. Ea s-a afişat pe acelaşi spaţiu cu prima. Dacă la legendă debifaţi stratul L-34-080_large veţi vedea sub el harta cu Timişoara. În mod normal aceste două hărţi trebuie să stea una lângă alta: L-34-079_large la vest (Timişoara) şi L-34-080_large (Lugoj) la est. Ele se suprapun din cauză că nu sunt georeferenţiate. În cele ce urmează vom încerca să

corectăm acest lucru. Vom lucra în prima parte cu harta L-34-079_large (Timişoara), aşa că faceţi ca aceasta să fie vizibilă.

Pentru ca noi să putem georeferenţia această hartă avem nevoie, după cum am precizat mai sus de:

(1) o serie de puncte uşor identificabile a căror poziţie într-un sistem de coordonate o cunoaştem cu mare precizie;

(2) sistemul de proiecţie (de referinţă) Aceste două informaţii ne sunt accesibile pe harta de pe ecran. Al doilea

tip de informaţie îl obţinem pe moment mai uşor. Folosiţi funcţia zoom pentru a mări zona din dreapta-jos a hărţii, unde vedeţi un rând de text (Fig. 5).

Fig. 5. Informaţia de georeferenţiere privind sistemul de referinţă

Citim că reţeaua UTM (pe care o vom folosi şi noi ca reper) este în sistemul UTM folosind elipsoidul WGS84. Sistemul UTM cuprinde mai multe zone (1-60). Dacă afişaţi harta întreagă şi faceţi zoom în zona titlului din partea de sus a ei, veţi găsi informaţia „Zona 34T”; ne aflăm în zona (fusul) 34. Notaţi-vă toate informaţii, vom avea nevoie de ele mai târziu.

Acum trebuie să identificăm o serie de puncte a căror poziţie o cunoaştem cât mai bine. Dacă vă uitaţi pe suprafaţa hărţii veţi observa o serie de linii verticale şi orizontale care în ansamblu formează o reţea rectangulară pătratică. Este caroiajul kilometric. Ele nu sunt meridiane şi paralele, ci desemnează distanţa în kilometri faţă de un punct de origine.

În sistemul UTM (Universal Transversal Mercator) proiecţia suprafeţei curbe / sferice a Pământului se face pe un cilindru a cărui axă este perpendiculară pe axa polilor.

Acest aranjament face imposibilă reprezentarea întregii suprafeţe a Pământului pe acelaşi plan,

proiecţia făcându-se pe planuri diferite, fiecare în lungul unui meridian, numit meridian central. Pentru minimizarea deformărilor s-a ales ca lăţimea unei felii (numită fus) să fie de 6° longitudine, rezultând 360° / 6°

= 60 zone (fusuri). Numerotarea fusurilor începe de la meridianul de 180° din zona Oceanului Pacific. România se află parţial în fusul 34 (18°-24°) (jumătatea vestică) şi parţial în 35 (24°-30°)(jumătatea estică).

În cadrul fiecărui fus există un punct central al proiecţiei la intersecţia dintre Ecuator şi meridianul central al proiecţiei. Pentru fusul 34 meridianul central al proiecţiei este 21° iar pentru fusul 35 meridianul 27°. În mod normal originea sistemului ar trebui să fie acest punct de intersecţie (x = 0, y = 0). Însă asta ar însemna că la stânga de origine am avea valori negative iar mai jos de origine de asemenea. În măsurători de distanţe acest lucru poate fi supărător. De aceea, s-a făcut un artificiu pentru a elimina valorile negative: pe abscisă originea sistemului (punctul 0) este plasat cu 500 km mai la vest (stânga), în aşa fel încât întregul spaţiu reprezentat în cadrul aceluiaşi fus să intre în zona de valori pozitive.

Acest artificiu se numeşte false easting (est fals). Pentru ordonată în emisfera nordică nu se face un

astfel de artificiu, valorile măsurate fiind cele reale în funcţie de depărtarea de Ecuator. Doar în emisfera sudică se apelează la un astfel de artificiu pentru ordonată, unde valoarea acestui false northing este de 10.000 km.

Ca şi concluzie: valorile de pe abscisă reprezintă distanţa faţă de originea situată cu 500 km mai la vest faţă de punctul central al proiecţiei (prima cifră reprezintă numărul fusului şi nu are importanţă la măsurători, ci numai la poziţionarea punctelor: 4 pentru fusul 34 şi 5 pentru fusul 35); valorile de pe ordonată reprezintă distanţa faţă de Ecuator. În sistemul UTM axele x şi y sunt inversate deoarece proiecţia este transversală, însă în introducerea datelor (vezi mai departe) vom considera axa orizontală (abscisa) x iar axa verticală (ordonata) y.

Vom folosi intersecţiile dintre aceste linii ca şi repere pentru georeferenţierea noastră. Pentru a georeferenţia o hartă, un plan, avem nevoie de cel puţin 3 puncte, însă regula este: cu cât mai multe, cu atât mai bine, deoarece se poate folosi o modelare pe bază de un polinom de grad superior. Pentru exemplul nostru vom folosi însă 4 puncte. Acestea vor fi alese cât mai depărtate unele de altele şi se va evita ca ele să fie coliniare. Vom alege puncte situate cât mai pe marginile (colţurile) hărţii pentru ca să avem siguranţa că cea mai mare parte a hărţii este corect georeferenţiată. Înainte de a identifica punctele se impune o precizare: după cum se observă atât harta L-34-079_large (Timişoara) cât şi L-34-080_large (Lugoj) dispun de cadru (margine); în momentul în care hărţile vor fi georeferenţiate ele se vor situa una lângă alta, cadrul uneia acoperind o parte din harta vecina. Pentru a evita acest inconvenient am decupat de pe ambele foi de hartă doar harta, eliminând cadrul. De pe harta cu cadru vom identifica punctele de reper şi coordonatele lor, urmând ca georeferenţierea să o realizăm pe varianta fără cadru.

Măriţi zona din colţul stânga sus. Ca prim punct de reper vom alege colţul din dreapta jos al pătratului în care este cuprins textul DL. PĂMÎNT ALB (Fig. 6).

Fig. 6. Poziţia primului punct de reper

Coordonatele lui sunt: x = 502000 m iar y = 5092000 m. Aceste se citesc pe latura de sus, respectiv pe cea din stânga.

Convenţia pe hărţile topografice româneşti este ca pentru cea mai de sus şi cea mai de jos valoare (idem pentru cea mai din stânga şi cea mai din dreapta) să se scrie valoarea completă (ex. 5092, 4502), pentru celelalte valori cuprinse între acestea se scriu doar ultimele două cifre. Pentru valoarea lui x (citită pe latura de sus a hărţii) nu se ia în considerare prima cifră – 4; aceasta precizează doar valoarea fusului şi nu are valoare de măsurare. Valorile trecute pe cadrul hărţii reprezintă kilometri faţă de origine. Sistemul UTM însă are ca unitate de măsură metrul, de aceea, trebuie făcută transformarea din km în metri.

Reţineţi poziţia primului punct şi navigaţi în colţul din dreapta sus. Vom alege ca şi punct de reper locul unde ultima linie kilometrică verticală se intersectează cu penultima linie kilometrică orizontală (peste r-ul de la cuvântul Şarlota) (Fig. 7). Notaţi coordonatele acestui punct: x = 538000 m, y = 5092000 m. La fel se procedează şi în cazul punctelor 3 şi 4 (Fig. 8 şi 9).

Fig. 7. Poziţia celui de al II-lea punct de reper

Fig. 8, Fig. 9. Poziţiile punctelor de reper 3 şi 4

În tabelul de mai jos se găsesc cele 4 puncte de reper cu coordonatele lor. Tabelul 1.

Nr. punct X Y 1 502000 5092000 2 538000 5092000 3 538000 5058000 4 502000 5058000

Dacă aţi reţinut aceste date – poziţia punctelor şi coordonatele lor putem trece la georeferenţierea propriu-zisă.

După cum am precizat ceva mai sus, georeferenţierea o vom face pe o hartă la care am eliminat marginea. Pentru aceasta apăsaţi butonul [New Map File] din bara de butoane din partea de sus a ecranului (Fig. 10).

Fig. 10. Apăsarea butonului New Map File

Când vă întreabă nu salvaţi spaţiul de lucru. Pe acest nou spaţiu de lucru aduceţi cu butonul [Add Data] harta L-34-079.jpg, care este varianta fără margini hărţii anterioare (Fig. 11).

Fig. 11. Harta L-34-079.jpg

Din meniul View → Toolbars bifaţi pentru afişare bara de instrumente Georeferencing. Aceasta conţine un set de funcţii cu ajutorul cărora suntem ajutaţi să georeferenţiem harta de pe ecran (Fig. 12).

Fig. 12. Bara de georeferenţiere

Apăsaţi butonul Georeferencing şi debifaţi funcţia Auto Adjust (Fig. 13). Această funcţie este foarte utilă (vom vedea într-un exerciţiu ulterior), însă pe moment ne poate încurca.

Fig. 13. Debifarea funcţiei Auto Adjust

În cele ce urmează vom identifica punctele din colţuri considerate ca şi reper. Măriţi zona din NV (stânga-sus) până când vedeţi bine pătratul în care se află DL. PĂMÎNT ALB şi mai ales colţul dreapta-jos al pătratului, ales de noi ca şi punct de reper.

Pe bara de instrumente Georeferencing apăsaţi penultimul buton – Add Control Points (Fig. 14). Forma cursorului se schimbă într-o cruciuliţă.

Fig. 14. Butonul Add Control Points

Funcţia apelată de buton se aplică în felul următor: se face un prim clic exact pe punctul de reper (în cazul nostru colţul dreapta-jos a pătratului, apoi se face un al doilea clic în punctul cu coordonatele reale (cele notate de noi). Având în vedere însă că acestea sunt foarte depărtate de actualele coordonate vom executa al doilea clic la o distanţă de aprox. 3-4 cm de primul punct, oriunde pe hartă, urmând ulterior să asociem coordonatele. Faceţi deci, un prim clic pe punctul de reper şi un al doilea clic la o mică depărtare de primul (Fig. 15).

Fig. 15. Marcarea primului punct de reper

Se procedează identic şi în cazul punctelor 2, 3 şi 4. Pentru fiecare se execută un clic exact pe punctul de reper şi un al doilea clic la o oarecare distanţă faţă de primul.

Atenţie! Ordinea în care au fost introduse punctele trebuie reţinută. În cazul în care se schimbă ordinea sau nu se păstrează corespondenţa dintre punct şi coordonate harta va fi greşit georeferenţiată sau, mai mult, va fi deformată, încât nu se va putea înţelege nimic de pe ea.

O dată punctele marcate se poate trece la introducerea noilor coordonate. Apăsaţi ultimul buton de pe bara de instrumente Georeferencing (Fig. 16).

Fig. 16. Apăsarea butonului Link Table şi apariţia tabelului cu punctele de legătură

Se deschide un tabel cu punctele de legătură. Pe prima coloană sunt numerotate punctele, în ordinea introdusă; coloanele 2 şi 3 prezintă coordonatele x (coordonata est), y (coordonata nord) ale primului clic; coloanele 4 şi 5 reprezintă locul (coordonatele) unde ar trebui să se afle acest punct de reper în georeferenţierea noastră; momentan reprezintă al doilea clic realizat de noi pentru fiecare punct. Vom intervenii pentru fiecare punct în coloanele 4 şi 5. Faceţi clic pe rândul 1 şi apoi încă o dată clic pe valoarea din coloana 4. Introduceţi valoarea pentru x (coordonata est) notată în tabelul 1. Faceţi la fel şi pentru punctele 2, 3 şi 4 (Fig. 17).

Fig. 17. Completarea tabelului de legătură

Bifaţi funcţia Auto Adjust din partea stânga-jos a ferestrei. Harta o să dispară de pe ecran; de fapt ea este mutată pe noile coordonate. Apăsaţi OK pentru a valida tabelul şi apoi butonul Full Extent. Harta reapare, doar că la deplasarea cu cursorul pe ecran veţi citi în partea dreaptă-jos coordonate de ordinul celor pe care tocmai le-aţi introdus.

Pentru a permanentiza harta trebuie să o rectificăm. Apăsaţi butonul Georeferencing şi apoi alegeţi funcţia Rectify (Fig. 18).

Fig. 18. Apelarea funcţiei Rectify

Se deschide o fereastră în care ni se precizează mărimea fiecărui pixel (Cell Size) în unităţile introduse, ni se permite alegerea metodei de transformare (o lăsăm pe cea implicită) şi ni se permite salvarea noii hărţi în locaţia aleasă de noi şi sub numele ales de noi (Fig. 19). Numele propus de program este RectifyL-34-079 în format TIFF. Îl vom lăsa neschimbat. Apăsăm butonul Save şi după câteva secunde harta este rectificată şi salvată pe hard-disc în locaţia precizată de noi. Ea nu se afişează.

Fig. 19. Rectificarea hărţii L-34-079

În acest moment avem harta cu noile coordonate. Trebuie să-i asociem un sistem de coordonate. Am văzut la începutul exerciţiului că acesta este UTM WGS84 Zona 34. Acest lucru se face din aplicaţia ArcCatalog. Închideţi ArcMap, nu salvaţi – nu vă temeţi, harta şi tot lucrul nostru de până acum sunt salvate, nu avem nevoie de acest spaţiu de lucru. Deschideţi apoi din Start / Programs / ArcGIS aplicaţia ArcCatalog. Această aplicaţie este un manager de fişiere, asemănător lui Windows Explorer însă ştie să gestioneze fişierele din care sunt alcătuite hărţile. Navigaţi în locul în care aţi salvat harta RectifyL-34-079 (Fig. 20).

Fig. 20. Aplicaţia ArcCatalog şi navigarea către harta RectifyL-34-079

Executaţi clic-dreapta pe harta RectifyL-34-079 şi alegeţi ultima opţiune Properties. Se deschide caseta properties (Fig. 21).

Fig. 21. Caseta Properties

La mijlocul paginii se găseşte informaţia despre georeferenţiere, care momentan nu este definită. Apăsaţi butonul Edit... Se deschide o casetă de unde putem alege dacă vrem să selectăm un sistem de referinţă, să importăm unul de la o hartă sau să creăm unul nou. Vom alege să selectăm unul. Se deschide o casetă de navigare şi selecţie. De aici alegem un Sistem de coordonate proiectat (Fig. 22).

Fig. 22. Selectarea unui sistem de coordonate

Urmăm apoi calea UTM → WGS84 → WGS 1984 UTM Zone 34N.prj (Fig. 23).

Fig. 23. Selectarea sistemului de coordonate

Apăsaţi butonul Add. Validaţi apoi cu OK cele două casete deschise. Închideţi ArcCatalog. În acest moment aveţi harta RectifyL-34-079 georeferenţiată. Felicitări!

Deschideţi ArcMap şi cu butonul Add Data aduceţi-o pe spaţiul de lucru. Veţi vedea că nu mai apare mesajul de avertizare cu privire la sistemul de referinţă. În plus, în colţul din dreapta-jos valorile coordonatelor sunt urmate de textul Meters.

Pentru a vă putea da seama deplin de importanţa georeferenţierii va trebui să georeferenţiaţi şi harta L-34-080 (Lugoj). Apăsaţi butonul New Empty Map. Nu salvaţi. Aduceţi cu butonul Add Data harta L-34-080_large. Va trebui ca şi pe această hartă să identificăm 4 puncte reper. În figurile de mai jos aveţi precizate aceste puncte, iar în tabel coordonatele lor.

Fig. 24 şi 25. Punctele de reper 1 respectiv 2

Fig. 26 şi 27. Punctele de reper 3 respectiv 4

Tabelul 2. Nr. punct X Y 1 540000 5092000 2 576000 5094000 3 576000 5058000 4 540000 5058000

Apăsaţi din nou butonul New Empty Map, nu salvaţi şi aduceţi cu Add Data harta L-34-080. Refaceţi toţi paşii necesari marcării punctelor pe hartă, precum

şi a introducerii noilor coordonate în tabelul de legătură. Nu uitaţi de rectificare; numele poate fi RectifyL-34-080.

Închideţi ArcMap, iar în ArcCatalog asociaţi-i un sistem de referinţă. Închideţi ArcCatalog, redeschideţi ArcMap şi adăugaţi cu ajutorul butonului

Add Data cele două hărţi: RectifyL-34-079 şi RectifyL-34-080. Ele vor trebui de data aceasta să se afle în raporturi şi poziţie corectă una faţă de cealaltă (Fig. 28).

Fig. 28. Hărţile RectifyL-34-079 şi RectifyL-34-080 georeferenţiate afişate în raporturi

corecte

Notă În cazul datelor raster (format .img, .asc, .tiff, etc.), informațiile cu privire

la referința spațială pot fi accesate din proprietățile fişierului → Properties/ Source/ Spatial reference (fig.21).

În cazul datelor vector (format .shp), informațiile cu privire la referința spațială pot fi accesate în două locuri: proprietățile fişierului sau fişierul .prj. Un shapefile este format în principal din următoarele fişiere (.shp, .shx, .dbf). Un shapefile georeferențiat, prezintă întotdeauna pe lângă cele trei fişiere menționate şi un fişier .prj.

Fig. 29. Fişierul prj

b. Georeferenţierea hărţilor topografice după indicativ La Congresul Internaţional de Geodezie şi Geofizică din 1924 s-a

propus şi s-a adoptat un sistem internaţional de nomenclatură pentru harta lumii la scara 1:1 000 000, însuşit de ţara noastră pentru hărțile topografice în proiecţia Gauss – Krüger. Astfel, o harta topografică (scara 1:1000000 – 1:10000), realizată în acest sistem de proiecție, prezintă în partea de sus, lângă titlu, un indicativ, care dacă este citit corect, ne indică poziția geografică a hărții pe glob.

Astfel a fost creat un program, numit Nego, cu ajutorul căruia obținem coordonatele rectangulare ale colțurilor hărții pe baza indicativului. Programul a fost conceput doar pentru hărți topografice ce se află pe teritoriul României.

Deschideți harta, localizați idicativul şi notați-l (fig.30).

Fig. 30. Indicativul hărții Braşov, scara 1:100000

După ce am identificat indicativul hărții putem merge mai departe. Deschideți programul Nego. Interfața programului este reprezentată în fapt de o bară de meniuri (fig. 31).

Fig. 31. Interfața programului Nego

Noi vom utiliza meniul „Aplicații” (fig. 32), de unde alegem „Proiecții Stereo 1970 Gauss 1942”, întrucât dorim să georeferențiem harta în sistemul de proiecție Stereo 70.

Fig. 32. Meniul „Aplicații”

În partea de sus putem observa indicativele aceeptate de program, iar în partea centrală cele trei opțiuni de utilizare: Colțuri trapeze, Puncte izolate şi Fisier FiLamda. Întrucât noi dorim să aflăm coordonatele colțurilor hărții, vom utiliza opțiunea „Colțuri trapeze”. Introduceți indicativul hărții topografice şi faceți click pe „Calculare”. În partea de jos vom avea rezultatele pentru trei sisteme de proiecții. Putem observa că programul a recunoscut scara hărții 1:100000 (fig.33). În final notați coordonatele colțurilor. !!!Atenție însă că prima coloană este reprezentată de coordonata nord (y în ArcMap), iar a doua coloană de coordonata est (x în ArcMap) (tabel 3).

Fig. 33. Calcularea coordonatelor colțurilor hărții

Tabelul 3. Nr. punct Y X

1 462959.16 500000.00 2 463081.09 538954.67

3 426042.18 539186.20 4 425919.88 500000.00

Deschideţi programul ArcGIS, aplicaţia ArcMap. Aduceți din D\LICENTA\GIS_2013\specializare\an\grupa\Exercitiul_3_Georeferentiere, fişierul L-35-087crop. Observăm ca harta nu este georeferențiată.

Din meniul View → Toolbars bifaţi pentru afişare bara de instrumente Georeferencing. Apăsaţi butonul Georeferencing şi debifaţi funcţia Auto Adjust. Această funcţie este foarte utilă (vom vedea într-un exerciţiu ulterior), însă pe moment ne poate încurca.

În cele ce urmează vom identifica punctele din colţuri considerate ca şi reper. Măriţi zona din NV (stânga-sus) până când vedeţi bine colțul hărții. Pe bara de instrumente Georeferencing apăsaţi penultimul buton – Add Control Points.

!!!Atenție la ordinea punctelor. Pentru uşurarea procesului, ar trebui să respectăm ordinea dată de programul Nego. Primul punct este cel din stânga sus, iar următoarele sunt date de sensul acelor de ceas (fig. 34).

Fig. 34. Marcarea colțurilor hărții

Funcţia apelată de buton se aplică în felul următor: se face un prim clic exact pe punctul de reper (în cazul nostru colţul stânga-sus al hărții, apoi se face un al doilea clic în punctul cu coordonatele reale (cele notate de noi). Având în vedere însă că acestea sunt foarte depărtate de actualele coordonate vom executa al doilea clic la o distanţă de aprox. 3-4 cm de primul punct, oriunde pe hartă, urmând ulterior să asociem coordonatele. Faceţi deci, un prim clic pe punctul de reper şi un al doilea clic la o mică depărtare de primul (Fig. 35).

Fig. 35. Marcarea primului colț

Se procedează identic şi în cazul punctelor 2, 3 şi 4. Pentru fiecare se execută un clic exact pe punctul de reper şi un al doilea clic la o oarecare distanţă faţă de primul.

O dată punctele marcate se poate trece la introducerea noilor coordonate. Apăsaţi ultimul buton de pe bara de instrumente Georeferencing, numit View Link Table.

Se deschide un tabel cu punctele de legătură. Pe prima coloană sunt numerotate punctele, în ordinea introdusă; coloanele 2 şi 3 prezintă coordonatele x (coordonata est), y (coordonata nord) ale primului clic; coloanele 4 şi 5 reprezintă locul (coordonatele) unde ar trebui să se afle acest punct de reper în georeferenţierea noastră; momentan reprezintă al doilea clic realizat de noi pentru fiecare punct. Vom interveni pentru fiecare punct în coloanele 4 şi 5. Faceţi clic pe rândul 1 şi apoi încă o dată clic pe valoarea din coloana 4. Introduceţi valoarea pentru x (coordonata est) notată în tabelul 3. Faceţi la fel şi pentru punctele 2, 3 şi 4 (Fig. 36).

Fig. 36. Completarea tabelului de legătură

Bifaţi funcţia Auto Adjust din partea stânga-jos a ferestrei. Harta o să dispară de pe ecran; de fapt ea este mutată pe noile coordonate. Apăsaţi OK pentru a valida tabelul şi apoi butonul Full Extent. Harta reapare, doar că la deplasarea cu cursorul pe ecran veţi citi în partea dreaptă-jos coordonate de ordinul celor pe care tocmai le-aţi introdus.

!!!Nu uitați de rectificare.

În acest moment avem harta cu noile coordonate. Asociați hărții sistemul de coordonate Stereo 70. Acest lucru se face din aplicaţia ArcCatalog. Navigaţi în locul în care aţi salvat harta RectifyL-35-087.

Executaţi clic-dreapta pe harta RectifyL-35-087 şi alegeţi ultima opţiune Properties. Se deschide caseta properties. La mijlocul paginii se găseşte informaţia despre georeferenţiere, care momentan nu este definită. Apăsaţi butonul Edit, apoi selectați Sistem de coordonate proiectat → National Grids → Europe → Stereo 70.

Apăsaţi butonul Add. Validaţi apoi cu OK cele două casete deschise. Închideţi ArcCatalog. În acest moment aveţi harta RectifyL-34-079 georeferenţiată.

c. Georeferenţierea hărţilor la care nu cunoaştem sistemul de proiecţie şi nu avem nici puncte de control cu coordonate cunoscute după modele

O altă situaţie în care avem nevoie să georeferenţiem o hartă este aceea în care aceasta nu prezintă nici o informaţie referitoare la plasarea zonei respective pe suprafaţa Pământului (recunoaştem regiunea după formă, ex. România, Judeţul Timiş, America de Sud) însă avem în format digital o hartă a aceleiaşi regiuni georeferenţiată. Harta scanată poate conţine informaţii importante pentru studiul nostru, pe care vrem să le integrăm celorlalte informaţii existente. De reținut că această metodă de georeferențiere nu este foarte exactă, harta rezultată nesuprapunându-se întru-totul ariei reale de extindere.

Deschideţi programul ArcMap şi cu ajutorul butonului Add Data afişaţi harta (layerul) Rectify_L-35-087 (Fig. 37). Aceasta este harta topografică georeferenţiată la pasul anterior. Ea va fi folosită ca şi model pentru harta pe care vrem să o georeferenţiem.

Fig. 37. Harta L-35-087 georeferențiată

În acest exerciţiu vom folosi o hartă turistică scanată a Munților Bucegi. Cu ajutorul butonului Add Data aduceţi pe spaţiul de lucru harta Bucegi.jpg. Apăsaţi OK la mesajul care vă spune că această hartă poate fi desenată însă nu şi proiectată şi la legendă apare layerul reprezentând această hartă (raster). Ea

însă e de negăsit pe suprafaţa ecranului. Apăsaţi butonul Full Extent . Harta topografică urcă puţin către nord şi se deplasează puţin către est, însă tot nu se vede nimic. Dacă vă uitaţi însă cu foarte mare atenţie, cu puţin noroc în partea stângă-jos a ecranului se ghiceşte ceva afişat de foarte mici dimensiuni. Pentru a vedea mai bine faceţi următorul lucru: în legendă executaţi clic-dreapta pe stratul Bucegi.jpg şi alegeţi opţiunea Zoom To Layer.

Pe întreg ecranul apare harta turistică scanată (Fig. 38).

Fig. 38. Harta turistică scanată a Munților Bucegi

Metoda de georeferenţiere constă în găsirea de puncte comune atât pe harta pe care vrem să o georeferenţiem, cât şi pe cea ce serveşte drept model şi unirea lor prin puncte cu ajutorul funcţiei utilizate în exerciţiul anterior.

Verificaţi ca bara de instrumente Georeferencing să fie prezentă pe ecran, dacă nu este, aduceţi-o. !!!Atenție ce hartă doriți sa georeferențiați (fig.39).

Fig. 39. Selectarea hărții ce urmează a fi georeferențiată

Măriţi zona din apropierea cabanei Babele (Fig. 40).

Fig. 40. Mărirea zonei din apropierea cabanei Babele şi poziţia primului punct de reper

De pe bara de georeferenţiere apăsaţi butonul Add Control Points şi executaţi primul clic în centrul semnului de cabană (Fig. 41).

Fig. 41. Realizarea primului clic

Executaţi apoi clic-dreapta la legendă pe layerul Rectify_L-35-087 şi alegeţi Zoom To Layer (atenţie, că „trageţi” după cursor firul de legătură între cele două puncte; evitaţi să faceţi clic acum pe spaţiul hărţii). Când harta topografică apare pe ecran căutați cabana Babele şi măriţi (Fig. 42) (va trebui să

faceţi clic pe butonul Zoom In ). Apăsaţi din nou butonul Add Control Points şi faceţi clic pe punctul corespunzător de pe această hartă.

Fig. 42. Mărirea zonei din jurul cabanei Babele şi executarea celui de-al doilea clic

Din cauză că Auto Adjust nu a fost debifat harta scanată se ajustează în funcţie de noua poziţie a punctului de legătură. Ea se află poziționată peste harta topografică.

La legendă faceţi din nou clic-dreapta pe harta turistică şi alegeţi funcţia Zoom To Layer. Măriţi zona din partea de jos a hărții şi căutați cabana Zănoaga. Executaţi un punct de control cu ajutorul butonului Add Control Points, urmând paşii descrişi mai sus (Fig. 43).

Fig. 43. Mărirea zonei din jurul cabanei Zănoaga şi poziţia celui de al doilea punct de

control

După executarea celui de al doilea clic, hărţile aproape că se suprapun. Pentru mai multă siguranţă vom mai marca o serie de puncte de control cu ajutorul butonului Add Control Points în locaţiile care se pot vedea în Fig. 44.

Atenţie la marcarea acestor puncte: prima dată se face clic pe punctul de pe harta scanată (ce urmează a fi georeferențiată) iar al doilea pe harta topografică (harta deja georeferențiată). Pe măsură ce marcaţi aceste puncte, harta se ajustează corespunzător. Nu vă aşteptaţi la o potrivire perfectă între cele două.

Fig. 44. Marcarea unor puncte suplimentare

După introducerea tuturor punctelor deschideţi tabelul de legătură (ultimul buton de pe bara Georeferencing). Aici vedeţi toate punctele introduse. Când avem multe puncte disponibile putem folosi o modelare utilizând un polinom de grad mai mare. Uitaţi-vă ce valoare are momentan Total RMS Erorr. În funcţie de ce puncte aţi folosit şi cât de fidel aţi păstrat corespondenţa între ele, valoarea ei variază, însă ar trebui să fie în jurul valorii de 150 (metri). De la Trasformation alegeţi 2nd Order Polynomial. Vedeţi cum scade eroarea şi în ce fel se modifică harta. Alegeţi şi polinom de ordinul 3. Eroarea trebuie să fie acum mult mai redusă, sub 60-70. În aceeaşi măsură s-a modificat şi harta (Fig. 45).

Fig. 45. Tabelul de legătură

Cu toate că harta este deformată într-un mod în care nu poate fi folosită la exterior, în arealul de interes (Munții Bucegi), unde au fost luate cele mai multe puncte de legătură, ea corespunde destul de bine. Vrem ca această variantă să o păstrăm. Pentru a o putea folosi şi pe mai târziu trebuie să o rectificăm. De pe bara Georeferencing faceţi clic pe butonul Georeferencing iar de aici alegeţi opţiunea Rectify. Păstraţi numele şi setările implicite şi apăsaţi Save.

Apăsaţi butonul New Empty Map, nu salvaţi. Cu butonul Add Data afişaţi harta Rectify_Bucegi.tif. Harta se afişează. Dacă veţi consulta în colţul dreapta-jos veţi vedea că sunt exprimate unităţile de măsură. În momentul în care o hartă se georeferenţiază după o hartă deja georeferenţiată într-un sistem de proiecţie / referinţă, ea primeşte automat acest sistem, nemaifiind nevoie de asocierea lui în ArcCatalog.

3. Transformări ale fişierelor în diferite proiecții

Acestea se folosesc pentru a converti datele geografice dintr-un sistem proiecție în altul. Atunci când obțineți date GIS, de multe ori trebuie să fie transformate sau proiectate. Deoarece datele pe care le primiți nu sunt întotdeauna preprocesate, va trebui de multe ori să localizați datele prin atribuirea coordonatelor. Pentru aceasta, ArcMap dispune de instrumente de transformare şi proiectare, prin care datele primesc locația şi orientarea corectă (Modulul Projections and Transformations).

Modulul Projections and Transformations se accesează din ArcToolbox → Data management Tools (fig. 46).

Fig. 46. Accesarea modulului „Projections and Transformations”

Definirea unui sistem de proiecție (Define Projection) înlocuieşte informațiile despre sistemul de coordonate (proiecție și datum) ale setului de date. Utilizarea acestui instrument este recomandată doar pentru seturile de date care nu au un sistem de coordonate definit sau au unul incorect definit.

Project raster → transformă un raster dintr-o proiecție în alta. Deschideți din folderul .../project_raster cele trei fişiere şi explorați diferențele dintre ele.

Feature project → transformă un fişier vector dintr-o proiecție în alta. Deschideți din folderul .../project_vector cele trei fişiere şi explorați diferențele dintre ele.

Întrebări şi teme de reflecţie: La ce ne foloseşte georeferenţierea? Cum puteţi verifica cât de bine a fost făcută georeferenţierea? Care sunt informaţiile cele mai importante de care avem nevoie la

georeferenţierea unei hărţi? Care este numărul minim de puncte pentru a georeferenţia o hartă? Are vreo importanţă asocierea sistemului de referinţă în care a fost

realizată harta originală sau se poate asocia orice alt sistem? O dată ce am introdus punctele de control cu coordonatele lor mai este util să asociem un sistem de referinţă?

Ce importanţă au punctele de control?