Page 25, Застосування геоінформаційних систем у геоекологічних дослідженнях, Методика
Гріди. Просторова інтерполяція. Ізолінії.
Гриди – це прямокутні матриці, які з квадратних осередків, у кожному у тому числі записано лише одне числове значення, тобто. це різновид растрових шарів електронних карток. З їхньою допомогою створюються безперервні поля будь-яких числових параметрів. Грид будується в комп'ютерній карті певної проекції і осередок гріда є квадратом саме на поверхні карти, а не Землі. Осередок гриду займає певну область поверхні карти, і значення записаного в осередку параметра змінюється стрибком при переході до сусіднього осередку. Однак осередків багато, їх кількість обмежується лише пам'яттю комп'ютера. Тому зміна значень параметра у безперервному полі виходить плавним.
Найчастіше гриди застосовуються для просторової інтерполяції числових значень. Припустимо, необхідно за результатами проведення досліджень у низці точок визначити територію чи акваторію, чий екологічний стан є неблагополучним. Зрозуміло, доведеться інтерполювати значення параметрів між точками, в яких вони визначені, та екстраполювати значення на прилеглі до крайніх точок визначення параметрів ділянки. Інший випадок: моделювання поширення будь-якої речовини у водоймі, атмосфері чи ґрунті. У просторово-неоднорідних моделях область моделювання апроксимується сітковою областю, в якій простір розбивається на окремі осередки (найчастіше – квадрати), концентрації компонентів екосистеми, що моделюються, розраховуються в центрах цих осередків. Перед початком комп'ютерних розрахунків необхідно встановити початкові та граничні умови, зокрема, значення компонент у вузлах сіткової області. Для верифікації моделі також необхідно порівняння чисельних результатівекспериментів з даними моніторингу природного об'єкта, що моделюється. Зрозуміло, моніторинг екосистеми проводиться над вузлах сіткової області, а якихось інших точках. Щоб отримати значення компонент у точках сіткової області, необхідна просторова інтерполяція результатів моніторингу та отримання значень безперервного поля у точках із заданими координатами, тобто. вузлах сіткової області.
У деяких випадках гриди утворюються шляхом конвертування растрових зображень, наприклад космічних знімків. Файл кольорового растрового зображення в більшості випадків містить три матриці з інтенсивністю трьох основних кольорів: червоного, зеленого та синього. Тому його можна перетворити на три гриди, комірки яких будуть містити відносні інтенсивності відповідних кольорів. Взагалі, маніпуляції з гридами, отриманими з растрових зображень, потрібні для створення зображень у штучних кольорах. Часто шляхом виконання комбінацій арифметичних дій з інтенсивностями випромінювання земної поверхні в різних діапазонах спектру вдається виділити об'єкти, які раніше не були помітні в жодному діапазоні. Наприклад, виявити мережу струмочків під пологом лісу, чагарники макрофітів тощо.
При побудові грида слід пам'ятати, що, на відміну векторних шарів, він може бути перетворений за зміни картографічної проекції Вида. Тому перед створенням гриду слід точно визначити, в якій проекції його будувати. Зрозуміло, це стосується того випадку, коли координатна система Вида є географічною, і Ви можете змінювати параметри проекції і сам тип проекції Вида у вікні Властивості (Properties) спадного меню Вид. Наприклад, якщо планується визначення площ різних частин гриду та його відносин, слід застосовуватиякусь рівноплощадну проекцію.
Для можливості створення гридів, просторової інтерполяції і побудови ізоліній необхідний модуль Spatial Analyst. Цей модуль поставляється окремо від базового ядра ГІС ArcView 3.2 і має бути відповідно інстальовано окремо. Однак якщо він уже проінстальований, його потрібно «включити». Для цього у спадному меню "Файл" вікна ArcView вибрати опцію "Модулі" ("Extensions"). На екрані з'явиться діалогове вікно Модулі. У вікні прокручування «Доступні модулі» потрібно знайти напис «Spatial Analyst» і в квадратику ліворуч від неї поставити «пташку» - навести на цей квадратик курсор, при цьому він набуде форми «пташки», натиснути ліву кнопку маніпулятора «миша», а потім натискаємо кнопку "ОК". Після цього всі можливості модуля Spatial Analyst є у нашому розпорядженні.
Грид неспроможна мати інший форми крім прямокутника (у разі – квадрата). Однак часто трапляються випадки, коли нам не потрібно інтерполювати по всьому прямокутнику, що охоплює область точок зі значеннями певних даних. Наприклад, у нас є дані результатів моніторингу вмісту будь-якої забруднюючої речовини у водах Фінської затоки. Повний опис точок (станцій відбору проб) прямокутник неминуче частково «наїде» на сушу. Звичайно, інтерполяція даних для ділянок на суші позбавлена будь-якого сенсу. Звичайно, можна змиритися з цим і при візуалізації результатів інтерполяції просто накрити зверху клітинки ґріда векторним полігональним шаром об'єктів суші. Однак це може спотворити результати статистичного аналізу: враховуватимуться осередки, що знаходяться на суші. Тому слід створити тему грид-маски - матриці з осередками 2-х типів, які показують, для яких осередків слід проводити інтерполяцію, а які можна пропустити.Зрозуміло, створювані потім гриди з результатами інтерполяції повинні мати такі самі просторові характеристики, як і шар грид-маски. У нашому прикладі ми хочемо провести інтерполяцію даних щодо української частини Фінської затоки. Тому грід-маску ми маємо зробити на підставі векторного полігонального шару східної частини Фінської затоки. Тому необхідно створити полігон східної частини Фінської затоки, що просторово охоплює всі точки моніторингу. Як це зробити - подивіться вказівки до завдання № 4.2 цього посібника.
Отже, полігональний шар східної частини Фінської затоки створено. У цьому випадку він складатиметься з одного об'єкта. Робимо цей шар (тему) активним, у спадному меню «Тема» вибираємо опцію «Convert to Grid». З'явиться діалогове вікно, в якому потрібно вказати ім'я та розміщення гриду, що створюється. Необхідно підкреслити, що модуль Spatial Analyst патологічно не виносить українських букв у назвах гридів, папок і тому часто буває краще погодитися з тією назвою та варіантом розміщення, яку Вам запропонує комп'ютер. Потім з'явиться діалогове вікно, в якому слід задати параметри теми, що створюється. У вікні прокручування "Output Grid Extent" слід задати "Такий самий, як і полігональний шар об'єктів, всередині яких необхідно провести інтерполяцію" ("Same as ..."). У нашому прикладі це шар східної частини Фінської затоки. В інших вікнах прокручування "Output Grid Cell Size" - "Розмір осередку гриду", "Number of Rows" - "Кількість рядів (рядків)" і "Number of Columns" - "Кількість колонок" ГІС запропонує Вам свої варіанти. Ви можете погодитись, а можете скоригувати, наприклад, зменшити розмір осередків для збільшення плавності результуючого поля безперервних значень. Далі з'явиться діалогове вікно із запитанням: «Pick field for cellvalues», тобто. «Виберіть поле для значень у осередках гриду». Нагадаємо, що в грід-маску мають бути осередки всього двох типів: з числовим значенням і «Немає даних». Тому в атрибутивній таблиці полігонального шару потрібно створити нове числове поле і у всіх записах (рядках) поставити число 1, або відредагувати вже існуюче числове поле.
Згадаймо методику редагування таблиць в ArcView 3.2. Для редагування атрибутивної таблиці слід на панелі інструментів вікна проекту натиснути кнопку відкриття таблиць активних тем. З'явиться таблиця атрибутів активної теми. Інтерфейс вікна ArcView зміниться. На ньому з'явиться кнопка Таблиця. Натисніть на неї - з'явиться спадне меню, в якому слід вибрати опцію "Почати редагування". Потім активізуємо спадне меню «Редагувати». У ньому вибираємо "Додати поле". У діалоговому вікні задаємо ім'я поля або погоджуємося з назвою, запропонованою системою. Тип поля залишаємо "Числове" ("Number"), ширина поля за умовчанням коштує 16, можна залишити так, можна шістку прибрати, залишити 1 - більше нам не треба. Натискаємо «ОК» – у відкритій таблиці з'явиться виділене нове поле. Поставимо в кожному записі в цьому полі значення 1. Запис у таблицю можливий за активної кнопки зміни значення комірок. Це середня із трьох крайніх праворуч у нижньому ряду кнопок Панелі інструментів. На ній зображено символ «I» та стрілка. Після цього повертаєтеся в спадне меню «Таблиця» та вибираєте «Припинити редагування» і далі – «Зберегти зміни».
Вочевидь, всі ці дії з таблицею атрибутів полігональної теми слід виконувати до її конвертації в грид-тему. Повернемося до цього процесу. Після того, як Ви пояснили системі, з якого поля їй слід брати значення для осередків, система задастьпитання: «Join feature attributes to grid?» – «Приєднати до гриду значення атрибутів об'єктів векторної теми?» В даному випадку не має значення, як Ви дасте відповідь на це запитання. За замовчуванням стоїть "Ні". Наступне питання системи: "Add grid as theme to the View?" – «Додати грид як тему на цей Вид». Саме це Вам і треба, так що погоджуйтесь (за умовчанням стоїть «Так»). В результаті у Віді з'явиться грид-тема, що має осередки лише двох типів: в одних містяться числові значення 1, в інших - "Дані відсутні" ("No data"). Тепер активізуйте у вікні ArcView спадне меню "Analysis", в ньому - "Properties" ("Властивості"). З'явиться діалогове вікно "Analysis Properties: Вигляд такий-то". У нижній його частині знаходиться вікно прокручування "Analysis Mask". За замовчуванням там стоїть "No Mask Set": "Маска не задана". Натомість вибираєте створену тему грид-маски та натискаєте «ОК». Тепер інтерполяція вироблятиметься у частині карти, що потрібно, тобто. в межах майданного шару, обраного як основу для створення грід-маски. Звичайно, якщо область інтерполяції – прямокутник, то немає жодної потреби у створенні грід-маски. Це можливо, наприклад, при інтерполяції даних по якомусь однорідному району, що не має природних кордонів: акваторії океану або моря далеко від берегів, центральної ділянки сухопутної геосистеми. При цьому форма області дослідження близька до прямокутника.