Zvětšujeme rozsah základní mapy k prvnímu kotevnímu bodu. Také zvětšíme obrázek, který je ukotven k vybranému kotevnímu bodu. Po najetí na kotevní bod v okně modulu klikněte na tlačítko „Přidat bod“ a klikněte myší na vybraný bod. Poté se otevře formulář pro zadání souřadnic. Souřadnice lze zadat buď pomocí vstupních polí, nebo je zachytit z mapy. Pokud máme souřadnice bodů získané např. pomocí GPS navigátoru, můžeme je zadat do příslušných polí. Chcete-li získat souřadnice ze základní mapy, klikněte na tlačítko „Z mapy“.

Kvalita uchopení závisí na počtu bodů uchopení a volbě metody transformace. Můžete si přečíst více o transformačních metodách.

Pokud jste v okně transformačních parametrů zaškrtli volbu „Otevřít výsledek QGIS“, pak po dokončení procesu vazby bude výsledná vrstva přidána do pracovního projektu nad základní mapu.

Důležitou nuancí je, že v důsledku činnosti modulu má výsledný rastr v parametrech transformace zadaný souřadnicový systém, ale neobsahuje informaci o tom, o jakou projekci rastru se přesně jedná. Z tohoto důvodu může být přítomen v seznamu vrstev, ale nezobrazen na mapě. V tomto případě musíte přejít do „vlastností hladiny“ a zadat požadovaný souřadnicový systém ručně.

Můžeme také oříznout propojený obrázek na oblast zájmu, jak je popsáno, a stáhnout jej do tabletu nebo smartphonu, jak je popsáno.

Rastrová data se obvykle získávají skenováním papírových map nebo zpracováním leteckých snímků či satelitních snímků. Datové sady získané skenováním map obvykle nejsou georeferencovány (ať už v rámci sady, ani jako samostatný soubor). Někdy jsou informace o poloze poskytované v souborech leteckých nebo satelitních snímků nepřesné a taková data nelze správně kombinovat s jinými dostupnými prostorovými daty. Chcete-li tedy použít některé rastrové datové sady s ostatními prostorovými daty, musíte tyto rastrové datové sady georeferencovat na souřadnicový systém mapy. Souřadnicový systém mapy je specifikován pomocí mapové projekce (metoda promítání zakřiveného povrchu Země do roviny).

Georeferencování rastrových dat se provádí určením umístění pomocí mapových souřadnic a přiřazením souřadnicového systému k datovému rámci. Prostorově odkazovaná rastrová data vám umožňují prohlížet, dotazovat se a analyzovat data spolu s dalšími geografickými daty. Panel nástrojů Prostorová reference Umožňuje georeferencovat rastrové datové sady a vrstvy rastrových datových sad (které mohou mít rastrovou funkcionalitu), obrazové služby a rastrové produkty.

V zásadě se k nastavení prostorové reference rastrové datové sady používají následující kroky:

Chcete-li vidět ukázku georeferencování rastrové datové sady, podívejte se na video o georeferencování.

Uchopte rastr pomocí řídicích bodů

Georeferencování rastrových dat v zásadě probíhá pomocí existujících prostorových dat (cílových dat), jako je georeferenční rastr nebo vektorová třída prvků, která má požadovaný mapový souřadnicový systém. Tento proces zahrnuje definování řady řídicích bodů – známých souřadnic x,y – které spojují známá místa v rastrové datové sadě s odpovídajícími místy v georeferencovaných datech (cílových datech). Kontrolní body jsou místa, která lze snadno definovat v rastrových datových sadách a která mají přesné souřadnice. Identifikátory polohy mohou zahrnovat například křižovatky silnic nebo vodních toků, ústí řek, skalní výchozy, rohy ulic nebo náměstí a křižovatky lesních ochranných pásů.

Kontrolní body se používají ke konstrukci polynomiální transformace, která posune rastrový soubor dat do geograficky správného umístění. Spojení mezi referenčním bodem v rastrové datové sadě (point from) a odpovídajícím bodem v již zarovnaných datech (point to) se nazývá odkaz.

Níže uvedený příklad ukazuje referenční bod „do“ (žlutý kříž) umístěný na vektorové datové vrstvě na křižovatce ulic a související referenční bod „od“ (zelený kříž) umístěný na rastru. Spojení je znázorněno modrou čarou spojující oba body.

Počet požadovaných odkazů závisí na složitosti transformace, kterou plánujete použít k propojení rastrové datové sady s mapou. Přidání dalších odkazů nemusí nutně zlepšit přesnost transformace. Pokud je to možné, je nejlepší rozmístit vztahy rovnoměrně v celé rastrové datové sadě, spíše než je soustředit na jedno místo. Nejlepší výsledky obvykle poskytuje jeden odkaz v každém rohu rastru a několik ve středu.

Obecně platí, že čím větší je oblast překrytí mezi rastrovým datovým souborem a cílovými daty, tím lepší je výsledek georeferencování, protože kontrolní body, ze kterých je konstruován, mohou být rovnoměrněji rozloženy. Pokud například vaše cílová data pokrývají čtvrtinu plochy rastrové datové sady, budou kontrolní body soustředěny pouze v této oblasti. Cokoli, co nespadá do oblasti překrytí, bude tedy s největší pravděpodobností zaklapnuto nesprávně.

Mějte na paměti, že přesnost georeferencovaných dat nebude větší než přesnost dat, ze kterých georeferencujete. Pro snížení chyb by mělo být georeferencování prováděno s použitím dat s nejvyšším rozlišením v největším měřítku.

Rastrová konverze

Jakmile vytvoříte dostatek vztahů, můžete přichytit – nebo transformovat – sadu rastrových dat tak, aby odpovídala souřadnicím cílových dat. Chcete-li dosáhnout maximální shody souřadnic pro každou buňku, můžete použít polynomiální, spline, fiting nebo podobnostní transformace.

Polynomiální transformace využívá konstrukci polynomu založeného na referenčních bodech a algoritmu proložení metodou nejmenších čtverců (LSF). Tato metoda je optimalizována pro celkovou přesnost, ale nezaručuje místní přesnost. Polynomiální transformace používá dva vzorce: jeden pro výpočet souřadnic x ze vstupních (x,y) souřadnic umístění a druhý pro výpočet souřadnic y. Cílem nejmenších čtverců je vypočítat obecný vzorec, který platí pro všechny body, obvykle mírným posunutím pozic referenčních bodů. Počet nekorelovaných kontrolních bodů požadovaných pro tuto metodu je 1 pro nultý řád, 3 pro první řád, 6 pro druhý řád a 10 pro třetí řád. Polynomy nižšího řádu mají tendenci mít chybu náhodného typu, zatímco polynomy vyššího řádu mají tendenci mít chybu extrapolace.

Polynomiální transformace prvního řádu se běžně používá pro georeferencování obrazu. Níže je uvedena rovnice pro transformaci rastrové datové sady pomocí afinní (prvního řádu) polynomiální transformace. Šest parametrů určuje transformaci rastrových řádků a sloupců na mapové souřadnice.

K zkreslení vašich dat bude použit polynom nultého řádu. To se často používá v situaci, kdy jsou vaše data již georeferencována, ale malý posun vaše data lépe zarovná. K provedení polynomického posunu nulového řádu na vašich datech je potřeba pouze jeden odkaz. Doporučuje se provést několik připojení a poté vybrat to, které vypadá nejpřesněji.

Použijte transformaci prvního řádu (afinní) k posunutí, změně měřítka nebo otočení rastrové datové sady. To obvykle umožňuje zachovat rovné linie původního rastru v transformovaném rastrovém souboru dat. Čtverce a obdélníky rastrové datové sady jsou tedy typicky zkrouceny do rovnoběžníků spolu s náhodnými změnami v měřítku a úhlové orientaci.

Pomocí pouhých tří odkazů může matematický výraz použitý v transformaci prvního řádu přesně propojit každý rastrový bod s cílovými daty. Použití více než tří odkazů přináší deformace nebo rezidua, která jsou distribuována napříč všemi odkazy. Měli byste však zadat více než tři odkazy, protože pokud je jeden z nich pozičně nesprávný, bude to mít mnohem větší dopad na proces převodu. Proto i přes nárůst matematické chyby transformace s rostoucím počtem spojení se zvýší i celková přesnost transformace.

Čím vyšší je řád transformace, tím složitější zkreslení lze korigovat. Transformace vyšší než třetího řádu se však používají velmi zřídka. Transformace vyššího řádu vyžadují více připojení, a tedy delší dobu zpracování. Obecně platí, že pokud je třeba rastrovou datovou sadu roztáhnout, otočit nebo změnit její velikost, měli byste použít transformaci prvního řádu. Pro složitější transformace se používají transformace druhého nebo třetího řádu.

Spline transformace je skutečná metoda pryžového listu optimalizovaná tak, aby poskytovala místní, ale ne globální přesnost přichycení. Je založen na splajnové funkci, po částech polynomu, který poskytuje plynulé, spojité přechody mezi sousedními polynomy. Zajišťuje přesné zarovnání zdrojových a cílových referenčních bodů, ale u odstraněných pixelů není zaručeno, že budou přesně zarovnány. Tato transformace je užitečná, pokud je správné umístění kotevních bodů nanejvýš důležité. Přidání dalších řídicích bodů může zvýšit celkovou přesnost transformace spline. Vyžaduje alespoň 10 kontrolních bodů.

Transformace fitováním je vhodná pro zachování jak globální přesnosti (nejmenších čtverců, LSF), tak lokální přesnosti. Je postaven na algoritmu, který optimalizuje polynomiální transformaci a metody interpolace triangulační sítě (TIN). Polynomiální transformace se provádí pomocí dvou sad řídicích bodů, které je umístí co nejpřesněji, s přihlédnutím k technice interpolace TIN. Pro přizpůsobení hranic jsou zapotřebí alespoň tři referenční body.

Projektivní transformace může zachovat linie tak, aby zůstaly rovné. V tomto případě se paralelní čáry mohou ukázat jako neparalelní. Projektivní transformace je užitečná zejména pro zkreslené snímky, naskenované mapy a satelitní snímky Landsat nebo Digital Globe. K provedení projektivní transformace jsou zapotřebí alespoň čtyři připojení. Pokud existují čtyři propojení, bude chyba RMS nula. Pokud je připojení více, bude chyba RMS mírně nad nulou.

Podobnostní transformace je transformace prvního řádu, která se snaží zachovat tvar původního rastru. Střední kvadratická chyba má tendenci být vyšší než u jiných polynomických transformací, protože zachování tvaru má vyšší prioritu než přesné přizpůsobení.

Interpretace střední kvadratické chyby

Když se odvodí obecný vzorec a aplikuje se na kontrolní body, změří se chyba – reziduum. Tato chyba je rozdíl mezi skutečnou a vypočítanou polohou "bodu k". Celková chyba se vypočítá z druhé odmocniny (RMS) součtu chyb všech odkazů. Tato hodnota popisuje stupeň koordinace transformace mezi všemi referenčními body (vazbami). Pokud je chyba příliš velká, můžete ji odstranit nebo přidat kontrolní body, abyste ji snížili.

Ačkoli je chyba RMS dobrým odhadem přesnosti transformace, malé množství chyb RMS by nemělo být zaměňováno s přesností mapování. Výsledek transformace může mít například značné nepřesnosti v důsledku nesprávného výběru kontrolních bodů. Čím správnější kontrolní body použijete, tím přesnější bude výsledek převodu původních dat. Proložení hranic a splajnové transformace obvykle produkují chybu RMS přibližně nula nebo nula; to však neznamená, že je obraz přesně odkazován v prostoru.

Dopředný posun zobrazuje chybu ve stejných jednotkách, jaké jsou určeny prostorovým odkazem datového rámce. Reverzní offsety zobrazují chybu v pixelech. Zkreslení vpřed a vzad je mírou přesnosti a zobrazuje se v pixelech. Hodnoty offsetu bližší nule jsou považovány za přesnější.

Přepočet rastrové datové sady

Když transformujete, promítáte nebo převzorkováváte rastrovou datovou sadu, převádíte ji z jedné projekce na jinou nebo měníte velikost buňky, provádíte geometrickou transformaci. Geometrická transformace je proces změny geometrie rastrové datové sady z jednoho souřadnicového prostoru do druhého. Geometrické transformace zahrnují pryžovou fólii (běžně používanou při prostorových odkazech), projekci (používá informace o projekci k transformaci dat do jiné projekce), translaci (přesun všech souřadnic stejně), rotaci (otočení všech souřadnic o stejný úhel) a změnu velikosti rastru. buňky datové sady.

Po provedení geometrické transformace se středy buněk původního rastru zřídka shodují se středy buněk konečného rastru; hodnoty však musí být vycentrovány.

Můžete si myslet, že každá buňka rastrové datové sady je transformována do nového umístění na mapě, ale ve skutečnosti tomu tak není. Během georeferencování se pomocí souřadnic mapy vypočítá matice prázdných buněk. Každé prázdné buňce je pak přiřazena hodnota na základě výsledku přepočtu.

Tři nejčastěji používané metody převzorkování jsou: nejbližší soused, bilineární interpolace a kubická konvoluce. Všechny tyto metody přiřazují hodnotu každé prázdné buňce na základě výsledků zpracování buněk neověřené rastrové datové sady.

Výpočet nejbližšího sousedství je nejrychlejší metodou převzorkování a dobře se hodí pro zpracování kategorických nebo aktuálních dat, protože nemění hodnoty vstupních buněk. Poté, co jsou středy buněk výstupních dat porovnány se středy buněk vstupního rastru, metoda nejbližšího souseda určí středovou polohu nejbližší buňky vstupního rastru a přiřadí tuto hodnotu buňce výstupního rastru.

Při použití metody nejbližšího souseda se hodnoty buněk vstupního rastru nezmění. Hodnota 2 ve vstupním rastru zůstane vždy hodnotou 2 ve výstupním rastru; nezmění se na 2, 2 nebo 3. Protože výstupní hodnoty zůstávají stejné, měla by být použita metoda Nearest Neighbor s nominálními nebo ordinálními daty, kde každá hodnota představuje třídu, funkční jednotku nebo klasifikaci – to může být kategoriální údaje, jako jsou typy půdy, lesy nebo využití půdy.

Bilineární interpolace využívá hodnoty čtyř nejbližších středů vstupních buněk k výpočtu jedné hodnoty ve výstupním rastru. Hodnota výstupní buňky je vážený průměr těchto čtyř vstupních buněk, upravený podle jejich vzdálenosti od středu odpovídající buňky ve vstupním rastru. Ve srovnání s metodou nejbližšího souseda tato metoda převzorkování vytváří hladší obraz.

Protože hodnoty výstupních buněk se počítají v závislosti na jejich relativní poloze a hodnotách vstupních buněk, bilineární interpolace je vhodná pro data, ve kterých poloha vůči známému bodu nebo jevu určuje hodnotu buňky - tzn. pro souvislé plochy. Nadmořské výšky, sklony, intenzita letištního hluku nebo salinita podzemní vody v okolí ústí řeky jsou jevy, které jsou reprezentovány souvislými plochami a nejlépe je změnit měřítko pomocí metody bilineární interpolace.

Kubická konvoluce je podobná bilineární interpolaci s tím rozdílem, že vážený průměr se vypočítává pomocí hodnot ve středech 16 nejbližších buněk. Kubická konvoluce vytváří ostřejší obraz než bilineární interpolace, protože do procesu výpočtu výstupní hodnoty je zapojeno více buněk. Proto se tato metoda převzorkování často používá ke zpracování snímků, jako jsou satelitní a letecké snímky.

Bilineární interpolace a kubická konvoluce by se neměly používat s kategorickými daty, protože kategorie nebudou ve výstupu zachovány. Všechny tři metody však lze použít se spojitými daty, přičemž nejbližší okolí produkuje větší pixely, bilineární interpolace vytváří hladší povrch a kubická konvoluce vytváří nejostřejší obraz. Při zahájení velkého projektu převzorkování se doporučuje vytvořit prototyp a vyzkoušet několik metod převzorkování, abyste určili metodu, která nejlépe vyhovuje vašim datům.

Je nutné transformovat rastr?

Transformaci rastrové datové sady po georeferencování můžete uložit pomocí příkazu Transformace na panelu nástrojů Prostorová reference nebo pomocí nástroje Transform. Kromě toho můžete uložit informace o převodu do dalšího souboru pomocí příkazu panelu nástrojů Prostorová reference.

Transformace umožňují vytvořit novou rastrovou datovou sadu, která je georeferencována na mapové souřadnice. Můžete jej uložit ve formátu BIL, BIP, BMP, BSQ, DAT, GIF, GRID, IMG, JPEG, JPEG 2000, PNG nebo TIFF. ArcGIS nevyžaduje konverzi rastrové datové sady pro její zobrazení s jinými prostorovými daty; měli byste to však udělat, pokud jej zamýšlíte analyzovat nebo jej chcete použít v jiných programech, které nerozpoznají prostorovou referenci uloženou v samostatném georeferenčním souboru.

Při aktualizaci prostorové reference se transformace uloží do samostatného souboru – nevytvoří se nová rastrová datová sada, jako je tomu při ukládání transformace rastrové datové sady. U rastrové datové sady ve formě souboru, jako je TIFF, bude transformace obvykle zapsána do externího souboru XML s příponou .AUX.XML. Pokud je rastrová datová sada nezpracovaným obrázkem, jako je BMP, a transformace je afinní, bude zapsána do světového souboru. Pokud je rastrová datová sada uložena v geodatabázi, při spuštění příkazu Aktualizace prostorového odkazu, transformace bude také uložena v databázi jako další informace týkající se této rastrové datové sady. Aktualizace vrstvy rastru, obrazové služby nebo mozaiky aktualizuje vrstvu v mapovém dokumentu, ale neuloží změněnou prostorovou referenci do zdrojového souboru.

Níže uvedená tabulka ukazuje, jak jsou jednotlivé typy cílů uloženy.

Prostorová reference různých rastrů