Digital Geography

19. November 2012

QGis Tutorial – Teil 5: Einfache Geländeanalyse von Höhendaten (Raster), Neigung, Perspektive, Schummerung, Relief und Rauhigkeit

Der fünfte Teil eines Tutorials zu essentiellen Arbeiten mit Geographischen Informationssystemen (GIS) unter Verwendung vom openSource Quantum GIS (QGIS). QGis kann hier kostenlos heruntergeladen werden.

Tutorial 1: Georeferenzierung von Karten mit QGis
Tutorial 2: Erstellung einer topographischen Karte
Tutorial 3: Konvertierung von GPS-Daten (GPX to SHP)
Tutorial 4: Digitalisierung von Karteninhalten (Punkte, Linien und Polygone)
Tutorial 5: Einfache Geländeanalyse von Höhendaten (Raster)
Tutorial 6: Verbinden von Shape-Files mit CSV-Dateien (tablejoin)
Tutorial 7: Einbindung von WMS-Diensten im GIS (WMS, WCS, WFS)
Tutorial 8: OpenStreetMap (OSM) – Import und Export mit QGis
weitere QGIS Fachliteratur: 10 Bücher zur Weiterbildung in QGIS

Zielstellung

QGis bietet ab der Version 1.8.0 eine integrierte Geländeanalyse in seinen Raster-Tools. Dieses Tutorial stellt die neuen Funktionen vor.

Ziel ist die Analyse eines Rasterdatensatzes mit Höheninformationen hinsichtlich Neigung, Perspektive, Schummerung, Relief und Rauhigkeit und die Darstellung dieser.

Arbeitsmaterial

Quantum GIS 1.8
Höhenwerte (Raster) zum Beispiel aus den Beständen des freien ASTER oder SRTM mit (30m bzw. 90m räumlicher Auflösung).

Schritte

  1. Import der Ausgangsdaten
  2. Durchführung der Geländeanalyse
    2.1 Neigung
    2.2 Perspektive
    2.3 Schummerung
    2.4 Relief
    2.5 Rauhigkeit



1. Import der Ausgangsdaten

Ich entscheide mich zur Vorstellung der Geländeanalyse-Tools für ein ASTER Höhenwert-Datensatz, der vor allem durch seine räumliche Auflösung von 30m x 30m „sehr“ (für kostenlose Daten) detaillierte Geländeinformationen bereithält. Den Link zum Download findet sich hier.
Habt ihr den Datensatz euer Wunschregion heruntergeladen, muss dieser in QGis importiert werden. Zieht dafür einfach das xyz.tif aus eurem Downloadordner in die Layerübersicht von QGis (Abb. 1). QGis stellt sofort eine Ansicht in Grauwerten bereit, auch erkennt es das Koordinatensystem der Aster-Daten und stellt das Projekt automatisch auf WGS84 ein.

1. Daten in der Layerübersicht

Mehr Fachliteratur zu QGIS

Mehr Informationen über QGIS und seine Bedienung finden sich in diesen Büchern.

2. Durchführung der Geländeanalyse

Schauen wir uns die Geländeanalsye-Toolbox unter „Raster – Geländeanalyse genauer an (Abb. 2). Die neuen Funktionalitäten stellen eine gute Möglichkeit dar, Daten schnell zu analysieren und einen ersten Überblick zu erstellen. Generell sind die Konfigurationsmöglichkeiten der einzelnen Tools eher überschaubar, sollten höhere Anforderungen für die Bearbeitung der Daten herrschen, rate ich zur Terrainanalyse mit GRASS Gis.

2. Geländeanalyse Toolbox

2.1 Neigung (Slope)

In geomorphologischer Hinsicht ist die Neigung einer der wichtigsten Parameter. Sie gibt Auskunft über lokale Reliefenergien und bestimmt u.a. die Lagestabilität der Auflage/Böden – entsprechend auch die der Nutzung.

Über „Raster – Geländeanalyse“ wähle ich nun „Neigung“. Das Konfigurationsmenü (Abb. 3) öffnet sich und benötigt folgende Eingangsinformationen:

3. Neigung

Geländehöhenlayer: Hier wähle ich mein Aster Geo-TIFF (in meinem Fall xyz)
Ausgabelayer: Speicherort der Berechnungsergebnisse
Ausgabeformat: GeoTIFF ist voreingestellt
Z-Faktor: dieser Wert dient als Anpassungsfaktor, wenn x- und y-Angaben eine andere Einheit haben, als die Höhenwerte.

Die Ergebnisse (Pixelwerte der Ausgabe) geben den Grad der Inklination an (Abb. 4).

4. Ergebnis der Neigungsberechnung

2.2 Perspektive (Aspect)

Die Bestimmung der Ausrichtung eines Standorts ist in vielerlei Hinsicht wichtig. Sie bestimmt sowohl die Fläche der solaren Einstrahlung, als z.B. auch hydrologische Parameter im Bereich eines Einzugsgebietes.

Über „Raster – Geländeanalyse“ wähle ich nun „Perspektive“. Das Konfigurationsmenü (Abb. 5) öffnet sich und benötigt folgende Eingangsinformationen:

5. Perspektive

Geländehöhenlayer: Hier wähle ich mein Aster Geo-TIFF (in meinem Fall xyz)
Ausgabelayer: Speicherort der Berechnungsergebnisse
Ausgabeformat: GeoTIFF ist voreingestellt
Z-Faktor: dieser Wert dient als Anpassungsfaktor, wenn x- und y-Angaben eine andere Einheit haben, als die Höhenwerte.

Die Ergebnisse (Pixelwerte der Ausgabe) geben die Exposition in Grad an (Abb. 6).

6. Ergebnis der Perspektivsberechnung

2.3 Schummerung (shaded relief)

Bei der Schummerung wird eine künstliche Lichtquelle auf die Geländehöhen geworfen. Im Ergebnis lässt sich die Oberflächenform des Geländes gut veranschaulichen.

Über „Raster – Geländeanalyse“ wähle ich nun „Schummerung“. Das Konfigurationsmenü (Abb. 7) öffnet sich und benötigt folgende Eingangsinformationen:

7. Schummerung

Geländehöhenlayer: Hier wähle ich mein Aster Geo-TIFF (in meinem Fall xyz)
Ausgabelayer: Speicherort der Berechnungsergebnisse
Ausgabeformat: GeoTIFF ist voreingestellt
Z-Faktor: dieser Wert dient als Anpassungsfaktor, wenn x- und y-Angaben eine andere Einheit haben, als die Höhenwerte.
Beleuchtung: Hier lässt sich der Einfallswinkel der künstlichen Beleuchtung verändern.

Die Abbildung 8 zeigt das Schummerungsergebnis.

8. Ergebnis der Schummerung

2.4 Relief

Hinter dem Punkt „Relief“ verbirgt sich eine Visualisierungsmöglichkeit der Höhenwerte in gruppierten Stufen und Farben, wie man es typischerweise aus Atlanten kennt.

Über „Raster – Geländeanalyse“ wähle ich nun „Relief“. Das Konfigurationsmenü (Abb. 9) öffnet sich und benötigt folgende Eingangsinformationen:

9. Relief

Geländehöhenlayer: Hier wähle ich mein Aster Geo-TIFF (in meinem Fall xyz)
Ausgabelayer: Speicherort der Berechnungsergebnisse
Ausgabeformat: GeoTIFF ist voreingestellt
Z-Faktor: dieser Wert dient als Anpassungsfaktor, wenn x- und y-Angaben eine andere Einheit haben, als die Höhenwerte.
Relieffarben: Hier lassen sich Höhenschichtfarben definieren, automatisch generieren und im- bzw. exportieren.

Die Abbildung 10 zeigt das Schummerungsergebnis.

10. Ergebnis der Zuweisung von Höhenfarben

2.5 Rauhigkeit

Das Rauhigkeits-Tool bestimmt Rauhigkeitswerte des Terrains über die Analyse benachbarter Geländehöhen. Mehr dazu bei Riley et al. (1999).

Über „Raster – Geländeanalyse“ wähle ich nun „Rauhigkeit“. Das Konfigurationsmenü (Abb. 11) öffnet sich und benötigt folgende Eingangsinformationen:

11. Rauhigkeit

Geländehöhenlayer: Hier wähle ich mein Aster Geo-TIFF (in meinem Fall xyz)
Ausgabelayer: Speicherort der Berechnungsergebnisse
Ausgabeformat: GeoTIFF ist voreingestellt
Z-Faktor: dieser Wert dient als Anpassungsfaktor, wenn x- und y-Angaben eine andere Einheit haben, als die Höhenwerte.

Die Abbildung 12 zeigt das Rauhigkeitsergebnis.

12. Ergebnis der Rauhigkeitsanalyse