Расчёт вегетационного индекса NDVI в геоинформационной системе QGIS

1. Для расчёта индекса NDVI нам понадобится:

2. Пошаговая инструкция

3. Картинки для перчинки

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) — нормализованный относительный индекс растительности — простой количественный показатель количества фотосинтетически активной биомассы (обычно называемый вегетационным индексом). Один из самых распространенных и используемых индексов для решения задач, использующих количественные оценки растительного покрова. Данный индекс используется для количественной оценки биомассы на сельскохозяйственных полях.

1. Для расчёта индекса NDVI нам понадобится:

  1. человек;
  2. компьютер средней мощности;
  3. QGIS посвежее;
  4. прочесть базовые вещи по NDVI
    1. NDVI — {теория} и практика на gis-lab.info;
    2. Функция NDVI — из справки ArcGIS;
  5. формула:
    • NDVI = (NIR — RED) / (NIR + RED)
    • NIR — инфракрасный канал, RED — красный канал.
  1. снимок Landsat 8 в TIF;
  2. цветовая шкала NDVI из вышеупомянутой статьи для QGIS .
NDVI_index_calculation_program_QGIS_ndvi_gis-lab_info

Цветовая шкала NDVI

2. Пошаговая инструкция

  1. скачиваем снимок Landsat 8 в формате TIFF;
  2. распаковываем снимок в одноимённую папку;
  3. распаковываем шкалу ndvi.zip;
  4. запускаем QGIS;
  5. нам нужны каналы NIR и RED, у Landsat 8 это 5-й и 4-й каналы соответственно. Загружаем слои:
    • LC8xxxxxx20xxxxxLGN00B5
    • LC8xxxxxx20xxxxxLGN00B4
  1. делаем вычисления. Меню Растр –> Калькулятор растров,
    1. в поле Выражение пишем формулу NDVI: float («LC8xxxxxx20xxxxxLGN00B5@1» — «LC8xxxxxx20xxxxxLGN00B4@1») / float («LC8xxxxxx20xxxxxLGN00B5@1» + «LC8xxxxxx20xxxxxLGN00B4@1»)
    2. Формат вывода = GeoTIFF;
    3. Слой результатов = имя_получаемого_снимка_NDVI. Можно что-то типа LC8xxxxxx20xxxxxLGN00_NDVI. Полезный совет, если не хотите гадать почему вдруг не срабатывает сохранение файла, тогда избегайте в путях и именах файлов русскоязычных символов и пробелов, и тогда проблем не будет.
    4. [V] Добавить результат в проект;
  2. видим, что получился наш снимок NDVI, отображается он в Grayscale, а нам нужно в цветной удобной шкале увидеть растительность, для этого: заходим в Свойства слоя –> Загрузить стиль… –> [путь_до_папки_с_шаблоном_ndvi]/ndvilinear.qml –> OK;
  3. радуемся результату;
  4. если мы захотим это дело распечатать, то:
    1. меню Проект –> Создать макет –> имя_макета;
    2. на панели инструментов выбираем Добавить карту, помещаем её как надо;
    3. и самое главное — не забудьте поместить шкалу NDVI. Выбираем Добавить легенду;
    4. неплохо бы дать расшифровку значениям, 0.67 — густая растительность, 0.50 — разреженная растительность и т.п.
    5. остальное на свой страх и вкус.

3. Картинки для перчинки

Рубрики:ГИС, ДЗЗ Метки: , ,

Скачивание космоснимков с геопортала геологической службы США

1. Введение

Часто у людей начинающих работать в сфере ГИС-технологий возникает вопрос, где брать свежие космоснимки для своей работы. Об этом позаботилась NASA, космическое агентство США, которое ведёт проект Landsat с 1972 года, цель — съёмка всего земного шара для научных исследований. Landsat от слов Land и Satellite, что значит земля и спутник. На настоящий момент съёмку осуществляют Landsat 7 и новый Landsat 8. Именно снимками Landsat всплошную покрыт весь мир и они весьма широко применяются в самых различных сферах, начиная от сельского хозяйства и до разнообразных исследований. В данной статье я не вдаюсь в детали, не описываю каналы спутников и пр., цель — научить скачивать космоснимки с геопортала EarthExplorer. Правда акцент буду делать на Landsat 8, также будет упоминаться Landsat 7, т.к. космоснимки Landsat очень распространены и доступны, и применяются для решения огромного числа задач связанных с ДЗЗ.

2. Landsat 8

На данный момент эта самый доступный для народа американский спутник, производящий съёмку по всему земному шару, с интервалом съёмки 16 суток. Снимки доступны с сервера USGS, хорошего качества, геопривязанные и повторюсь, покрытие доступно на весь мир. Запустили спутник 11 февраля 2013 года, вот с тех пор и пополняется архив. На момент написания статьи имеется архив Landsat 8 на целый год, это огромный массив данных и всё это доступно обычному пользователю, даже не верится.

3. Landsat 7

пример космоснимка Landsat 7 SLC-off

Пример космоснимка Landsat 7 SLC-off. Таганрог. Красным пунктиром обозначена полоса снимка хорошего качества, дальше к краям появляются чёрные полосы

Landsat 7 имеет ту же самую миссию что и Landsat 8, он на орбите уже давно — с 1999 года, сколько ещё проработает — неизвестно, кроме того в 2003 году на спутнике Landsat 7 вышел из строя агрегат под названием Scan Line Corrector, что отразилось на получаемых снимках не лучших образом: по центру снимок выглядит нормально, а вот дальше к краям проявляются чёрные горизонтальные полосы, в связи с чем часть данных теряется, что затрудняет пользование снимками, всего полезных данных в получаемом снимке 78%.

4. О портале EarthExplorer

Портал разработан специалистами геологической службы США. Предназначен для поиска и заказа космоснимков, аэрофотоснимков и другой картографической продукции. Без регистрации можно искать данные, пользоваться всеми функциями, но скачивать и заказывать можно только после регистрации.

5. Регистрация в EarthExplorer

  1. открываем Firefox;
  2. в адресной строке идём по ссылке http://earthexplorer.usgs.gov/ (необходимо занести в закладки браузера). Это сайт геоголической службы США, где всем желающим после регистрации предоставляется свободный и открытый доступ к космоснимкам;
  3. на странице выбираем Register. Заполняем форму, регистрируемся. Записываем Login и Password.

5.1. Вход в EarthExplorer

После регистрации на сайте выбираем Login, вводим Login и Password указанный при регистрации. Запоминаем браузером пароль, чтобы каждый раз не вводить.

6. Интерфейс EarthExplorer

Для поиска данных нужно освоить интерфейс портала. Рассмотрим последовательно все части интерфейса.

6.1. Панель поиска

Слева мы видим панель поиска, на ней 4 основных вкладки, рассмотрим их.

Панель поиска

Панель поиска

6.1.1. Основные вкладки

  1. Search Criteria. Критерии поиска. Это основной этап. Здесь мы задаём географическую область поиска, дату искомых данных;
  2. Data Sets. Космоснимки. После выбора критерия поиска, выбираем необходимые спутниковые, картографические данные. К примеру, данные Landsat находятся в Landsat Archive;
  3. Additional Criteria. Данная выборка не является обязательной. Дополнительные критерии поиска. Можно задавать идентификатор, сенсор, покрытие облаками, день/ночь и пр., всё это для того чтобы ещё сузить область поиска;
  4. Results. Выдача результатов поиска. На данном этапе мы уже видим, что найдено, и что можно скачать, а что можно заказать.

6.1.2. Search Criteria. Поиск

  • Address/Place. Найти место по адресу, т.е. можем ввести к примеру какой-либо город и на карте появится точка с координатами этого города;
  • Path/Row. У съёмочной аппаратуры спутника есть параметры Path/Row, которые чётко определяют место снимаемого «квадрата»;
  • Feature. Поиск по объектам. По выбранной стране можно искать по таким классам как: административные границы, площадные объекты, гидрографические, гипсографические, населённые пункты, дороги, местные достопримечательности, подводные объекты, вегетация. Внутри каждого класса доступно много различных типов;
  • Circle. Круглый полигон. Для активации — на карте в Options вместо Polygon выбрать Circle. Полигон задаётся курсором, выбирая 2 точки на карте. Вначале задаётся центр полигона, затем радиус. Координаты и радиус также можно ввести вручную.
  1. Способы задания координат области поиска
    • Coordinates. По-умолчанию выбран данный режим. В нём полигон задаётся курсором, последовательно определяя точки на карте (максимум 30 точек). Можно вводить координаты вручную выбрав Add Coordinate. Можно выбрать формат координат: градусы/Минуты/Секунды или десятичные. Полезная вещь Use Map, создаёт полигон, границами которого является видимый экстент карты. Стереть полигон — Clear Coordinates;
    • Predefined Area. Определённая, уже очерченная область, т.е. например административные границы региона;
    • Shapefile. Загрузить шейп-файл с координатами для определения области поиска. Неудобно загружать в форму 4 файла: shp,shx,dbf,prj;
    • KML. Загрузить KML-файл, с координатами для определения области поиска. По мне так более удобен нежели shp, т.к. загружаешь всего один файл.
  1. Диапазон дат искомых космоснимков
    • Date Range. Диапазон дат для поиска снимков. Искать от такого то числа по такое то. Можно выбирать по календарю. Можно выбирать определённые месяцы. Формат даты: ММ/ДД/ГГ;
    • Result Options. Опции вывода результатов поиска. Число найденных снимков задаётся от 10 до 25000. По-умолчанию – 100. Очевидно, большим число это ставить не стоит, так как прежде всего можно будет запутаться в результатах, да и к тому же это более ёмкий запрос требующий большего времени обработки.

6.1.3. Data Sets. Доступные данные

Во вкладке Data Sets выбираем необходимую категорию данных для поиска. Про каждые данные можно посмотреть информацию, нажав на кнопочку i. Рядом кнопочка Toggle Coverage Map, весьма полезная, позволяет видеть на какую территорию распространяются выбранные данные. Доступных данных очень много, есть и снимки высокого разрешения, MODIS, радарная съёмка, данные о рельефе, NDVI и пр. Если рядом с кнопочкой i есть ещё $, это значит, что вероятно эту категорию данных придётся заказывать. Данные Landsat находятся в Landsat Archive. Архив Landsat 8 делится на две категории:

  1. L8 OLI/TIRS Pre-WRS-2 — снимки с 11 февраля 2013 до 10 апреля 2013.
  2. L8 OLI/TIRS — снимки с 10 апреля 2013 по настоящее время.

Архив Landsat 7:

  • L7 ETM+ SLC-on (1999-2003) — снимки с 1999 по 2003 год
  • L7 ETM+ SLC-off (2003-present) — снимки с 2003 по настоящее время.

Результаты поиска

Результаты поиска

6.1.4. Results. Результаты вывода

  1. Атрибуты космоснимков
    • Entity ID. Уникальный номер снимка. Пример. Один из наших найденных снимков из примера ниже, называется LC81750272013176LGN00. Можем определить, что это Landsat 8, т.к. LC8, год с 10 по 13 символ: 2013. День, с 14 по 16 символ: 176-й (это 25 июня);
    • Coordinates. Координаты;
    • Acquisition Date. Дата съёмки;
    • Path/Row. Спутник движется по определённой траектории и через определённое время осуществляет съёмку над тем же самым местом, так вот, Path/Row чётко устанавляют «квадрат» съёмки.
  1. Действия производимые с найденными снимками

    Разберём маленькие значки имеющиеся у каждого снимка:

    • Show footprint — показывает границы снимка;
    • Show browse overlay — накладываем снимок на карту;
    • Compare Browse;
    • Show Metadata and Browse — показывает снимок и метаданные в отдельном окне
      • Здесь много интересного. Опять же можно заценить к примеру Scene Clod Cover — степень облачности в процентах;
    • Download Options. Опции загрузки:
      • LandsatLook «Natural Color» Image;
      • LandsatLook «Thermal» Image;
      • LandsatLook «Quality» Image;
      • LandsatLook images with Geographic Reference. Это обзорный снимок с геопривязкой. Упакован в ZIP, размер архива — примерно до 10 мегабайт, содержит все три растра (Natural, Thermal, Quality) JPEG + геопривязка world (для ArcGIS, QGIS). Обычный вид снимка называется Natural Color, т.к. цвета похожи на настоящие. USGS не рекомендует эти обзорные данные для анализа и исследований, т.к. данные сжаты в JPEG, кроме того, композит состоит всего из 3-х каналов 6(SWIR-1),5(NIR),4(RED), два инфракрасных и один красный, а это одна растительность большей частью. Размер изображения в пикселах такой же как в GeoTIFF, поэтому удобно скачать такой вот небольшой архивчик, чтобы заценить, нужно ли качать GeoTIFF, кроме того, когда мы понакачаем GeoTIFF’ов, и скопим уже приличный локальный архив, эти вот обзорные снимки удобно будет использовать для быстрого открытия искомого снимка, перед открытием тяжеловесных данных GeoTIFF;
      • Level 1 GeoTIFF Data Product — это GeoTIFF, несжатые данные, отдельно по каналам. Именно эти данные используются для серьёзной работы. Данные имеют большой размер, до гигабайта. Упакованы в tar.gz архив, в котором имеется 11 каналов съёмки + txt файл с мета-информацией. Работа с такими данными требует от пользователя соответствующих знаний и умений. Вот к примеру, чтобы получить такой же вид как LandsatLook «Natural Color» Image необходимо в специальном софте создать композит из каналов 6,5,4, произвести соответствующую цветовую коррекцию.
    • Add To Bulk Download. Накидать нужные закачки в корзину, а потом разом всё скачать;
    • Order Scene. Заказать космоснимок. Некоторые снимки требуют оплаты;
    • Exclude Scene from Results. Исключить найденный снимок и результатов поиска.

7. Практический пример

Теперь, разобравшись с интерфейсом и некоторыми понятиями, приступим к практическому примеру. Придумаем задание и выполним его.

7.1. Задание

Будем искать космоcнимки Landsat 8 по городу Таганрог, с 25 мая 2013 по 25 июня 2013 года. Город известный, промышленный, думаю многим будет интересно.

7.2. Выполнение

  1. выделим интересующую область. Найдём город по поиску, вбив в Address/Place: Таганрог. Увеличим карту до максимума. Выделим полигоном Таганрог;

    Определение области поиска на карте - город Таганрог

    Определение области поиска на карте — город Таганрог

  2. зададим в Date Range > Search from: 05/25/2013 to: 06/25/2013;
  3. теперь переходим к выбору данных –> Data Sets>>;
  4. отмечаем галочкой Landsat Archive –> L8 OLI/TIRS;
  5. если нам дополнительные критерии поиска не нужны, ну например, такие как безоблачность (Cloud Cover less than 10%) и др., то жмём Results >>;
  6. видим результаты выборки, по нашему запросу найдены 3 снимка:
    1. 09-JUN-13;
    2. 02-JUN-13;
    3. 25-JUN-13.
  7. теперь скачиваем нужный снимок. Ежели для просмотра Download Options –> LandsatLook images with Geographic Reference, ежели для работы Level 1 GeoTIFF Data Product;
  8. скачанные данные можно открыть в QGIS.

8. Вывод

На самом деле интерфейс EarthExplorer, который сделали специалисты USGS весьма удобен и интуитивен, всё пояснено справкой и исправно работает. Цель статьи была показать, как можно быстро получить космоснимки из свободного архива USGS не отвлекаясь на детали. Лучший метод изучения — эксперимент, пробуйте искать снимки с других спутников, оценивайте покрытие снимками определённых территорий, всё это в EarthExplorer делается на раз-два-три-четыре.

Инструкция загрузки фотографий в wordpress

Обработка фотографий (главным образом — уменьшение размеров)

  1. Определяемся какие фотографии/картинки нам нужно загрузить в веб
  2. Теперь нам нужно обработать изображения для загрузки в веб
  3. Обрабатывать для примера будем в IrfanView, но можно и в любой другой программе (например XnView).
  4. [Файл] → [Преобразовать/переименовать группу файлов…] (на клав. B)
  5. Выбираем необходимые файлы, как в проводнике, т. е. можно выделять избирательно несколько — ctrl или всплошную с shift и выбираем [Добавить]. Если же нам необходимы все файлы из папки, мы нажимаем [Добавить всё].
  6. В группе [Операция] выбираем [Пакетное преобразование с переименованием], это нужно для упорядочивания коллекции.
  7. В группе [Параметры изображения], [Результирующий формат:] = [JPG — JPG/JPEG Format], в [Опции] [Качество] выставляем от 50 до 80 (это для веб) в зависимости от желаемого сжатия (меньше — больше сжатие).
  8. Выставляем галочку [С дополнительными параметрами…].
  9. В [Параметры], ставим галочку [Изменить размер], выбираем [Изменить размер длинной стороны] = 640 (оптимально для веб), галочка [Сохранять пропорции] должна быть включена.
  10. Кроме того, можно попробовать автокоррекцию цветов, если нарушен баланс белого для этого включим опцию [Автокоррекция цветов]. OK
  11. В группе [Параметры переименования] в поле [Шаблон имени:] пишем «имя_нашей_темы_###» (например, экскурсия_на_гору, и тогда получатся файлы экскурсия…_001, экскурсия…_002 и т. д.)
  12. Указываем [Папка для результирующих файлов], можно ввести вручную или через [Обзор] (как в проводнике).
  13. Когда всё готово и мы уверены в выбранной операции, жмём [СТАРТ].

Загрузка в WordPress и удобная публикация

  1. [Posts] → [Add New]
  2. Пишем заголовок, пишем текст, прописываем категорию и ключевые слова (тэги).
  3. Когда прийдёт черёд добавлять изображения жмём [Add Media] → [Create Gallery], теперь загружаем файлы — [Upload Files] –> [Select Files], через обзор выбираем место где лежат изображения, помечаем нужные (удерживая ctrl), либо выделяем все (ctrl + a), Open
  4. Теперь в [Media Library] выбираем фотографии для галереи (отмечаем галочкой), не забыв заполнить Caption (собственно, подпись фотографии), Create a new gallery.
  5. На этапе «Edit Gallery» видим какие изображения попадут в галерею, можно поменять порядок, исключить изображения и подписать (если не подписали на предыдущем шаге).

    Не забываем выбрать настройки галереи [Gallery Settings]. Собственно, нас интересует формат галереи, параметр [Colums] отвечает за количество столбцов галереи, [Type] за тип вывода (но лучше оставить Default). → Update gallery.

  6. Готово. Теперь когда пост будет опубликован, вы увидите аккуратное размещение изображений в вашем посте.
Рубрики:Graphics Метки: ,

Оцифровка видеокассет в Linux

У меня появилась задача оцифровать n-ое количество старых видекассет (VHS). Из оборудования видеомагнитофон и miniDV камера с Firewire интерфейсом. Схема подключения: видео и аудио выходы с видеомагнитофона заводим в miniDV камеру (AV вход), её же по Firewire интерфейсу подключаем к компьютеру (если нету разъема на мат.плате, придётся раскошелиться и прикупить Firewire контроллер). В опциях видеокамеры включаем режим AV/DV и начинаем видеть сигнал с видеомагнитофона. Просмотр видео на маленьком экранчике камеры, мы будем использовать для контроля записи видео.

В Linux’е (я использую Debian) же нужно установить пакет dvgrab, это всё что нам понабится для работы. Раньше я хотел использовать графический интерфейс в программе Kino, но почему то кнопка Capture, только создавала файл, а ничего не записывала, ну да ладно.

Запускаем командную строку, и выполнем:

dvgrab -frames 0 -size 0 -format raw -buffers 1000 -noavc -showstatus -d 02:10:00 my_video

запись пойдёт в текущую дирректорию, теперь разберём опции

-frames 0

это значит что файл не будет дробиться в зависимости от количества установленных кадров

-size 0

это значит что файл будет безрамерный, т.е. не будет дробиться в зависимости от установленного размера

-format raw

несжатое видео сохраняемое в формате .dv

-buffers 1000

количество буферизируемых кадров

-noavc

выключает AV/C управления камерой

-showstatus

эта опция выдаёт информацию о каждом записанном кадре

-d 02:10:00

максимальное время записи.

Внимание. Несжатое видео занимает на диске очень много места, гигабайты тают прямо на глазах, так что производите запись на те диски, на которых у вас есть большой запас свободного места.

Когда на экранчике камеры мы увидем, что видео кончилось, и спустя время не появляется, можно прервать запись. Если сигнала нет, то dvgrab пустоту и не записывает, а ждёт его, но саму сессию записи не прерывает. Чтобы завершить сессию видеозаписи, нажмите:

Ctrl + C

Полученное видео, можно смотреть на компьютере, но оно очень ёмкое, нуждается в монтаже и в избавлении от гребёнки. Всё это можно выполнить в kdenlive.

Рубрики:Media Метки: , ,