Horton Machine - GIS spatial Analysis Tool - In Italian

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Insegna come usare le Horton Machine con uDig 1.3.1. Con le Horton Machine si possono calcolare pendenze, aree contribuenti, curvature, estrarre le reti idrografiche, delineare i bacini etc. English Version under http://www.slideshare.net/SlidesAboutHydrology/

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Horton Machine - GIS spatial Analysis Tool - In Italian

  1. 1. Analisi Idro-Geomorfologica con i JGrasstools e le Horton Machine S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  2. 2. “Free Software . . . you should think of ‘free’ as in ‘free speech’, not as in ‘free beer’. ” Richard Stallman 1S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  3. 3. Le Horton Machine Le Horton Machine sono un pacchetto sviluppato con l’obbiettivo di fornire degli strumenti quantitativi e qualitativi per indagare la morfologia di un bacino idrografico. ¯ Analisi Geomorfologica L’obbiettivo è analizzare i processi di erosione dei canali fluviali e la possibilità di innesco di frane superficiali. Questo viene fatto considerando che i processi geomorfologici principali in un bacino siano: Erosione diffusiva dei pendii Processi di incisione da parte dei canali Trasporto dei sedimenti nei canali Frane 2S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  4. 4. Le Horton Machine Le Horton Machine sono un pacchetto sviluppato con l’obbiettivo di fornire degli strumenti quantitativi e qualitativi per indagare la morfologia di un bacino idrografico. ¯ Analisi Geomorfologica L’obbiettivo è analizzare i processi di erosione dei canali fluviali e la possibilità di innesco di frane superficiali. Questo viene fatto considerando che i processi geomorfologici principali in un bacino siano: Erosione diffusiva dei pendii Processi di incisione da parte dei canali Trasporto dei sedimenti nei canali Frane 2S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  5. 5. Le Horton MachineI comandi delle Horton Analisi del reticolo idrograficoMachine sono stati ¯ Networksuddisi in 7 categorie: Analisi relative al bacino ¯ Hydro-Geomorphology Indici idro-geomorfologici ¯ Basin Attributi del bacino ¯ Geomorphology Analisi dei versanti ¯ Hillslope Manipolazione dei DEM ¯ DEM Manipulation Statistiche ¯ Statistics 3S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  6. 6. Le Horton Machine Analisi del reticolo idrografico ¯ Network Comandi che permettono di determinare alcune proprietà del reticolo idrografico. 4S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  7. 7. Le Horton Machine Analisi relative al bacino ¯ Hydro-Geomorphology Comandi che permettono di svolgere analisi di un bacino idrografico. Indici idro-geomorfologici ¯ Basin Comandi che permettono di determinare alcuni indici relativi al bacino idrografico. 5S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  8. 8. Le Horton Machine Attributi del bacino ¯ Geomorphology Comandi che permettono di calcolare alcuni attributi del bacino quali pendenza, direzioni di drenaggio, aree contribuenti. Analisi dei versanti ¯ Hillslope Comandi che permettono di calcolare alcune caratteristiche dei versanti del bacino e di determinare una classificazione in base alle loro proprietà morfologiche. 6S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  9. 9. Le Horton Machine Manipolazione dei DEM ¯ DEM Manipulation Comandi che permettono di svolgere analisi preliminari sui modelli digitali del terreno. Statistiche ¯ Statistics Comandi che permettono di condurre alcune analisi statistiche sui bacini. 7S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  10. 10. La morfologia La topografia è rappresentata mediante una funzione continua bivariata z = f (x, y) e con le sue derivate fino al secondo ordine. 8S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  11. 11. Modelli Digitali del TerrenoLa forma più comune ed efficiente dirappresentare un Modello Digitale delTerreno (D.T.M.) è mediante una grigliaquadrata di dati. I dati in questa forma, Ipotesi: chiamata raster, valori significativi rappresentano la coordinata griglia quadrata regolare verticale z per una serie di topografia ad 8 direzioni punti successivi lungo un determinato profilo spaziale. 9S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  12. 12. Operazioni preliminari Prima di poter operare sul DTM con i comandi delle Horton Machine è necessario: 1 creare l’ambiente di lavoro location 2 importarvi all’interno la mappa contenente il modello digitale del terreno (DTM) ¯ generalmente è in formato raster ascii, come un .asc 3 settare la regione di lavoro Processing Region Dopodichè l’obbiettivo principale è quello di estrarre il bacino d’interesse, sono necessarie alcune elaborazioni del dtm di partenza: 5 Riempimento delle depressioni Pitfiller 6 Calcolo delle direzioni di drenaggio Flowdirection/Draindir 7 Estrazione del reticolo idrografico ExtractNetwork 8 Estrazione del bacino idrografico Wateroutlet 10S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  13. 13. Operazioni preliminari Prima di poter operare sul DTM con i comandi delle Horton Machine è necessario: 1 creare l’ambiente di lavoro location 2 importarvi all’interno la mappa contenente il modello digitale del terreno (DTM) ¯ generalmente è in formato raster ascii, come un .asc 3 settare la regione di lavoro Processing Region Dopodichè l’obbiettivo principale è quello di estrarre il bacino d’interesse, sono necessarie alcune elaborazioni del dtm di partenza: 5 Riempimento delle depressioni Pitfiller 6 Calcolo delle direzioni di drenaggio Flowdirection/Draindir 7 Estrazione del reticolo idrografico ExtractNetwork 8 Estrazione del bacino idrografico Wateroutlet 10S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  14. 14. Operazioni preliminari: Pitfiller La prima operazione da fare è riempire i punti di depressione presenti nel dtm in modo da poter poi definire univocamente le direzioni di drenaggio in ogni punto. Il comando che si utilizza per questo sfrutta l’algoritmo di Tarboton. ¯ Dem Manipulation -> Pitfiller Analisi a riguardo di questo argomento hanno dimostrato che questa elaborazione riguarda meno dell’1% dei punti e generalmente questi punti di depressione provengono da errori di calcolo nella fase di creazione del dtm. ¯ Generalmente non si tratta di reali depressioni 11S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  15. 15. Operazioni preliminari: Pitfiller La prima operazione da fare è riempire i punti di depressione presenti nel dtm in modo da poter poi definire univocamente le direzioni di drenaggio in ogni punto. Il comando che si utilizza per questo sfrutta l’algoritmo di Tarboton. ¯ Dem Manipulation -> Pitfiller Analisi a riguardo di questo argomento hanno dimostrato che questa elaborazione riguarda meno dell’1% dei punti e generalmente questi punti di depressione provengono da errori di calcolo nella fase di creazione del dtm. ¯ Generalmente non si tratta di reali depressioni 11S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  16. 16. Operazioni preliminari: Pitfiller La prima operazione da fare è riempire i punti di depressione presenti nel dtm in modo da poter poi definire univocamente le direzioni di drenaggio in ogni punto. Il comando che si utilizza per questo sfrutta l’algoritmo di Tarboton. ¯ Dem Manipulation -> Pitfiller Analisi a riguardo di questo argomento hanno dimostrato che questa elaborazione riguarda meno dell’1% dei punti e generalmente questi punti di depressione provengono da errori di calcolo nella fase di creazione del dtm. ¯ Generalmente non si tratta di reali depressioni 11S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  17. 17. Pitfiller: utilizzo del comandoPer far girare questo comando,come tutti gli altri comandi, ènecessario definire gli inputs e glioutputs negli appositi tab posti infondo alla finestra degli SpatialToolbox.Si può vedere che è inoltre presenteun terzo tab contenente una rapidadescrizione del comando, degliinputs necessari, degli outputsforniti e delle sintassi per utilizzareil comando in uno script. 12S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  18. 18. Pitfiller: utilizzo del comandoPer far girare questo comando,come tutti gli altri comandi, ènecessario definire gli inputs e glioutputs negli appositi tab posti infondo alla finestra degli SpatialToolbox.Si può vedere che è inoltre presenteun terzo tab contenente una rapidadescrizione del comando, degliinputs necessari, degli outputsforniti e delle sintassi per utilizzareil comando in uno script. 12S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  19. 19. Pitfiller: inputs L’input necessario per questo comando è il dtm stesso.Per fornire una mappa bisognacliccare sull’apposito bottone ...accanto al nome della mapparichiesta nel tab inputs.Si aprirà così una finestra di inputdove inserire tutte le informazioninecessarie. 13S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  20. 20. Pitfiller: inputs L’input necessario per questo comando è il dtm stesso.Per fornire una mappa bisognacliccare sull’apposito bottone ...accanto al nome della mapparichiesta nel tab inputs.Si aprirà così una finestra di inputdove inserire tutte le informazioninecessarie. 13S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  21. 21. Pitfiller: inputs L’input necessario per questo comando è il dtm stesso.Per fornire una mappa bisognacliccare sull’apposito bottone ...accanto al nome della mapparichiesta nel tab inputs.Si aprirà così una finestra di inputdove inserire tutte le informazioninecessarie. 13S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  22. 22. Pitfiller: inputsAlla prima voce bisogna indicaredove è collocata la mappa, quindi ilsuo path.Oltre al path sono presenti duecampi con i valori da leggere e dascrivere come novalue, qualora nonfossero presenti dati.Infine, se si è scelto di lavorareutilizzando la Processing Region,sono presenti una serie di vociriguardanti le impostazioni diquesta: confini, risoluzione, numerodi righe e colonne; se la si è giàimpostata correttamente non ènecessario modificarle. 14S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  23. 23. Pitfiller: inputsLavorando all’interno di unalocation GRASS/JGrass per fornirein input una mappa è necessarioindicare il percorso del filecorrispondente alla mappa nellacartella cell contenuta nellalocation.Questo si può agevolmenteidentificare mediante la finestra dinavigazione dei files che comparecliccando sul pulsante ... accantoal campo dedicato al path. 15S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  24. 24. Pitfiller: outputSuccessivamente è necessarioindicare le opzioni di output dainserire nel tab output. L’output di questo comando, co- me di molti comandi dei JGras- stools, è la mappa elaborata dal comando stesso. ‘E quindi necessario indicare nellafinestra di output che si aprecliccando sul bottone ... il nomedella mappa di output ed ilpercorso dove salvarla. 16S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  25. 25. Pitfiller: outputInoltre lavorando all’interno di unalocation il percorso di salvataggioda indicare dovrà essere sempre lacartella cell all’interno dellalocation stessa.Questo percorso può essere sempreagevolmente identificato mediantela finestra di navigazione dei filesche compare cliccando sul pulsante... accanto al campo dedicato alpath.Il nome con cui salvare la mappa dioutput del comando può inveceessere inserito nell’apposito camposenza scrivere nessuna estensione. 17S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  26. 26. Pitfiller: ASCII input & output Se invece che lavorare in una location GRASS/JGrass si vuole lavorare in formato ESRI ASCII le mappe sono dei semplici file .asc.Nella selezione dell’input èsufficiente selezionare il file .asccorrispondente alla mappa, mentrenell’indicare l’output si può indicareun percorso di salvataggio apiacere: è però necessario indicarel’estensione .asc nel nome del file. Questo formato raster ha però alcuni svantaggi nell’utilizzo in quanto non mantiene le categorie e le scale dei colori delle mappe, che è quindi necessario reimpostare in uDig a ogni utilizzo. 18S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  27. 27. Pitfiller: esecuzione del comandoInserite tutte le opzioni necessarie èpossibile eseguire il comandocliccando sul bottone Run theselected module in alto a destranella finestra degli Spatial Toolbox.Il comando viene quindi eseguitomostrando in Console laprogressione; terminatal’esecuzione, la nuova mappa vieneautomaticamente caricata nellalocation e aggiornato il Catalogo diuDig. 19S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  28. 28. Pitfiller: esecuzione del comando Visualizzazione della mappa output di Pitfiller in una nuova Mappa 20S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  29. 29. Analisi dei valori di una mappa: RasterSummary Ora che abbiamo visto come si utilizza un comando attraverso gli Spatial Toolbox e creata la nostra prima mappa vediamo un utile comando che fornisce le statistiche riassuntive relative ad una mappa. Questo comando non appartiene alle Horton Mchine ma semplicemente ai moduli generici di Raster Processing il comando RasterSummary calcola le statistiche dei valori di una mappa raster Nello specifico il comado calcola alcune grandezze riassuntive dell’intera mappa: valore minimo, valore massimo, valore media, deviazione standard, somma di tutti i valori, la quantità di no data oltre a fornire tutti i dati per costruire l’istogramma della distribuzione dei valori contenuti nella mappa 21S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  30. 30. Analisi dei valori di una mappa: RasterSummary Ora che abbiamo visto come si utilizza un comando attraverso gli Spatial Toolbox e creata la nostra prima mappa vediamo un utile comando che fornisce le statistiche riassuntive relative ad una mappa. Questo comando non appartiene alle Horton Mchine ma semplicemente ai moduli generici di Raster Processing il comando RasterSummary calcola le statistiche dei valori di una mappa raster Nello specifico il comado calcola alcune grandezze riassuntive dell’intera mappa: valore minimo, valore massimo, valore media, deviazione standard, somma di tutti i valori, la quantità di no data oltre a fornire tutti i dati per costruire l’istogramma della distribuzione dei valori contenuti nella mappa 21S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  31. 31. RasterSummary: input Questo particolare comando richiede in input: la mappa su cui calcolare le statistiche numero di intervalli in cui dividere il range di valori della mappa per calcolare l’istogramma il check per indicare di calcolare tutti i dati dell’istogramma 22S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  32. 32. RasterSummary: output I valori in output vengono stampati nella vista Console di uDig, possono quindi essere facilmente salvati in un file di testo puro (mediante un copia & incolla) in formato ASCII (ad esempio: disth.txt), che un qualsiasi foglio elettronico, o R (!), può leggere facilmente. Stampa, in ordine da sx a dx: la media nell’intervallo dei valori della mappa mappa il numero di pixel della mappa nell’intervallo la percentuale di pixel della mappa nell’intervallo 23S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  33. 33. Esempio di plot dei risultati Questo è un esempio di plot con R della distribuzione delle quote dei punti del dtm in esame, prima con ordinata i pixel, poi la percentuale. read.table(disth.txt)->dh plot(dh[,1],dh[,2],type=“l”,ylab=“Area [pixel]”, xlab=“Quote [m]”,main=“Distribuzione delle quote”) 24S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  34. 34. Le direzioni di drenaggio Le direzioni di drenaggio definiscono come l’acqua si muove sulla superficie del terreno in relazione alla topografia della regione in analisi. Ipotesi Ogni cella del dtm può drenare solo in una delle sue 8 celle adiacenti, quelle adiacenti, soprastanti, sottostanti o diagonali, nella direzione di massima pendenza discendente. Solo 8 possibili direzioni per il flusso ¯ Questo è un limite nella modellazione del flusso naturale 25S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  35. 35. FlowDirectionQuesto comando calcola le direzionidi drenaggio nella direzione dellamassima pendenza discendenteidentificando per ogni cella del dtmuna delle 8 vicine. L’input necessario è la mappa del dtm depittato.I numeri convenzionali cherappresentano le direzioni didrenaggio nella mappa di outputsono dall’1 all’8, dove 1 corrispondealla direzione est. 26S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  36. 36. FlowDirection Mappa di output dove ogni colore rappresenta una delle 8 direzioni. 27S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  37. 37. FlowDirection Corrispondenza tra colori della mappa, numeri convenzionali e direzioni 3O 4 ?? _ ? 2 ??  ??  5o  ?  ??? /1  ??  6 8 7 28S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  38. 38. Correzione alle direzioni di drenaggio Il metodo finora descritto e utilizzato prende il nome D8. L’utilizzo di questo metodo per la determinazione delle direzioni di drenaggio genera un effetto di deviazione dalla reale direzione identificata dal gradiente Questo metodo può essere corretto con un algoritmo che calcola le direzioni di drenaggio minimizzando la deviazione della direzione del flusso determinato da quella del flusso reale. Questa deviazione viene calcolata partendo dal punto a quote maggiori, procedendo verso quote minori. La deviazione è calcolata mediante una costruzione triangolare e può quindi essere espressa come: Deviazione Angolare metodo D8-LAD Distanza Trasversale metodo D8-LTD Questo metodo utilizza un parametro λ per pesare la correzione. Metodo sviluppato da S. Orlandi 29S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  39. 39. Correzione alle direzioni di drenaggio Metodo D8-LAD Deviazione Angolare valutata con α Metodo D8-LTD Distanza Trasversale valutata con δ La deviazione è calcolata cumulandola dal punto a quota maggiore, discendendo; la direzione D8 viene corretta indirizzandola verso la direzione reale quando il valore supera una certa soglia. Questa soglia viene assegnata mediante il parametro λ; se λ = 0 il contatore non ha memoria e quindi i punti precedenti non influenzano la correzione. 30S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  40. 40. DrainDir: input I minimi input necessari sono: la mappa del dtm depittato la mappa delle direzioni di drenaggio precedentemente creata con FlowDirectionÈ inoltre possibile modificare ilparametro λ e la modalità LADo LTD.Lavorando in modalità standard,quindi senza fissare la reteidrografica, non è necessario fornirela mappa delle direzioni didrenaggio lungo la rete. 31S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  41. 41. DrainDir: outputQuesto comando restituisce inoutput la mappa delle areecontribuenti, oltre alla mapparappresentante le direzioni didrenaggio corrette.La mappa che rappresenta le areecontribuenti può esserealternativamente ottenuta con ilcomando Geomorphology - TcaNella prossima slide si illustreràcosa rappresentano le areecontribuenti e la loro utilità. 32S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  42. 42. Aree contribuenti L’ Area Contribuente Totale -tca- rappresenta l’area che contribuisce all’afflusso in un punto del bacino. È una quantità molto importante nell’analisi geomorfologica ed idrologica di un bacino idrografico: è strettamente collegata al flusso in uscita attraverso i differenti punti del bacino in condizioni di precipitazione uniforme. La maggior parte di metodi diffusivi utilizzati per estrarre la rete idrografica a partire dal dtm sono basati su questa quantità. 1 se il j-esimo pixel drena nell’i-esimo Ai = Aj × Wj ; dove Wj = 0 negli altri casi 33S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  43. 43. Aree contribuenti Zoom della mappa delle tca, visualizzata in scala di colori logaritmica. Visto l’ordine di grandezza dei valori si consiglia di visualizzarla impostando la tabella dei colori nello Style Editor su logarithmic. 34S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  44. 44. MarkoutletsL’applicazione di molti comandiper essere eseguita correttamenterichiede che la mappa delledirezioni di drenaggio abbia unulteriore valore.Questo nuovo valore rappresenta laclasse dei punti che rappresentanogli outlets del bacino: questi sono ipunti che drenano all’esterno delbacino in analisi. Il comando Dem Manipulation - Markoutlets marca gli outlets con un valore convenzionale 10, e richiede in input le direzioni di drenaggio, meglio se calcolate con DrainDir 35S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  45. 45. Estrazione della rete idrografica Nel comando Network - ExtractNetwork sono implementati 3 metodi per estrarre i canali che compongono la rete idrografica: 0 mediante una soglia sulle aree contribuenti (solo i punti con area contribuente maggiore della soglia danno luogo alla formazione di canali) 1 mediante soglia sul prodotto tra aree contribuenti e pendenza (questa quantità stima lo sforzo tangenziale) 2 mediante soglia analoga alla precedente considerando solo i punti convergenti Dopo aver individuato i punti di formazione dei canali, con una di queste tre soglie, la rete viene costruita considerando tutti gli altri punti posti a quote minori. 36S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  46. 46. ExtractNetwork: modo 0Si potrebbe ora procedere conl’estrazione utilizzando il primometodo: soglia sulle sole areecontribuenti, preferiamo peròandare oltre nell’analisi al fine diottenere una rete più accurata. Sarebbero necessari in input la mappa delle direzioni di dre- naggio, meglio se calcolate con DrainDir, e delle TCA. È inoltre necessario impostare il valore di soglia e specificare il metodo da utilizzare. 37S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  47. 47. Pendenze: Slope Il comando Geomorphology - Slope calcola la pendenza della superficie topografica in ogni punto lungo le direzioni di drenaggio. Questo comando calcola la differenza di quota tra ogni pixel e quello adiacente immediatamente a valle. Successivamente divide questa grandezza per la dimensione del pixel, oppure della sua diagonale, a seconda della posizione reciproca dei due pixel considerati. Il valore restituito rappresenta quindi la tangente dell’angolo rappresentante la pendenza. Si può ottenere il valore dell’angolo operando con MapCalc, il cui funzionamento verrà illustrato più avanti. 38S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  48. 48. Slope Richiede in input le mappe: del dtm depittato delle direzioni di drenaggio, meglio se calcolate con DrainDir 39S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  49. 49. Slope: errore pixel con valore 10 Evidentemente il comando Slope non supporta la mappa ottenuta con Markoutlets, come input per le direzioni di drenaggio. Richiede in input le mappa delle direzioni di drenaggio senza pixel con valore 10, che generalmente rappresentano gli outlets marcati ¯ deve contenere solo valori da 1 a 8, che rappresentano le sole direzioni di drenaggio 40S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  50. 50. ExtractNetwork: modo 1Avremmo già ora le mappenecessarie ad estrarre le reteidrografica con il secondo tipo disoglia, basata su tca e pendenze;proseguiamo invece nell’analisi alfine di estarre la rete con l’ultimo, epiù raffinato, metodo. Sarebbe quindi necessario fornire un ulteriore input oltre a quelli già visti, ovvero la mappa delle pendenze appena calcolata. Bisogna specificare il metodo corretto, contrassegnato con 1. 41S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  51. 51. Curvature Le curvature rappresentano la deviazione del vettore gradiente per unità di lunghezza lungo particolari curve tracciate sulla superficie in esame f(x,y). La Curvatura Longitudinale rappresenta la deviazione del gradiente andando da valle verso monte seguendo l’inviluppo dei gradienti. È negativa se il gradiente aumenta. La Curvatura Piana si ottiene sezionando la superficie con un piano parallelo al piano (x,y) ed è la variazione dei vettori tangenti alle linee di livello passanti per il punto in esame. Misura la convergenza (se 0) o la divergenza (se 0) del flusso. La Curvatura Tangenziale è determinata sulla curva di intersezione tra un piano perpendicolare alla direzione del gradiente e tangente alle linee di livello nel punto considerato. Curvatura tangente e piana sono tra loro proporzionali e la loro distribuzione spaziale è la stessa. 42S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  52. 52. Curvatura tangenziale (o normale)Curvatura negativa - convessa:questo caso è tipico di zone diversante dove il flusso vienesuddiviso sui pixel vicini di quotainferiore secondo il metodo dellamassima pendenza.Topografia localmente divergente 43S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  53. 53. CurvatureIl comando Geomorfology -Curvatures permette di calcolarequesti 3 tipi di curvature come 3diverse mappe di output. Longitudinale ¯ Profile o Longitudinal Piana ¯ Planar Tangenziale ¯ Tangential o Normal Questo comando richiede in input la sola mappa del dtm depittato 44S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  54. 54. CurvatureCurvatura Longitudinale e suo zoom Curvatura Tangenziale e suo zoom 45S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  55. 55. Classi TopografichePermettono di attribuire ad ognipixel una delle 9 classi topografiche,ottenute con l’intersezione dei tretipi di curvature longitudinali e deitre di curvature planari.È anche possibile aggregare questeclassi in tre categorie fondamentali: siti concavi siti convessi siti piani 46S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  56. 56. Classi Topografiche 10 planare parallelo 20 convesso paralleloNomi identificativi e 30 concavo parallelocorrispondenti valori per le 40 planare divergente9 classi (a lato) e per le 3 50 convesso divergenteclassi aggregate (sotto) con 60 concavo divergentespecificate le riclassificazioni. 70 planare convergente 80 convesso convergente 90 concavo convergente 15 concavo, unione delle classi 30, 70 e 90 25 planare, corrispondente alla classe 10 35 convesso, unione delle restanti classi 47S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  57. 57. TcIl comando che permette di crearele due mappe contenenti questeclassificazioni è Hillslope - Tc. Richiede in input le due mappe delle: curvature longitudinali curvature normali È inoltre necessario definire due soglie che definiscono la condizio- ne di planarità.Restituisce in output le due mappecon 9 e 3 classi. 48S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  58. 58. Tc Mappa 9 classi morfologiche Mappa 3 classi fondamentali 49S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  59. 59. ExtractNetwork: modo 2Abbiamo ora tutte le mappenecessarie ad estrarre le reteidrografica con il terzo tipo disoglia, cioè sullo sforzo tangenzialesolo sui siti convergenti. È quindi necessaria in input una ulteriore mappa, oltre alle pri- me due, delle classi topografiche aggregate (con sole 3 classi). È inoltre necessario indicare il metodo corretto, indicato con 2.La soglia dipende sempre, come pergli altri metodi, dalla dimensionedei pixel e dagli attributitopografici del bacino. 50S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  60. 60. ExtractNetwork: modo 2 Mappa di output rappresentante i canali della rete idrografica Ai punti appartenenti ai canali è assegnato valore 2, mentre a tutti gli altri punti è assegnato no value, cioè nessun valore. 51S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  61. 61. Estrazione del bacino di interesse: chiusura A questo punto abbiamo tutto quello che ci occorre per estrarre il bacino idrografico d’interesse. Manca solo un’informazione: l’outlet, cioè il punto di chiusura di questo bacino. Tale punto deve appartenere alla rete idrografica, quindi bisognerà che sulla mappa restituita da ExtractNetwork abbia valore 2. 1 Individuare il punto sulla mappa, se si dispone di uno shapefile contenente tale punto è comodo importarlo per individuarlo con facilità. 2 Interrogare il valore già assegnato sulla mappa utilizzando lo strumento info di uDig, cliccando sul punto in esame dopo aver attivato tale strumento. L’info tool si trova sotto la voce Info nella barra degli strumenti della vista mappa. 3 Verificare tale valore che verrà visualizzato, insieme alle coordinate del punto, in una nuova vista informazioni che si apre automaticamente 52S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  62. 62. Estrazione del bacino di interesse: chiusura Zoom della rete dei canali e vista informazioni per individuare l’outlet 53S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  63. 63. Estrazione del bacino di interesse: WateroutletOra possiamo estrarre il bacino diinteresse con il comando DemManipulation - Wateroutlet. In input sono necessari: le coordinate del punto di chiusura appena individuate la mappa delle direzioni di drenaggio, meglio se calcolata con DrainDirLe coordinate vengonoautomaticamente inserite neirispettivi campi se si seleziona ilcomando subito dopo averinterrogato il punto. 54S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  64. 64. Estrazione del bacino di interesse: Wateroutlet Restituisce in output una maschera del bacino estratto con valore 1 all’interno e no value all’esterno. Si può verificare come il confine del bacino estratto passi effettivamente per il punto di chiusura. 55S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  65. 65. Ritaglio delle mappe sul bacino di interesse Ora dobbiamo ritagliare sul bacino estratto anche tutte le altre mappe fino ad ora elaborate. Le opzioni di lavoro sarebbero due: calcolare di nuovo le grandezze sul DTM del bacino estratto ritagliare le mappe sulla maschera del bacino estratto La prima opzione prevede di ricalcolare la mappa delle elevazioni depittata e le direzioni di drenaggio. Questo può comportare incompatibilità con il dato di partenza. Per ottenere correttamente tutte le mappe relative al bacino ritagliato sarà necessaria anche un’ulteriore operazione successiva: rilanciare il comando Dem Manipulation - Markoutlets sulla mappa delle direzioni di drenaggio ritagliata, in quanto gli outlets del bacino ritagliato saranno differenti. 56S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  66. 66. Ritaglio delle mappe sul bacino di interesse Ora dobbiamo ritagliare sul bacino estratto anche tutte le altre mappe fino ad ora elaborate. Le opzioni di lavoro sarebbero due: calcolare di nuovo le grandezze sul DTM del bacino estratto ritagliare le mappe sulla maschera del bacino estratto La prima opzione prevede di ricalcolare la mappa delle elevazioni depittata e le direzioni di drenaggio. Questo può comportare incompatibilità con il dato di partenza. Per ottenere correttamente tutte le mappe relative al bacino ritagliato sarà necessaria anche un’ulteriore operazione successiva: rilanciare il comando Dem Manipulation - Markoutlets sulla mappa delle direzioni di drenaggio ritagliata, in quanto gli outlets del bacino ritagliato saranno differenti. 56S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  67. 67. Ritaglio delle mappe sul bacino di interesse Ora dobbiamo ritagliare sul bacino estratto anche tutte le altre mappe fino ad ora elaborate. Le opzioni di lavoro sarebbero due: calcolare di nuovo le grandezze sul DTM del bacino estratto ritagliare le mappe sulla maschera del bacino estratto La prima opzione prevede di ricalcolare la mappa delle elevazioni depittata e le direzioni di drenaggio. Questo può comportare incompatibilità con il dato di partenza. Per ottenere correttamente tutte le mappe relative al bacino ritagliato sarà necessaria anche un’ulteriore operazione successiva: rilanciare il comando Dem Manipulation - Markoutlets sulla mappa delle direzioni di drenaggio ritagliata, in quanto gli outlets del bacino ritagliato saranno differenti. 56S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  68. 68. CutOutUtilizzando il comando CutOutscegliamo quindi di ritagliare lemappe già create: dtm depittato direzioni di drenaggio tca reticolo idrografico (pendenze) (curvature) (classi topografiche)Gli input necessari sono la mappada usare come maschera e quella daritagliare, senza soglie. 57S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  69. 69. Struttura di drenaggio e sottobacini Ora che abbiamo estratto il bacino d’interesse e ritagliato le mappe di base su questo, possiamo eseguire alcuni altri comandi al fine di ottenere la struttura della rete di drenaggio e dei sottobacini relativi al bacino di interesse. In particolare si vogliono ottenere le mappe vettoriali rappresentanti questi elementi, in quanto da queste ultime è possibile interrogare ed estrarre molte informazioni geometriche utili per analisi successive e relazioni descrittive. Lo strumento fondamentale sarà il comando che permette di numerare la rete di drenaggio ed estrarre i corrispondenti sottobacini ¯ Network - NetNumbering Utilizzeremo inoltre alcuni altri utili strumenti per le mappe vettoriali: Basin - BasinShape estrazione dei contorni dei sottobacini Vector Processing - VectorReshaper manipolazione di mappe vettoriali 58S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  70. 70. Struttura di drenaggio e sottobacini Ora che abbiamo estratto il bacino d’interesse e ritagliato le mappe di base su questo, possiamo eseguire alcuni altri comandi al fine di ottenere la struttura della rete di drenaggio e dei sottobacini relativi al bacino di interesse. In particolare si vogliono ottenere le mappe vettoriali rappresentanti questi elementi, in quanto da queste ultime è possibile interrogare ed estrarre molte informazioni geometriche utili per analisi successive e relazioni descrittive. Lo strumento fondamentale sarà il comando che permette di numerare la rete di drenaggio ed estrarre i corrispondenti sottobacini ¯ Network - NetNumbering Utilizzeremo inoltre alcuni altri utili strumenti per le mappe vettoriali: Basin - BasinShape estrazione dei contorni dei sottobacini Vector Processing - VectorReshaper manipolazione di mappe vettoriali 58S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  71. 71. Struttura di drenaggio e sottobacini Ora che abbiamo estratto il bacino d’interesse e ritagliato le mappe di base su questo, possiamo eseguire alcuni altri comandi al fine di ottenere la struttura della rete di drenaggio e dei sottobacini relativi al bacino di interesse. In particolare si vogliono ottenere le mappe vettoriali rappresentanti questi elementi, in quanto da queste ultime è possibile interrogare ed estrarre molte informazioni geometriche utili per analisi successive e relazioni descrittive. Lo strumento fondamentale sarà il comando che permette di numerare la rete di drenaggio ed estrarre i corrispondenti sottobacini ¯ Network - NetNumbering Utilizzeremo inoltre alcuni altri utili strumenti per le mappe vettoriali: Basin - BasinShape estrazione dei contorni dei sottobacini Vector Processing - VectorReshaper manipolazione di mappe vettoriali 58S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  72. 72. Rete di drenaggio del bacino di interessePer prima cosa estraiamo la rete didrenaggio relativa al solo bacino diinteresse, analogamente a comefatto in precedenza per l’interodtm, sempre in modalità 2. Gli input sono quelli già visti. È inoltre necessario indicare che ora desideriamo ottenere anche la mappa vettoriale .shp della rete, checkando il relativo box.È ora molto importante scegliereaccuratamente il valore della soglia,da questo dipende quanto sarà fittae quindi quanti rami e conseguentisottobacini si otterranno. 59S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  73. 73. ExtractNetwork: output vettoriale .shpCome indicato negli input abbiamoora come ulteriore output unamappa vettoriale .shpQuesto output va indicatodiversamente da come sempre fatto. Si deve indicare l’estensione, che deve essere shp e un percorso a piacere dove salvarlo. Per un’imprecisione nel modulo di output questo non è molto age- vole, bisogna selezionare un qua- lunque file già esistente in questo percorso e, dopo aver confermato la selezione, modificarne il nome nella relativa casella (con .shp). 60S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  74. 74. Mappa vettoriale .shp della rete idrografica Mappa vettoriale della rete, nella vista Table di uDig si possono vedere gli attributi di ogni feature contenuto nella mappa. Come si vede è molto utile per distinguere i singoli rami e capire quanti sono esattamente, perchè coincideranno con i sottobacini che estrarremo. 61S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  75. 75. VectorReshaper: estrazione delle lunghezze dei rami Sfruttiamo ora le potenzialità della mappa vettoriale della rete per estarrre le lunghezze di ogni singolo ramo. Per fare questo sfrutteremo il comando generico per analisi vettoriali VectorReshaper, non appartenente quindi alla categoria delle Horton Machine ma ai Vector Processing. Questo comando vuole in input una mappa vettoriale e restituisce un’altra mappa vettoriale derivata grazie a funzioni ecql (una sintassi ampliata del cql, semplificazione del linquaggio sql): 1 nuovi campi di attributi 2 attributi derivati dalle caratteristiche geometriche delle feature 3 nuove feature geometriche derivate da quelle originali Si inserisce il vettoriale in input in maniera simile a quello in output, indicando l’estensione shp ed andando a selezionare il file .shp su cui si desidera lavorare, dove è stato salvato. La specifica sintassi ecql che useremo per estrarre le lunghezze è len=geomLength(the_geom) 62S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  76. 76. VectorReshaper: estrazione delle lunghezze dei rami Sfruttiamo ora le potenzialità della mappa vettoriale della rete per estarrre le lunghezze di ogni singolo ramo. Per fare questo sfrutteremo il comando generico per analisi vettoriali VectorReshaper, non appartenente quindi alla categoria delle Horton Machine ma ai Vector Processing. Questo comando vuole in input una mappa vettoriale e restituisce un’altra mappa vettoriale derivata grazie a funzioni ecql (una sintassi ampliata del cql, semplificazione del linquaggio sql): 1 nuovi campi di attributi 2 attributi derivati dalle caratteristiche geometriche delle feature 3 nuove feature geometriche derivate da quelle originali Si inserisce il vettoriale in input in maniera simile a quello in output, indicando l’estensione shp ed andando a selezionare il file .shp su cui si desidera lavorare, dove è stato salvato. La specifica sintassi ecql che useremo per estrarre le lunghezze è len=geomLength(the_geom) 62S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  77. 77. VectorReshaper: estrazione delle lunghezze dei rami Sfruttiamo ora le potenzialità della mappa vettoriale della rete per estarrre le lunghezze di ogni singolo ramo. Per fare questo sfrutteremo il comando generico per analisi vettoriali VectorReshaper, non appartenente quindi alla categoria delle Horton Machine ma ai Vector Processing. Questo comando vuole in input una mappa vettoriale e restituisce un’altra mappa vettoriale derivata grazie a funzioni ecql (una sintassi ampliata del cql, semplificazione del linquaggio sql): 1 nuovi campi di attributi 2 attributi derivati dalle caratteristiche geometriche delle feature 3 nuove feature geometriche derivate da quelle originali Si inserisce il vettoriale in input in maniera simile a quello in output, indicando l’estensione shp ed andando a selezionare il file .shp su cui si desidera lavorare, dove è stato salvato. La specifica sintassi ecql che useremo per estrarre le lunghezze è len=geomLength(the_geom) 62S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  78. 78. VectorReshaper: estrazione delle lunghezze dei rami Il nuovo vettoriale della rete con il nuovo campo delle lunghezze: len 63S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  79. 79. NetNumbering: numerazione della rete ed estazione sottobaciniUtilizziamo ora il comandoNetwork - NetNumbering al finedi estrarre i sottobacini, oltre allamappa della rete numerata. I primi 3 inputs sono quelli ne- cessari, a questo punto dovrebbe- ro essere tutti di immediata com- prensione. Utilizzando il comando in moda- lità standard è sufficiente lascia- re tutti gli altri campi presenti di default, in particolare non inseri- remo la quarta mappa in input. Gli outputs sono tutti mappe ra- ster, dovremo inserirli entrambi. 64S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  80. 80. NetNumberin: output del comando Le due mappe output di NetNumbering: rete numerata e sottobacini 65S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  81. 81. BasinShape: vettorializzazione dei contorni dei sottobaciniVogliamo ora ottenere la mappavettoriale .shp dei contorni deisottobacini, che sarà comoda perestrarre varie informazioni, comegià visto per la mappa della rete. Questo comando vuole in input due mappe raster: la mappa del dtm depittato e quella dei sottobacini ottenuta con NetNumbering . . . e restituisce in output la mappa vettoriale dei sottobacini.Gli input raster si inseriscono comegià visto in precedenza e l’outputvettoriale come visto per la rete. 66S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  82. 82. Mappa vettoriale .shp dei sottobacini Mappa vettoriale dei sottobacini, si può vedere che il comando ha gia calcolato molti attributi utili per ogni sottobacino: area perimetro numerazione quota massima quota minima quota media quota dell’uscita 67S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  83. 83. VectorReshaper: centroidi dei sottobaciniSfruttiamo ancora il comandoVectorReshaper per uttenere unanuova mappa contenente i centroididi ogni singolo bacino. Le mappe vettoriali in input e output si inseriscono come visto prima per lo stesso comando. La nuova mappa deve contenere delle nuove features geometriche derivate, i centroidi. La sintassi ecql dovrà riscrivere il campo the_geom, sarà quindi: the_geom=centroid(the_geom) 68S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  84. 84. VectorReshaper: Mappa vettoriale .shp dei centroidi Mappa vettoriale dei centroidi di ogni sottobacino. È ben evidente come questo comando abbia creato una nuova mappa con feature geometriche di tipo differente, ovvero i punti rappresentanti i centroidi, derivati dalle feature originali (aree dei sottobacini). 69S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  85. 85. Attributi derivati Ora che abbiamo concluso l’analisi idrologica di base, estraendo il bacino d’interesse, la rete di drenaggio ed i sottobacini, possiamo eseguire una serie di altri comandi delle Horton Machine al fine di ottenere alcune mappe utili per una analisi idro-geomorfologica più completa del bacino. Ne vedremo ora un paio a titolo di esempio. Esposizione Geomorphology - Aspect Modulo del vettore gradiente Geomorphology - Gradient (Pendenza lungo la rete Geomorphology -Slope) (Curvature Geomorphology - Curvatures) Area di drenaggio Geomorphology - Ab (Classi topografiche Hillslope - Tc) Distanza dalla chiusura Basin - RescaledDistance Indice topografico Basin - TopIndex 70S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  86. 86. Attributi derivati Ora che abbiamo concluso l’analisi idrologica di base, estraendo il bacino d’interesse, la rete di drenaggio ed i sottobacini, possiamo eseguire una serie di altri comandi delle Horton Machine al fine di ottenere alcune mappe utili per una analisi idro-geomorfologica più completa del bacino. Ne vedremo ora un paio a titolo di esempio. Esposizione Geomorphology - Aspect Modulo del vettore gradiente Geomorphology - Gradient (Pendenza lungo la rete Geomorphology -Slope) (Curvature Geomorphology - Curvatures) Area di drenaggio Geomorphology - Ab (Classi topografiche Hillslope - Tc) Distanza dalla chiusura Basin - RescaledDistance Indice topografico Basin - TopIndex 70S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  87. 87. Indice topografico A TI = log b | z| esprime la tendenza di un pixel a saturarsi ¯ aree con valori elevati di indice topografico si saturano prima di aree a basso indice topografico dipende solo dalla morfologia è proporzionale al rapporto tra area cumulata nel pixel e pendenza Si calcola con il comando Basin - TopIndex che richiede in input: la mappa delle tca la mappa delle pendenze calcolata con Slope 71S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  88. 88. Indice topografico A TI = log b | z| esprime la tendenza di un pixel a saturarsi ¯ aree con valori elevati di indice topografico si saturano prima di aree a basso indice topografico dipende solo dalla morfologia è proporzionale al rapporto tra area cumulata nel pixel e pendenza Si calcola con il comando Basin - TopIndex che richiede in input: la mappa delle tca la mappa delle pendenze calcolata con Slope 71S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  89. 89. Calcolo dell’indice topografico: TopIndex input 72S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  90. 90. Calcolo dell’indice topografico: TopIndex output 73S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  91. 91. Calcolo dell’indice topografico: TopIndex Pixel con pendenza bassa hanno elevata propensione alla saturazione a parità di area cumulata ci sono zone all’interno del bacino dove non è definito l’indice topografico ¯ sono quelle con pendenza pari a zero per cui il rapporto area cumulata su pendenza tende ad infinito Si assegna ai pixel con images{ pass_mytop=read; valore nullo di indice pass_mybas=read; out=write;} topografico il valore if (isnan( pass_mybas )) { massimo caratteristico out = null; della mappa utilizzando } else { if (isnan( pass_mytop )) { Raster Processing - out = 25; MapCalc, utilizzando la } else { seguente sintassi: out = pass_mytop; } ; }; 74S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  92. 92. MapCalc Attualmente il Map Calculator, strumento che permette di eseguire operazioni aritmetiche e logiche sulle mappe, utilizza il linguaggio Jiffle. 1 per prima cosa bisogna selezionare le mappe di input, per questo comando è però differente dal solito, bisona trascinarle dalla vista piani nella lista delle mappe su cui si lavorerà 2 successivamente bisogna anche scrivere il codice per definire queste mappe come variabili 3 quindi vediamo alcune comuni sintassi per eseguire operazioni su queste mappe: assegnazioni operazioni aritmetiche controllo di flusso if gestione dei punti senza valori: NaN/null 75S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  93. 93. MapCalc: definizione delle variabili Si ricorda che per l’utilizzo di questo comando risulta necessario at- tivare la Processing Region; in caso contrario potrebbero verificarsi errori come mappe di output contenenti il solo valore NaN Sintassi per definire le mappe di input come variabili. Per gli input, cioè le mappe da leggere, il images{ nome della variabile deve essere uguale a pass_mytop=read; quello della mappa. pass_mybas=read; È inoltre necessario definire la variabile di out=write; output, cioè la mappa da scrivere. Questo } nome non deve necessariamente essere uguale a quello della mappa di output; quest’ultimo va come al solito, inserito nell’apposito tab outputs insieme al path. 76S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  94. 94. MapCalc: assegnazione operazioni aritmetiche Un’assegnazione si esegue sempre con una sintassi composta, in ordine: Questi sono tre 1 dal nome della variabile in cui esempi di assegnare assegnazione della variabile di output, 2 dall’operatore di assegnazione = chiamata out: 3 dalla quantità da assegnare alla variabile. out = null; Negli esempi si vedono tre diversi tipi di quantità da assegnare alla variabile out: out = 25; 1 nessun valore null 2 un valore costante out = pass_mytop; 3 i valori presenti in un’altra mappa ¯ questi tipi di quantità si possono combinare con gli operatori + - * / 77S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  95. 95. MapCalc: controllo di flusso if Il test deve essere un’equazione logica che restituisca Vero o Falso. if (test) { Può quindi essere imposto come operazioni da uguaglianza (Attenzione: ==), eseguire se il disuguaglianza o con appositi comandi che test è vero; restituiscano Vero o Falso che vedremo } else { dopo. operazioni da Le operazioni da eseguire possono essere eseguire se il una o più istruzioni, analoghe a quelle che test è falso; si scriverebbero al di fuori dell’ambiente }; if. ¯ come operazioni da eseguire possono anche essere annidati altri controlli if 78S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  96. 96. MapCalc: gestione dei punti senza valori: NaN/null Nei primi si vede l’uso del comando Questi sono degli isnan{}, che restituisce Vero quando il esempi di utilizzo di suo argomento non contiene valori. specifici comandi per Più precisamente quando ha valore gestire i punti a cui Not A Number, valore assegnato di default non è assegnato alcun dai JGrasstools nei punti in cui non è valore. presente alcun dato. isnan(pass_mybas) Restituendo un valore booleano risulta particolarmente comodo da usare come isnan(pass_mytop) test in un controllo if. Nel secondo si vede invece l’assegnazione ad una variabile (quindi ad una mappa) di out = null ”nessun valore” grazie all’apposito comando null che assegna valore null. 79S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  97. 97. MapCalc: inputsPer inserire gli input, mappe raster,in MapCalc è necessario tracinarlidalla vista layer di uDig. Per poterli trascinare è però necessario selezionare “la funzio- ne” adeguata nella finestra degli input. È necessario selezionare il CoverageLister aprendo il menù a tendina.Dopodichè è sufficiente trascinarlinel riquadro che compare nellafinestra. 80S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  98. 98. Calcolo dell’indice topografico: MapCalc 81S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  99. 99. Calcolo dell’indice topografico: MapCalc 82S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  100. 100. Distanze riscalate: RescaledDistance Il comando RescaledDistance permette di calcolare le distanze dall’uscita del bacino (outlet), calcolate lungo le direzioni di drenaggio. Queste distanze possono essere riscalate, cioè calcolate considerando velocità diverse nei versanti e nella rete idrografica. Viene quindi introdotto il parametro r definito come il rapporto tra la velocità nei canali e nei versanti, per definire le distanze riscalate x : uc x = xc + r · xh con r = e xc + xh = x uh Questo comando richiede in input le mappe: delle direzioni di drenaggio, calcolate con DrainDir e con gli outlets marcati con MarkOutlets della rete idrografica, calcolata con ExtractNetwork scegliendo uno dei tre tipi di soglie Richiede inoltre il parametro r (se r = 1 le distanze saranno semplici) 83S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  101. 101. Distanze riscalate: RescaledDistance Il comando RescaledDistance permette di calcolare le distanze dall’uscita del bacino (outlet), calcolate lungo le direzioni di drenaggio. Queste distanze possono essere riscalate, cioè calcolate considerando velocità diverse nei versanti e nella rete idrografica. Viene quindi introdotto il parametro r definito come il rapporto tra la velocità nei canali e nei versanti, per definire le distanze riscalate x : uc x = xc + r · xh con r = e xc + xh = x uh Questo comando richiede in input le mappe: delle direzioni di drenaggio, calcolate con DrainDir e con gli outlets marcati con MarkOutlets della rete idrografica, calcolata con ExtractNetwork scegliendo uno dei tre tipi di soglie Richiede inoltre il parametro r (se r = 1 le distanze saranno semplici) 83S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  102. 102. Distanze riscalate: RescaledDistance Il comando RescaledDistance permette di calcolare le distanze dall’uscita del bacino (outlet), calcolate lungo le direzioni di drenaggio. Queste distanze possono essere riscalate, cioè calcolate considerando velocità diverse nei versanti e nella rete idrografica. Viene quindi introdotto il parametro r definito come il rapporto tra la velocità nei canali e nei versanti, per definire le distanze riscalate x : uc x = xc + r · xh con r = e xc + xh = x uh Questo comando richiede in input le mappe: delle direzioni di drenaggio, calcolate con DrainDir e con gli outlets marcati con MarkOutlets della rete idrografica, calcolata con ExtractNetwork scegliendo uno dei tre tipi di soglie Richiede inoltre il parametro r (se r = 1 le distanze saranno semplici) 83S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  103. 103. RescaledDistance Calcolo delle mappa delle distanze semplici con r = 1 84S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  104. 104. RescaledDistance Calcolo delle mappa delle distanze riscalate con r = 10 85S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  105. 105. Funzione di ampiezza del bacino idrografico Ora che abbiamo calcolato le mappe delle distanze e distanze riscalate vogliamo ottenere la distribuzione di questi valori sulle mappe, il grafico di queste rappresenterà la funzione d’ampiezza semplice e riscalata. La distribuzione dei valori su una mappa potrebbe essere ugualmente ottenuta con il comando RasterSummary, che abbiamo già visto all’inizio di questa trattazione. Preferiamo invece ora utilizzare il più evoluto comando Statistics - Cb (delle Horton Machine). In questa applicazione fornisce un analogo risultato, però può essere sfruttato per ottenere più complesse statistiche incrociate tra due mappe. Per ottenere comunque la semplice distribuzione dei valori di una mappa è sufficiente utilizzarlo fornendo la stessa mappa in input per entrambe le mappe. 86S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  106. 106. Funzione di ampiezza del bacino idrografico Ora che abbiamo calcolato le mappe delle distanze e distanze riscalate vogliamo ottenere la distribuzione di questi valori sulle mappe, il grafico di queste rappresenterà la funzione d’ampiezza semplice e riscalata. La distribuzione dei valori su una mappa potrebbe essere ugualmente ottenuta con il comando RasterSummary, che abbiamo già visto all’inizio di questa trattazione. Preferiamo invece ora utilizzare il più evoluto comando Statistics - Cb (delle Horton Machine). In questa applicazione fornisce un analogo risultato, però può essere sfruttato per ottenere più complesse statistiche incrociate tra due mappe. Per ottenere comunque la semplice distribuzione dei valori di una mappa è sufficiente utilizzarlo fornendo la stessa mappa in input per entrambe le mappe. 86S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  107. 107. Funzione di ampiezza del bacino idrografico Ora che abbiamo calcolato le mappe delle distanze e distanze riscalate vogliamo ottenere la distribuzione di questi valori sulle mappe, il grafico di queste rappresenterà la funzione d’ampiezza semplice e riscalata. La distribuzione dei valori su una mappa potrebbe essere ugualmente ottenuta con il comando RasterSummary, che abbiamo già visto all’inizio di questa trattazione. Preferiamo invece ora utilizzare il più evoluto comando Statistics - Cb (delle Horton Machine). In questa applicazione fornisce un analogo risultato, però può essere sfruttato per ottenere più complesse statistiche incrociate tra due mappe. Per ottenere comunque la semplice distribuzione dei valori di una mappa è sufficiente utilizzarlo fornendo la stessa mappa in input per entrambe le mappe. 86S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  108. 108. Analisi dei valori di una mappa: Cb Il comando Statistics - Cb calcola le statistiche dei valori di una mappa rispetto a quelli contenuti in un’altra mappa i dati della prima mappa vengono raggruppati in un numero prefissato di intervalli e viene calcolato il valore medio della variabile indipendente in ciascun intervallo ad ogni intervallo corrisponde un set di valori nella seconda mappa, dei quali viene calcolata la media e gli altri momenti richiesti dall’utente il comando restituisce nella vista Console tutti questi valori per ogni intervallo, associati al numero di pixel contenuti nell’intervallo I valori stampati in output possono essere facilmente salvati in un file di testo puro (mediante un copia incolla) in formato ASCII che un qualsiasi foglio elettronico o R può leggere facilmente. 87S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  109. 109. Cb: input Questo particolare comando richiede in input: le due mappe su cui calcolare le statistiche numero di intervalli in cui dividere il range di valori della prima mappa il primo e l’ultimo ordine dei momenti da calcolareLe due mappe possono anche esserela stessa mappa se si vuole ottenerela distribuzione dei valori contenutinella mappa sul bacino (va sempreinserita in entrambe i campi). 88S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  110. 110. Cb: output Questo particolare comando stampa, in ordine da sx a dx: la media nell’intervallo dei valori della prima mappa il numero di pixel della prima mappa nell’intervallo il momento di primo ordine (media) dei valori della seconda mappa il momento di secondo ordine (varianza) dei valori della seconda mappa se richiesti, i momenti di ordine superiore dei valori della seconda mappa 89S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  111. 111. Esempio di plot dei risultati Questo è un esempio di plot con R della distribuzione delle distanze dei punti del bacino: rappresenta la funzione d’ampiezza del bacino. read.table(rd1)-rd1 plot(rd1[,1],rd1[,2],type=“l”,ylab=“Area [pixel]”, xlab=“Distanza [m]”,main=“Distanze Riscalate”) 90S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  112. 112. Indice dei simboli Simbolo Nome udm TI Indice topografico - A Area totale al di sopra di ogni punto L2 b Lunghezza della parte di pixel interessata dal drenaggio L z Pendenza - x Distanza di un punto del bacino dall’uscita misurata lungo le direzioni di drenaggio L x Distanza dall’uscita riscalata L xc Distanza di un punto del canale dall’uscita L xh Distanza di un punto dal canale a cui afferisce (lungo le linee di drenaggio) L r Rapporto tra celerità dell’onda di piena nei canali e nei versanti - uc Celerità del deflusso nei canali L T−1 uh Celerità del deflusso superficiale L T−1 91S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  113. 113. Indice dei comandi Comando Breve Descrizione Cb Calcola le le statistiche delle mappe Curvature Calcola le curvature longitudinali e trasversali CutOut Ritaglia una mappa raster DrainDir Stima le direzioni di drenaggio corrette ExtractNetwork Estrae il reticolo idrografico FlowDirection Stima le direzioni di drenaggio con D8 puro MapCalc Esegue calcoli sui raster MarkOutlet Marca l’uscita del bacino in esame Pitfiller Riempie le depressioni di un DEM RescaledDistance Calcola la funzione di ampiezza riscalata Slope Calcola il modulo della pendenza Tc Calcola le classi topografiche Tca Calcola le aree contribuenti TopIndex Calcola l’indice topografico WaterOutlet Estrae il bacino idrografico 92S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  114. 114. Credits La Horton Machine è il frutto del lavoro di ricerca congiunto di cudam ed Hydrologis s.r.l. 93S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  115. 115. Credits Questa presentazione è stata scritta da: Silvia Franceschi (Hydrologis and Ispra) Leonardo Perathoner (Università di Trento) Matteo Toro (Università di Trento) Giuseppe Formetta (Università di Trento) La redazione di questa presentazione è stata supportata da Ispra nell’ambito del progetto Danube Flood Risk e dalla Provincia Autonoma di Bolzano, nell’ambito del progetto HydroAlp. Per quanto possibile, questa presentazione è stata redatta con l’uso di software libero. L TEX per a scrittura, per il quale Leonardo Perathoner A ha approntato un apposito stile. Il programma statistico R (http://cran.r-project.org/) per l’elaborazione delle figure non prodotte da uDig. 94S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013
  116. 116. Grazie dell’attenzione JGrassTools Mailinglist: https://groups.google.com/forum/?fromgroups#!forum/jgrasstools 95S. Franceschi, L. Perathoner, M. Toro, G. Formetta17 marzo 2013

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