РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS)

РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) БЪЛГАРСКА АКАДЕМИЯ НА НАУКИТЕ ИНСТИТУТ ЗА КОСМИЧЕСКИ ИЗСЛЕДВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Инициатива „2021-2-8: Copernicus4Schools – The Great Disaster Challenge“ (Коперник за училищата – Голямото предизвикателство при бедствия) Разработили материала: Stefano Brazzoli, Alberta Albertella, Lorenzo Amici, Maria Antonia Brovelli, Rodrigo Cedeño, Alberto Vavassori Politecnico di Milano Превод от английски език Проф. д-р Лъчезар Филчев Гл. ас. д-р Камелия Радева ИКИТ-БАН БЪЛГАРСКА АКАДЕМИЯ НА НАУКИТЕ ИНСТИТУТ ЗА КОСМИЧЕСКИ ИЗСЛЕДВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ Този документ е разработен съгласно Рамковото споразумение за партньорство Каролин Хершел относно стимулиране на потребителите на програма “Коперник” на Европейският съюз 275/G/GRO/COPE/17/10042 (Framework Partmership Agreement for Copernicus User Uptake), специфично споразумение за предоставяне на безвъзмездна помощ N°20 - 2022/SI2.879178-SI2.879180/20 Уеб-книга https://cop4schools.readthedocs.io/en/latest/index.html 2РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) 3 СЪДЪРЖАНИЕ Въведение 5 Глава 1 1. Въведение в GIS 7 1. 1. Какво представляват географските информационни системи? 7 1.2. Въведение в QGIS 12 Глава 2 2. ГИС и инструменти за анализ 21 2.1. Безплатен достъп до спътникови изображения от програма „Коперник“ 21 2.2. Показване на сателитни изображения в браузъра на програма „Коперник“ 30 Глава 3 3. Извличане на данни от Службата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ (Copernicus EMS) 35 3.1. Услугата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ 35 Глава 4 4. Изображения на Sentinel-2 преди и след събитието 55 4.1. Как да изтеглите данните от браузъра на програма „Коперник“ 55 4.2. Изображения на Sentinel-2 в QGIS 62 Глава 5 5. Извличане на данни от Службата за наблюдение на земна повърхност на програма „Коперник“ (The Copernicus Land Monitoring Service, CLMS). 69 5.1. Службата за наблюдение на земна повърхност на програма „Коперник“ (CLMS) 69 4РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Глава 6 6. Извличане на данни за населението на Съвместния изследователски център (JRC) 85 6.1. Какво представлява глобалният слой на населени места (GHSL) 85 Глава 7 7. Изчисляване на земното покритие, засегнато от наводнения 105 7.1. Разглеждане на класовете земно покритие, които са най-засегнати от наводнения 105 7.2. Процент от всеки клас земно покритие, засегнат от наводнението 106 7.3. Получени резултати 111 Глава 8 8. Население, засегнато от наводнение 113 8.1. Визуализация на данните за населението съгласно GHSL-JRC в QGIS 113 8.2. Брой хора, засегнати от наводнение 115 5 ВЪВЕДЕНИЕ ВЪВЕДЕНИЕ Наръчникът се издава във връзка с европейска инициатива 2021-2-8: Copernicus4Schools – The Great Disaster Challenge (Коперник за училищата – Голямото предизвикателство при природни бедствия) и има за цел да мотивира учителите да използват възможностите на програма „Коперник“ за наблюдение на Земята от Космоса в училищния образователен процес. Помагалото включва информация за използване на спътникови изображение от програма „Коперник“ с цел наблюдение на природни бедствия. Наръчникът включва осем глави, които съдържат основна информация за ГИС и инструменти за анализ на спътникови изображения чрез често използвани индекси за анализ на конкретно явление в интересуваща ни област, изтегляне спътникови изображения от Sentinel-2 преди и след настъпване на природно бедствие(пример: наводнение), обработка на изображения от Sentinel-2 в програма QGIS, извличане на данни от Службата за управление на извънредни ситуации напрограма „Коперник“ (Copernicus EMS) извличане на данни от Службата за наблюдение на земна повърхност на програма„Коперник“ (The Copernicus Land Monitoring Service, CLMS), извличане на данни за населението от Съвместния изследователски център(JRC), изчисляване на земно покритие засегнато то наводнение, визуализация на данни за населението засегнато от наводнение. Материалът е разработен от екип на Politecnico di Milano (Политехническият университет в Милано) специално за учители с оглед тяхната подготовка за популяризиране в училищата използването на данни от програма „Коперник“ при наблюдение на природни бедствия и прилагане на иновативните технологии за прогнозиране, управление и предотвратяване на рискове свързани с тях. Конкретния пример, който е използван при подготовката на материала се отнася за наводнение в град Верчели, Италия. Независимо от примера стъпките и последователността на описаните действия са приложими за всяко място и държава, които сте решили да изследвате с помощта на данни от програма “Коперник“. Помагалото е публикувано в цифров вид в pdf формат на официалната интернет страница на ИКИТ-БАН.(ще се посочи). Оригинална версия на английски език може да откриете на https:// cop4schools.readthedocs.io/en/latest/index.html и д-р Камелия Радева проф. д-р Лъчезар Филчев Координатор FPCUP проекти за ИКИТ-БАН Координатор FPCUP проекти за ИКИТ-БАН 6РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) 7 1. ведение в  Въведение в ГИС Глава 1 1.1. Какво представляват географските информационни системи? Географска информационна система (ГИС) е система, която може да се използва за анализиране, манипулиране, интегриране и картографиране на различни типове данни. Чрез него е възможно и управление на геореферирани данни. ГИС се използва за широк спектър от приложения, които обхващат от визуализиране на карти на биоразнообразието на птиците с помощта на данни, събрани чрез гражданска наука, до наблюдение на наводнение. „ГИС е интегрирана система от компютърен хардуер, софтуер и обучен персонал, свързващ топографски, демографски, полезни, съоръжения, изображения и други данни за ресурси, които са географски реферирани“ ГИС на Национална администрация по въздухоплаване и изследване на космическото пространство (НАСА) са съставени от няколко елемента (фиг. 1.1.1): Фиг. 1.1.1 Елементи на Геоинформационната система (ГИС елементи) • Данни: Цифрова или аналогова информация, свързваща определения (attributes) с географски местоположения • Методи: Математически модели и аналитични техники за обработване на пространствени данни • Софтуер: Писмени инструкции (изходен код), които могат да бъдат прочетени от компютри за прилагане на методи 8РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) • Хардуер: Оборудване за подпомагане на дейностите, необходими за събиране, съхранение, обработка, анализ и показване на пространствени данни • Хора: Обучени ГИС специалисти и крайни потребители • Мрежа: Осигурява връзки между всички ГИС компоненти Предложената първа стъпка за начинаещи потребители за изучаване на ГИС е чрез настолни ГИС приложения (фиг. 1.1.2). Настолните ГИС са софтуерни приложения, работещи на работни станции и лаптопи, позволяващи на потребителите да имат достъп до информация, използвайки пространствена логика и методи, да променят или създават от нулата пространствени данни и да визуализират резултатите под формата на карта. Те също така предоставят графични потребителски интерфейси и улесняват сътрудничеството между потребителите чрез приемането на стандартни формати (обмен на файлове с пространствени данни, но също и изпълняване на проекти за картографиране и процедури за анализ). Те също така предлагат поддръжка за мрежова връзка, позволяваща достъп до онлайн ГИС ресурси. Съществуват много модели за разработване и разпространение на софтуер, като безплатен софтуер, споделящ софтуер, FOSS и т.н. и като потребители е от основно значение да знаете разликата между тях. Тук ще видим две от най-често срещаните: • Комерсиалният ГИС софтуер е защитен с авторски права и има ограничения за разпространение и модификация, наложени от неговия собственик. По принцип използването на патентован ГИС софтуер е разрешено на крайни потребители с лиценз за плащане. • FOSS (безплатен софтуер с отворен код) ГИС се пуска под лиценз, в който притежателят на авторските права предоставя на потребителите правата да използват, изучават, променят и разпространяват софтуера на всеки и за всякакви цели. Тези права са гарантирани на всички потребители безплатно. Фиг.1.1.2. Комерсиален и свободен софтуер с отворен код 1.1.1. Координатна референтна система Географското местоположение е елементът, който отличава пространствените данни от всички други видове информация, така че методите за определяне на местоположения на земната повърхност са от съществено значение за ГИС. През вековете са разработени много техники за определяне на местоположения, но само благодарение на ГИС е станало възможно автоматичното превключване от едно към друго. За да разберем ГИС и пространствените данни, трябва да имаме предвид какво е координатна референтна система (CRS) и как данните са създадени за Земята. За да определим какво е координатна референтна система (CRS), първо трябва да поговорим за координати и датум. 15 1. ведение в  Фиг. 1.2.2.1 QGIS интерфейсчаст 1 В случай, че някои панели не са показани, можете да ги активирате, като щракнете върху View (Изглед) в лентата с инструменти (1) (Фиг. 1.2.2.2) и след това преместите мишката върху Panels (2) (Панели). От там можете да поставите отметка в квадратчето на панелите, които сте пропуснали. В този случай сме активирали панелите Browser (3), Layers (2) и Processing Toolbox (3). Ако панелите не са поставени, както е показано или искате да промените позицията им, можете да щракнете върху името на панелите и без да отпускате натиска на мишката, да ги плъзнете, където предпочитате. Фиг. 1.2.2.2. QGIS интерфейсчаст 2 16 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) 1.2.2.1. Отворете проекта QGIS За да отворите нов QGIS проект, както е показано на (фиг. 1.2.2.3); щракнете върху Project (Проект) (1) в горния ляв ъгъл на лентата с инструменти и след това върху New (Нов) (2). Можете също да използвате прекия път (CTRL+N). Фиг. 1.2.2.3. Отваряне на нов QGIS проект 1.2.2.2. Импортиране на фон От лентата с инструменти щракнете върху Plugins (1) (фиг. 1.2.2.4) , след което щракнете върху Manage and install plugins … (2). Ще се появи менюто с Plugins. Щракнете върху All (3), за да видите списък с всички налични добавки, след което въведете „QuickMapServices“ в лентата за търсене (4). Кликнете върху QuickMapServices (5) и след това върху Install Plugin (6). Предупреждение За инсталиране на plugins (плъгини) е необходима интернет връзка. Фиг. 1.2.2.4– Инсталиране на QuickMapServices QGIS plugin 17 1. ведение в  За достъп до инсталирания „плъгин“ щракнете върху Web (1) (фиг. 1.2.2.5) и преместете мишката върху QuickMapServices (2), след това я преместете върху Google (3) и накрая щракнете върху Google Terrain (4). Фиг. 1.2.2.5 – Lunch QuickMapServices plugin and import background В случай, че някои карти не се показват, можете да ги активирате, като щракнете върху Web (Уеб) в лентата с инструменти (1) (фиг. 1.2.2.6) и след това преместите мишката върху QuickMapService (2). Кликнете върху Settings (3). (Настройки). Отворете раздела Visibility (4) (Видимост). От този раздел можете да поставите отметка в квадратчето на доставчика на карти, който пропускате, в този случай: „google“ (5). След като сте готови, щракнете върху Save (Запазване) (6). Фиг. 1.2.2.6 – Активиране на QuickMapService Maps 18 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) 1.2.2.3. Слой CRS (Координатна референтна система) и проект CRS Едно от най-важните неща, които трябва да знаете, докато работите с геореферирани данни, е координатната референтна система, към която принадлежат. Различни слоеве могат да принадлежат към различни CRS. За да проверите слой CRS, щракнете с десния бутон върху него (1) (фиг. 1.2.2.7) и щракнете върху Layer CRS (2). Ще се отвори падащо меню, където можете да го прочетете (3). Има много начини да проверите проект CRS, най-лесният е да поставите мишката върху иконата отляво на иконата Messages (Съобщения), присъстваща в лентата на състоянието, като изчакате няколко секунди, ще изскочите на текущия си CRS проект (4) . Фиг. 1.2.2.7 –CRS проект и слой CRS 1.2.2.4. Увеличете, за да откриете вашия град Опитайте сега да намерите вашия град, като увеличите мащаба на платното на картата, използвайте бутона с иконата „+“ (1) (фиг. 1.2.2.8) Фиг. 1.2.2.8. Увеличете и открийте Вашия град 19 1. ведение в  1.2.2.5. Запазете проекта Запазването на QGIS проекта може да стане чрез щракване върху Project (Проект) (1) в горния ляв ъгъл на лентата с инструменти, както е показано на Фиг. 1.2.2.9 и избиране на Save (Запазване) (2) от падащото меню. Фиг. 1.2.2.9 – Запазване на QGIS проект 20 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) 21 2. ГИС и инструменти за анализ ГИС и инструменти за анализ 2.1. Безплатен достъп до спътникови изображения от програма „Коперник“ 2.1.1. Дистанционно изследване и наблюдение на Земята Дистанционното наблюдение е наука, която изучава как да се получи информация за даден обект, без да сте в контакт с него. Обикновено обект на дистанционно наблюдение е самата Земя, в този случай говорим за наблюдение на Земята. 2.1.1.1. Спътници За да получим нашите наблюдения, ние използваме сензори, монтирани на сателити. Сателитите са обекти, поставени в орбита около небесно тяло. Има различни орбити, вариращи по форма, размер и ориентация в зависимост от фактори като надморска височина, наклон и ексцентричност, тук ще докладваме някои от тях: • Геостационарна орбита (GEO): сателитите, поставени в този вид орбита, са разположени приблизително на надморска височина от 35 000 km и изглеждат неподвижни спрямо фиксирана точка на земната повърхност, осигурявайки непрекъснато покритие на региона около тази точка. • Ниска околоземна орбита (LEO): сателитите, поставени в този вид орбита, варират от 160 km до 2000 km над повърхността на Земята. Тези ниски височини позволяват висока разделителна способност и бързо преразглеждане на същия регион. • Средна околоземна орбита (MEO): спътниците, поставени в този вид орбита, са разположени на разстояние, вариращо между тази на ниската околоземна орбита и тази на геостационарната орбита. Сателитите тук предлагат компромис между времето за повторно посещение и покритието. • Полярна орбита: сателитите, поставени в този вид орбита, преминават над полюсите на Земята. • Слънчево-синхронна орбита (SSO): сателитите, поставени в този вид орбита, прецесират със скорост, която съответства на орбиталното движение на Земята около Слънцето, което означава, че при всяка орбита сателитът преминава по едно и също слънчево време над всяка дадена точка на земната повърхност. Слънчево-синхронната орбита представлява специфичен случай на полярни орбити. Чрез сателити можем да постигнем глобално покритие и времеви обхват, което често изисква малко или никакви разходи за крайните потребители, какъвто е и случая с европейския проект Коперник. 2.1.1.2. Заснемане на изображение Това, което измерваме, е електромагнитната енергия, която Земята излъчва или отразява. Глава 2 22 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Електромагнитната енергия е комбинация от електрическо и магнитно поле, като първото варира по големина перпендикулярно на посоката на движение, докато второто е ориентирано по такъв начин, че завършва дясната триада. Това, което характеризира електромагнитната енергия, е нейната честота (f) и дължина на вълната (λ), двете са свързани чрез връзката: λ където v е скоростта на вълната. Във вакуум скоростта както на електрическото, така и на магнитното поле е равна на скоростта на светлината (c). Като се имат предвид тези понятия, идеята е, че можем да измерим съотношението между отразената и излъчената енергия като функция на дължината на вълната и да извлечем уникалния модел, съответстващ на всеки материал, който приема името на спектрален подпис. След това, сравнявайки наблюдаван подпис с познатия такъв, ще можем да разпознаем на кой материал съответства. 2.1.1.3. Характеристики на изображението Нива на обработка. Продуктите могат да бъдат класифицирани въз основа на нивото на обработка, на която са подложени, по-специално говорим за 5 нива: • Ниво 0: наричано още като „сурови данни“, тези данни се коригират само от грешките при предаване и обикновено не са подходящи за анализ без допълнителна обработка. • Ниво 1: включва корекции на изкривявания на сензора, геометрични корекции и радиометрични корекции. Това е видът продукт, с който ще работим в тези лекции. • Ниво 2: На този етап се прилагат алгоритми за подобряване на някои характеристики на данните. Примери за получени продукти могат да бъдат карти на надморската височина или индекси на растителността. • Ниво 3: Продуктите на това ниво, наричани още продукти с мрежови данни, са съставени от тематични продукти като карти на средна температура или карти на показател за урбанизационния растеж. Тези продукти са получени от продукти от ниво 2, които са агрегирани, осреднени или интерполирани. • Ниво 4: В този последен етап данните се интегрират с други продукти и се моделират, за да дадат прогноза. Някои примери могат да се видят в използването на прогнозиране на растежа на урбанизацията, приложимо за прогнозиране на производството на енергия, което ще е необходимо за поддържане на определен район. Пространствена разделителна способност. Пространствената разделителна способност се отнася до размера на най-малката характеристика, която може да бъде представена, и определя размера на пикселите на сателитните изображения на земната повърхност. В зависимост от размера на пикселите в изображението, камерите за дистанционно наблюдение се класифицират като: • Много висока пространствена разделителна способност: < 1 m • Висока пространствена разделителна способност: 1 - 5 m • Средна пространствена разделителна способност: 5 - 100 m • Ниска пространствена разделителна способност: > 100 m В тази глава ще използваме мултиспектрални изображения със средна разделителна способност за наземни услуги, предоставяни от сателити Sentinel-2 (сателити близнаци Sentinel-2A и Sentinel2B). Тези изображения ще ни позволят да различим къщите, но със сигурност не и хората. Времева разделителна способност. Времевата разделителна способност се определя като минималния интервал от време между две последователни наблюдения на едно и също място. Много е важна за наблюдението. За сателита това е продължителността на времето, необходимо за завършване на орбитален цикъл. За да се наблюдават явления като изригване на вулкан може да е достатъчна времева разделителна способност от 1 ден, докато при наблюдение на трафика може да е необходима почасова или дори по-малка времева разделителна способност. Съзвездието Sentinel-2 осигурява с един сателит времева разделителна способност от 10 дни на екватора. 23 2. ГИС и инструменти за анализ Спектрална разделителна способност. Спектралната разделителна способност се определя като броя на спектралните канали (фиг. 2.1.1.1), на които разделяме нашия спектрален диапазон. Със сателитите Sentinel-2 можем да заснемаме изображения в 13 спектрални канали в зависимост от пространствената разделителна способност. Фиг. 2.1.1.1. Примерно многоканално изображение. 2.1.1.4. Анализ на изображението Индексите на изображения са получени от многоканални изображения. Полученият продукт подчертава конкретно явление в интересуващата ни област и позволява по-добро разбиране на явлението. Някои от индексите, които могат да се видят в Copernicus Browser, са показани на фиг. 2.1.1.2: • NDVI: Нормализираният разликов вегетационен индекс (1): това е широко известен индекс, използван за количествено определяне на зелената растителност. Той нормализира разпръскването от зелените листа в близки инфрачервени (NIR) дължини на вълните с абсорбция на хлорофил в червени дължини на вълните. Може да се изчисли като: NDVI = (NIR - RED) / (NIR + RED) • NDMI: Индексът на нормализирана разлика във влажността (2) може да се изчисли като: NDMI = (NIR-SWIR) / (NIR+SWIR), където SWIR означава късовълнова инфрачервена връзка и се използва за откриване на промени във водното съдържание на листата. Количеството вода вътре в листото всъщност е отговорно за отразяващата способност в SWIR интервала. • NDWI: Нормализиран разликов воден индекс (3) може да се изчисли като: NDWI = (GREEN - NIR) / (GREEN + NIR). Водните тела всъщност са показали осезаемо поглъщане на светлина към частта от електромагнитния спектър между видимата и инфрачервената светлина. Този индекс може да даде прекалено висока оценка на водните обекти, тъй като урбанизираните райони също могат да се отразяват в тези канали. • NDSI: Нормализиран разликов индекс за сняг (4) може да се изчисли като: NDSI = (GREEN - SWIR) / (GREEN+ SWIR), където SWIR означава късовълнова инфрачервена вълна. Този индекс може да се използва и като инструмент за разграничаване между снежна покривка и облаци, тъй като и двете абсорбират светлина в SWIR, но обикновено само облаците отразяват видимата светлина. 24 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Фиг. 2.1.1.2: Индекси от браузер на програма „Коперник“ 2.1.2. Браузър на програма „Коперник“ Браузърът на програма Коперник (Copernicus) съчетава пълен архив от Sentinel-1, Sentinel-2, Sentinel-3, Sentinel-5P, архива на ESA на Landsat 5, 7 и 8, глобално покритие на продуктите Landsat 8, Envisat Meris, MODIS, Proba-V и GIBS на едно място и дава възможност за разглеждане и сравняване на изображения с пълна разделителна способност от тези източници. Интерфейсът на браузъра Copernicus (фиг. 2.1.2.1) се състои от три основни секции, вляво има странична лента (1), в центъра има карта (2) и вдясно на екрана има лента с инструменти . Функционалността на страничната лента ще бъде обяснена по-нататък в документа. В секцията с карта е възможно да визуализирате избрани продукти и да се движите и увеличавате и намалявате, проверявайки резултатите от избора. И накрая, в лентата с инструменти е възможно да увеличите мащаба до конкретно местоположение (3) и да използвате много инструменти. За по-ясни цели иконите на инструментите също са докладвани в горната част на Фиг. 2.1.2.1: • Слоеве (4) • Създаване на област на интерес (5) • Начертайте линия (6) • Направете точка на интерес (7) • Измерване (8) • Изтегляне на изображение (9) • Създаване на анимация с интервал от време (10) • Визуализирайте терена в 3D (11) • Хистограма (12) Забележка В случай, че искате да прочетете документацията, тя може да бъде достигната чрез следната връзка Документация за браузър на програма Коперник . 31 2. ГИС и инструменти за анализ 2.2.2. Изчисляване на нормализиран разликов воден индекс Нормализираният разликов воден индекс (NDWI) се използва за картографиране на водни тела. Индексът се изчислява с помощта на комбинация от близката инфрачервена (NIR) и зелена спектрални ленти. 2.2.2.1. Интегрирана функционалност за визуализация на браузърът на програма „Коперник“ Комбинации от канали, които представляват слоеве, вече са подготвени за вас в браузъра на програма „Коперник“, за да превключвате между тях, просто щракнете върху желания индекс. Визуализациите чрез индекси са изброени по-долу True color. За да видите NDWI в браузъра на програма „Коперник“ (фиг. 2.2.2.1), щракнете върху NDWI в левия панел (1). Фиг. 2.2.2.1. Визуализация на индекса NDWI в браузъра на програма „Коперник“ Увеличете мащаба на Верчели Използвайте функцията за мащабиране, като се фокусирате върху „Vercelli“, за да имате представа къде са водните обекти (фиг. 2.2.2.2). Фиг. 2.2.2.2– Индекс NDWI в браузъра на програма „Коперник“ за Vercelli 32 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Индексите в браузъра на програма „Коперник“ се появяват с легенда. Това представлява ключът към разбирането на сателитното изображение. Пример за легенда по отношение на NDWI е даден на Фиг.2.2.2.3. Фиг. 2.2.2.3. Легенда на индекс NDWI 2.2.2.2. Функционалност за изчисляване на индекси в браузъра на програма „Коперник“ Браузърът на програма „Коперник“ предлага възможността да се правят изчисления на базата на канали, като по този начин можете сами да изчислявате индекси чрез прилагане на уравнения (формули на индексите). За да получите NDWI, щракнете върху Custom (1). (фиг.2.2.2.4) Фиг. 2.2.2.4.Напътствия за изчисляване на индекса NDWI Сега щракнете върху Индекс (1) (фиг. 2.2.2.5) и приложете уравнението NDWI, като плъзнете съответните канали (2) в уравнението (3). Накрая променете цветовата схема, като щракнете върху Threshold (4), откъдето ще се появят няколко стила и изберете сред тях този, който харесвате. Сега ще преминем към следващия раздел, щракнете върху бутона Back (Назад) (5). 33 2. ГИС и инструменти за анализ Фиг. 2.2.2.5. Изчисляване и визуализация на индекс NDWI 2.2.3. 3D визуализация на сателитно изображение в браузъра на програма „Коперник“ Сега ще видим как да получим 3D визуализация на нашия слой True color (Фиг. 2.2.3.1), за да направите това, щракнете върху иконата 3D вдясно (1), след като го направите, символът върху иконата ще се промени и ще ви позволи да се върнете към 2D визуализация. Преместете се в 3D пространството с помощта на панорамната конзола (2) и конзолата на камерата (3). Щракнете върху настройката (4) и увеличете Vertical terrain scaling( вертикалното мащабиране на терена) (5), за да направите разликата във височината на терена по-видима. Фиг. 2.2.3.1. 3D визуализация на сателитно изображение в браузъра на програма „Коперник“ 34 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) 35 3. Извличане на данни от Службата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ (Copernicus EMS) Извличане на данни от Службата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ (Copernicus EMS) 3.1. Услугата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ Услугата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ (фиг. 3.1.1) е сегмент от програмата, посветен на предоставянето на подробна и точна гео-пространствена информация възможно най-бързо, за да се предоставя помощ по време на извънредни ситуации чрез ранни предупреждения и наблюдение на помощта. Данните се събират от спътниково дистанционно наблюдение и се комбинират с данни с отворен код и първични източници на данни. Фиг. 3.1.1 Бързо картографиране при Интерфейс на Услугата за управление на извънредни ситуации Превъртането надолу по уеб-страницата (фиг. 3.1.2) ще покаже списък с продукти с кратко описание на всеки и връзка към други уеб страници, специфични за всеки. Copernicus EMS OnDemand Mapping (1) е система, която може да бъде заявена само от оторизирани потребители. Както подсказва името, тази система предоставя информация при поискване за определена област навсякъде по света. Широката общественост може да бъде информирана за заявката за активиране и може да изтеглите получените продукти, както всички други продукти на Службата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“. Както бързото картографиране (Rapid Mapping)(2), така и картографирането на риска и възстановяването (Risk and Recovery Mapping)(3) могат да бъдат извлечени от страницата за картографиране на Услугата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“( Copernicus EMS mapping pagehttps://emergency.copernicus.eu/mapping/). Бързото картографиране на програма „Коперник“ е предназначено да осигури информация за кратък период от време, докато картографирането на риска и възстановяването на програма „Коперник“ е предназначено да допринесе за преГлава 3 36 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) венцията, готовността, намаляването на риска от бедствия и фазите на възстановяване на управлението на извънредни ситуации и тяхното производство и не предполага незабавна реакция. Фиг. 3.1.2. Картографиране при поискване“ на Услугата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ Copernicus EMS Exposure Mapping (Картографиране на експозицията към Службата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“) (1) (Фиг. 3.1.3) е система, предоставяща данни за населението и за населените места, като и двете могат да бъдат изтеглени чрез слоя на глобалното населено място (GHSL) като мрежи за население (2) и застроена повърхност (3). Забележка Copernicus GHSL ще бъде разгледан в глава 6. Фиг. 3.1.3 – Картографиране на експозицията на управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ (Copernicus EMS Exposure Mapping) Системата за Ранно предупреждение и мониторинг за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ (1) (Фиг.3.1.4) е система, предназначена да предлага гео-пространствена 37 3. Извличане на данни от Службата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ (Copernicus EMS) информация въз основа на наблюдения и прогнози. Тя се разделя на Европейската система за информираност за наводнения (EFAS) (2), Европейската информационна система за горски пожари (EFFIS) (3) и Европейските и глобалните обсерватории за засушаване (EDO) (GDO) (4). Всеки подраздел има собствен уебсайт и се занимава с различни аспекти. По-специално EFAS има за цел да подпомогне процедурите за превенция в случай на наводнения. EFFIS предоставя информация за горските пожари над Европа и също така се поддържа от група експерти, разпръснати сред 43 европейски страни. EDO и GDO предоставят информация за сушата, получена чрез карти на индикатори, изградени чрез комбиниране на различни източници на информация като модели на почвата и влагата, измервания на валежите и сателитни измервания. Фиг. 3.1.4. Системата за Ранно предупреждение и мониторинг за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ От началната страница на Службата за управление на извънредни ситуации на програма Коперник (фиг. 3.1.5) е възможно да отидете в раздела ЧЗВ/Преглед на услугата (FAQ/Service Overview section), за да изтеглите листовки и плакат. Фиг. 3.1.5 – ЧЗВ/Преглед на услугата - рекламни листчета и постери Превъртането надолу по уеб-страницата ще покаже списък с често задавани въпроси (FAQ) (фиг. 3.1.6), където е вероятно да намерите отговори на най-честите въпроси относно Copernicus EMS. В случай, че не откривате някой раздел, можете да изберете „Contact Support Office“ (Контакт с офиса за поддръжка ) (1) и съответните данни за контакт ще бъдат показани от дясната страна на екрана (2). 38 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Фиг. 3.1.6. Раздел ЧЗВ/Преглед на услугата (FAQ/Service Overview section) Последната страница, до която е възможно да се стигне от главното меню на уебсайта на Службата за управление на извънредни ситуации на програма Коперник, се нарича „Access to EMS data“ (Достъп до данни за Службата за управление на извънредни ситуации) (1) (фиг. 3.1.7) и се състои от обобщение на всички уебсайтове, от които е възможно извличане на данни от Copernicus EMS. Сега щракнете върху List of EMS Rapid Mapping Activations (Списък с дейности за бързо картографиране на услугата за управление на извънредни ситуации) (2). фиг. 3.1.7. Достъп до данни на Службата за управление на извънредни ситуации 3.1.1. Бързо картографиране чрез данни от програма „Коперник“ (Copernicus Rapid Mapping) Както вече беше посочено в началото на глава 3.1, „ Бързо катрографиране чрез данни от програма „Коперник“ (Copernicus Rapid Mapping) (фиг. 3.1.1.1) е една от услугите, предоставяни от Службата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ и включва услуга по заявка, която предоставя гео-пространствена информация, за да подпомогне управлението на дейностите след извънредна ситуация. 39 3. Извличане на данни от Службата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ (Copernicus EMS) Фиг. 3.1.1.1. Списък с дейности за бързо картографиране на услугата за управление на извънредни ситуации 3.1.1.1. Списък с дейности Изчерпателен и непрекъснато актуализиран списък с дейности за бързо картографиране на услугата за управление на извънредни ситуации може да бъде намерен тук (фиг. 3.1.1.2). Натиснете List of Activations (1). Активациите са класифицирани по държави, дати и вид събитие. Между видовете събития можем да отбележим наводнения, земетресения, горски пожари и много други. Забележете също, че може да има повече от един продукт при всяка дейност и област на интерес. 40 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Фиг. 3.1.1.2. Списък с дейности 3.1.1.2. Налични продукти Има четири вида продукти за бързо картографиране на Copernicus EMS: референтни продукти, продукт за първа оценка (FEP), продукти за очертаване и продукти за градиране (разгледани са в глава 3.1.2). Първият е предназначен да предостави информация за територията преди събитието, докато FEP е предназначен да оцени най-засегнатите райони по възможно най-бързия начин чрез предоставяне на първото налично изображение след събитието. Ще се спрем на другите два вида. Забележка: Може да прочетете повече за портфолиото за бързо картографиране като щракнете върху тази връзка. https://emergency.copernicus.eu/mapping/ems/rapid-mapping-portfolio 47 3. Извличане на данни от Службата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ (Copernicus EMS) Резултатът от тази операция е показан на фиг.3.1.3.7. Фиг.3.1.3.7. Категоризиран стил - резултат Характеристики на етикети ( Feature labels) Отворете панела „Properties“ на слоя Layer: “EMSR468_AOI05_DEL_PRODUCT_hydrographyL_r1_v1” (1) (фиг. 3.1.3.8) . В случай на хидрографска информация с „линии“, това представлява позицията на водните течения в разглежданата зона. Интересно е да се свържат тези елементи (ако има) с техните имена. Това се прави чрез работа с „labels“ Изберете раздела Labels (2) и изберете Single Labels (3) от падащото меню. Сега изберете полето, което ще се използва за етикетиране на нашите данни в платното на картата, като изберете „name“ в полето Value (4). Изберете Text (5), за да промените стила на текста на етикета и задайте размера на шрифта на 5.0 (6). Ако натиснете Apply (7) и преместите панела със свойства на слоя, за да разгледате платното на картата, ще видите, че е трудно да разчетете нашите етикети на пръв поглед, в следващата стъпка ще видим как да коригирате този проблем. Фиг. 3.1.3.8– Характеристики на етикета Text 48 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Върнете се в панела Layer Properties и щракнете върху Background (1) (фиг. 3.1.3.9) . Активирайте го като поставите отметка в полето Draw background box (2) и изберете цвят по ваш избор в цветовата рамка (3) в цветната лента, имайте предвид, че цветът на текста е черен, така че избирането на по-тъмни тонове ще направи по-трудно виждането. Добавянето на фон ще покрие частично това, което е под текста на нашите етикети, но ще направи текста много по-четлив. фиг. 3.1.3.9. Характеристика на етикети - Background Резултатът от тази операция е показан на фиг. 3.1.3.10. фиг. 3.1.3.10. Характеристики на етикети - резултат 49 3. Извличане на данни от Службата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ (Copernicus EMS) Градуиран стил (Graduated style) Сега ще променим стила на слоя „EMSR468_AOI05_DEL_PRODUCT_observedEventA_r1_v1“ (1) (фиг. 3.1.3.11). Наблюдаваното събитие, което разглеждаме, е наводнение. Територията не е засегната от наводнението по еднакъв начин (един цвят): има области, които са по-изложени, и други, които са по-малко, така че е необходима визуализация. Отворете раздела Symbology и изберете Graduated (2) от падащото меню. Изберете „област“ в полето Value (3). Нашата цел ще бъде да визуализираме наводнените зони с различни цветове въз основа на техния размер. Изберете цветова рамка по ваш избор (4). В нашия набор от данни имаме много малки области и само няколко големи, предвид това разпределение можем да изберем режима Logarithmic Scale (логаритмична скала) или Natural Breaks (Jenks) (естествени прекъсвания (Дженкс)) (5), за да увеличим разстоянието между класовете. Задайте броя на класовете на 15 (6) и натиснете Classify (7) и ще видите визуализацията на класификацията в панела за визуализация (8). Когато сте доволни, натиснете OK (9). Фиг. 3.1.3.11. Градуиран стил Резултатът от тази операция е показан тук (фиг. 3.1.3.12) . 50 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) фиг. 3.1.3.12. Градуиран стил - резултат Запазване на Стил Ако сте доволни от даден стил и искате да го запазите, за да го използвате в бъдеще, можете да щракнете върху Style (1) (фиг. 3.1.3.13) в панела Symbology на Layer Properties и да изберете Save Style (2) от менюто, което ще се отвори. В новия прозорец, който ще се отвори, можете да изберете в какъв формат искате да запазите файла си (3) и да видите кои категории ще бъдат запазени (4), също така ще имате възможност да деактивирате тези, които не ви интересуват, като щракнете върху отметнатите квадратчета, но засега това няма да го правим. Като щракнете върху трите точки (5), ще можете да управлявате папките си и да изберете къде да запазите вашия стил, когато сте готови, натиснете OK (6). Фиг.3.1.3.13.Запазване на стил 3.1.3.4. Атрибутивна таблица Обикновено, когато работим върху векторни данни, имаме достъп до атрибутивна таблица (фиг. 3.1.3.14). Тази таблица ще показва информация за характеристиките на избрания слой. Ще разгледаме атрибутивната таблица на слоя “EMSR468_AOI05_DEL_PRODUCT_observedEventA_ r1_v1” (1). За да се отвори, трябва да щракнете с десния бутон върху слоя и да изберете Open Attribute Table (2) между различните опции. Ще се покаже атрибутивна таблица (3), тук можем да видим атрибутите, съставляващи нашия слой, представени като заглавия на колони (4), като всеки ред представлява запис. В горната част на атрибутивната таблица имаме няколко бутона, предлагащи различни опции: 51 3. Извличане на данни от Службата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ (Copernicus EMS) Toggle editing mode (5) Reload the table (6) Select features using an Expression (7) Select All (8) Invert selection (9) Deselect all (10) Filter/Select features using form (11) Move selected to top (12) Pan map to the selected rows (13) Zoom map to the selected rows (14) Organize Columns (15) Open field calculator (16) Conditional formatting (17) Actions (18) Dock Attribute Table (19) • Превключване на режима на редактиране (5) • Презареждане на таблицата (6) • Избор на функции с помощта на израз (7) • Избери всички (8) • Обърнете селекцията (9) • Демаркирайте всички (10) • Филтриране/избиране на функции чрез формуляр (11) • Преместване на избраното най-горе (12) • Панорамна карта към избраните редове (13) • Увеличете картата до избраните редове (14) • Организиране на колони (15) • Калкулатор с отворено поле (16) • Условно форматиране (17) • Действия (18) • Таблица с атрибути на док (19) фиг. 3.1.3.14. Атрибутивна таблица Изберете най-голямата площ, засегната от наводнение За да изберем най-голямата площ, засегната от наводнението, можем да щракнем върху атрибута „площ“ на таблицата (1) (Фиг. 3.1.3.15), тъй като стойностите са числени, данните ще бъдат автоматично сортирани по намаляващи стойности и по този начин най-голямата площ ще бъде представена на първия ред. Щракването отново върху същия атрибут ще сортира данните по нарастващ ред. Сега ще щракнем върху съответния номер на ред, за да изберем нашата функция (2). Сега, след като направихме избора си, може да щракнете с десния бутон където и да е върху избраната от нас характеристика (3) и да изберем Zoom to Feature (4), това ще увеличи мащаба на платното на картата върху нашия обект. Като алтернатива, тъй като сме извършили селекция, можем да щракнем върху картата за Zoom map to the selected rows (мащабиране на избраните редове) (5) . 52 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Фиг. 3.1.3.15. Най-голямата площ засегната от наводнение Изчислете общата засегната площ За извършване на изчисления може да използваме Field Calculator (фиг. 3.1.3.16). Първо щракваме върху Toggle editing mode (1) и след това върху бутона Field Calculator (2), за да го отворим. Първото нещо, което ще направим, е да удебелим полето Create virtual field (3), след което даваме име на новата колона, в която ще се постави резултата от нашето изчисление, в този случай „Total_Area“ (4). Задаваме Output Field Type на „Decimal“ (5), тъй като настройката му на „Integer“ ще премахне всички стойности след запетаята. Тъй като искаме да сумираме всички стойности на полето за площ, търсено от функцията за сумиране в лентата за търсене, като напишем „sum“ (6), след като бъде намерено, щракнете върху него два пъти, за да го добавите към раздела с изрази (ще го разгледаме по-късно ). Отдясно на полевия калкулатор ще се отвори задълбочено обяснение как работи избраната функция (7). Изберете Fields and Values (8), за да отворите менюто и натиснете два пъти върху „Area“ (9). Сега ще трябва да завършите формулата в раздела с изрази, като добавите затваряща скоба “)” (10). Като алтернатива може просто да напишете формулата в раздела с изрази като: „sum („area“ )“ (премахвайки външните кавички). Ако сте написали формулата в правилната форма, трябва да видите Review of the result (Преглед на резултата) (11). В този случай се нуждаем само от тези стойности, защото все още можем да приключи процедурата, като натиснете ok (12). Фиг. 3.1.3.16. Обща площ засегната от наводнението 53 3. Извличане на данни от Службата за управление на извънредни ситуации на програма „Коперник“ (Copernicus EMS) 3.1.3.5. Запазете проекта в QGIS Сега ще разгледаме как да запазим проект в QGIS (фиг. 3.1.3.17), за да го направите, натиснете Project (1) и след това Save (2). След това ще трябва да изберете пътя, в който искате да бъде записан вашият проект (3), да му дадете име (4) и да щракнете върху Save (5). Фиг. 3.1.3.17. Запазване на проект в QGIS 54 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) 55 4. Изображения на Sentinel-2 преди и след събитието Изображения на Sentinel-2 преди и след събитието v4.1. Как да изтеглите данните от браузъра на програма „Коперник“ 4.1.1. Защо да използваме данни от Sentinel-2? Мисията Sentinel-2 е част от програма „Коперник“, чрез която бяха изстреляни два спътника с цел предоставяне на мултиспектрални изображения с висока разделителна способност на земната повърхност. Двата спътника са разположени на 180° един от друг на полярна слънчевосинхронна орбита на около 800 km от земята, като предлагат време за повторно посещение на същата област на екватора от 10 дни. По този начин съзвездието, съставено от двата спътника, позволява време за повторно посещение от 5 дни. Краткия период за повторно посещение е фундаментално при наблюдение на явления, които се променят във времето, като наводнение или горски пожар. Изображенията, заснети от Sentinel-2, са съставени от 13 спектрални канала, някои от които са във видимия диапазон, докато други са инфрачервени. С тази композиция е възможно да се анализират земно покритие, количество и качество на водата, здравно състояние на растителността, състав на почвата и т.н. Пространствената разделителна способност на Sentinel 2 варира между 10 до 60 m в зависимост от обхвата, като по този начин е възможно да се възстановяват подробни наблюдения. Относно покритието, сателитите Sentinel-2 предлагат ширина на сцената от 290 km; това означава ширината на площта на земята, която тези сателити могат да уловят, преминавайки еднократно над област, която е много забележима, което позволява да се намали мозайкирането на спътниковите данни. Друга важна характеристика на данните, получени чрез Sentinel-2, е, че са обществено достъпни и могат да се ползват безплатно. 4.1.2. Търсене на изображения от Sentinel-2 в браузъра на програма „Коперник“ За да продължите в тази глава е необходимо да притежавате EMS векторни данни: „EMSR468_ AOI05_DEL_PRODUCT_areaOFInterestA_r1_v1.json“, изтеглени в Глава 3. Преди да разгледате архивите с изображения, влезте в акаунта си в браузъра на програма „Коперник“ (фиг. 4.1.2.1) . Кликнете върху Login (1), след което попълнете полетата Email (2) and Password (3) с идентификационните данни, които сте използвали за регистрация в глава 2/ точка 2.1.2.1. от глава 2. Като последна стъпка натиснете LOGIN (4), ако всичко е правилно името ви ще се появи в горния десен ъгъл на страничната лента. Глава 4 56 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Фиг. 4.1.2.1. Влизане в браузъра на програма „Коперник“ (Copernicus Browser) След като влезете, ще се възползваме от гъвкавостта на браузъра на програма „Коперник“, за да намерим данните, които ни интересуват, и да качим областта, която представлява интерес за нас (AOI). За да направите това, задайте следните параметри в раздела SEARCH (фиг. 4.1.2.2): поставете отметка в полето L2A (1); задайте облачно покритие на 40% (2); задайте TIME RANGE на 28-09-2020 до 04-10-2020 (дд-мм-гггг), в този случай няма нужда да променяте диапазона на часовете и минутите (3). Тази процедура ще стесни обхвата на данните, които ще ни бъдат показани. Предвид размера на целия набор от данни на Copernicus Browser би било невъзможно да намерим данните, които ни интересуват, без тази процедура. След това задайте областта, която ви интересува, като натиснете (4) и изберете метода „Upload“ (5). Това ще позволи изтегляне на данни спрямо ограничена област, намалявайки необходимото пространство за съхраняването им. В този момент щракнете върху зоната, заобиколена от сивата пунктирана линия (6) и прегледайте вашите файлове, търсейки: „EMSR468_AOI05_DEL_PRODUCT_areaOFInterestA_r1_v1.json“ (7) (този файл беше изтеглен в раздел 2; моля погледнете и https://cop4schools.readthedocs.io/ en/latest/part2/2_1.html#id1). Файлът „.json“ (JavaScript Object Notation) е гъвкав и лек формат, използван за съхраняване на различна информация, която може лесно да се преобразува в обекти на JavaScript. Веднага след като областта бъде качена, натиснете Open (8). Забележка: Може да прочетете повече за JavaScript Object Notation на следния линк https://www.w3schools.com/ js/js_json_intro.asp Фиг. 4.1.2.2. Настройка на област на интерес и търсещи параметри 63 4. Изображения на Sentinel-2 преди и след събитието да комбинираме всички наши различни канали в един виртуален растер, за да го направим, кликваме върху Raster (1) (фиг. 4.2.2.1) , Miscellaneous (2) и Build Virtual Raster (3). Фиг. 4.2.2.1. Създаване на виртуален растер част 1 На фиг. 4.2.2.2. е показано как се създава виртуален растер. Изберете „Highest“ разделителна способност от падащото меню (1) и поставете отметка в квадратчето, наречено: Place each input file into a separate band (2). Сега трябва да изберем каналите, които ни интересуват, щракнете върху иконата с три точки (3). Ще се появи ново меню (4), откъдето можете да поставите отметка в квадратчето на каналите, които искаме да добавим (5), след като сте готови, щракнете върху OK (6). Вече сме готови да изпълним нашия алгоритъм, но първо трябва да дадем име на нашия файл, наречете го: „Pre.vrt“ (7) (ако не изберете име, софтуерът автоматично ще го нарече: „VIRTUAL”), след като сте готови, щракнете върху Run (8). След като обработката приключи, може да затворите прозореца на дневника (log window). Фиг. 4.2.2.2. Създаване на виртуален растер част 2 64 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Сега ще изчислим индекси (Фиг. 4.2.2.3), трябва да щракнете върху Raster (1), Raster Calculator (2). Първото нещо, което правим, е да зададем местоположението, където да запазим нашата изходна информация, като натиснем бутона с три точки (3) и изберем името на файла (предложение: „NDWI_pre“). Вътре в растерните ленти можем да видим всички канали, съставящи нашия виртуален растер (4). Сега ще трябва да напишем уравнението, за да изчислим нашия индекс, в този случай ще изчислим NDWI, както вече видяхме в глава 2, индексът NDWI се изчислява като: (GREEN - NIR) / (GREEN + NIR), съответстващо на каналите на сентинел 2: (B03 - B08) / (B03 + B08). За да напишем тази формула, можем да щракнем върху каналите (4) и върху бутоните, съответстващи на операторите (5), формулата ще бъде написана в полето Raster Calculator Expression (6). Ако сте извикали своя виртуален растер, както е предложено (“Pre”), можете просто да копирате формулата: “( “Pre@3” - “Pre@8” ) / ( “Pre@3” + “Pre@8” )” в полето Raster Calculator Expression. Фиг. 4.2.2.3. Изчисляване на индекс NDWI в QGIS Сега повторете всички стъпки от Глава 4/ точка 4.2.1 и точка 4.2.22, но този път изчислете NDWI, като използвате данните, съответстващи на дата: 03-10-2020 (след събитието), предлагаме да извикате виртуалния растер като „Post“, така че можете да копирате формулата: “( “Post@3” - “Post@8” ) / ( “Post@3” + “Post@8” )” в полето Raster Calculator Expression. 4.2.2.1. Идентифициране на зони с по-висока водонаситеност За да идентифицираме зони с по-голямо водонасищане, можем по опростен начин да разгледаме разликата между NDWI преди и след събитието. От Фиг. 4.2.2.4, като разгледаме скалата от стойности, придадени на различните цветове за индекса NDWI както в събитията „преди“, така и „след“ наводнението (1), забелязваме, че стойностите са различни, това няма да е честно сравнение. За да коригираме този проблем, можем да ги променим, като щракнете с десния бутон върху нашия индекс (2), натиснете Properties (3) и Symbology (4). Променяме минималната стойност на “-1” и максималната на “+1” (5) и потвърждаваме избора си, като натискаме ok (6). 65 4. Изображения на Sentinel-2 преди и след събитието Фиг. 4.2.2.4. Фиксиране на обхвата на стойности на индекса NDWI На фиг. 4.2.2.5 можем да оценим разликата между двата индекса NDWI. Фиг. 4.2.2.5. Идентифициране на зони с повече насищане с вода 4.2.3. Растерна визуализация в QGIS 4.2.3.1. Едноканално сиво (Singleband gray) Видяхме накратко едноканалното сиво в глава 4/т.4.2.2.1. с този вид визуализация можем да изобразим слой с помощта на един канал. Първото нещо, което можем да направим, е да зададем Color gradient от „Black to White“ на „White to Black“ (1) (фиг. 4.2.3.1). Както вече видяхме, може да променяме стойностите Min и Max. Можем също така да увеличим разликите в температурните стойности на растера, като променим Contrast Enhancement (3). 66 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Фиг. 4.2.3.1. Едноканално сиво (Singleband gray) 4.2.3.2. Едноканален-псевдоцветен (Singleband-pseudocolor) От падащото меню (фиг. 4.2.3.2) можем да изберем “Singleband pseudocolor” Render Type (1), задаваме Min и Max съответно на “-1” и “+1” (2). Може да променим цветната рампа като кликваме върху triangle symbol надолу (3), където можем да обърнем текущата цветова гама (4) или да изберем нова, като натинем All Color Ramps (5) и изберем „GnBu“ (6). Ако искате, може да промените избраната цветна гама, като щракнете върху нея (7). В този случай ще оставим режима като непрекъснат (8), което автоматично ще заключи броя на класовете (9), използвайки други режими, можем да ги променяме. Можете да видите преглед на резултатите в централната секция (10), когато сте доволни от него, натиснете OK (11). Фиг. 4.2.3.2. Едноканален-псевдоцветен 4.2.3.3. Тонирани/уникални стойности(„Paletted/Unique values“) Този вид изобразяване (фиг. 4.2.3.3) се състои в представяне на всяка различна стойност на 67 4. Изображения на Sentinel-2 преди и след събитието растера с различен цвят и често се използва за представяне на земното покритие. Избираме „Paletted / Unique values“ като Render type (1). Относно цветната рампа, може да я променим, като щракнете върху бутона Color ramp (2) (по подразбиране софтуерът присвоява произволен цвят на всяка уникална стойност). За да генерираме нашите класове, трябва да изберем Classify (3). Тази процедура може да отнеме няколко секунди в зависимост от броя на уникалните стойности. Този вид представяне не е особено подходящо за нашите данни, така че предпочитаме да натиснем Cancel (4). Фиг. 4.2.3.3. Тонирани уникални стойности (Paletted-unique values) 68 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) 69 5. Извличане на данни от Службата за наблюдение на земна повърхност на програма „Коперник“ (The Copernicus Land Monitoring Service, CLMS). Извличане на данни от Службата за наблюдение на земна повърхност на програма „Коперник“ (The Copernicus Land Monitoring Service, CLMS). 5.1. Службата за наблюдение на земна повърхност на програма „Коперник“ (CLMS) Службата за наблюдение на земята на програма Коперник (https://land.copernicus.eu/en) има за цел да предостави географска информация за земеползването и земното покритие с промени, движението на земята, състоянието на растителността, водния цикъл и променливите на енергията на земната повърхност. Всичко в общоевропейски и световен контекст. Всички продукти са безплатни и могат да се използват за всякакви цели. След като отворите уебсайта на CLMS, ще бъдете посрещнати от неговата начална страница (фиг. 5.1.2.). От горната лента на началната страница можете да отидете до други раздели на уебсайта, посветени на: търсене на техническа помощ (1), преглед на продуктови актуализации (2), проверка на новини и събития (3) (те могат да бъдат директно проверени на началната страница) и разгледайте възможностите за работа (4). Можете също така да регистрирате нов акаунт или да влезете (5) (показано на фиг. 5.1.1.2.) И накрая, възможно е да търсите директно информацията, която Ви интересува, като използвате лентата за търсене (6). Възможно е също така да достигнете до главните страници на уебсайта, като използвате главното меню (7). Тези страници ще бъдат разгледани по-долу. Като натиснете изброените типове продукти (8), ще бъдете отведени до страницата за преглед на данни (Data Viewer page), вече филтрирана по продуктите, които сте избрали. Наборите от данни са групирани в категории, включително: • картографиране на земното покритие и земеползването, състоящо се от класификации на земното покритие и слоеве за характеристиките на растителното земно покритие; • мониторинг на приоритетна зона, включително информация за земното покритие/ земеползването за конкретни области на интерес, склонни към екологични промени; • биогеофизични параметри, обхващащи слоеве върху състоянието и развитието на земната повърхност, допълнени от дългосрочните времеви редове; • мониторинг на движенията на земната повърхност, включително информация за естественото и антропогенното движение; • сателитни данни, т.е. мозайки от спътникови изображения от програма „Коперник“ и комерсиални сателитни мисии за наблюдение на състоянието на земната повърхност; • референтни данни и данни за валидация, състоящи се от наземни наблюдения, които могат да се използват като гео-пространствени референтни данни. Глава 5 70 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Фиг. 5.1.1. Уебсайт на услугата за наблюдение на земната повърхност на програма Коперник (CLMS)- начална страница - част 1 Превъртайки надолу уеб-страницата, ще видите два основни бутона (фиг. 5.1.2), единият ще ви отведе до Dataset catalogue page (страницата с каталог с набор от данни) (1), а другият до Data Viewer page (страницата за преглед на данни) (2). Също така е възможно да разгледате всички новини, събития и актуализации на продукти, като се придвижите през съответните раздели (3). Фиг. 5.1.2. Уебсайт на услугата за наблюдение на земната повърхност на програма Коперник (CLMS)- начална страница - част 2 Превъртайки по-надолу, стигаме до края на началната страница (фиг. 5.1.3). Тук са представени потребителите на CLMS и също така е възможно да отворите страницата Use Cases (Случаи на използване)(1). В най-долната част на страницата има раздел с повече техническа информация (2), групирана: Disclaimer, Data Policy, Personal data protection, Cookies и накрая Sitemap (карта на сайта), като отварянето на последната страница показва пълната структура на самия сайт. 71 5. Извличане на данни от Службата за наблюдение на земна повърхност на програма „Коперник“ (The Copernicus Land Monitoring Service, CLMS). Фиг. 5.1.3. Уебсайт на услугата за наблюдение на земната повърхност на програма Коперник (CLMS)- начална страница - част 3 От началната страница можем да отворим страницата с портфолио на CLMS (фиг. 5.1.4), като щракнем върху CLMS portfolio (1). По подразбиране разделът Get Overview (Общ преглед) ще бъде отворен (2). В този раздел е възможно да отворите и прочетете кратък преглед на всички продукти на CLMS, съдържащи описание и друга информация, която зависи от типа продукт, като референтна година, географско покритие, честота на актуализиране, мащаб, пространствена разделителна способност Минимална картируема единица (MMU) и източници на данни за наблюдение на земята– EO (Еarth Observation). Фиг. 5.1.4. Уебсайт на услугата за наблюдение на земната повърхност на програма КоперникCLMS portfolio, част 1 72 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Отварянето на раздела Explore (Фиг. 5.1.5) (1) ще ви позволи да видите и впоследствие да отворите всяка продуктова страница. Чрез щракване върху Filters (2) ще се отвори странична лента (3), където е възможно да изберете подмножество от всички продукти, като поставите отметка в квадратчета (4). Фиг. 5.1.5. Уебсайт на услугата за наблюдение на земната повърхност на програма Коперник-- CLMS portfolio, част 2 Щраквайки върху Dataset catalogue (1) (Фиг. 5.1.6), отваряме същата страница. Тази страница е подобна на DLMS портфолиото, но показва списък с всички данни. Възможно е да намерите желания продукт, като използвате лентата за търсене (2) и/или като натиснете Filters (3) и изберете параметрите от страничното меню, което ще се отвори (4). От страницата Data Viewer (1) (Фиг 5.1.7) може да визуализираме данни, като повече за това е предложено на фиг. 5.1.1.1. Фиг. 5.1.6. Уебсайт на услугата за наблюдение на земната повърхност на програма Коперник - Dataset catalogue 79 5. Извличане на данни от Службата за наблюдение на земна повърхност на програма „Коперник“ (The Copernicus Land Monitoring Service, CLMS). Фиг. 5.1.2.1 – Въвеждане на растерни данни в QGIS 5.1.2.1. Зареждане на Стил Файлът, съдържащ стила на слой земно покритие на Корине (CLC), също беше изтеглен и може лесно да бъде въведен в QGIS, както следва (фиг. 5.1.2.2): Първо, щракнете с десния бутон върху слоя, който току-що сте импортирали в QGIS (1), отидете на Properties (2) и отворете менюто Symbology (3). В долния десен ъгъл натиснете Style (4) и изберете опцията Load Style … (5). В менюто Database Styles Manager, което ще се появи, натиснете иконата с три точки (6), пътят за намиране на вашите данни трябва да изглежда така: „…Results65791EEAU2018_CLC2018_ V2020_20u1_raster100m_tiled_docInfoLegendRasterclc_legend_qgis_raster.qml“ с изключение на първата част, в която вие трябва да намерите къде е записан файлът с резултати и идентификатора на продукта, който може да е различен. Форматът .qml е четим и може лесно да се редактира с помощта на текстов редактор или в самия QGIS, където се използва за съхраняване на информация за стила на слоевете. По принцип този файлов формат се използва за определяне на оформления на потребителския интерфейс като позицията на изображения и бутони. След като импортирате файла, щракнете върху Load Style (7) и OK (8). Забележка: Може да прочетете повече за .qml формата на https://doc.qt.io/qt-6/qtqml-documents-topic.html. Фиг. 5.1.2.2. Стил на зареждане 80 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) 5.1.2.2. Класове земно покритие на наводнени райони В следващите стъпки ще извършим основна предварителна обработка на нашите данни, като проектираме координатната система и като ограничим данните за земното покритие само до частта, свързана с изследваната област, с помощта на инструмента Clip. Тази процедура е особено полезна за намаляване на изчислителната тежест за управление на данни, по-големи от вашата област на интерес. Освен това ще се научите да копирате и поставяте стил от един слой в друг. С тази техника ще можете да отделите време, докато работите с данни, използвайки същите стилове. Закрепване на слоя земно покритие към зоната на интерес Въведете слоевете на областта на интерес (“EMSR468_AOI05_DEL_PRODUCT_areaOfInterestA_ r1_v1”) и наблюдаваното събитие (“EMSR468_AOI05_DEL_PRODUCT_observedEventA_r1_v1”), използвани в глава 3. Ще започнем с повторно проектиране на слоя на областта на интерес (фиг. 5.1.2.3). В Processing Toolbox потърсете Reproject layer (1). Кликнете върху инструмента Reproject layer (2), който ще бъде под групата Vector General. Задайте „EMSR468_AOI05_DEL_ PRODUCT_areaOfInterestA_r1_v1“ като Input layer (входен слой) на инструмента (3). Под Target CRS щракнете върху иконата Select CRS (4), ще се отвори нов раздел на инструмента, оттам въведете „WGS 84 / UTM зона 32N“ в Filter search bar (5). Кликнете върху избраната проекция (WGS 84 / UTM зона 32N EPSG 32632) (6) и след това върху синята стрелка, за да се върнете към предишния раздел (7). Ако всичко е направено по правилния начин, трябва да видите избраната проекция под Target CRS (8). Сега продължете, като изберете къде да запазите повторно проектирания слой и като му дадете име (9), за целите на тази глава ще го наречем „AreaOfInterest_UTM“. След като сте готови, щракнете върху Run (10). Повторете тази процедура, като зададете като входен слой слоя „EMSR468_AOI05_DEL_PRODUCT_observedEventA_r1_v1“, този втори изход ще се нарича „ObservedEvent_UTM“. Забележка: Уверете се, че и двата изходни файла са запазени с разширение .shp. Фиг. 5.1.2.3. Препроектиране на векторни слоеве Сега ще препроектираме слоя земно покритие. Кликнете върху Raster (1), Projection (2) и след това изберете Warp (Reproject) (3). Задайте „U2018_CLC2018_V2020_20u1.tif“ като Input layer (входен слой) на инструмента (4). Сега искаме да зададем Target CRS като „WGS 84 / UTM зона 32N EPSG 32632“, за да направите това, можете да щракнете върху падащото меню (5), ако наскоро сте 81 5. Извличане на данни от Службата за наблюдение на земна повърхност на програма „Коперник“ (The Copernicus Land Monitoring Service, CLMS). използвали този CRS, той ще се появи в менюто, което ви позволява да го изберете. В противен случай щракнете върху иконата Select CRS (6) и я потърсете по същия начин, както е показано на фиг. 5.1.2.4. Сега продължете, като изберете къде да запазите повторно проектирания слой и му дайте име (7), сега ще го наречем „LC_UTM“. След като сте готови, кликнете върху Run (8). Забележка: Уверете се, че изходният файл е записан с разширение .tiff. Фиг. 5.1.2.4. Препроектиране на растерни слоеве Закрепете слоя земно покритие към зоната на интерес Можете да забележите, че изтеглените данни за земното покритие включват много по-широка област от тази, която ни интересува. За да се справим с този проблем, можем да „изрежем“ данните до частта, която представлява интерес. Сега можем да продължим с процедурата за изрязване (фиг. 5.1.2.5). Натиснете Raster (1), след това Extraction (2) и Clip Raster by Mask Layer… (3). В менюто, което се появява, задайте слоя земно покритие като Input layer (4) и слоя на интересуващата ни зона като слой Mask layer (5). След като сте готови, щракнете върху Run (6). Фиг. 5.1.2.5 – Clip data 82 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Прилагане на стил След предишните стъпки трябва да сте загубили оригиналния стил на слоя. За да го възстановите, можете да копирате стила на друг слой. За да направите това, щракнете с десния бутон върху слоя, от който искате да вземете стила (“U2018_CLC2018_V2020_20u1”) (1) (Фиг. 5.1.2.6) , изберете Style (2), Copy Style (3) и щракнете върху All Style Categories (4), както е показано на (фиг. 5.1.2.2.2b). Фиг. 5.1.2.6. Копиране на стил Сега трябва да поставим стила, който току-що копирахме, в нашия изрязан слой (фиг. 5.1.2.7). Щракнете с десния бутон върху изрязания слой (1), изберете Style (2), Paste Style (3) и щракнете върху All Style Categories (4). Фиг. 5.1.2.7. Поставяне на стил Запазване на слоя Както можете да видите, когато изрязахме слоя, ние не го запазихме, това също се обозначава с иконата, която се появява отляво на временните слоеве (фиг. 5.1.2.8). Тъй като слоят е временен, той ще бъде загубен, след като QGIS бъде затворен. Това може да бъде много полезна функция, в случай че вече не е необходимо да използваме този слой, но това не е нашият случай. За да 83 5. Извличане на данни от Службата за наблюдение на земна повърхност на програма „Коперник“ (The Copernicus Land Monitoring Service, CLMS). запазим изрязания слой (Clipped layer), можем да щракнете с десния бутон върху него (1), да отидем на Export (2), Save As… (3). Сега продължете, като изберете къде да запазите вашия слой и като му дадете име (4), за целите на тази глава ще го наречем „LC_UTM_Clipped“. След като сте готови, натиснете OK (5). Фиг. 5.1.2.8. Запазване на стил 84 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) 85 6. Извличане на ДАННИ ЗА НАСЕЛЕНИЕТО на Съвместния изследователски център (JRC) Извличане на данни за населението на Съвместния изследователски център (JRC) 6.1. Какво представлява глобалният слой на населени места (GHSL) Глобалният слой на населени места е отворена и безплатна информация и инструмент за оценка на човешкото присъствие на планетата. Проектът има за цел да създаде и анализира глобална застроена повърхност, гъстота на населението и тематични карти на населени места, за да разбере човешкото присъствие на планетата Земя. Рамката за обработка на GHSL използва разнородни данни, включително глобални архиви на спътникови изображения с висока разделителна способност, данни от преброяване и географска информация, предоставена от общността. Данните се обработват напълно автоматично и генерират анализи и знания, отчитащи обективно и точно за наличието на население и изградени инфраструктури. По-специално, GHS-POP се състои от набор от пространствени растерни данни, представляващ броя на хората в растерната клетка. Тези оценки са правени на всеки 5 години между 1975 г. и 2020 г. и също така са налични прогнози за годините 2025 и 2030 г. След като отворите уебсайта на GHSL (https://ghsl.jrc.ec.europa.eu/index.php), ще бъдете посрещнати от началната му страница (фиг. 6.1.1). От менюто в горната част на началната страница (1) можете да достигнете до други раздели на уебсайта, които ще бъдат обяснени по-нататък в документа. Трите основни страници на уебсайта: Данни и инструменти, Visual analytics и Degree of urbanisation също могат да бъдат достигнати чрез специалния раздел (2). Фиг. 6.1.1 – GHSL уебсайт – начална страница, част 1 Глава 6 86 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Превъртайки надолу уеб страницата (фиг. 6.1.2), първо ще видите поредица от връзки, водещи към технически аспекти, проекти и определения, които ще бъдат обсъдени по-късно (1). В този раздел са представени последните новини, събития и публикации (2). Накрая, на син фон, има списък с контакти на институциите, участващи в проекта, заедно с политика и правни бележки (3). Фиг. 6.1.2 – GHSL уебсайт – начална страница, част 2 От началната страница може да се отвори страницата на Коперник (фиг. 6.1.3), като натиснете Copernicus (1). Съдържанието е изброено от лявата страна на страницата (2). Като натиснете вътрешните връзки в този раздел, страницата автоматично ще превърти до желания аргумент, като изключим кратко въведение в Copernicus и GHSL. Има и раздел, посветен на седмицата на CESM, която е годишен потребителски семинар относно Copernicus ESM и говори за целта на услугата, нейните етапи, допринасящите партньори, но също и иновации, актуализирани функционалности и добавени възможности. 87 6. Извличане на ДАННИ ЗА НАСЕЛЕНИЕТО на Съвместния изследователски център (JRC) Фиг. 6.1.3– GHSL уебсайт – програма „Коперник“ Чрез щракване върху Данни и инструменти (1) (фиг. 6.1.4) е възможно да стигнете до страница, работеща по подобен начин като страницата на Коперник. Тази страница се състои от преглед на данни и инструменти, произведени от GHSL. Както и преди, съдържанието на страницата е изброено в лявата част на екрана (2). Фиг. 6.1.4. GHSL уебсайт - Данни и инструменти 88 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Вместо да щракнете директно върху Данни и инструменти (фиг. 6.1.5), е възможно да преместите мишката върху него (1) и да изберете страницата Concepts and Methodologies (2) от падащото меню. Чрез използването на бутоните под изображението (3) е възможно да се визуализира схемата на методологията на GHSL. Фиг. 6.1.5. GHSL уебсайт - Данни и инструменти - Концепции и методологии От падащото меню Данни и инструменти (фиг. 6.1.6) е възможно да отворите страницата Datasets information (1). 95 6. Извличане на ДАННИ ЗА НАСЕЛЕНИЕТО на Съвместния изследователски център (JRC) Urbanisation. Страницата „Защо глобална дефиниция?“ („Why a Global Definition?“) обяснява колко е важно да има глобална, основана на хората дефиниция на градовете, градските и селските райони. Освен че е искане в Програмата за устойчиво развитие до 2030 г., е обяснено, че има много ползи от наличието на хармонизиран метод. По-специално, предложеният метод използва три класа за класифициране на територията: градове, средно-гъстонаселени райони и селски райони. Примери за ползите на тази класификация са способността за агрегиране на колекциите от данни, което позволява да се обхване континуумът градско-селско и да се намалят изкривяванията, създадени от променливия размер на статистическите и административни единици (това е така, защото предложеният метод се основава на мрежа от населението). С този метод също е възможно директно да се улови концентрацията на хората, вместо да се извлича индиректно от други данни, като например застроените площи. Страницата „Definition”, наричана още Settlement classification в падащото меню, показва примери за класификация, обясняващи адаптираните прагове. Фиг. 6.1.14. GHSL уебсайт - степен на урбанизация 96 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) От страницата Country Fact Sheets (Справочници по страни) (1) (фиг. 6.1.15) е възможно да изберете страната, която ни интересува, чрез падащо меню (2). За избраната държава се показват една или повече карти на степента на урбанизация и кратко описание, обясняващо кой е процесът и данните, използвани за оценката му. Фиг. 6.1.15. GHSL уебсайт - Спетен на урбанизация - Справочници по страни Страницата Urban Centre Database (1) (фиг. 6.1.16) ви позволява да отворите интерактивна карта, като щракнете върху изображение (2), от което е възможно да визуализирате данни и да приложите някои филтри върху броя на населението. На тази страница има и кратко описание на Urban Centre Database GHS-UCDB R2019A. 97 6. Извличане на ДАННИ ЗА НАСЕЛЕНИЕТО на Съвместния изследователски център (JRC) Фиг. 6.1.16. GHSL уебсайт - Степен на урбанизираност - база данни за градски център Основната страница с ноу-хау (1) (фиг. 6.1.17) е съставена от поредица от връзки, които водят до статии и документи, полезни за по-задълбочено разбиране на степента на урбанизация и друго свързано съдържание. Страницата Capacity building and training (изграждаве на капацитет и обучение) (2) говори за методологията на степента на урбанизация, насочена към инструментите, разработени от GHSL, целта, нивото на приемане по държави и процеса на приемане. Фиг 6.1.17. GHSL уебсайт - Степен на урбанизация - Съществено ноу-хау и изграждане на капацитет и обучение 98 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Избирането на Knowledge and Training (Знание и обучение) (1) (фиг. 6.1.18) ще отвори страница, предоставяща информация за рамката GHSL и абстракциите на различни нива и как се получават. Избирането на About the GHSL (За глобалният слой на населени места ) (2) от падащото меню ще отвори страница с информация относно GHSL като цяло, от обхвата на проекта до описанието на наборите от данни и партньорите на проекта. Избиране на Documents (Документи) (3) от падащото меню ще отвори страница, където може да се направи справка с обширен списък с документи. Фиг. 6.1.18. GHSL уебсайт - Знание и обучение - За глобалният слой на населени места Страницата Atlases of the Human Planet (Атласи на човешката планета) (1) (фиг. 6.1.19) говори за общия обхват на Иницианива за човешката планета на групата за земни наблйдения (The Group on Earth Observations Human Planet Initiative) и Съвместния изследователски център (JRC) за изготвяне на годишни атласи на човешката планета. Всеки атлас подчертава различни аспекти като човешката и физическата експозиция на заплахи, въздействието на човешките дейности върху екосистемите и т.н. На тази страница също така се съобщават връзки към всеки вече създаден атлас. 99 6. Извличане на ДАННИ ЗА НАСЕЛЕНИЕТО на Съвместния изследователски център (JRC) Фиг. 6.1.19. GHSL уебсайт - Знание и обучение - атласи за човешката планета Страницата ENACT (Подобряване на Дейност и картографиране на населението) (1) (фиг. 6.1.20) се фокусира върху обяснението за производството и целта за разработване на последователни, безпроблемни и с висока разделителна способност мрежи за гъстота на населението за Европа, като се вземат предвид основните дневни и месечни вариации. Наличието на този вид данни може да бъде полезно за много приложения, като оценка на градско и регионално планиране и подкрепа на политиката в различни области. Фиг. 6.1.20. GHSL уебсайт - Знание и обучение - ENACT 100 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Последната страница от раздела Knowledge and training (Знание и обучение) се нарича GEO (Група за наблюдение на Земята) (1) (Фиг. 6.1.21). „GEO“ е сътрудничество между организации за разработване на решения за глобални предизвикателства. Основният фокус на тази страница е да говорим за Инициативата за човешката планета (HPI), която е инициатива на GEO, посветена на оценката на човешкото въздействие върху Земята с помощта на технологии за наблюдение на Земята и анализ на геопространствени данни. Фиг. 6.1.21. GHSL уебсайт - Знание и обучение - GEO Последният раздел на уебсайта е представен от страницата News (1) (Фиг. 6.1.22) . На тази страница има обобщение на всички новини, актуализации и събития относно GHSL. 101 6. Извличане на ДАННИ ЗА НАСЕЛЕНИЕТО на Съвместния изследователски център (JRC) Фиг. 6.1.22. GHSL уебсайт - News (новини) 6.1.1. Изтегляне на набора от данни за населението Отворете уеб страницата на GHSL JRC (фиг. 6.1.1.1) и изберете GHS_POP Product (1). Задайте 2020 в полето Epoch (2), WGS84 като Coord. system (3) и 3 arcsec като Resolution (4). Намерете плочката (отпечатъка на изображението), която покрива интересуващата ви област „Vercelli“, желаната плочка е маркирана в картата на света (5) и използвайте увеличеното изображение като референция (6). Преди да щракнете върху избраната плочка, проверете подробностите (7), те трябва да съответстват на ID на плочката: „R5_C19“ (8). Кликнете върху отпечатъка с ID на плочката: „R5_C19“, за да започнете изтеглянето. 102 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Фиг. 6.1.1.1. Изтегляне на данни за населението 6.2. Въвеждане на GHSL в QGIS 6.2.1. Въведете данни в QGIS Започваме с въвеждане на нашите данни, както е показано на Фиг. 6.2.1.1, щракнете върху Layer (1), Add Layer (2) и Add Raster Layer (3). От Data Source Manager щракнете върху иконата с три точки (4) и намерете папката, в която сте запазили вашите данни, след като сте готови, потвърдете избора си, като щракнете върху Add (5). Фиг. 6.2.1.1. Въвеждане на слой GHSL в QGIS 103 6. Извличане на ДАННИ ЗА НАСЕЛЕНИЕТО на Съвместния изследователски център (JRC) 104 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) 111 7. Изчисляване на земното покритие, засегнато от наводнения Щракнете върху зеления бутон на плейъра, за да стартирате алгоритъма (1) (фиг. 7.2.9) . Ще бъдете помолени да изберете слоя, който ще представлява входа към модела. Задайте полето CORINE Land Cover като „LC_UTM_Clipped“ (2) и полето flooded_area като „ObservedEventA_UTM“ (3). След като сте готови, щракнете върху Run (4). Фиг. 7.2.9. Дизайнер на моделазадействане на модела 7.3. Получени резултати Въз основа на резултатите, показани на фиг. 7.3.1, е възможно да се каже, че най-засегнатият клас (по отношение на процента на наводнена площ) е представен от „Оризови полета“ (около 58,2%), следван от „Неполивна обработваема земя“. ” (15%), „Земи, основно заети със селскостопански култури със значителни площи от естествена растителност” (9,9 %) и „Преходни гористо-храстови” (6,6%). По-високите проценти представляват видове земно покритие, които са най-близо до речните брегове. Колкото повече се отдалечаваме от реката, толкова по-малко вероятно е тя да бъде засегната от наводнение. Анализът на критичните зони, където наводненията са били посериозни, може да бъде полезен, за да се разбере кои зони биха могли да бъдат по-безопасни от други. Възможно е да се види, че в хидрографската лява страна на река „Сесия“ наводнението не се е разпространило толкова много, колкото в другата страна; това може да се дължи на много фактори като укрепване на речните брегове в близост до града, хидравличното състояние на почвата и др. Фиг. 7.3.1. Резултати 112 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) 113 8. Население, засегнато от наводнение Население, засегнато от наводнение 8.1. Визуализация на данните за населението съгласно GHSL-JRC в QGIS В тази глава трябва да въведем в QGIS следните слоеве: • GHS_POP_E2020_GLOBE_R2023A_4326_3ss_V1_0_R5_C19.tif • ObservedEvent_UTM • AreaOfInterest_UTM Първият е изтеглен в глава 6, докато вторият и третият са получени в глава 5. 8.1.1. Предварителна обработка на данни Първото нещо, което ще направим, е да проектираме повторно „GHS_POP_E2020_GLOBE_ R2023A_4326_3ss_V1_0_R5_C19.tif“ (фиг. 8.1.1.1) . Кликнете върху Raster (1), Projection (2) и след това изберете Warp (Reproject) (3). Задайте „GHS_POP_E2020_GLOBE_R2023A_4326_3ss_V1_0_R5_C19.tif“ като Input layer на инструмента (4). Сега искаме да зададем Target CRS като „WGS 84 / UTM зона 32N EPSG 32632“, и за да направите това, можете да щракнете върху падащото меню (5), ако наскоро сте използвали този CRS, той ще се появи в менюто, което ви позволява да го изберете. В противен случай щракнете върху иконата Select CRS (6) и я потърсете по същия начин, както е показано на фиг. 5.1.2.3. След като сте готови, кликнете върху Run (7). Предупреждение: Уверете се, че изходният файл е записан с разширение .tiff Фиг. 8.1.1. Препроектиране на растерни слоеве Глава 8 114 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Поради техния размер, нашите данни изискват голямо изчислително натоварване, за да бъдат управлявани, и ще бъде по-добре да ги прикрепим към нашата област на интерес (фиг. 8.1.1.2). За да направите това, щракнете върху Raster (1), Extraction (2), Clip Raster by Mask Layer… (3). От менюто, което току-що се отвори, изберете като входен слой слоя, който искаме да изрежем (“Reprojected”) (4) и като Mask layer слоя, съответстващ на нашата област на интерес (“AreaOfInterest_UTM”) (5). Задайте Assign a specific nodata value to output bands [optional] на “-9999” (6) и превъртете надолу с помощта на страничната лента (7), докато стигнете до бутона на менюто (8). Щракнете върху бутона с три точки (9), изберете Save to File (10) и изберете папка, за да запазите получения си слой, за целите на тази глава ще го наречем „Pop_UTM_Clipped“. След като сте готови, натиснете Run (11). Фиг. 8.1.1.2. Изрязва на растер чрез слой „маскав QGIS“ Сега ще визуализираме по-добре нашия изрязан слой (фиг. 8.1.1.3). Отворете менюто Layer Properties на изрязания слой (1), щракнете върху Symbology (2) и изберете „Singleband Pseudocolor“ Render type (3). Изберете Interpolation type като „Discrete“ (4), променете Color ramp на тази, която харесвате (5) и задайте Label precision на „0“ (6). Задайте полето Mode като “Continuous” (7) и натиснете Ok (8). Фиг. 8.1.1.3. Визуализация на данни за населението от слой GHSLJRC в QGIS 115 8. Население, засегнато от наводнение Ако искате да знаете стойността на населението в конкретна точка, можете да използвате инструмента Identify Features (фиг. 8.1.1.4), щракнете върху него (1). Увеличете зоната с найвисока гъстота на населението и щракнете върху точка, където се интересувате, за да научите стойността на населението (2). Меню, наречено Identify Result, ще се появи вдясно на екрана, оттам можете да прочетете стойността на популацията (4). Фиг. 8.1.1.4. Инструмент за идентификация в QGIS 8.2. Брой хора, засегнати от наводнение Моделът, който ще използваме, е показан на фиг. 8.2.1. Фиг. 8.2.1. Дизайнер на модел - финална версия 116 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) Първата стъпка при изграждането на модел е да зададете входните слоеве (фиг. 8.2.2). В този случай ще използваме Population Raster Dataset-растерния набор от данни за населението („Pop_UTM_Clipped“) (1) и слоя с наводнената област („ObservedEvent_UTM“) (2). И двата входа са зададени като Mandatory. Фиг. 8.2.2. Дизайнер на модел - входни слоеве Следващата стъпка (фиг. 8.2.3) включва алгоритъма за коригиране на геометрията– geometry fix algorithm. Можете да забележите, че входът на този блок е свързан със слоя на наводнената област, това ще покаже, че корекцията на геометрията е приложена върху този слой. Алгоритъмът за коригиране на геометрията (1) се използва за отстраняване на проблеми или грешки, които могат да възникнат при работа с векторни данни, особено когато се прилагат процедури за преобразуване или цифровизация. Фиг. 8.2.3. Дизайнер на модел - коригиране на геометрия Следващата стъпка е изобразена на (фиг. 8.2.4). Първо ще използваме инструмента Clip raster 117 8. Население, засегнато от наводнение by mask layer (1), за да намалим изчислителната тежест на следващите операции. Както можете да видите, входът на този блок е съставен от слоя население, който слой ще изрежем, и слоя на наводнената зона с фиксирани геометрии. Като втора стъпка ще конвертираме получения растерен слой във векторен формат (2), като с тази процедура всяка клетка от растера ще се превърне в полигон. В тази процедура добавяме колона, за да поддържаме информацията (броя на хората в тази клетка) относно тази клетка. Фиг. 8.2.4. Дизайнер на модел - clip and polygonise На фиг. 8.2.5 е показана следващата стъпка. Тази стъпка включва изрязване на Population layer, преобразуван във вектор върху наводнената зона (1). Фиг. 8.2.5. Дизайнер на модел - изрязване Последната стъпка е изобразена на (фиг. 8.2.6) и включва Aggregate algorithm (1). Този алгоритъм комбинира характеристики въз основа на пространствена връзка или друг атрибут, в този конкретен случай ние използваме агрегатния алгоритъм за агрегиране на всички характеристики, 118 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) тъй като входът на този блок е съставен от векторен слой само с броя характеристики на населението. И накрая, резултатът от модела е слоят „Affected_Population“. Фиг. 8.2.6. Дизайнер на модел - агрегиране и изчисляване на населението Натиснете зеления бутон на плейъра, за да стартирате алгоритъма (1) (фиг. 8.2.7) . Ще бъдете помолени да изберете слоя, който ще представлява входа към модела. Задайте полето flooded_ area като „ObservedEvent_UTM“ (2) и полето Population Raster Dataset като „Pop_UTM_Clipped“ (3). След като сте готови, натиснете Run (4). Фиг. 8.2.7. Дизайнер на модел - Задействане на модела Получените резултати показват, че наводнението засяга 823 души. 119 8. Население, засегнато от наводнение 120 РЪКОВОДСТВО ЗА УЧИТЕЛИ ПРОГРАМА КОПЕРНИК ЗА УЧИЛИЩА (COPERNICUS4SCHOOLS) ISBN: 978-619-7490-23-7 eISBN (CD) …………….. eISBN (pdf): 978-619-7490-23-7 DOI: ………………………. Издателство: © Институт за космически изследвания и технологии – БАН, София, 2025 e-mail: [email protected] http://www.space.bas.bg Безплатен екземпляр