Erstellen von Ausschnitten aus Rasterbildern mit QGIS (“QGIS Raster Cutter” Plugin)

Die Lösungsschritte mit dem QGIS-Plugin ‘Raster Cutter’ inklusive Koordinatenreferenzsystem-Transformation und inklusive Lexocad siehe im Kapitel 5.2 unten.

Bei Dateien muss man das Format kennen. Jedes Format hat seine Eigenschaften. Wir konzentrieren uns hier auf die Bildformate JPG, PNG und TIF. Der Vorteil von JPG ist u.a. die kleinere Dateigrösse im Vergleich zu PNG und TIF. Der Nachteil gegenüber den beiden ist, dass das JPG-Format verlustbehaftet ist, d.h. dass die Pixelwerte leicht verändert werden (wegen der Kompression) und dass JPG keine Transparenz kennt.

GeoTIFF ist ein TIF (oder .TIFF) welches ein Format zur Speicherung von Bilddaten ist. Speziell am GeoTIFF ist, dass es eine verlustfreie Speicherung zulässt und Georeferenzierungs-Informationen in die Datei eingebettet hat. Aus diesem Grund eignet es sich sehr gut für die Verarbeitung von geographischen Daten.

Wenn man Webservices ansprechen will, braucht es eine Internet-Verbindung und man muss den Weblink kennen. Wie ein WMS/WMTS und ein XYZ/TMS Service auf QGIS werden kann wird Ihnen im Abschnitt “Bespiel der Bodenkarte des KT.ZH” erklärt.

WMS liefert ein einziges Bild zurück, während WMTS/XYZ/TMS Kacheln (engl. tiles) zurückliefern. Mehr zu WMS, WMTS und XYZ/TMS gibt es hier auf dem GISWIKI.

Basiskarten - wie zum Beispiel auch im Kapitel “Basiskarten” erwähnte Swisstopo-Luftbild - können nicht nur als Hintergrund sondern auch als Input-Layer verwendet werden.

Der Massstab (en: scale) ist das Verhältnis zwischen der angezeigten Grösse und der tatsächlichen Grösse in der Realität.

Die Auflösung (en: resolution) ist die Grösse einer Gitterzelle auf dem Boden. Eine hohe Auflösung bedeutet kleine Rasterzellen, mehr Rasterzellen und eine grössere Dateigröße. Ein guter Wert für die Gitterauflösung ist: Auflösung = Massstabsfaktor / 2’000 (Hengl 2006). Ein Massstab von 1:2’500 würde also eine Auflösung von 1.25 Meter bedeuten (2500/2000). Wenn hochauflösende Daten zur Verfügung stehen, kann eine gröbere Auflösung verwendet werden, was eine Änderung der Zellengrösse bedeutet.

Der Prozess der Änderung der Zellengrösse wird als Resampling bezeichnet. Er beinhaltet einen Resampling-Algorithmus. Bei kategorischen Daten - wie z.B. der Bodenbedeckung - wählen Sie Nearest Neighbor (Standardeinstellung); dadurch wird der Z-Wert der Eingabezellen nicht verändert. Für kontinuierliche Daten - wie z.B. Gelände, Wetter - Bilinear oder Cubic (besser aber langsamer), die beide interpolieren.

Die Pixelgrösse des Bildschirms oder der Daten sind nicht direkt relevant für den Massstab. Der WMS-Standard z.B. geht von einer Pixelgrösse von 0.28mm (= 1 DPI) aus. Für Fortgeschrittene gibt es hier weitere Übungen zu DPI/RESOLUTION im Zusammenhang mit WMS

Das Koordinaten-Referenz-System (KRS, englisch: “Coordinate Reference System”, manchmal auch Bezugssystem genannt) ist oft ein Stolperstein bei der Verwendung von Rasterbildern. KRS wurden standardisiert (siehe https://epsg.io) und erhilten vier- bis fünfstellige Nummern, z.B. EPSG:2056 für das aktuelle KRS der Schweiz. Die Transformation von einem System ins andere ist bei Rasterbilder aufwändig - jedenfalls aufwändiger als bei Vektordaten - und viele Systeme unterstützen das nicht. Lexocad beispielsweise erwartet fest EPSG:2056

Das KRS an sich beinhaltet zu viel Inhalt um komplett in diesem Übungsblatt abzudecken. Was jedoch für Rasterdaten in QGIS und KRS zusammen wichtig ist, ist, dass wenn man mehrere Datensätze verwendet werden, diese das gleiche KRS haben müssen. Bei der Verwndung von zwei verschiedenen KRS stimmen die Daten der verschiedenen Datensätzen nicht mehr miteinander überein. (Falls noch nicht klar ist, wofür das KRS steht und warum es wichtig ist, können Sie sich über diesen Link informieren)

Wenn man Datensätze verwendet, die spezifisch z.B. aus der Schweiz stammen, muss das KRS umkonvertiert und/oder umtransformiert werden und zwar in das KRS LV95 2056. Im Allgemeinen ist das KRS Webmercator 3857 der Default.

In QGIS kann das KRS LV95 2056 unter Projekt  Eigenschaften  KRS gewählt werden. Da es viele KRS gibt, sind nicht alle in QGIS vorinstalliert. Unter Projekt  Eigenschaften  KBS können vordefinierte KRS nachgeladen werden. In der Vorschau sieht man auch auf welchen Teil der Welt sich das KBS bezieht. Wenn man unter Layer-Eigenschaften geht, kann das KRS der einzelnen Layers unter Quelle ebenfalls angepasst werden.

Für Lexocad ist zusäzlich zu JPG die Sidecar-Datei JPGL, bzw. zu PNG die Sidecar-Datei PNGL erforderlich, also z.B. bodenkarte.jpg und bodenkarte.jpgl. Diese Dateien beinhalten Georeferenzdaten des Bildes - analog dem World-File. Diese zusätzlichen Sidecar-Dateien sind zwingend erforderlich, um die Dateien in Lexocad verwenden zu können. Dann gibt es Lexocad noch die Möglichkeit eine lokale GeoTIFF-Datei einzulesen. Diese wird dann als Punktwolke interpretiert. Dabei wird der Raster-Pixel-Wert als Höhenangabe verwendet.

QGIS bietet die Möglichkeit, Rasterdaten als Webservice (WMS/WMTS/XYZ/GeoTIFF) oder Datei (GeoTIFF) zu öffnen und zu visualisieren. QGIS bietet von Grund auf schon viele Funktionen an, einen Ausschnitt davon zu speichern. Diese Lösungsvarianten werden unter genauer vorgestellt.

Bei allen Lösungsvarianten basierend auf den Grundfunktionen von QGIS gibt es jedoch Wichtige Einschränkungen. Im nächsten Kapitel wird darum ein neues QGIS-Plugin beschrieben, das diese Einschränkungen nicht hat und - nebst dem World-File - zusätzlich die entsprechenden PNGL/JPGL-Datei erzeugt.

Im Kapitel “Weitere Lösungsvarianten mit QGIS” werden die in QGIS vorhandenen Lösungsmöglichkeiten erläutert.

Das Ziel dieses neuen Plugins ist es, in einem einzigen Schritt aus einer grossen GeoTIFF-Datei oder aus WMS/WMTS/XYZ-Services einen Ausschnitt (engl. cut, clip, extract) zu erstellen, und diesen Ausschnitt lokal zur Weiterverarbeitung zu speichern als GeoTIFF-, PNG- oder JPG-Datei und zwar mit passendem Koordinatenreferenzsystem und inkl. Erzeugen eines “World-File” (zusätzlich auch für LexoCAD).

PNG ist eines der bekanntesten Dateiformaten um Bilder zu speichern. “Karte als Bild speichern” ist auf QGIS jedoch die einzige Möglichkeit eine Rasterdatei als PNG/JPG zu speichern.

Die im Beispiel verwendete Datei ist der Übersichtsplan Kanton ZH(WMS: https://wms.zh.ch/upwms?SERVICE=WMS&VERSION=1.3.0&REQUEST=GetMap&BBOX=698522,232965,701777,235179&WIDTH=10000&HEIGHT=7000&FORMAT=image/png&LAYERS=upwms&CRS=EPSG:21781)

Im ersten Schritt erstellen wir eine Verbindung mit dem WMS Service mit der oben erwähnten URL (Hilfe zu WMS Verbindung erstellen ist im Kapitel Webservices WMS und WMTS/XYZ erhältlich). Nach dem erfolgreichen Erstellen einer Verbindung kann der Layer mithilfe des WMS Service eingefügt werden.

Die im QGIS angezeigten Layer können mit dem Mausrad vergrössert und verkleinert werden. Wenn man mit dem Auschnitt, der im Kartenfenster angezeigt wird, zufrieden ist, kann über Projekt  Import/Export  Karte als Bild speichern das Format und der Dateiname bestimmt werden.

Als Resultat erhält man ein PNG der Kartenansicht von QGIS:

“Raster auf Ausdehnung zuschneiden” ist eine Möglichkeit, in QGIS einen Ausschnitt einer Rasterdatei zu erstellen. Wie der Name andeutet, erstellt diese Funktion einen Ausschnitt des Rasterbild zu einem gegebenen Ausschnitt

Im folgenden zeigen wir Ihnen, wie man einen Ausschnitt von einem grossen GeoTIFF zuschneidet. Im Beispiel wird die Bodenkarte des Kt. ZH verwendet, welche als Geotiff(share link) oder als WMS Service (https://wms.zh.ch/upwms?SERVICE=WMS&VERSION=1.3.0&REQUEST=GetMap&BBOX=698522,232965,701777,235179&WIDTH=10000&HEIGHT=7000&FORMAT=image/png&LAYERS=upwms&CRS=EPSG:21781) geladen werden kann.

Wenn die Datei über den shared Link oder den WMS Service importiert wurde, sollten im Layer Fenster der Uebersichtsplan Kanton ZH erscheinen.

Die Funktion “Clip Raster by Extent” kann bei QGIS im Menü gefunden werden unter Raster  Extraction  Raster auf Ausdehnung zuschneiden. Der dafür verwendete Algorithmus basiert auf GDAL.

Es öffnet sich ein Dialogfenster, in welchem Sie den Layer auswählen können, von dem Sie einen Ausschnitt erstellen wollen.

Um einen Ausschnitt zu erstellen, stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Diese sind unten einzeln erläutert und können unter Ausdehnung zuschneiden aufgefunden werden. An dieser Stelle empfehlen wir, vor dem Starten der Funktion den auszuschneidenden Layer im Layers-Panel anzuwählen und auf den gewünschten Kartenausschnitt zoomen.

Was bei dieser Lösung fehlt, ist die einfache Angabe eines Ausgabeformats (wie PNG und JPG), das nicht GeoTIFF ist.

Das geht einerseits über “Zusätzliche Komandozeilen-Parameter” (vgl. Hinweis unten, der sich an Fortgeschrittene richtet) oder über einen zweiten Verarbeitungs-Schritt (vgl. das Kapitel “Zusammenfassung” oben). Ansonsten hilft evtl. ein Plugin (das es aber noch nicht gibt).

QGIS bietet die Möglichkeit einen Layer zu speichern. Dazu kann der gewünschte Layer mit Rechtsklick ausgewählt werden  Export  Speichern als…​

In diesem Beispiel verwenden wir weiter die Bodenkarte des Kt.ZH(Gleiche WMS Adresse wie im anderen Bsp.)

Nun öffnet sich ein Fenster in welchem man Einstellungen wie das Wunschformat, die Ausdehnung Extent und das KBS bestimmen kann.

Nun muss noch das GeoTIFF in PNG/JPG gewandelt werden. Siehe “…​ für Fortgeschrittene”…​

Man kann Rasterdateien mittels GDAL in dutzende Formate konvertieren.

Dazu Bietet sich entweder der Online-Konverter geoconverter.infs.ch an - oder aber GDAL.

GDAL wird mit QGIS mit installiert und lässt sich in der Kommandozeile aufrufen. Wie das geht wird im OpenSchoolMaps-Arbeitsblatt (@TODO) gezeigt.

Wenn man zusätzlich noch das World-File erstellen will, muss beachtet werden, dass bei der Kommandozeile “World-File=yes” angegeben wird.

Weblink (URL) des Webservices direkt in QGIS eingeben - wenn man ihn weiss (z.B. vom Suchportal)

Ausserhalb QGIS gibt es die Möglichkeit, GDAL auf der Kommandozeile zu verwenden. Dazu muss man GDAL kennen. Einige QGIS-Dialoge helfen einem dabei.

Oder aber man lädt einen Ausschnitt eines WMS-Webservice direkt herunter. Dazu sind genaue Kenntnisse des WMS nötig.

Typische Basiskarten sind das Luftbild, die Schweizer Karte von Swisstopo oder OpenStreetMap-Basiskarte. Während der Bearbeitung liefert sie eine Orientierung bei der Geodaten-Erfassung.

Hier als Beispiel das Luftbild (“swissIMAGE”) von Swisstopo als Webservice-Weblink im XYZ-Format (WMS/WMTS/XYZ): https://wmts.geo.admin.ch/1.0.0/ch.swisstopo.swissimage/default/current/3857/{z}/{x}/{y}.jpeg.

Das Kartenportal MapGeoAdmin (https://map.geo.admin.ch) bietet eine interaktive Webseite, die auf der Webseite dargestellt und angepasst werden können.

Kartenviewer des Kantons Zürich https://maps.ch.ch/ (siehe auch “Datenquellen zur Schweiz” unten) hat eine grosse Auswahl an Karten zu jeglichen Themen. Diese können auf der Webseite angezeigt, und bei Bedarf ebenfalls als JPEG/World-File heruntergeladen werden.

Suche von Geodaten bzw. Rasterdaten mit dem QGIS Plugin “Quick Map Services” (QMS) “Search QMS”. Nach dem Installieren des QMS Plugin, kann es in dem Werkzeugkasten aufgefunden werden: https://qms.nextgis.com/. QMS bietet mehrere Möglichkeiten, Daten hinzuzufügen. Die erste Möglichkeit ist, bereits vom Plugin vorinstallierte Services zu verwenden. Die Mehrheit der Daten stammen von bekannten Anbietern wie z.B. NASA, Geofabrik, oder OpenStreetMap.

Das QMS-Plugin in QGIS bietet jedoch auch die Möglichkeit, Filter by extent zu verwenden. Bei dieser Methode wird der Kartenausschnitt, welcher im QGIS Anzeigefenster sichtbar ist, nach verfügbaren Servicen gefiltert. Diese werden dann in 3 Kategorien eingeteilt(‘works’, ‘problematic’ und ‘failed’). Ebenfalls ist eine Vorschau des Service möglich und die Details können angezeigt werden.

Gegeben Sie haben einen Raster-Service - d.h. eine Basis-URL für einen WMS/WMTS/XYZ - gefunden, dann stellt sich als nächstes die Frage, wie man auf diesen in QGIS zugreift. Dafür wurde u.a. das QGIS-Plugin ‘Raster Cutter’ entwickelt. Wie dieses funktioniert ist im Kapitel 5 oben dokumentiert. Doch es gibt immer noch einerseits natürlich die in QGIS eingebaute Funktionale, das bereits erwähnte QMS-Plugin sowie folgende Plugins, die nützlich sein können: