QGIS – o soluţie gratuită şi robustă ing. Mircea Băduţ

QGIS — o soluþie gratuită şi robustă

MIRCEA BĂDUŢ inginer, consultant CAD/IT

cad_consultant@hotmail.com D eplasarea de paradigmă venită dinspre lumea Linuxului la sfârșitul mileniului trecut prin conceptul ,,open-source’’ avea să amprenteze până și segmentul software-urilor de aplicații profesionale. Vă prezentăm în cele ce urmează un software din familia sistemelor geo-informatice (GIS) și care – deși foarte capabil și robust – se poate folosi în mod gratuit.

Dinspre CAD înspre GIS

Aruncând o privire în istoria sistemelor informatice vom vedea că pionieratul GIS este foarte legat de cel al CAD-ului, și aceasta în primul rând deoarece componenta grafică a aplicaţiilor/proiectelor geo-informatice este practic un proiect CAD (un desen vectorial). De altfel, anumite softwareuri GIS recurg literalmente la sprijinul unor platforme CAD generice (precum AutoCAD, IntelliCAD, MicroStation sau PowerDraft) pentru gestionarea componentei grafice (adică pentru crearea de hărţi și planuri geo-spaţiale).

Și pentru că tot suntem pe teritoriul comun, mai notăm și faptul că în proiectul GIS de obicei componenta grafică se poate alcătui din trei tipuri de entități vectoriale bi-dimensionale: (1) poligoane; (2) poli-linii; (3) puncte; iar utilizatorul/proiectantul va recurge corespunzător la acestea pentru a reprezenta entităţi reale cu repartiţie geo-spaţială (a se vedea tabelul).

Dincolo de această tipologie primară, materialul grafic al proiectului GIS (al hărţii digitale, dacă vreţi) se va organiza prin distribuire pe straturi tematice, destul de similar straturilor din proiectele CADD, iar această distribuţie se face cât mai judicios pentru a servi obiectivele proiectului: se vor identifica iniţial categoriile/clasele de entităţi geospaţiale și se va rezerva fiecăreia câte un strat tematic, însă totodată considerând clasele cât mai cuprinzătoare. Şi exemplificăm acest minimalism astfel: se va constitui un singur strat de ,,Clădiri" chiar dacă în proiect vor fi incluse mai multe tipuri de clădiri, și aceasta deoarece – și aici intervine particularitatea GIS – entitatea vectorială va avea asociat un set de atribute/proprietăți (atribute descriptive; date alfa-numerice) prin care se vor opera ulterior distincţii mai granulare. La finalul paragrafului despre straturi notăm faptul că, spre deosebire de proiectele/desenele CAD, în sistemul geo-informatic nu se vor putea combina într-un strat mai multe tipuri de entităţi vectoriale.

Tip entitate vectorială Exemplu grafic Entități geo-spațiale reprezentate Condiționări topologice* Mărimi/ aspecte reprezentative

Poligoane Ţări; Unităţi administrativteritoriale; Oceane; Mări; Lacuri; Păduri; Parcuri; Clădiri; Construcţii; Terenuri; Parcele; Drumuri (cu lăţime) Unicitate identificator; Închidere completă; Fără suprapuneri; Fără colţuri dublate; Limite comune singulare; Eventuale insule (goluri)

Poli-linii

Râuri (reprezentate filar); pârâuri; Reţele electrice; Reţele utilitar-urbane (canalizare, apă, gaz, telecomunicaţii); Drumuri (reprezentate filar); Unicitate identificator; Continuitate completă; Fără intersecţii; Vertecși comuni singulari; Direcţie de parcurgere;

Poziţie; Formă; Arie/ suprafaţă; Perimetru; Centru de greutate

Poziţie; Formă; Lungime; Direcţie (sens)

Puncte Orașe (reprezentate fără suprafaţă); Puncte de interes turistic; Repere topo-geodezice Unicitate identificator; Fără suprapuneri/ dublare; Poziţie

Eticheta (Nume/identificator de entitate)

Conţinut textual (Poziţie neriguroasă)

(* Vom remarca faptul că în desenul tehnic conceptul de topologie se întâlnește rar, pe când în cazul GIS acesta constituie premisă pentru coerența datelor și pentru analizabilitatea ulterioară a datelor (un precursor pentru inteligență).

Sisteme de proiecþie şi de coordonate

Înregistrarea vectorială a datelor cartografice prespune că sunt memorate (în fișiere cunoscute de aplicaţia GIS) perechile de valori numerice constituind coordonatele geometrice ale punctelor (vertexurilor) care definesc respectivele entităţi geo-spaţiale. Întotdeauna când este vorba de puncte geometrice în plan, acestea sunt referite la un ,,sistem de coordonate’’ (la o pereche de axe de coordonate, de genul X-o-Y). În cazul aplicărilor geo-spaţiale este vorba de o geometrie referitoare la un teritoriu (mai mult/puţin întins) care este, la rândul lui, parte din scoarţa terestră, care scoarţă este cu atât mai depărtată de planeitatea ideală cu cât este mai largă.

Suprafaţa planetei este oarecum sferică, și nu există un procedeu (geometric, algoritmic) prin care suprafaţa sferei (care este o suprafaţă eminamente tridimensională) să poată fi proiectată fără pierderi pe o suprafaţă plană (bidimensională). Mai mult, suprafaţa Terrei este de fapt cea a unei sfere ușor turtite (la poli) și cu dese neregularităţi locale. Pentru conformare, suprafeţei planetare nu-i vom spune sferică, ori elipsoidală, ci geoidică.

De-a lungul timpului s-au încercat mai multe idei pentru a rezolva proiecţia în plan a scoarţei terestre (adică din forma 3D în planul 2D al hărţii), însă fiecare avea limitări/dezavantaje (deformând fie distanţele, fie unghiurile, fie suprafeţele). De altfel, cu toţii ne putem imagina că este imposibil să ,,apeși" pe un plan o coajă de portocală fără să o rupi/strivești deloc.

Însă, din raţiuni practice, fiecare ţară și-a ales/definit (la un moment dat în istoria ei, și devenind astfel convenţie oficială și standard funcţional) un anume sistem de proiecție, un

sistem ales cât mai convenabil ei (din perspectiva formei graniţelor sale, dar și din perspectivă culturală sau chiar geo-politică). În România se folosește sistemul ,,Stereografic 1970’’.

Desigur că software-ul GIS trebuie să poată gestiona multiple sisteme de proiecţie/coordonate și să poată realiza translatare între ele, ceea ce nu e deloc simplu.

De notat aici că liberalizarea accesului la datele de geo-localizare GNSS (provenind de la pleiada de sateliţi GPS) a determinat o asimilare masivă a sistemului de proiecţie/coordonate nativ GNSS, adică „WGS 84”, ceea ce a fluidizat procedurile/algoritmii de translatare între sistemele locale şi cel global (sau chiar a dus la adoptarea acestuia din urmă).

De asemenea, am putea presupune că într-un anume viitor se va realiza „trecerea" în spaţiul 3-D a cvasi-totalităţii aplicărilor geo-informatice, și deci proiecția nu va mai fi necesară.

Particularităþi QGIS

Devoltarea soluţiei „Quantum GIS” a început în urmă cu două decenii (iar în anul 2007 software-ul a fost asimilat ca suport experimental pentru OSGeo – Open Source Geospatial Foundation), şi de-abia în 2013 își schimbă definitiv denumirea în QGIS. Din anul 2014 avem şi o versiune de QGIS pentru dispozitivele mobile dotate cu sistemul de operare Android. De altfel, din 2017 sistemul geo-informatic de la QGIS Development Team devine disponibil în variante pentru sistemele de operare Mac OS X, Linux, Unix și Microsoft Windows. Dacă în cazul soluţiilor GIS comerciale consacrate – precum ArcGIS (ESRI) sau GeoMedia (Intergraph/Hexagon) – avem de fapt familii de aplicaţii GIS (deci cu scalabilitate/distributivitate după particularităţile cantitative/calitative ale implementărilor), în cazul lui Quantum GIS avem o singură aplicaţie software, și ea are potenţialul de a se potrivi unei game relativ mari de proiecte geo-informatice.

Respectând spiritul „open-source”, aplicaţia software QGIS nu impune un format de fișier nativ, propriu, pentru stocarea datelor geo-spaţiale ce constituie straturile din compoziţia cartografică, iar pentru a gestiona respectiva compoziţie folosește un format bazat pe XML (deci un standard deschis): QGS (sau QGZ în varianta arhivată).

Deci, așa cum este de așteptat în vremurile actuale (când mai toate platformele GIS adoptă un nivel ridicat de interoperabilitate), QGIS poate include în proiectele sale o mulţime de formate grafice vectoriale cunoscute pe piaţă: shapefileuri ESRI, geodatabase-uri ESRI, fișiere MapInfo, MicroStation DGN, AutoCAD DXF, PostGIS, SpatiaLite, GML (OGS), ș.a.. (Accesul la aceste tehnologii îi este asigurat prin filiera GDAL/OGR, la care respectivii furnizori sunt afiliaţi.) La aceasta se adaugă și suportul obţinut prin plug-in-uri pentru date grafice precum GRASS, Google Earth, Google Maps sau OpenStreetMap.

Rămânând în categoria datelor grafice, însă referindu-ne la imaginile bitmap/raster (imagini obţinute prin scannare de hărţi sau provenite din fotografiere aeriană/satelitară), trebuie spus că în QGIS putem crea straturi cu mai toate formatele de fișiere cunoscute (TIFF, JPG, PNG, GIF, BMP), iar pentru formatele profesionale bazate pe ondelete –

ECW (creat de Earth Resource Mapping) și MrSID (creat de LizardTech) – suportul îi poate fi asigurat prin instalarea de plug-in-uri. (Imaginile raster inserate în proiectul GIS trebuie geo-referenţiate precis pentru ca ele să corespundă în conţinut cu celelalte straturi ale compoziţiei cartografice.)

La acestea se adaugă formatele de tip „bază de date” (pentru tabelele care stochează atributele alfa-numerice asociate entităţilor vectoriale), sens în care vom contabiliza atât fișierele independente (precum CSV, DBF, MDB, etc), cât și conexiunile la serverele de baze de date (gen Oracle, MS SQL, PostgreSQL, MySQL).

Mai mult, prin QGIS putem accesa și date grafice stocate în baze de date clasice, precum PostGIS/PostgreSQL, Oracle Spatial sau MS-SQL Spatial. (Da, este vorba chiar de geometrii stocate în baze de date.) Desigur, aici trebuie menţionată și facilitatea modernă de conectare la serverele internet de date GIS (meniul Web > QuickMapSerives > ...Bing... Google... Landsat... NASA...).

Închidem secţiunea referitoare la formatele de date ce pot fi utilizate în compoziţia cartografică spunând că formatul standard implicit folosit de QGIS este shapefile-ul ESRI (asupra căruia are licenţă prin OGR Simple Feature Library).

De altfel, shapefile-ul este un format consacrat în domeniul geo-informatic, și el este practic compus dintr-o colecţie de minim trei fișiere: *.shp (pentru datele grafice vectoriale); *.dbf (pentru tabelele de atribute asiociate); *.shx (o indexare a datelor din tabel). Mai trebuie aici observat că QGIS nu este un simplu agregator de date (un „viewer" sau un „explorer"), ci ne sunt permise inclusiv modificări ale datelor grafice (cu menţinerea coerenţei topologice amintite), însă recurgând la formatul implicit, SHP. (Pentru a demara o sesiune de editare vectorială se emite un click-dreapta de mouse pe stratul vizat în caseta Layers Panel și se selectează „Toggle Editing”.) Spre finalul recenziei noastre ar trebui să vorbim despre analizele geo-informatice. Dacă în domeniul CAD obiectivul proiectării îl constituie de obicei desenarea/modelarea unei entităţi – obiect, produs, ansamblu, instalaţie, construcţie – și doar rareori proiectul digital mai este folosit după materializarea entităţii, aici, în domeniul GIS,

obiectivul modelării constă adesea din analizele

geo-informatice, analize constituind practic faza de exploatare a proiectului, dintr-un ciclu de viaţă destul de lung.

Deși nu are întotdeauna pătrunderea unui ArcGIS și poate nici eleganţa unui GeoMedia, soluţia QGIS este capabilă de o mulţime de analize: pornind de la cele pur spaţiale, sau de la cele de interogare a atributelor alfa-numerice asociate, și până la cele hibride; sau integrând criterii geospaţiale în interogările QBE/SQL; sau exploatând profund facilităţile largi de simbolizare a datelor cartografice (inclusiv clasificări quantile); sau chiar generând informaţii noi prin reagregarea datelor raster (imagini multi-spectrale sau de tip DTM sau Grid). De altfel, sunt așa de multe opţiuni de analiză a datelor geo-informatice și așa de multe tipuri/ cazuri/situaţii de aplicări, încât ne oprim dintr-o dată, conștientizând că este o chestiune care nu ar putea fi epuizată facil. (Eventual vedeţi și articolul din T&T nr.6/2021.) A