Luonto-Liiton mets¨aryhm¨an GIS-kurssi Markku Koskinen 10.12.2010 1 Johdanto 1.1 GIS GIS on lyhenne sanoista Geographic Information System. Suomeksi GISj¨arjestelmi¨ a kutsutaan paikkatietoj¨arjestelmiksi. Nimens¨a mukaisesti paikkatietoj¨ arjestelm¨ ass¨ a on paikkaan sidottua tietoa, eli tietoja jonkin fyysisess¨a maailmassa sijaitsevan pisteen, janan tai alueen ominaisuuksista. Yksinkertaisimmillaan paikkatietoj¨ arjestelm¨ a koostuu kartasta ja vihkosesta, johon kirjataan karttaan merkittyjen kohteiden ominaisuuksia. Automaattinen tiedonk¨asittely on kuitenkin tuonut uusia ulottuvuuksia tietojen hallintaan valtavan kapasiteetin, tiedonhaun ja muokkauksen helppouden sek¨a aineistojen yhdistelemisen nopeuden muodossa. Paikkatietoj¨ arjestelmi¨a k¨aytet¨a¨an laajalti etenkin maank¨ayt¨on suunnittelussa, jossa on t¨ arke¨ a¨a sijoittaa eri toiminnot optimaalisiin paikkoihin. 1.2 Paikkatieto luonnonsuojelussa Luonnonsuojelussa paikkatietoj¨arjestelmill¨a on oma t¨arke¨a roolinsa. Suojelurajauksia on helppo tehd¨ a ja muokata: mik¨ali esim. halutaan muodostaa suojelurajaus liito-oravien pes¨ apuiden perusteella, voidaan yksinkertaisesti muodostaa niiden muodostaman parven ymp¨arille halutulla puskurilla kuvio. Tietojen siirt¨ aminen yksitt¨ aisten toimijoiden ja viranomaisten v¨alill¨a on my¨os yksinkertaista, kun valtava kokoelma suojeluesityksi¨a ja niiden perusteluja voidaan l¨ ahett¨ a¨ a vaikka s¨ ahk¨ opostin v¨alityksell¨a. 2 Perusteita 2.1 Karttaprojektio Maapallo on pallo1 , mutta etenkin maastoon otettavat kartat ovat tasoja. Pallon pinta joudutaan siis projisoimaan kartalle. T¨ah¨an on kehitetty monia menetelmi¨ a, kuten koulujen sein¨akartoissa k¨aytett¨av¨a pystyasentoinen lieri¨ oprojektio, jossa pinta projisoidaan p¨aiv¨antasaajalla maan pintaan koskevaan etel¨ a-pohjoissuuntaiseen lieri¨o¨on. T¨am¨a johtaa napoja kohti siirrytt¨aess¨a eritt¨ ain voimakkaaseen v¨ a¨ aristym¨a¨an, jonka vuoksi esim. Gr¨onlanti n¨aytt¨a¨a n¨ aiss¨ a kartoissa l¨ ahes yht¨ a isolta kuin Afrikka. Todellisuudessa sen pinta-ala on noin kolmastoistaosa Afrikan pinta-alasta. T¨allainen projektio on kuitenkin 1 Tai oikeastaan navoiltaan litistyneen pallon ja p¨ aa an v¨ alimuoto, geoidi. ¨ryn¨ 1 suuntatarkka koko alueellaan, eli pohjoinen on aina ylh¨aa¨ll¨a riippumatta siit¨a, miss¨ a kohtaa karttaa ollaan. Pinta-alat ovat tarkkoja ainoastaan p¨aiv¨antasaajan ymp¨ arill¨ a varsin kapealla vy¨ ohykkeell¨a. Toinen lieri¨oprojektioon perustuva projektio on poikittaisasentoinen lieri¨oprojektio eli englanniksi Transverse Mercator. T¨ allaista projektiota k¨aytt¨aa¨ esimerkiksi Suomessa k¨aytett¨av¨a kartastokoordinaattij¨ arjestelm¨ a (KKJ), samoin kuin tuloaan tekev¨a ETRS-TM35FINj¨arjestelm¨ a. Poikittaisessa lieri¨oprojektiossa lieri¨o asetetaankin osoittamaan id¨ ast¨ a l¨ anteen, ja se koskee maan pintaan halutun pituuspiirin kohdalla tai kummallakin puolella sit¨ a, jolloin lieri¨on pinta on keskipituuspiirin kohdalla maan alapuolella (ks. kuva 1). T¨ am¨a johtaa siihen, ett¨a mittakaava on keskipituuspiirin kohdalla pienempi kuin sen ymp¨arill¨a. Kun k¨aytett¨av¨a kaista pidet¨a¨an riitt¨ av¨ an kapeana, mittakaavan v¨a¨aristyminen id¨ast¨a l¨anteen siirrytt¨aess¨a j¨a¨a v¨ ah¨ aiseksi. Kuva 1: UTM-projektio 2.2 Koordinaatisto Tasoiksi projisoiduissa kartoissa k¨aytet¨a¨an kartan pisteiden todellisuuteen sijoittamiseen tasokoordinaatteja. Ne m¨a¨aritell¨a¨an yleens¨a metrein¨a suhteessa johonkin sovittuun pisteeseen, KKJ:n tapauksessa p¨aiv¨antasaajaan (pohjoiskoordinaatti) ja kaistan keskipituuspiiriin (it¨akoordinaatti). Kuntien j¨arjestelmiss¨a saatetaan k¨ aytt¨ a¨ a jotain maamerkki¨a koordinaatiston nollapisteen¨a, ja kaikkien muiden pisteiden sijainti kuvataan suhteessa esimerkiksi Kallion kirkontorniin. 2.3 Koordinaattij¨ arjestelm¨ a Koordinaattij¨ arjestelm¨ a tarkoittaa karttaprojektion ja koordinaatiston yhdistelm¨ a¨ a. 2.4 Mit¨ a v¨ ali¨ a? Paikkatietoainestoa k¨ asitelt¨ aess¨a ja etenkin yhdistelt¨aess¨a on eritt¨ain t¨arke¨a¨a tiet¨ a¨ a, mit¨ a koordinaattij¨ arjestelm¨a¨a niiss¨a on k¨aytetty. Kun eri kaupunkien aineistoissa sama koordinaatti voi tarkoittaa t¨aysin eri kohtaa maapallolla, on niiden yhdistely ilman muuntamista ep¨amielek¨ast¨a. Jos mahdollista, aineisto 2 kannattaa pyyt¨ aa ¨ KKJ:n kolmoskaistassa eli yhten¨aiskoordinaatistossa (YKJ) (n¨ aiden merkitys selvi¨ aa ohemmin), tai ainakin pyyt¨aa¨ selostus k¨aytetyst¨a ¨ my¨ koordinaattij¨ arjestelm¨ ast¨ a, jotta muuntaminen on mahdollista. 2.5 Koordinaattij¨ arjestelm¨ at Suomessa Suomessa on t¨ all¨ a hetkell¨ a k¨ ayt¨oss¨a p¨a¨aasiassa kaksi koordinaattij¨arjestelm¨a¨a: Kartastokoordinaattij¨ arjestelm¨a ja ETRS-TM35FIN. Luonto-Liiton saamat rasterimuotoiset peruskartat ovat k¨ayt¨ost¨a v¨ahitellen poistuvassa kartastokoordinaattij¨ arjestelm¨ ass¨ a, joten t¨ ass¨a keskityt¨a¨an kuvaamaan sit¨a. KKJ on jaettu kuuteen kaistaan, 0–5, jotka eroavat toisistaan niiden k¨aytt¨am¨an keskipituuspiirin suhteen. Pituuspiirit ovat kolmen asteen v¨alein 18–33. Keskipituuspiirin it¨ akoordinaatille annetaan KKJ-j¨arjestelm¨ass¨a arvo 500 000 metri¨a, jonka eteen lis¨ at¨ a¨ an viel¨ a k¨ aytetyn kaistan numero. Luonto-Liiton aineisto on sijoitettu koko maan kattavaksi sovittuun KKJ:n kolmoskaistaan, jonka keskipituuspiiri on 27 astetta, ja it¨ akoordinaatti keskipituuspiirin kohdalla 3 500 000 m. Pohjoiskoordinaatti on metrej¨a keskipituuspiiri¨a pitkin p¨aiv¨antasaajalle. Koska eri kaistat k¨ aytt¨ av¨ at eri pituuspiiri¨a, saman pisteen pohjoiskoordinaatti vaihtelee sen kaistan mukaan, jossa se kuvataan (ks. kuva 2, jossa esitetyn Vaasan torin koordinaatit KKJ:n ykk¨oskaistassa ovat N 6 999 366 E 1 531 297 ja KKJ:n kolmoskaistassa eli yhten¨ aiskoordinaatistossa N 7 010 596 E 3 228 476). Kuva 2: KKJ:n kaistajako ja koordinaatin m¨aa¨r¨aytyminen 2.6 Paikkatietoj¨ arjestelmist¨ a Paikkatietoj¨ arjestelmiss¨ a kohteet voivat yleens¨a olla kolmenlaisia: pistem¨aisi¨a, janamaisia tai monikulmioisia. Pistem¨aisell¨a kohteella on ainoastaan sijainti, janamaisella on sijanti (ja suunta) ja pituus, ja monikulmioisella tiedolla sijanti ja pinta-ala (eli pituus monessa suunnassa). Kohteille annetut tiedot voivat olla lukuarvoja tai teksti¨ a. Esimerkkej¨a erilaisista kohteista voisivat olla esimerkiksi l¨ ahteet, jotka ovat selke¨asti pistem¨aisi¨a kohteita, purot ja norot, jot- 3 ka ovat selv¨ asti janamaisia kohteita, sek¨a runsaslahopuustoiset korvet, jotka ovat selv¨ asti monikulmioisia, pinta-alaisia kohteita. Kohteille annettuja tietoja voisivat olla esimerkiksi lahopuuston m¨aa¨r¨a, joka voitaisiin antaa vaikkapa arvioituna kuutiom¨ aa an¨ a tai jollakin luokka-asteikolla eli lukuarvoisia tieto¨r¨ ja, tai uhanalaisen lajin nimi, eli tekstitietoja. Edell¨a esiteltyjen vektorimuotoisten aineistojen lis¨ aksi k¨ aytet¨a¨an rasterimuotoista aineistoa, joka muodostuu m¨ a¨ ar¨ atyn kokoisista soluista, joille on m¨a¨aritelty arvo yhdell¨a tai useammalla kanavalla. Ilmakuvat ovat esimerkki rasteriaineistosta. 3 Quantum GIS 3.1 Alkuun Quantum GIS (QGIS) on helppok¨aytt¨oinen, alunperin paikkatietoaineistojen katselemiseen tarkoitettu ohjelma. Sit¨a on my¨ohemmin kehitetty t¨aysiverisen paikkatietoj¨ arjestelm¨ an suuntaan siten, ett¨a sill¨a voi my¨os muokata vektorimuotoista aineistoa. Kun QGIS k¨ aynnistet¨ a¨ an, se luo tyhj¨an projektin. Projekti on yhdistelm¨a eri paikkatietoaineistoja ja s¨ a¨ ann¨ot niiden esitt¨amiseen. Jos aletaan luoda uutta projektia, ensin on valittava sille koordinaattij¨arjestelm¨a. T¨am¨a tapahtuu Filevalikosta Project Properties-valinnan alta. Avautuvasta ikkunasta valitaan ’Coordinate Reference System (CRS)’-v¨alilehti. Tarjolla on satoja eri koordinaattij¨ arjestelmi¨ a, joten niist¨ a kannattaa hakea jotain tietty¨a hakusanalla tai EPSGkoodilla2 . Luonto-Liiton aineiston k¨aytt¨am¨an KKJ:n kolmoskaistan (eli yhten¨ aiskoordinaattij¨ arjestelm¨ an) EPSG-koodi on 2393. Sy¨otet¨a¨an hakukentt¨a¨an 2393, ja painetaan ’Search’. Varmistetaan, ett¨a ohjelma tarjoaa valinnaksi KKJ, ja painetaan OK. Nyt voidaan alkaa ladata ja luoda aineistoa. Luonto-Liiton saamat peruskartat ovat KKJ 3:n mukaan referoituja rasteritiedostoja. Sellaisen avaaminen tapahtuu valitsemalla Layer-valikosta Add Raster Layer (tai painamalla shift-control-R) ja valitsemalla avautuvasta tiedostonvalintaikkunasta haluttu tiedosto. Vastaavasti vektoriaineistoa ladataan saman valikon valinnalla Add Vector Layer tai painamalla shift-control-V. Lis¨ atyt aineistot tulevat n¨ akyviin Layers-palkkiin. Aineiston voi valita tarkastelua varten klikkaamalla sen nime¨a hiiren vasemmalla napilla. Oikealla napilla saa esiin valikon, josta voi mm. poistaa aineiston, suurentaa aineiston rajoihin, aloittaa muokkaamisen, selata tietotaulua ja muokata aineiston esitystapaa eli symboliikkaa. 3.2 Selaaminen ja muokkaaminen QGISin valikoissa on monenlaisia aineiston selaamiseen tarkoitettuja ty¨okaluja. Kartan siirt¨ aminen onnistuu pan-ty¨okalulla, ja suurentaminen ruudun keskikohtaa kohti tapahtuu hiiren rullalla. Vaihtoehtoisesti voi suurentaa suurennusty¨ okalulla, jolla voi rajata kiinnostuksensa kohteen. Identify features-ty¨okalulla voi tarkastella valittuna olevan aineiston kohteille annettuja tietoja klikkaamalla kartalla kohteen p¨ aa a. Measure-ty¨okalulla voi mitata et¨aisyyksi¨a. ¨ll¨ Vektoriaineiston luominen ja muokkaaminen on my¨os melko yksinkertaista. Olemassa olevaa aineistoa voi muokata valitsemalla aineiston ja klikkaamalla 2 European Petroleum Survey Groupin m¨ aa a koodisto ¨rittelem¨ 4 ’Toggle editing’ Layer-valikosta. Uuden aineiston luominen tapahtuu saman valikon alavalikosta New, valinta New Shapefile Layer. T¨am¨a avaa ikkunan, jossa pit¨ aa ¨ valita aineiston muoto: piste, jana, monikulmio (polygon). T¨am¨a valinta on t¨ arke¨ a, koska shapefile-tiedostomuodossa, jota QGIS k¨aytt¨aa¨, yhdess¨a aineistotiedostossa voi olla vain yhden muotoista aineistoa. Aineiston muodon valinnan j¨alkeen tulee mietti¨a, mit¨a tietoja kohteille halutaan antaa. Yleens¨ a kannattaa luoda ainakin jonkinlainen tunnistekentt¨a ja luokituskentt¨ a. Aineiston esitt¨amist¨a teemakarttana helpottaa, mik¨ali yhdess¨a aineistotiedostossa ei kuvailla liian montaa luokitusta. Toisaalta saman aineiston voi ladata kartalle useampaan kertaan, ja k¨aytt¨a¨a symboliikan pohjana eri tietokentt¨ a¨ a. Kannattaa my¨ os harkita, tekeek¨o luokituskentist¨a teksti- vai lukuarvokentti¨ a. Jos kohteella voi olla vain muutama erilainen luokka, joiden nimet ovat pitki¨ a, kannattaa luokituskent¨ast¨a tehd¨a lukuarvoinen ja panna muistiin, mit¨ a eri luokat tarkoittavat. T¨all¨oin kirjoitusvirheet ovat pienempi murhe kuin pitk¨ an tekstikent¨ an tapauksessa. Teemakarttaa luodessa voidaan eri luokituksille antaa nimet avaimessa. Toisaalta taas lajinimi¨a varten kannattanee luoda tekstikentt¨ a, koska niiden etsiminen erillisest¨a luettelosta (ja sellaisen luettelon luominen) aiheuttaa huomattavaa tuskaa. Kun kent¨ at on luotu, tulee valita nimi luotavalla aineistotiedostolle. Kannattaa keksi¨ a kuvaava nimi, mieluummin kuin esim. ’omajuttu1.shp’ (shp on shapefilen tiedostop¨ a¨ ate). Kolmen kuukauden p¨a¨ast¨a on mahdotonta muistaa, miss¨ a omajuttu-n.shp:ssa juuri tietty aineisto oli. Kun aineistotiedosto on luotu, sit¨a voidaan alkaa muokata. Muokaaminen aloitetaan samoin, kuin olemassa olevan aineistotiedoston tapauksessa. Kohteita luodaan valitsemalla ’Capture (point, line, polygon)’ ja naputtelemalla noodeja eli k¨ a¨ annepisteit¨ a kartalle. Pisteaineistolla voi olla vain yksi noodi kohdetta kohden. Jana- ja monikulma-aineistossa noodeja voi olla rajattomasti. Noodeja sijoitellaan hiiren vasemmalla napilla, ja niiden lis¨a¨aminen lopetetaan hiiren oikealla napilla. Noodien sijoittelun j¨alkeen tulee halutuille tietokentille antaa arvot ohjelman avaamassa ikkunassa. Sijoiteltuja noodeja voi my¨os siirt¨a¨a tai poistaa. Kohteen luomisen j¨ alkeen voidaan joko luoda uusi kohde tai tallentaa tehdyt muutokset ja lopettaa muokkaaminen. Luotuja kohteita voidaan muokata erilaisilla ty¨okaluilla. Pistem¨aisi¨a kohteita voi vain siirt¨ a¨ a paikasta toiseen (ja niille annettuja kentti¨a muokata). Janamaisia kohteita voidaan lis¨ aksi katkoa, jolloin muodostuva uusi kohde perii luokitustiedot alkuper¨ aiselt¨ a kohteelta. Monikulmiokohteille voidaan antaa erillisi¨ a osia, ns. saaria, tai niiden keskelt¨a voidaan ottaa paloja pois, eli luoda keh¨ a. Monikulmiokohteen pilkkominen antaa mahdollisuuden ensin rajata jonkin isomman kohteen ulkoreunat ja sitten pilkkoa sit¨a pienemmiksi kuvioiksi. Shapefile ei ole niin sanottu topologinen paikkatietoaineisto. Toisin sanoen kahden toisiaan sivuavan polygonin rajalla on kaksi viivaa sen sijaan, ett¨a niit¨a olisi vain yksi. T¨ am¨ a aiheuttaa ongelmia, jos vaikkapa kuviorajoja halutaan siirt¨ a¨ a. QGISiss¨ a on onneksi mahdollisuus matkia topologista muokkausta. T¨am¨a ominaisuus kytket¨ a¨ an p¨ a¨ alle File-valikosta Project Properties-valinnan Generalv¨ alilehdelt¨ a. Valinnan ’Snapping Options’ alta voidaan m¨a¨aritell¨a, miten helposti mit¨ akin aineistoa muokatessa noodit kytket¨a¨an toisiinsa, jolloin ne siirtyv¨ at yhdess¨ a. 5 3.3 Aineiston vienti QGIS tallentaa aineistot Shapefile-muodossa, jota avaavat k¨ayt¨ann¨oss¨a kaikki viranomaisten k¨ ayt¨ oss¨ a olevat paikkatieto-ohjelmistot. Tiedostoja l¨ahett¨aess¨a on kuitenkin t¨ arke¨ a¨ a huomata l¨ahett¨a¨a kaikki samalla tiedostonnimell¨a olevat tiedostot p¨ a¨ atteest¨ a huolimatta. Luotujen tiedostojen p¨a¨atteet ovat .shp, .prj, .dbf, .qpj ja .shx. 3.4 Teemakartat Er¨ as t¨ arkeimmist¨ a paikkatietoj¨arjestelmien k¨aytt¨otavoista on teemakarttojen luonti. Teemakartassa taustakartan (usein ilmakuva tai peruskartta) p¨a¨alle liitet¨ a¨ an haluttuja paikkatietoaineistoja, kuten kuviorajoja, liito-oravien pes¨apuita ym. Aineiston esitystavan valinnalla p¨a¨atet¨a¨an se, millaisena se esiintyy teemakartoissa. Esitystapa voi olla sama kaikille aineiston kohteille, tai sitten sit¨a voi muuttaa jonkin aineiston kent¨an perusteella. Esimerkiksi jos halutaan esitt¨aa¨ eri m¨ aa a lahopuita sis¨ alt¨ avi¨a kuvioita eri tavoin, voidaan valita lahopuun ¨ri¨ m¨ aa r¨ a a kuvaavan kent¨ a n mukaan muuttuva v¨ari kuviolle. Usein kuviot merk¨ ¨ it¨ aa n karttaan niiden ID-numerolla, jotta kartan k¨aytt¨aminen erillisten kuvioti¨ etojen kanssa olisi mahdollista. QGISin teemakarttaeditori on melko helppok¨aytt¨oinen ja yksinkertainen. Ensin on valittava paperin koko. T¨am¨an j¨alkeen t¨arkein elementti on karttaikkunan lis¨ aa ¨minen, joka tapahtuu Layout-valikon valinnalla ’Add map’. Oletuksena t¨ am¨ a luo paperille karttaikkunan, jonka keskipiste on sama, kuin QGISin p¨ aa ¨karttaikkunan keskipiste. Teemakartan karttaikkunan keskipistett¨a ja mittakaavaa voi muutella. ’Add Vector Legend’-valinnalla voi paperille lis¨at¨a vektoriavaimen, johon tulostuu automaattisesti vektorien symbolien selitykset. Niit¨akin voi halutessaan ja tarvittaessa muokata. Valmiin kartan voi tulostaa paperille maastoon viemist¨ a tai esittely¨a varten, tai tulostaa PDF- tai SVGtiedostoon. 3.5 Projektin tallentaminen Kun aineistotiedostoja on ladattu ja niiden esitystapoja muokattu sopiviksi, kannattaa auki oleva projekti tallentaa. Tallennetun projektin avulla QGIS osaa avata samat karttatiedostot ja esitt¨a¨a niiss¨a olevat aineistot samalla tavalla kuin edellisell¨ a k¨ aytt¨ okerralla. Aineistoihin tehdyt muutokset toki s¨ailyv¨at istuntojen v¨ alill¨ a vaikka projektia ei erikseen tallentaisikaan. 3.6 Rasteriaineiston georeferointi Georeferoiminen tarkoittaa kuva-aineiston sijoittamista koordinaatistoon niin, ett¨ a jokaisella kuvan kuvapisteell¨a on tunnettu sijainti. T¨ah¨an on olemassa komentorivity¨ okaluja ja ikkunoituja ty¨okaluja, joita voi etsi¨a verkosta, mutta my¨os QGISiss¨ a on oma georeferointity¨okalunsa. Ty¨okalulla georeferointi tapahtuu kertomalla ohjelmalle, miss¨ a tietyt kuvan pisteet sijaitsevat kartalla. Pisteit¨a pit¨a¨a antaa v¨ ahint¨ a¨ an kaksi, mutta tulos on aina sit¨a parempi, mit¨a useampia pisteit¨ a annetaan. N¨ aiden pisteiden perusteella ohjelma laskee kuvan muille pisteille koordinaatit. Yleens¨ a georeferoidaan esimerkiksi ilmakuvia peruskartan 6 perusteella. Hyvi¨ a referenssipisteit¨a ovat esimerkiksi talojen nurkat ja purojen suut, niemenk¨ arjet ynn¨ a muut, jotka n¨akyv¨at tarkasti sek¨a ilmakuvalla ett¨a peruskartassa. T¨ am¨ a k¨ ayd¨ aa ¨n kurssilla l¨api k¨adest¨a pit¨aen. 7