Georeferenziazione di mappe

La georeferenziazione può essere pensata come una trasformazione tra dati da un sistema di riferimento piano locale verso un altro sistema di riferimento (Datum) e proiezione.

I passi da compiere sono quindi:

In questa esercitazione si georeferenzierà la carta topografica della parte Ovest della Contea di Raleigh - NorthDakota USA (scaricabile qui). Questa carta é in formato PNG (RaleighW_topo.png), formato privo delle informazioni per la georeferenziazione. Una versione GeoTiff é disponibile a questo indirizzo: http://www.grassbook.org/data_menu3rd.php. La carta topografica che useremo é nel sistema di riferimento NAD27 e proiezione cartografica UTM fuso 17N. Sarà quindi necessario creare anche una target Location coerente con questo Datum e proiezione.

Creazione della Location XY e importazione dell'immagine

Per prima cosa si crea una nuova Location con sistema di riferimento XY. All'avvio di GRASS si lancia il Location wizard. Si imposti nc_XY come nome della nuova Location e si scelga di creare, appunto, una Location generica XY:


Location wizard: creare una nuova Location XY

Successivamente viene proposto un sommario delle scelte effettuate. Premendo il pulsante Finish viene creata la nuova Location e viene quindi richiesto se specificare la risoluzione e la estensione della regione di default. Si definiscano i limiti della regione di default in accordo con quelli riportati in figura:

Limiti della regione di default della Location XY
É ora possibile creare un nuovo Mapset e poi lanciare GRASS selezionando la Location e il Mapset creati.

Si importa ora l'immagine della carta topografica RaleighW_topo.png usando il comando r.in.gdal (File -> Import raster data -> Common import formats). Si indichi il percorso e il nome della mappa da georeferenziare (RaleighW_topo.png) e il nome del raster in GRASS: RaleighW_topo.


Importazione della mappa RaleighW_topo.png

Creazione della target Location e georeferenziazione

Come prima cosa é necessario uscire dalla Location XY, uscendo da GRASS, e riaprire GRASS nella target Location. Nel nostro caso la target Location non esiste e dovremo crearla. Una volta entrati nella target Location eseguiremo il processo di georeferenziazione.

Per creare la target Location si lanci il Location wizard dal pannello di avvio di GRASS e si proceda a creare una Location con proiezione UTM fuso 17N e Datum NAD27. Per creare questa Location si faccia riferimento a questa sezione (creazione di una Location scegliendo proiezione e sistema di riferimento da una lista) prestando attenzione a scegliere in modo corretto proiezione e Datum (UTM fuso 17N - NAD27 - Datum tranformation = 1).
Si chiami nc_utm17_NAD27 la nuova target Location e si definiscano i limiti della regione di default in accordo con quelli riportati in figura:


Limiti della regione di default della target Location

Una volta creata la target Location e il necessario Mapset si prosegue lanciando il modulo di georeferenziazione dal menù File -> Georectify.

Come prima cosa viene chiesto di specificare il tipo di carta che si vuole georeferenziare, il nome della Location di origine e il Mapset che contiene l'immagine da georeferenziare.
Nel nostro caso sarà:

Setup iniziale del processo di georeferenziazione di una immagine
Successivamente viene chiesto di selezionare il gruppo (e sottogruppo ) al quale l'immagine appartiene. Un gruppo in GRASS é un insieme di raster da elaborare assieme (ad esempio raster che rappresentano bande diverse della stessa immagine). Un gruppo deve contenere almeno un sottogruppo, al quale appartengono tutti o alcuni dei raster del gruppo.
Si scelga il gruppo "RaleighW_topo" creato in automatico da GRASS.

Selezione o creazione del gruppo contenente l'immagine da georeferenziare
Si deve indicare ora il nome della mappa che si vuole venga visualizzata come sfondo e sulla quale si andranno a identificare i Ground Control Points (GCPs - punti di controllo).
I punti di controllo sono punti sull'immagine di cui si conoscono le coordinate nella target Location. Le coordinate dei Ground Control Points possono essere note, perché date o lette su una carta in formato cartaceo o sulla stessa immagine, oppure si possono identificare su una mappa appartenente alla target location. Nel nostro caso, le coordinate dei Ground Control Points verranno lette direttamente sulla immagine che si vuole georiferire avvalendosi del reticolo cartografico presente sull'immagine stessa.
Come mappa da visualizzare come sfondo, nel nostro caso, scegliamo la banda rossa (RaleighW_topo.red):

Scelta della mappa da visualizzare come sfondo per individuare i GGPs
Si apre ora una finestra, chiamata Manage Ground Control Points, che servitá per l'individuazione dei GPSs e l'inserimento delle loro coordinate, espresse nella Location XY (in pixel) e nella target Location (in metri).

Display con visualizzata la mappa sulla quale individuare i GCPs e la lista delle coordinate
Questo Display é sostanzialmente una versione modificata del GIS Map Display standard di GRASS. Alcuni dei pulsanti standard non sono presenti. É invece presente il pulsante che permette di attivare un GCP andando a cliccare con il mouse sul punto di interesse individuato sulla mappa visualizzata. Attraverso i pulsanti disponibili sulla finestra delle coordinate é possibile salvare la selezione dei GCPs, aggiungere un nuovo GCP, eliminare un GCP esistente, reimpostare un GCP esistente, ricaricare i GCPs salvati, ricalcolare i residui della trasformazione, lanciare il processo di georeferenziazione, modificare alcune impostazioni di visualizzazione dei GCPs e scegliere l'ordine della trasformazione che verrà usate per la georeferenziazione.
A seconda dell'ordine della trasformazione che si vuole utilizzare si deve individuare un numero minimo di punti:
OrdinePunti
13
26
310
Per usare un polinomio di grado n si devono individuare cioè almeno (n + 1) * (n + 2) / 2 punti. Un numero maggiore di punti consente una migliore stima dei parametri della trasformazione.

Come accennato, i GCPs si possono individuare in due modi:

Per individuare GCPs con il primo metodo é sufficiente eseguire delle operazioni di zoom e pan nel Display della georeferenziazione in modo da visualizzare in modo chiaro punti sulla carta da georiferire posizionati sul bordo o lungo il reticolo cartografico. Una volta individuato uno di questi punti é necessario cliccare sul Display della georeferenziazione per inserire il GCP e successivamente inserire le sue coordinate negli appositi spazi della finestra delle coordinate.

Nel nostro caso non ci sono mappe disponibili nella target Location (creata all'inizio di questa sezione). Non sarà quindi possibile individuare GCPs con la seconda modalità.


Display della georeferenziazione, zoom su un GCP

Display della georeferenziazione con 4 GCPs (valori delle coordinate pixel arrotondati)
Premendo sul pulsante é possibile calcolare i parametri di trasformazione e visualizzare il modulo degli errori sulla mappa di riferimento (unità della target Location) e sulla mappa da georeferenziare (in coordinate pixel). Se si inseriscono più GCPs di quelli strettamente necessari é possibile eliminare quelli che presentano gli errori maggiori e ricalcolare i parametri di trasformazione.
Una volta completata l'individuazione dei GCPs e verificata la qualità della stima dei parametri di trasformazione é possibile lanciare la georeferenziazione della mappa premendo il pulsante .
Vista l'estensione e la risoluzione della immagine che si sta trattando il processo di georeferenziazione richiederà alcuni minuti.

Si provi a visualizzare la carta georeferenziata e a verificare la bontà del risultato interrogando punti di coordinate note.


Zoom della carta georeferenziata nella target Location e posizione del cursore in corrispondenza della coordinata Est del reticolo cartografico