Paljon on maailmassa erilaisia rasterimuotoisia aineistoja, joilla ei ole sijaintia siinä muodossa kuin paikkatietomaailmassa toimivat ihmiset sen käsittävät, mutta jotka kuitenkin esittävät välillisesti johonkin sijaintiin liittyviä asioita. On vanhoja karttoja, kaavoja ja ilmakuvia. Miltä tuntuisi hyödyntää tällaisia aineistoja esimerkiksi omien paikkatietoanalyysien tausta-aineistoina tai julkaista niitä esimerkiksi WMS- ja WMTS-rajapinnoille? Georefointi on näissä puuhissa se ensimmäinen askel, joten lue toki pidemmälle.
Artikkelissa tutustutaan siihen, miten rasteriaineiston voi georeferoida QGIS-paikkatietosovellusta hyödyntäen. Aikaisemmista blogikirjoituksistani poiketen, tämä kirjoitus on pyritty laatimaan vaihe vaiheelta opastavaksi. Paikkatietomies-blogissa on aikaisemmin tutustuttu mm. siihen, miten tällaisia georeferoituja rasteriaineistoja voidaan optimoida GeoServer-rajapintajulkaisua varten.
Georeferointi kertoo tyhmälle kuvalle sijainnin
Georeferointia voi toteuttaa lukuisilla eri paikkatietosovelluksilla. Tässä artikkelissa tutustutaan avoimen lähdekoodin QGIS-paikkatietosovellukseen, jossa gereferointi onnistuu erillisen lisäosan avulla. Periaate georeferoinnissa on samankaltainen kuin useissa kaupallisissa paikkatietosovelluksissa; osoitetaan georeferoitavalta rasterikuvalta piste (lähtöpiste), jolle kerrotaan sijainti siinä koordinaattijärjestelmässä (vastinpiste), johon georeferoitava kuva halutaan saattaa.
QGIS:ssä tehtävän georeferoinnin taustavoimana häärii GDAL-kirjasto, jonka avulla varsinainen georeferointi ja siihen liittyvät rasterioperaatiot suoritetaan. Tämä yhteys on nähtävissä mm. siitä, että halutessaan QGIS-paikkatietosovelluksen georerointitoiminnon toteuttamat GDAL-komennot saa QGIS:stä ulos tekstimuodossa – niitä voi sitten halutessaan ajella vaikka komentoriviltä.
Georeferoinnin toteuttaminen vaatii vähintään kolmen lähtöpisteen ja vastinpisteen määrittelyn. Georeferoinnista tulee kuitenkin sitä tarkempi, mitä enemmän lähtöpiste-vastinpiste-pareja jaksetaan määritellä. Pisteet kannattaa sijoittaa eri puolille georeferoitavaa kuvaa. Hyviä pisteitä ovat esimerkiksi rakennusten kulmat ja kiinteistörajat.
Erityisesti vanhojen karttojen kohdalla voi olla haastavaa löytää georeferoitavalta kuvalta sellaisia pisteitä, joille löytyy vastinpiste georeferoinnin tukiaineistosta. Tällöin georeferoinnissa kannattaa tukeutua erilaisiin muuttumattomiin luonnonmuodostumiin kuten esimerkiksi ojiin tai rantaviivoihin.
Tässä esimerkissä ollaan sikäli selvillä vesillä, että georeferoitavana aineistona toimii rasterikuva, joka itsessään sisältää elementtejä samasta aineistosta kuin mitä käytetään georeferoinnin tukiaineistona (kantakartta). Kantakartta on erinomainen georeferoinnin tukiaineisto, sillä karttakohteiden sijaintitarkkuus yltää parhaimmillaan senttiluokkaan.
QGIS käyntiin ja rasteri ruudulle
Kuten aikaisemmin todettiin, tarvitsee QGIS erillisen Georeferencer-lisäosan georeferointia varten. Lisäosa voidaan asentaa Plugins-valikon takaa löytyvän Manage and Install Plugins -toiminnon avulla. Tässä ohjeistuksessa oletetaan, että lisäosa on jo asennettu onnistuneesti (Georeferencer-lisäosa on QGIS:n ns. core-lisäosa, joka pitäisi asentua itsestään QGIS-asennuksen yhteydessä) jolloin Georeferencer-lisäosa voidaan käynnistää QGIS-paikkatietosovelluksen Raster-valikosta (kuva 1).
Georeferencer-lisäosa avaa erillisen ikkunan, jonka avulla georeferointi toteutetaan. Seuraavaksi Georeferencer-ikkunaan voidaan avata georeferoitava rasterikuva Open Raster… -painikkeesta (kuva 2). Painikkeesta avautuu ikkuna, jonka avulla georeferoitavan kuvan voi valita koneen tiedostojärjestelmästä. Tuettuina on useita kymmeniä eri rasteriformaatteja aina perinteisistä JPEG- ja PNG-formaateista tehokkaisiin JPEG2000 ja ECW-formaatteihin.
Ikkunassa on useita muitakin painikkeita, joiden avulla voi mm. muuttaa georeferoinnin asetuksia ja hakea georeferoinnissa käytettävät lähtöpiste-vastinpiste -parit erillisestä tiedostosta tai tallentaa ne erilliseen tiedostoon. Omat painikkeet löytyvät myös mm. Georeferencer-ikkunan ja QGIS-pääikkunan linkittämiseen toisiinsa.
Kun haluttu kuva on valittu tiedostojärjestelmästä ja valinta vahvistettu Open-painikkeesta, avautuu käyttäjälle Coordinate Reference System Selector -ikkuna (kuva 3). Tähä ikkunaan syötetään tieto siitä koordinaattijärjestelmästä, johon georeferoitava rasterikuva halutaan saattaa. Tässä esimerkissä käytettäväksi koordinaattijärjestelmäksi valitaan ETRS89-GK30, mutta yhtä hyvin koordinaattijärjestelmäksi voidaan valita mikä tahansa QGIS:n tukema koordinaattijärjestelmä.
Koordinaattijärjestelmän valinnan jälkeen määritellään georeferoinnissa käytettävät asetukset. Tämä tapahtuu avaamalla Transformation Settings -ikkuna Settings-valikosta (kuva 4). Saman ikkunan saa avattua myös työkaluriviltä keltaisesta ratassymbolista.
Transformation Settings -ikkunassa määritellään muunnoksessa käytettävät asetukset (kuva 5). Toteutettavan muunnoksen osalta (Transformation Parameters -kohta) valittavissa on muunnoksen tyyppi, interpoloinnissa käytettävä menetelmä ja koordinaattijärjestelmä. Muunnoksessa syntyvän tiedoston osalta ikkunassa voidaan määritellä syntyvän tiedoston nimi/tallennussijainti sekä pakkausmenetelmä.
Ikkunassa on täpättävät kohdat (Output Settings -kohta) myös vastinpisteiden (GCP-pisteet) tallentamiseksi, ns. ESRI World -tiedoston luomiseksi varsinaisen georeferoinnin toteuttamisen sijaan ja nolla-arvojen määrittämiseksi läpinäkyviksi. Lisäksi valittavissa on kohta oman vapaavalintaisen spatiaalisen resoluution asettamiseksi muunnoksen yhteydessä luotavalle kuvalle.
Muunnoksesta on mahdollista saada ulos myös kartta ja raportti (Reports-kohta); näiden tallennuspaikat määritellään tarvittaessa. Ikkunan alareunasta löytyy lisäksi täpättävä kohta, jonka täppäämällä QGIS lisää georeferoidun kuvan automaattisesti karttatasopaneeliin muunnoksen valmistuttua.
Panosta vastinpisteisiin
Kun muunnoksen asetukset on onnistuneesti määritelty, voidaan siirtyä määrittelemään vastinpisteitä. Homma lähtee liikkeelle valitsemalla työkaluriviltä löytyvä Add Point -työkalu (kuva 6). Ko. painikkeen vierestä oikealta löytyvät tarvittaessa painikkeet jo määriteltyjen vastinpisteiden poistamiseen ja muokkaamiseen. Add Point -painikkeen painaminen aktivoi työkalun, jolla osoitetaan georeferoitavalta kuvalta piste.
Kun Add Point -työkalulla on osoitettu piste georeferoitavalta kuvalta, avautuu Enter Map Coordinates -ikkuna (kuva 7). Ikkunaan voi halutessaan syöttää koordinaattitiedot käsin, mutta huomattavasti kätevämpi tapa on poimia ne QGIS-paikkatietosovelluksen pääikkunasta From Map Canvas -toiminnon avulla.
Usean näyttöruudun käsittävä setup helpottaa merkittävästi vastinpisteiden napsuttelua. Mikäli tällaista järjestelyä ei ole käytettävissä (esim. operoitaessa pienellä kannettavan ruudulla), voidaan elämää helpottaa täppäämällä Automatically hide georeferencer window -kohta. Tällöin Georeferencer sukeltaa automaattisesti piiloon From Map Canvas -painiketta painettaessa.
Kun pisteelle on koordinaatit (joko QGIS-pääikkunasta osoittaen tai käsin syöttämällä), nähdään kentissä X / East ja Y / North numeroarvoja (kuva 8). Tässä esimerkissä käytetään ETRS89-GK30-koordinaattijärjestelmää (EPSG:3137), jonka koordinaatit ovat kuvassa.
Onnistunut laadukas georeferointi vaatii useiden vastinpisteiden määrittelyn. Kuten aiemmin todettiin, vastinpisteiksi kannattaa valita esimerkiksi rakennusten kulmia, kiinteistörajoja ja muita helposti ja yksiselitteisesti tukiaineistosta tulkittavia kohteita. Vastinpisteet kannattaa lisäksi pyrkiä osoittamaan huolellisesti ja tarkasti sekä eri puolille georeferoitavaa kuvaa.
Tarkkuus korostuu etenkin silloin, kun vastinpisteitä osoitetaan ainoastaan muutamia. Mitä enemmän vastinpisteitä voidaan osoittaa, sen pienempi on yksittäisestä pisteestä aiheutuva vaikutus muunnokseen.
Kun vastinpisteen tiedot ovat Enter Map Coordinates -ikkunassa, voidaan vastinpiste tallentaa painamalla OK-painiketta. Tällöin vastinpiste tallentuu ns. vastinpistetauluun (GCP-taulu) ja ikkuna sulkeutuu. Uuden pisteet saa lisättyä Add Point -painikkeesta.
Vastinpisteiden tarkastelu ja varsinainen georeferointi
Kun tarvittava määrä vastinpisteitä on syötetty, voidaan niitä tarkastella vastinpistetaulun (GCP-taulu) avulla. Mikäli vastinpistetaulu ei näy automaattisesti Georeferencer-ikkunassa ns. paneelina, voidaan se avata View-valikosta löytyvän Panels-valikon alta (kuva 9).
Vastinpistetaulussa on nähtävillä kaikki osoitetut vastinpisteet (kuva 10). Tässä esimerkissä on määritelty kymmenen vastinpistettä. Jokaisella vastinpisteelle esitetään taulussa sijainti georeferoitavalla kuvalla (Source X ja Source Y) ja sijainti tukiaineistossa (Dest. X ja Dest. Y).
Näiden tietojen lisäksi jokaiselle pisteelle lasketaan virhe X- ja Y-suunnassa. X- ja Y-suuntaisten virhelukujen lisäksi jokaiselle pisteelle on laskettu residuaali, joka kuvaa ko. pisteen kokonaisvirhettä. Ideaalitilanteessa residuaaliarvo olisi mahdollisimman lähellä nollaa.
Huomaa, että virhearvot esitetään pikseleinä. Mikäli jokin vastinpiste eroaa virhearvojen osalta muista, kannattaa se poistaa ja määritellä uudelleen. Tässä esimerkissä olevat pisteet näyttäisivät olevan hyvin linjassa toistensa kanssa eikä selkeitä poikkeamia esiinny. Voidaan siis edetä hyvillä mielin viimeiseen vaiheeseen, jossa itse georeferointi toteutetaan.
Kun tarvittava määrä vastinpisteitä on määritelty ja ne on todettu hyviksi vastinpistetaulua tarkastelemalla, voidaan käynnistää varsinainen georeferointi. Tämä tapahtuu Georeferencer-ikkunan Start Georeferencing -painikkeesta (kuva 11).
Mikäli Transformation Settings -ikkunassa on laitettu täppä kohtaan Load in QGIS when done, avautuu georeferoitu kuva automaattisesti QGIS-paikkatietosovellukseen georeferoinnin jälkeen. Mikäli täppää ei ole laitettu, voi kuvan lisätä myös manuaalisesti Open Data Source Manager -toiminnon kautta.
