R als GIS - Patrick Schratz · R Paket RPyGeo: Authors: Brenning, A. Veröffentlichung: 2011 Wird...

RalsGIS

IntegrationvonGISinRfürräumlicheAnalysenmitOpen-

Source-Software

Schratz,P.,Muenchow,J.,Brenning,A.

GISciencegroup,FSUJena

Outline1. WarumGISSoftwareintegrieren?

2. RalsGIS

3. RPaket RQGIS

4. RPaket RSAGA

5. RPaket RPyGeo

6. Zusammenfassung

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1.WarumGISSoftwareintegrieren?

WarumGISSoftwareintegrieren?

Problematik

DasAngebotimBereichderräumlichenAnalyseistsehrspezialisiert

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Problematik


VieleeigenständigeAnwendungen/Bibliothekenexistieren

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Problematik



SpezialisierungaufbestimmtegeographischeBereiche

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Problematik




Verfügbarkeit/Nutzerfreundlichkeit

Nichtallehabenein(nutzerfreundliches)GraphicalUserInterface(GUI)

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Problematik






UnterschiedlicheDateiformate

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Problematik






UnterschiedlicheDateiformate

Plattformabhängig(WindowsUnix)

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Lösungsansatz

KombinationallerBibliotheken/GIS-AlgorithmenineinerUmgebung

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Lösungsansatz


WaruminR?

NutzerfreundlicheProgrammiersprache

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Lösungsansatz


WaruminR?


StarkeCommunityvorhandenbeiProblemen(Mailinglisten,Stackoverflow)

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Lösungsansatz


WaruminR?


StarkeCommunityvorhandenbeiProblemen(Mailinglisten,Stackoverflow)

IntegrationderStärkenvonR

StatistischeAuswertung

ReproduzierbareAnalysen('literateprogramming'-> Rmarkdown )

Ralsstarkes'eigenständiges'GIS

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2.RalsGIS

RalsGISMehrals100PaketemitGeo-Bezug(https://cran.r-project.org/web/views/Spatial.html)

Paket rgdal als'Motor'zumimportierenundexportierenvonGeodaten

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https://cran.r-project.org/web/views/Spatial.html

RalsGISMehrals100PaketemitGeo-Bezug(https://cran.r-project.org/web/views/Spatial.html)

Paket rgdal als'Motor'zumimportierenundexportierenvonGeodaten

http://r-spatial.org//2016/11/29/openeo.html

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https://cran.r-project.org/web/views/Spatial.htmlhttp://r-spatial.org//2016/11/29/openeo.html

Package sp / sf forvectorgeodata

Rikken,M.G.J&VanRijn,R.P.G.(1993)1

RalsGIS

[1]Rikkenetal.(1993):Soilpollutionwithheavymetals-aninquiryintospatialvariation,costofmappingandtheriskevaluationofcopper,cadmium,leadandzincinthefloodplainsofthemeusewestofstein.Dept.ofPhysicalGeography,UtrechtUniversity

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Package sp / sf forvectorgeodata

Rikken,M.G.J&VanRijn,R.P.G.(1993)1

Package raster forrasterdata

http://www.worldclim.org/

RalsGIS

[1]Rikkenetal.(1993):Soilpollutionwithheavymetals-aninquiryintospatialvariation,costofmappingandtheriskevaluationofcopper,cadmium,leadandzincinthefloodplainsofthemeusewestofstein.Dept.ofPhysicalGeography,UtrechtUniversity

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http://www.worldclim.org/

RalsGISWennman GIS alseinSystemzurAnalyse,Manipulation,SpeicherungundVisualisierunggeopraphischerDatendefiniert1,sokönntemansagen,dassRbereitseinvollwertiges GIS ist.

[1]Longleyetal.(2011):GeographicInformationSystemsandScience.Wiley.http://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-EHEP001475.html)

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http://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-EHEP001475.html

AberwasistmitDingenwie...

(Geo)-Datenbanken

Digitalisierung

ManuelleKorrekturvonräumlichenVersätzen



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(Geo)-Datenbanken

Digitalisierung


icon-icons.com



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file:///Users/pjs/Servers/GIServer/home/patrick/PhD/R/presentations/AK-TQMG/icon-icons.comhttp://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-EHEP001475.html


(Geo)-Datenbanken

Digitalisierung


Editor-WerkzeugleisteArcGIS



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(Geo)-Datenbanken

Digitalisierung


http://help.arcgis.com/



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http://help.arcgis.com/http://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-EHEP001475.html

RalsGISAberwasistmitDingenwie...

AufwendigenRechenoperationen(z.B. Dissolve vielerPolygone)?

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FehlendenAlgorithmen

SAGA

GRASS

QGIS

LiDAR

OrfeoToolbox

TauDEM

RalsGIS

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RPaket RSAGA :

Authors:Brenning,A.&Bangs,D.PackagevignetteVeröffentlichung:2007

RPaket rgrass7 :

Authors:Bivand,R.,Krug,R.,Neteler,M.,Jeworutzki,S.

RPaket spgrass6 :

Authors:Bivand,R.,Krug,R.,Neteler,M.

RalsGISR-GISIntegration

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https://cran.r-project.org/web/packages/RSAGA/index.htmlhttps://cran.r-project.org/web/packages/RSAGA/vignettes/RSAGA-landslides.pdfhttps://cran.r-project.org/web/packages/rgrass7/index.htmlhttps://cran.r-project.org/web/packages/spgrass6/index.html

RPaket RQGIS :

Authors:Muenchow,J.,Schratz,P.PackagevignetteVeröffentlichung:2016

RPaket RPyGeo :

Authors:Brenning,A.Veröffentlichung:2011Wirdderzeitaktualisiert

RalsGISR-GISIntegration

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https://cran.r-project.org/web/packages/RQGIS/index.htmlhttps://cran.r-project.org/web/packages/RQGIS/vignettes/install_guide.htmlhttps://cran.r-project.org/web/packages/RPyGeo/index.html

3.RPaketRQGIS

RQGISInterfacefürdasamweitestenverbreitetopen-sourceDesktopGIS

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ZugangzuQGISeigenenGeoalgorithmen

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ZugangzuallenAlgorithmen,dieQGISintegriert

SAGAGRASSGDALTauDEMOrfeoToolboxLiDARtools

RNutzerkönneninihrergewohntenArbeitsumgebungbleiben

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ZugangzuallenAlgorithmen,dieQGISintegriert

SAGAGRASSGDALTauDEMOrfeoToolboxLiDARtools

RNutzerkönneninihrergewohntenArbeitsumgebungbleiben

'Convenience'FunktionenwiezumBeispiel open_help() zumöffnenderQGIS/GRASS/SAGAHilfe

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RQGISZugriffüberQGISAPI-> processing Modul

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library("RQGIS")

qgis_env

##$elevation##[1]"None"####$format##[1]"0"####$precision##[1]"0"####$`-a`##[1]"True"####$zscale##[1]"1.0"####$min_slope##[1]"0.0"####$GRASS_REGION_PARAMETER##[1]"\"None\""####$GRASS_REGION_CELLSIZE_PARAMETER##[1]"0.0"

##$slope##[1]"None"####$aspect##[1]"None"####$pcurvature##[1]"None"####$tcurvature##[1]"None"####$dx##[1]"None"####$dy##[1]"None"####$dxx##[1]"None"####$dyy##[1]"None"####$dxy##[1]"None"

RQGISget_args_man() :GibtalleParametereinerFunktionzurückundzeigtdie'default'Wertean

get_args_man(alg="grass7:r.slope.aspect",options=TRUE,qgis_env=qgis_env)

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data("dem")params$elevation

4.RPaketRSAGA

RSAGAKombiniertdieStärkenvonR(statistischeAuswertung)undSAGA(Oberflächenanalyse)

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RSAGAKombiniertdieStärkenvonR(statistischeAuswertung)undSAGA(Oberflächenanalyse)

library("RSAGA",quietly=TRUE)rsaga.env()[1:5]

##$workspace##[1]"."####$cmd##[1]"saga_cmd"####$path##[1]"/usr/local/bin"####$modules##[1]"/usr/local/lib/saga"####$version##[1]"2.2.2"

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RSAGAGeoprozessierungsumgebung-> rsaga.env()

AuflistungderSAGAStrukturmitInformationenüberArbeitsverzeichnis,SAGA-Programmverzeichnis,verfügbarenModulenetc.

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Geoprozessor-> rsaga.geoprocessor()

'Workhorse'FunktionwelcheSAGAaufruft( saga_cmd )undZugangzuallenSAGAModulenbietet

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LokaleundfokaleFunktionen(geschriebeninR)

z.B. multi.focal.function() , grid.predict()

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LokaleundfokaleFunktionen(geschriebeninR)

z.B. multi.focal.function() , grid.predict()

Hilfsunktionen(geschriebeninR)

z.B. pick.from.ascii.grid()

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RSAGABeispiel:AbleitungderHangneigung,AusrichtungundKrümmungeinesHöhenmodells

RSAGA kommuniziertmitdemKommandozeilen-Interpretervon SAGA-GIS .Funktionsaufrufein RSAGA folgeneinerbestimmtenReihenfolge

rsaga.geoprocessor(lib="ta_morphometry",module="Slope,Aspect,Curvature",param=list(ELEVATION="dem.sgrd"),SLOPE="slope.sgrd"))

BestimmteFunktionenkönnenauchüberhigh-level rsaga.* Funktionenaufgerufenwerden

rsaga.slope(in.dem="dem",out.slope="slope")

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rsaga.get.libraries()[1:60]

##[1]"climate_tools""contrib_perego"##[3]"db_odbc""docs_html"##[5]"docs_pdf""garden_3d_viewer"##[7]"garden_fractals""garden_games"##[9]"garden_learn_to_program""garden_webservices"##[11]"grid_analysis""grid_calculus_bsl"##[13]"grid_calculus""grid_filter"##[15]"grid_gridding""grid_spline"##[17]"grid_tools""grid_visualisation"##[19]"imagery_classification""imagery_maxent"##[21]"imagery_photogrammetry""imagery_segmentation"##[23]"imagery_svm""imagery_tools"##[25]"io_esri_e00""io_gdal"##[27]"io_gps""io_grid_grib2"##[29]"io_grid_image""io_grid"##[31]"io_shapes_dxf""io_shapes"##[33]"io_table""io_virtual"##[35]"pj_georeference""pj_proj4"##[37]"pointcloud_tools""pointcloud_viewer"##[39]"shapes_grid""shapes_lines"##[41]"shapes_points""shapes_polygons"##[43]"shapes_tools""shapes_transect"##[45]"sim_cellular_automata""sim_ecosystems_hugget"##[47]"sim_erosion""sim_fire_spreading"##[49]"sim_hydrology""sim_ihacres"##[51]"sim_rivflow""statistics_grid"##[53]"statistics_kriging""statistics_points"##[55]"statistics_regression""ta_channels"##[57]"ta_compound""ta_hydrology"##[59]"ta_lighting""ta_morphometry"

rsaga.get.modules("ta_morphometry")[[1]][,-3]

##codename##10Slope,Aspect,Curvature##21ConvergenceIndex##32ConvergenceIndex(SearchRadius)##43SurfaceSpecificPoints##54CurvatureClassification##65Hypsometry##76RealSurfaceArea##87MorphometricProtectionIndex##98MultiresolutionIndexofValleyBottomFlatness(MRVBF)##109DownslopeDistanceGradient##1110MassBalanceIndex##1211EffectiveAirFlowHeights##1312DiurnalAnisotropicHeating##1413LandSurfaceTemperature##1514RelativeHeightsandSlopePositions##1615WindEffect(Windward/LeewardIndex)##1716TerrainRuggednessIndex(TRI)##1817VectorRuggednessMeasure(VRM)##1918TopographicPositionIndex(TPI)##2019TPIBasedLandformClassification##2120TerrainSurfaceTexture##2221TerrainSurfaceConvexity##2322TerrainSurfaceClassification(IwahashiandPike)##2423MorphometricFeatures##2524ValleyandRidgeDetection(TopHatApproach)##2625FuzzyLandformElementClassification##2726UpslopeandDownslopeCurvature##2827WindExpositionIndex

RSAGA

EineÜbersichtallerverfügbaren"libraries/modules"istmit rsaga.get.libraries()oder rsaga.get.modules() möglich:

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RSAGAKombinationvonRundSAGA

Annahme:AngepasstesstatistischesModell,z.B.GeneralisiertesLinearesModell(GLM)inR.

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Ziel:VorhersagevonHagelauftreten(Wahrscheinlichkeitvon0-1)mitTemperatur,NiederschlagundsolarerEinstrahlungalsPrädiktorenfüreineganzeRegion

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Ziel:VorhersagevonHagelauftreten(Wahrscheinlichkeitvon0-1)mitTemperatur,NiederschlagundsolarerEinstrahlungalsPrädiktorenfüreineganzeRegion

InformationenvonTemperatur,NiederschlagundsolarerEinstrahlungistinRasterDateienvorhanden

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Ziel:VorhersagevonHagelauftreten(Wahrscheinlichkeitvon0-1)mitTemperatur,NiederschlagundsolarerEinstrahlungalsPrädiktorenfüreineganzeRegion(=logistischeRegression)

InformationenvonTemperatur,NiederschlagundsolarerEinstrahlungistinRasterDateienvorhanden

Mit multi.local.function() kanneinModellinRdirektaufPrädiktoren,welcheinRasterDateienvorliegen,vorhergesagtwerden

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multi.local.function() :AnwendungeinerR-FunktionaufmehrereRaster

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multi.local.function() :AnwendungeinerR-FunktionaufmehrereRaster

AnpassendesModellsinR:

library(stats)fit

RSAGAoderRQGIS?!

ProRQGIS

RQGISistmit find_algorithms() und get_args_man() nutzerfreundlicheralsRSAGA.Hiermüssenerstdie"libraries"( rsaga.get.libraries() ),danndie"modules"( rsaga.get.modules() )unddannnochdie"usage"( rsaga.get.usage() )gefundenwerden.

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RSAGAoderRQGIS?!

ProRQGIS


BeiderVerwendungvonRQGISmussnureinRPaketverwendetwerden,umQGIS+SAGA+GRASS+GDAL+...Algorithmenzuverwenden(anstatt rgrass7und RSAGA ).

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RSAGAoderRQGIS?!

ProRQGIS



PRORSAGA

RSAGAhatdenVorteil,dasseszusätzlicheStatistikfunktionenbietet(z.b.multi.local.function() ).

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RSAGAoderRQGIS?!

ProRQGIS



PRORSAGA


RSAGAkannSAGAFunktionenparallelausführen(siehe"parallel"Argumentvon rsaga.env() )

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RSAGAoderRQGIS?!

ProRQGIS



PRORSAGA


RSAGAkannSAGAFunktionenparallelausführen(siehe"parallel"Argumentvon rsaga.env() )

RSAGAbietet"Vereinfachungsfunktionen"fürvieleSAGAAlgorithmen,z.b.rsaga.slope() .

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5.RPaketRPyGeo

RPyGeo

Führt ArcGIS GeoprozessierunginRaus

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RPyGeo


Ruft ArcGIS nichtdirektaufsonderngeneriertPythonCode,derwiederumvonArcGIS ausgeführtwird

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RPyGeo



LäuftnurunterWindows(wieArcGIS)

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RPyGeo




ImGrundeein"proofofprinciple"inklusiveeinigerzusätzlicherR-Funktionenfür ArcGIS Anwendungen

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RPyGeo




ImGrundeein"proofofprinciple"inklusiveeinigerzusätzlicherR-Funktionenfür ArcGIS Anwendungen

Wenigerzuverlässigals RSAGA aufgrundderoftunverständlichen/unglücklichen ArcGIS Fehlermeldungen

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RPyGeoDieArbeitsumgebungistin rpygeo.env festgelegtundkannmit rpygeo.build.env()modifiziertwerden.

$modules[1]"arcgisscripting"

$init[1]"gp=arcgisscripting.create()"

$workspaceNULL

$cellsizeNULL

$extentNULL

$maskNULL

$overwriteoutput[1]0

$extensionsNULL

$python.path[1]"C:\\software\\Python24"

$python.command[1]"python.exe"

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RPyGeoBeispiel:AbleitungvonHangneigung,HangausrichtungundKrümmungeinesHöhenmodells( dem )ineinerFunktion

#AllowArcGIStooverwriteexistingdatasets:rpygeo.env$overwriteoutput=1

rpygeo.geoprocessor("Slope_sa('dem','slope')","Aspect_sa('dem','aspect')","Hillshade_sa('dem','hshd')")

Bemerkungen

Dasdurch rpygeo.geoprocessor() erstelltePythonSkript,welchesden ArcGISworkspaceerstelltunddieErweiterungenaktiviert,machtdieFunktionrelativineffizient

JedochspartmanerheblichZeit,danichtzwischendreiAnwendungen( ArcGIS , Python , R )undzweiProgrammiersprachen( Python & R )gewechseltwerdenmuss

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6.Zusammenfassung

Zusammenfassung(RalsGIS/GISIntegration)

Pro

RkannalseigenesGISverwendetwerden( raster , sp , sf , rgeos , rgdal )

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Pro


ReproduzierbareArbeitsweisedurch'Skripting'

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Pro



IntegrationvonGeoalgorithmenverschiedensterGISSystememöglich

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Pro




ZusätzlicheFunktionenallerGISIntegrationspaketeinR,welcheArbeitsschritteerleichtern

Con

EffizienzverlustbeiderProzessierung,daintegrierteAlgorithmennurindirektangesprochenwerdenkönnen

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Pro




ZusätzlicheFunktionenallerGISIntegrationspaketeinR,welcheArbeitsschritteerleichtern

Con

EffizienzverlustbeiderProzessierung,daintegrierteAlgorithmennurindirektangesprochenwerdenkönnen

ProblematikbeiqualitativerDatenkorrektur/inspektion(Stichwort:GUI)

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ContactTwitter:@pjs_228

Web:https://pat-s.github.io

Folienhttps://pat-s.github.io/talk/AK-TQMG-2017/

Erstelltmitxaringanundpräsentiertmitpdfpc.

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