Menganggar Laluan Tumpahan Pencemaran Melalui Analisis Steepest Path

Cuba perhatikan gambar di bawah. Katakan anda mendapat aduan terdapat kejadian pembuangan sisa toksik di lokasi X. Terdapat tiga sungai yang berhampiran di lokasi X tu, sungai A, sungai B dan sungai C.

Sungai manakah yang terlibat dari sisa
tumpahan toxic X??

Dari pemerhatian anda, agak-agaknya sisa tumpahan tu masuk ke sungai mana? Sungai A ke, sungai B ke sungai C? Pening juga nak tentukan dengan cara tengok peta je. Kalau turun site buat siasatan mungkin boleh membantu. Tapi sebenarnya dalam ArcGIS ni ada tool yang boleh membantu anda jangkakan tumpahan tu masuk ke sungai mana. Syaratnya kena ada 3 benda ni dulu :-

1. Data surface DEM (raster, TIN, LAS dataset atau Terrain)
2. 3D Analyst Extension
3. Of course kena ada layer sungai

OK, bila dah memenuhi syarat-syarat tu, anda boleh gunakan tool yang dipanggil Steepest Path dalam 3D Analyst toolbar untuk create laluan aliran bermula dari titik lokasi X tu. Kaedah steepest path ni simple je, kita boleh bayangkan kalau kita lepaskan sebiji bola dari satu lokasi, kemanakah laluan bola tu akan bergerak? Sudah tentu laluan bola tu akan menuruni kawasan yang lebih rendah dan berhenti sekiranya terdapat halangan yang lebih tinggi atau curam.

   

Samalah juga dengan kes tumpahan sisa toksik tadi. Kita boleh bayangkan laluan sisa toksik tu sama mcm konsep laluan bola tadi.  Dengan menggunakan tool Steepest Path, laluan ni akan dibina sebagai line graphic. Macamana caranya? Masukkan dulu layer DEM dan layer sungai dalam ArcMap. Kemudian, follow step berikut :-

Keterangan gambar :-

1. Buka dulu toolbar 3D Analyst
2. Kalau dalam ArcMap anda ada beberapa data raster atau TIN atau LAS dataset atau Terrain yang anda masukkan, make sure anda setkan kepada data DEM yang bersesuaian.
3. Klik butang Create Steepest Path
4. Klik pada lokasi yang anda kehendaki. Laluan dalam bentuk garisan grafik akan dibina di atas peta.

Sisa tumpahan memasuki sungai A di
lokasi A2 walaupun berdekatan dengan A1

Jika anda lihat hasil analisis Steepest Path dalam contoh gambar di atas, bukan saja anda dapat tahu tumpahan tu masuk ke dalam sungai A, tapi anda juga boleh tahu anggaran tumpahan tu masuk di lokasi manakah di sungai A. Walaupun jarak terdekat dari sungai A adalah di A1, tetapi disebabkan laluan mengikut bentuk topografi DEM, ia memasuki sungai A pada lokasi A2.

Tapi kena ingat ye, ketepatan hasil analisis anda ni banyak bergantung pada ketepatan data DEM anda.

Sumber Data DEM Percuma - SRTM

Di sini saya ingin kongsikan satu website yang anda boleh download data Digital Elevation Model (DEM) secara percuma. Kalau anda google free data DEM ni, ada beberapa website yang pakcik google listkan. Sebenarnya data-data DEM ni ada macam-macam format, contohnya IFSAR, LIDAR dan macam-macam lagi lah. Data LIDAR contohnya, resolutionnya memang tinggi, tapi kebiasaannya memang susah le nak dapat yang free kat area Malaysia ni. Ada satu format data DEM yang dipanggil SRTM yang anda boleh download secara percuma. SRTM ni singkatan dari Shuttle Radar Topography Mission, tapi resolutionnya 1 arc second, lebih kurang 30m. Kalau anda rasakan 30m ni sesuai untuk analisis anda, bolehlah cuba download.

Nak download, taip saja URL https://earthexplorer.usgs.gov  kat browser anda. Anda akan terus dapat page seperti di bawah ni.

Default page dia akan tunjuk peta area US. Sabar dulu, sebelum download, navigate dulu peta tu ke area Malaysia. Kemudian buat step berikut ni :-

Penerangan gambar-gambar di atas :-

1. Klik tab Search Criteria
2. Klik Use Map untuk set koordinat download pada area yang anda zoom.
3. Anda akan dapati empat penjuru koordinat area yang anda zoom disenaraikan.
4. Kalau anda nak ubahsuai bentuk penjuru tu, anda boleh klik pada penjuru dan drag pada posisi yang anda nak. Macam dalam contoh gambar tu, saya posisikan untuk cover state Perak.
5. Kemudian klik tab Data Sets.
6. Pada senarai data set, klik SRTM dan pilih SRTM 1-Arc Second Global
7. Klik tab Results.
8. Anda akan dapati senarai data SRTM mengikut area yang anda define untuk download tadi akan dipaparkan.

Seterusnya, untuk download, klik saja butang Download Options seperti ditunjukkan gambar di bawah ni. Anda akan diberikan beberapa option format raster. Dalam contoh ni, saya pilih format BIL 1 Arc-Second. Lagipun ArcGIS tiada masalah nak baca format BIL.

Data yang anda download tu dalam sistem koordinat WGS84. Kalau anda nak overlay pada data yang dalam sistem koordinat projected pun takde masalah, sebab ArcGIS kan support on-the-fly projection. Macam dalam contoh gambar di bawah ni, saya overlay data SRTM tu dengan boundary daerah koordinat RSO. 

So bila dah ada data DEM ni, boleh la anda buat macam-macam analisis, contohnya nak generate slope ke, nak view sebagai 3D ke dan macam-macam lagi lah. Contoh peta di bawah ni, dari data DEM tu saya generate layer hillshade dan juga slope.

Analisis Hillshade

Analisis Slope

Mengukur Jarak Permukaan 3D (Surface Length)

Seorang pembaca blog saya dari Indonesia ada bertanyakan soalan bagaimana untuk mengukur jarak sebenar dari satu sela kontur ke sela kontur yang lain mengikut jarak permukaan 3D atau kita panggil juga surface length. Sekiranya anda menggunakan tool Measure dalam ArcMap, jarak yang diberikan adalah jarak mendatar 2D. Lihat perbezaan jarak mendatar 2D dan jarak permukaan 3D seperti di bawah :-

Perhatikan pula gambar di bawah. Garisan merah menunjukkan jarak yang ingin saya dapatkan merentasi beberapa sela kontur dan juga mengikut bentuk topografi data DEM dari puncak bukit ke bawah. Sekiranya saya menggunakan tool Measure, jarak yang diberikan adalah dalam jarak mendatar 2D, lebih kurang 1.9km.

Untuk mendapatkan jarak sebenar permukaan 3D, anda kena ada extension 3D Analyst dulu dalam ArcGIS Desktop. Kemudian, bina layer Polyline shapefile atau geodatabase featureclass  dan digit seperti contoh line merah tu. Pastikan anda dah ready juga data DEM samada format raster surface atau TIN surface. Kemudian gunakan tool Add Surface Information dalam toolbox 3D Analyst. OK, saya assume anda semua dah tahu macamana nak bina layer Polyline dan digit, seterusnya untuk run tool Add Surface Information, buat step seperti di bawah :-

Penerangan gambar :-

1. Buka ArcToolbox dan klik tool 3D Analyst Tools > Functional Surface > Add Surface Information
2. Masukkan polyline shapefile atau geodatabase featureclass dalam Input Feature Class
3. Masukkan data surface raster atau TIN dalam Input Surface
4. Klik SURFACE_LENGTH
5. Klik OK.

Setelah selesai proses, buka table polyline featureclass dan rujuk field SLength. Dalam contoh di bawah, saya dapati jarak permukaan 3D adalah 2.09km, berbanding jarak mendatar sebelum ni 1.9km. 

Harap tutorial ni dapat menjawab persoalan saudara Karta Surya Wijaya.. :)

Selamat mencuba.

Point, PointZ, Polyline, PolylineZ, Polygon, PolygonZ... Apakah Itu?

Lama betul saya tak bersiaran. OKlah, kali ni pilih topik yang santai.  Kita semua maklum struktur asas data vektor GIS terdiri dari geometri point, line dan polygon. Untuk data point, setiap koordinat XY akan disimpan dalam geometri setiap point, polyline dan polygon pula, koordinat XY akan terkandung dalam setiap vertex. Koordinat yang disimpan sebagai geometri bermaksud anda tak akan nampak nilai koordinat XY tu di dalam table.

Contoh field SHAPE dalam attribut table menyimpan geometri
Point dan Polyline

Dalam kata lain, data point, line dan polygon ni adalah data 2D (tiada nilai Z dalam geometri). Kalau anda define layer kontur contohnya sebagai polyline, layer kontur tu tetap sebagai data 2D walaupun dalam attribut table anda telah masukkan nilai ketinggian kontur untuk setiap garisan kontur. Tapi ini sebenarnya bukanlah satu kesalahan, sebenarnya bergantung pada tujuan untuk apa anda akan gunakan data anda tu. Data 2D yang ada nilai Z dalam table masih boleh kita gunakan untuk generate data 3D, contohnya data DEM TIN atau DEM raster.

Nilai Z disimpan sebagai attribut di dalam data geometri 2D

Sekiranya anda ingin supaya nilai Z disimpan sebagai geometri selain dari nilai XY, anda perlu define data anda samada sebagai PointZ, PolylineZ atau PolygonZ. Apabila data ini dipaparkan dalam aplikasi 3D, contohnya ArcScene, data tu akan dipaparkan secara 3D mengikut nilai Z yang disimpan dalam geometri tu. Contohnya, kalau data sungai anda ada nilai Z didalam geometri, anda akan melihat sungai dalam 3D dimana aliran sungai menurun dari bukit hingga ke kawasan lembah. Tapi syaratnya anda capture nilai Z lah dalam geometri tu. Kalau anda define data sebagai geometri 3D, tapi anda tak capture nilai Z, still sama je, data anda nmpak lah macam 2D flat.

Paparan 3D untuk data yang mengandungi geometri Z

OK, macamana untuk membina data PointZ, PolylineZ atau PolygonZ ni. Stepnya sama saja seperti anda create new shapefile atau create new geodatabase featureclass, cuma perbezaan ketara adalah anda perlu check pada ruangan Coordinates include Z values seperti gambar di bawah ni. Setelah anda check option tu, data anda automatik akan jadi PointZ, PolylineZ atau PolygonZ.

Klik option Coordinates include Z values akan menjadikan
data anda PointZ, PolylineZ atau PolygonZ

Bagaimana pula cara nak paparkan XYZ yang disimpan di dalam geometri? Anda boleh lakukan dalam mod Editing. Mulakan proses Start Editing pada data PointZ, PolylineZ atau PolygonZ tadi dan lakukan step seperti di bawah.

Edit Sketch Properties membolehkan nilai XYZ di dalam geometri
dipaparkan

Penerangan gambar :-

1. Select pada point, line atau polygon yang ingin dipaparkan nilai XYZ.
2. Right click dan pilih Edit vertices.
3. Pada toolbar Edit Vertices, klik tool Sketch Properties
4. Dialog Edit Sketch Properties akan dipaparkan menunjukkan geometri XYZ pada point, line atau polygon yang dipilih.

Untuk post ni, saya tak bincangkan bagaimana proses untuk capture atau digit nilai Z ke dalam geometri tu setelah kita define sebagai PointZ, PolylineZ atau PolygonZ. Di dalam ArcGIS contohnya, ada pelbagai kaedah nak buat step tu. Contohnya kita boleh extract Z dari data DEM dan pindahkan Z tu ke data vector geometri Z, dan beberapa kaedah lagi. Maybe next post saya akan terangkan.

Tungguuuuuuu....

Penggunaan Dataset LIDAR dalam ArcGIS

Baru-baru ni saya cuba memanipulasi data LIDAR di dalam ArcGIS 10.1. Saya ni bukanlah pakar dalam teknologi remote sensing,  image processing dan seumpamanya, tapi apa yg saya nak share disini, jika anda ada knowledge dlm bidang-bidang yang saya sebut tadi, anda boleh gunakan kelebihan feature baru dalam ArcGIS Desktop 10.1 untuk menganalisis data-data LIDAR.

LIDAR (Light detection and ranging) adalah satu teknologi remote sensing menggunakan sistem laser scanner yang membolehkan kita mendapatkan sampel2 point (dipanggil juga point cloud dataset) yang padat dalam 3D. Data-data ini seterusnya boleh dianalisis untuk menghasilkan DTM, DSM dan lain-lain.

Kelebihan dalam ArcGIS 10.1 ialah anda boleh direct baca data LIDAR ni tanpa perlu proses conversion atau import/export. So..kalau nak guna feature baru ni, terpaksalah anda upgrade version kalau still guna version lama..huhuhu..(promosi percuma utk ESRI..kena mintak komisyen nih..). Satu lagi syaratnya anda perlu ada extension 3d Analyst untuk analyze data LIDAR ni.

Kebanyakan data LIDAR yang dibekalkan sekarang adalah di dalam format binary file yang dipanggil fail LAS iaitu satu format industri standard yang dicipta oleh American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS).

Nak gunakan data LAS dalam ArcGIS ni ada byk cara.. samada membina LAS dataset dari LAS file, membina Terrain Dataset atau membina Mosaic dataset.  Lepas anda bina dataset melalui salah satu cara tu, barulah anda boleh analyze LAS file ni.

 Di sini saya akan tunjukkan kaedah yang mudah iaitu membina LAS dataset. LAS dataset ni akan menyimpan reference pada satu atau lebih fail LAS di disk anda.

Untuk bina LAS Dataset ni, gunakan ArcCatalog atau Catalog Window dalam ArcMap. Rujuk gambar di bawah :-

Penerangan gambar :-

1. Right click kat folder yang dikehendaki dan pilih New > LAS Dataset
2. Namakan LAS Dataset anda.
3. Right click LAS Dataset yang baru buat tu dan pilih Properties.
4. Klik tab LAS Files
5. Klik button Add Files...
6. Pilih senarai fail LAS anda.
7. Klik OK.

Bila anda masukkan LAS dataset tu dalam ArcMap, secara default extent setiap fail LAS tu akan dipapar sebagai polygon outline merah.

Seterusnya masukkan toolbar LAS Dataset dalam ArcMap. Melalui toolbar tu, anda boleh view LAS dataset tu sebagai point elevation ataupun sebagai surface seperti di bawah ni..

Seterusnya ada boleh bina cross section 2D view dan juga 3D view dari data tadi. Nak buat cross section 2D view mudah saja, klik pada button LAS Dataset Profile View seperti gambar bawah ni dan define area yang anda nak. Hasilnya rajah profile view dihasilkan.

Nak jana 3D View pula, klik button LAS Dataset 3D View.  Tapi kalau computer anda tak cukup power, pastikan anda view dulu LAS dataset anda tu sebagai point elevation sebelum create 3D View. Kalau data anda dalam mode surface view, alamatnya silap-silap hang komputer anda nanti.

Banyak lagi analisis boleh dibuat once data LIDAR ni digabung dengan data-data GIS yang lain. Antaranya boleh buat floodplain mapping, landscape ecology, volume calculation, estimate kepadatan dan tinggi pokok  dan macam-macam lagi ler. Cool...

Tips : Download ArcGIS Online Basemap

Kali ni saya ingin berkongsi satu tip bagaimana nak jadikan ArcGIS Online Basemap sebagai ArcGIS Offline Basemap..:):). Untuk yang dah guna ArcGIS Desktop 10.x rasanya tentu anda dah tahu dalam ArcMap kita boleh gunakan button Add Basemap untuk gabungkan online basemap dengan data-data kita.

Contoh galeri online basemap

Data jalan putrajaya overlay dengan
Bing Maps Aerial basemap

Online basemap ni amat berguna sekiranya kita tak mempunyai data yang mencukupi tapi ingin membina map yang cantik dan pantas. Contohnya katalah anda hanya ada data lokasi sampel dan sempadan negeri. Kalau anda bina map hanya berdasarkan dua data tu, tentu map anda nampak kosong. So, kalau kita combine dengan data-data dari online basemap ni, nampaklah map kita tu penuh dan cantik sikit, takdelah nampak kosong je. Contohnya macam gambar kat bawah ni. Map mana yang lebih menarik?

Map mana lebih menarik??

Tetapi untuk access data online basemap ni, kita perlukan talian internet dulu. Kalau kelajuan network  kat tempat anda tu slow, hmmmm merangkak juga nak draw data dari online basemap ni. Katakan anda hadapi situasi macam ni. Mungkin anda nak present projek anda di tempat yang tiada capaian internet, tapi pada masa sama anda nak paparkan data-data dari online basemap ni. Haaa... macamana nak buat tu? Satu lagi senario, mungkin anda nak gunakan data dari online basemap ni untuk paparkan dalam view 3D menggunakan ArcScene. Kalau nak buat tu, ada line internet pun tak boleh buat sebab button Add Basemap ada kat ArcMap je.. kat ArcScene takde.

Satu cara mudah yang boleh anda buat ialah download data online basemap tu ke dalam komputer anda menggunakan command Export Map. Bila anda download, pilih option save sebagai JPG, PNG, BMP, TIFF atau GIF supaya anda boleh download sekali maklumat georeferencing bersama imej tadi.

Macam ni caranya. Lihat imej di bawah ni. Imej tu menunjukkan kawasan Genting Highland yang saya paparkan dari Bing Maps Aerial online basemap. Katakan saya ada data DEM Genting Highland dan saya nak paparkan imej tu dalam 3D ArcScene di atas data DEM saya.

Bing Maps Aerial basemap area Genting Highland

Caranya saya export saja map yang saya paparkan dalam ArcMap tu dengan cara macam di bawah ni.

Penerangan nombor :

1. Klik menu File > Export Map...
2. Pilih format imej samada JPG, PNG, BMP, TIFF atau GIF
3. Namakan output imej
4. Masukkan resolution yang sesuai.
5. Jangan lupa check option Write World File supaya maklumat georefencing di save bersama imej tu. Kalau tak nanti imej anda tu takda sistem koordinat dan tak boleh di overlay dengan data lain.
6. Klik Save.

Selesai sudah. Sekarang ni bolehlah anda paparkan imej tu bersama-sama data anda yang lain walaupun anda tiada talian internet. Caranya add saja macam biasa imej yang dah save tadi menggunakan button Add Data dalam ArcMap. Kalau anda nak view dalam 3d ArcScene pun, just add saja imej tu dalam ArcScene dan setkan Base Height mengikut data DEM anda. Macam contoh di bawah ni, saya view imej Genting Highland tadi dalam ArcScene bersama data DEM saya.

Bing Maps Aerial basemap area Genting Highland yang telah
di download dipapar dalam 3D ArcScene

Selamat mencuba.

Kursus GIS UiTM - ArcGIS 3D/Spatial Analyst

Baru-baru ni saya mengendalikan satu lagi kursus ArcGIS 3D/Spatial Analyst. Peserta kali ni dari Fakulti Kejuruteraan Awam UiTM Shah Alam. Kali ni kelas saya unik sikit sebab dijalankan hari Jumaat dan juga hari cuti Sabtu dan Ahad. Waahhh terlebih rajin diaorang ni.. tapi tu je masa yang diaorang ada.. tahniah. Peserta pun tak ramai, 3 orang je..2 student PhD dan sorang student Master. Student PhD sorang tu dari Iraq. Mulanya saya ngajar mengikut silibus, tapi kemudiannya saya decide better saya fokus pada apa research yang peserta sedang lakukan dan bagaimana untuk membantu mereka mendapatkan result research tersebut. So kadangkala topik-topik yang dibincang agak terkeluar dari silibus.. tapi tu semua tak penting, bak kata boss mereka.. "Banyak mana yang kita belajar itu tidak penting, tetapi banyak mana yg kita fahami dari apa di pelajari  itulah yg penting"..  :) :)

Lokasi kejadian

Dapat assignment..

Menung sat fikir camne nak solve..

Posing bersama bos - Dr Akram dan peserta2..

Interpolation

Kita sambung cerita lagi. Kali ni saya nak cerita tentang interpolation .. ermm translate dalam BM apa ek? Interpolasi? Betul ke? Tak pe lah... saya maintain guna term interpolation je.. taknak nanti konpius. Apakah maksud interpolation ni... 

Ok nak mudah faham saya beri senario ni. Katakan kita ada dirikan  stesen cerapan bacaan taburan hujan di beberapa lokasi yang telah kita tentukan. Daripada setiap stesen hujan tu kita boleh tahu berapa purata taburan hujan mengikut bulanan, tahunan dan sebagainya. Contoh macam gambar kat bawah ni ler. Point-point tu mewakili stesen hujan dan label teks tu adalah purata hujan kat setiap point stesen tu.

Maknanya kalau saya berada di lokasi dimana saya dirikan stesen hujan tu, saya boleh tahu lah berapa bacaan purata hujan kat situ. Tapi, macamana pula kalau saya nak tahu berapa bacaan purata hujan kat lokasi-lokasi yang lain. Contohnya kat lokasi-lokasi bertanda soal (?) seperti kat bawah ni.

Berapa purata hujan kat lokasi (?) tu???

Kalau saya tambah stesen di setiap lokasi (?) tersebut tentulah akan melibatkan pertambahan kos dan masa. Jadi disitulah gunanya interpolation ni. Proses interpolation akan membuat andaian berapakah nilai data di lokasi yang tidak terdapat point sampel; seperti dalam kes tadi, ia akan mengandaikan berapakah nilai purata hujan di lokasi yang tidak ditempatkan stesen cerapan.

Andaian yang digunakan berasaskan kepada prinsip Spatial Autocorrelation di mana penentuan nilai data pada sesuatu lokasi adalah berdasarkan hubungkaitan dan jarak antara lokasi dan sample point. Output yang akan dihasilkan adalah data raster GRID seperti di bawah ni.

Hasil output interpolation : raster purata hujan

Di dalam ArcGIS, proses interpolation ni kita boleh buat samada menggunakan extension 3D Analyst ataupun Spatial Analyst. Kaedah interpolation  yang disediakan pula ada pelbagai, antaranya Spline, IDW dan Kriging. Setiap kaedah ini menggunakan pendekatan dan metodologi yang berbeza dalam mengandaikan nilai data pada sesuatu lokasi, maknanya dengan menggunakan input sampel data yang sama, kita akan mendapat output raster yang berbeza-beza jika guna teknik Spline, IDW, Kriging dan lain-lain.

Pelbagai teknik interpolation

Soalan favourite yang orang selalu tanya saya ialah, "kalau camtu nak guna teknik yang mana satu??" Sebenarnya pemilihan teknik ialah berdasarkan bagaimana taburan sampel point kita tu, rawak ke, sekata ke, padat ke.. dan juga bergantung pada apakah fenomena yang kita kaji.

OK tu semua general concept tentang interpolation. So sekarang macamana nak buat proses interpolation tu dalam ArcGIS.. mudah sahaja. Masukkan point sampel anda tu dalam ArcMap. Kemudian dengan menggunakan toolbox, klik pada 3D Analyst Tools > Raster Interpolation atau Spatial Analyst Tools > Interpolation

Interpolation dalam 3D dan Spatial Analyst

Dalam contoh ni saya akan menggunakan teknik Spline. Kemudian saya akan dapat dialog seperti kat bawah ni. Benda wajib yang anda perlu masukkan adalah :-

1. Layer input sampel
2. Z field, yang ni anda kena tahu kat dalam table tu apa nama field yang menyimpan Z-value untuk layer input sampel tu
3. Nama output raster
4. Berapa saiz cell yang nak digunakan untuk create output raster tu

Contoh dialog interpolation teknik Spline

Dah habis isi semua tu, klik OK, hasilnya adalah data output raster. So bila dah raster tu maknanya bila anda klik kat mana-mana pun atas data raster tu, anda akan dapat bacaan purata hujan dia sebab struktur data raster terdiri dari cell kan? Jadi dalam setiap cell tu akan ada bacaan purata hujan ler.

Pixel value tu adalah nilai purata hujan

OK... boleh la try lepas ni.. :D