Depois de ser alertado na lista osm pt de que há uma nova ferramenta online para vermos que editores existem no próprio mapa do OSM fiquei curioso em ver como estamos de editores aqui pelo Baixo Alentejo.
O subtítulo deste artigo devia ser “O bom, o mau e o péssimo”…
Depois de ter respondido a um comentário que me perguntava sobre a nossa experiência em curso de migrar para PostgreSQL, pensei em melhorar a resposta e fazer um artigo – a maior parte da escrita já estava feita de qualquer forma 😉
Responder ao comentário levou-me a pensar mais um pouco sobre a questão… e uma parte que me parecia pouco clara é o porquê de fazermos a migração para PostgreSQL (pgsql prós amigos) e porquê insistir em usar geometrias PostGIS (geometrias pg)? Só para recordar: a ESRI permite 2 formatos de armazenamento das geometrias nas bases de dados que suporta – ou no formato ESRI (que chamou de ST_Geometry) ou no formato “nativo” da bd. Ler artigo completo
Este curto artigo serve como memória para mim e pode ser que seja útil a quem também tenha o mesmo problema…
Como uso o Cartão do Cidadão tenho instalado o software respectivo. Este coloca na pasta \windows\system32 algumas DLLs de Qt que necessita. Inicialmente pensei que seria um bocado desleixado dos autores colocarem aqui e não na pasta do programa, mas hoje penso que será uma necessidade para permitir que o Internet Explorer possa usar a autenticação do CC em sites como os de contratação pública.
O problema é que o QGIS usa também o Qt (pacote de programação de interfaces gráficas), e instala de forma bem comportada, as DLLs que precisa na sua própria pasta. Sucede que o Windows carrega primeiro as DLLs que encontra na pasta system32…
Como o Windows encontra as mesmas DLL’s na pasta system32 carrega estas, que são de uma versão mais antiga, em vez das que são incluídas no QGIS. O resultado é um erro críptico de “entry point not found”…
QGIS: Missing Entry Point
A solução que tinha encontrado inicialmente era simples: retirava as DLL’s do CC da pasta system32 sempre que usava o QGIS. E voltava a colocá-las lá quando queria usar o CC… very boring…
Mas há outra solução. O Windows obedece a uma ordem de pesquisa de DLL’s e sucede que a pasta onde se encontra o executável é procurada antes da system32. Assim, no caso do QGIS 1.7 basta copiarmos as DLL’s do Qt da pasta C:\OSGeo4W\bin para a pasta C:\OSGeo4W\apps\qgis\bin. E fica resolvido para todo o sempre, amen.
Nota: Este artigo foi publicado originalmente no último iGov DOC, sobre SIG na Administração Pública, páginas 21-23. Resisti à tentação de fazer alterações que agora me parecem óbvias, e apenas corrigi algumas gralhas. (Aqui no blog fica pesquisável na web…)
SIG Open Source? Sim, obrigado.
Como gestor de um Sistema de Informação Geográfica (SIG) tenho especial interesse em analisar a decisão de usar um dado produto num projecto. E em especial quando esse produto pode ser de Código Aberto (CA) quais são as implicações associadas a essa escolha? Além das minhas próprias escolhas, observo com interesse as escolhas de colegas em situações semelhantes, as suas dúvidas e receios. Em geral, a escolha de produtos CA carregam um receio que não surge na escolha de produtos de Código Fechado (CF). É sobre esta questão que espero contribuir construtivamente neste artigo. Ler artigo completo
A cidade de Beja há um ano atrás não tinha quase presença no OpenStreetMap. Hoje deve ser uma das cidades mais completas… (é verdade que também é das mais pequenas, mas isso agora não interessa nada!)
Separador OSM
Só uma nota rápida para quem não conhece, e fico sempre surpreendido com a quantidade de pessoas que me vão dizendo que não conhecem, o OSM é um projecto internacional, comunitário, de levantamento de dados cartográficos por hobbyistas (chamados pomposamente de voluntários). E tem sido um fenómeno enorme de popularidade, e vale muito a pena investigar. Até porque a sua qualidade é tal que é usado em vários produtos para navegação pessoal. Um dos últimos convertidos é a MapQuest – faça uma visita se quiser ficar impressionado. O OSM começou por levantar a rede rodoviária, e abrange hoje uma série de outras categorias de dados, especialmente pontos de interesse. Mas fiquemos por aqui sobre o projecto OSM em si. Ler artigo completo
Os ficheiros CAD são uma das principais fontes de dados para um SIG. Este artigo analisa as possibilidades actuais de lidar com CAD no Quantum GIS.
CAD e SIG
Existe uma rivalidade antiga entre quem trabalha com software CAD e quem trabalha com software SIG – é comum ouvirmos dizer coisas como “o CAD é menos avançado”, ou “os tipos do SIG têm a mania de complicar as coisas”, entre outros mimos. Na realidade CAD e SIG são ferramentas usadas para fazer coisas diferentes, com métodos de trabalho diferentes, e que (infelizmente) têm de conviver de forma muito próxima, sem se compreenderem muito bem… (Aviso: tentei ser isento, mas acho que desisti a meio do texto…)
Simbologia é informação
No CAD esta afirmação é verdadeira. No SIG não.
No CAD eu desenho os meus elementos gráficos com o objectivo principal de obter uma visualização – para ver no monitor ou para imprimir. Quanto mais produtivo for a criar a minha visualização melhor técnico CAD serei. Os elementos que crio no ficheiro CAD representam exactamente o que preciso de ver: uma árvore é constituída por uma copa, um poste de iluminação tem um pé e uma lâmpada, uma área ajardinada tem vários pequenos arbustos. Eu posso seleccionar cada um destes elementos e alterá-los para obter a visualização exacta que pretendo. Quando gravo um DWG ou um DGN gravo tudo isto – uma linha com dada cor, espessura, tipo de tracejado – gravo no ficheiro as geometrias que são também a simbologia em simultâneo. A estrutura do meu desenho é constituída pela forma como eu organizo os meus elementos por camadas (layers ou levels), e como crio os meus elementos (blocos ou elementos simples).
No SIG a situação é muito, muito semelhante. Mas 2 ligeiras diferenças são suficientes para tornar o diálogo entre as equipas CAD e SIG difícil e por vezes até antagónico.
1) No SIG eu desenho apenas geometrias. Recolho vértices XY. E recolho características das geometrias, que armazeno em atributos. Todas as geometrias que recolho num ficheiro têm sempre os mesmos atributos, e por isso descrevo-as de forma sistemática, formando uma tabela. Não há simbologia envolvida no processo. Ao gravar o trabalho num ficheiro de dados, guardo apenas vértices XY e atributos, sendo uma das razões por que grande parte do trabalho é focada em organizar informação, em decidir que atributos cada ficheiro terá. Mas esta obsessão organizativa vai mais longe! Cada ficheiro tem apenas um tipo de geometria – ponto, linha ou polígono – que nunca se misturam no mesmo ficheiro.
2) No SIG a simbologia é aplicada por regras a um ficheiro – não se define a simbologia de um só elemento. Usam-se os atributos para seleccionar um conjunto de geometrias a que depois aplicamos uma certa simbologia. Por exemplo, podemos representar especificamente as cidades com população maior que 1 milhão de habitantes como círculos pretos, as restantes cidades com um quadrado. Se todos os pontos que são as cidades tiverem um atributo com a sua população, o software SIG aplica esta simbologia facilmente. Uma consequência desta abordagem à simbologia é que passa a ser dinâmica. Se quisermos alterar a simbologia, não alteramos as geometrias – alteramos as regras da simbologia. Para guardar a simbologia usam-se ficheiros de projecto, que não têm dados, apenas regras e definições de como representar a informação e como a imprimir (formato da página, orientação, seta do norte, título, ou seja, o layout).
CAD
SIG
Exemplo de informação CAD original, e quando convertida para SIG.
Então qual é o problema?
Como dizem os políticos, ainda bem que fez essa pergunta…
Pois é, o problema é na conversão de CAD para SIG. Este é um assunto muito extenso e interessante, mas como é Verão apetece mais uma bejeca… 🙂 Mas ainda consigo lembrar-me de 3 grandes problemas nesta conversão:
1) Seleccionar num ficheiro CAD elementos que têm o mesmo significado é geralmente difícil. Se todos pontos que são as cidades estiverem num único layer, e nesse layer não existir outro tipo de pontos, então a sua selecção é facílima. Mas isso raramente acontece… geralmente elementos gráficos com diferentes significados coexistem no mesmo layer.
2) Determinar a posição correcta de um elemento é muitas vezes difícil – a cidade está no ponto de inserção do bloco, ou é o ponto central do bloco? O ponto cotado é o ponto de inserção, ou é a virgula decimal do texto da cota? E aqui junta-se a dificuldade de evitar as tramas ou “hatches”. (As tramas são linhas que representam simbologia mas não representam uma entidade no terreno. Geralmente aplicadas a polígonos, servem de arranjo gráfico, e não devem ser convertidas para SIG.) Outro exemplo são marcas quilométricas em eixos de infra-estruturas… no CAD são importantes, no SIG são considerados erros de conversão. Outro grupo de problemas pode ser aqui incluído – questões como converter linhas fechadas do CAD para polígonos no SIG, reconhecer vazios, e outras questões semelhantes…
3) E finalmente, recolher atributos juntamente com as geometrias é muitas vezes… … … difícil (novamente)! e para o SIG os atributos são fundamentais. Por exemplo, qual é a cota de cada ponto cotado ou curva de nível? Ou qual é o nome de cada eixo de rua? A verdade é que já foi feito o trabalho de recolha e digitalização desta informação pela equipa CAD, mas mesmo assim não é possível muitas vezes usá-la num SIG (ou noutro sistema qualquer). No CAD, o texto que mostra o nome de uma rua é uma entidade gráfica independente da linha, e por isso não existem métodos automáticos fiáveis para associar cada linha a cada texto. A não ser que se crie o ficheiro CAD já com a preocupação de permitir este tipo de interoperabilidade, e assim avançamos para tópicos de CAD avançados que (na minha experiência) escapam à maioria dos desenhadores.
Então e agora?
Pois é… agora estamos todos numa grande alhada. Ao fim de dias a tentar converter ficheiros CAD, o pessoal do SIG está pronto a abraçar uma vida de crime, começando por cometer uma série de homicídios lá para as bandas do CAD.
A única solução é conhecer bem o software que usamos. Com o tempo vamos aprendendo as técnicas que o software suporta para conseguir conversões cada vez mais automáticas. Mas tudo depende dos ficheiros originais CAD. E é muito importante poder contar com alguém no “lado” CAD que possa alterar os ficheiros CAD de forma a facilitar o processo de conversão.
Outra via de facilitar a vida a todos os técnicos envolvidos num processo que passe por CAD e SIG, é estabelecer regras para os ficheiros CAD que facilitem depois um processo menos manual de conversão. E isso novamente vai depender da informação em causa, e do tipo de AutoCAD em uso (“normal”, Map, Civil…). Por exemplo, no AutoCAD Map podemos criar Object Data, Object Class, ou até ligar os nossos elementos gráficos a tabelas de atributos externos, mas em AutoCAD “simples” isso já não é possível…
Portanto, não há regras infalíveis. Cada caso é um caso, como se diz. Mas há regras de bom senso que resultam sempre bem – agrupar elementos gráficos com o mesmo significado num só layer é uma dessas regras: só eixos de via num layer, e todos os eixos de via estão nesse layer (não há outros tantos eixos noutros tantos layers); cada layer tem um nome claro e intuitivo (nada de layers com nomes do tipo “ev_de” – que quereria dizer “eixos de via do distrito de évora”…); para layers de polígonos criar também o respectivo layer de anotação ou blocos de atributos (onde também marcamos os vazios), e outras regras deste género. Bom senso é muito subestimado hoje em dia…
QGIS
E finalmente chegamos à parte principal do artigo, que originou o seu nome…
O QGIS usa como leitor de dados as bibliotecas do GDAL (imagens) e OGR (vectores). Este facto não é muito visível para o utilizador, mas é importante para compreender as capacidades do QGIS. Estas bibliotecas têm drivers que são responsáveis por cada formato que o GDAL/OGR suporta. No caso de ficheiros CAD só 2 formatos são suportados – DXF e DGN. Está já pronto um novo driver para DXF e que lê também DWG, mas ainda não é incluído no QGIS (nem mesmo na versão 1.5 a lançar já em Julho).
O caso DXF
O OGR converte DXF para qualquer outro formato que suporte, como o shapefile. E mantém alguns atributos, como o layer, o que é muitas vezes suficiente para converter e organizar a informação CAD. Mas enquanto o QGIS não usar uma versão de OGR que inclua o driver DXF não vamos conseguir ler estes ficheiros directamente no QGIS. Temos assim de usar comandos de linha…
Assim, para evitar usar a linha de comandos do OGR, podemos fazer esta conversão no QGIS usando o plugin Dxf2Shapefile (incluído na instalação do QGIS). Mas surpreendentemente este plugin não mantém quaisquer atributos quando converte ficheiros DXF, e ficamos com pontos, linhas e polígonos sem sabermos o que representam. O que é muito desapontante. A sua utilização é muito fácil, mas os resultados são pobres dada a flagrante ausência de atributos.
Conversão de DXF para Shapefile no QGIS – perdem-se os atributos.
O caso DGN
Há uma outra opção – o QGIS lê directamente ficheiros DGN, e carrega-os para o mapa sem ser necessário uma conversão prévia. E melhor ainda, vários atributos são visíveis, e assim, tendo o ficheiro CAD no nosso mapa, podemos aplicar selecções de acordo com o level (equivalente ao layer dos DXF), e gravar para ficheiros shapefile.
O QGIS consegue ler DGN directamente e mantém atributos como o level, permitindo fazer selecções e gravar para shapefile.
Uma surpresa é que o DGN é carregado com todas as geometrias misturadas num só tema. O que é invulgar. Temos de nos habituar a esta ideia e encontrar forma de filtrar cada tipo de geometria para as conseguirmos separar e exportar para shapefile. Isto é, vamos criar um filtro (Query) no QGIS para ficar apenas com pontos, e exportá-los para um shapefile. E fazemos o mesmo depois para isolarmos as linhas e os polígonos.
Como o QGIS usa o OGR para ler ficheiros DGN, basta uma consulta à página do driver DGN do OGR, para ficarmos a saber quais os atributos a que temos acesso com ficheiros DGN. E vemos que o atributo “Type” indica o tipo de geometria: Line (3): Line geometry.
Line String (4): Multi segment line geometry.
Curve (11): Approximated as a line geometry.
B-Spline (21): Treated (inaccurately) as a line geometry.
Arc (16): Approximated as a line geometry.
Ellipse (15): Approximated as a line geometry.
Shape (6): Polygon geometry.
Text (17): Treated as a point geometry.
Ou seja, para no QGIS seleccionar todas as linhas num DGN, podemos usar a seguinte query (usando a opção “Query” no menu de contexto do tema DGN, acedido clicando com o botão direito sobre o tema DGN):
Type = 3 OR Type = 4 OR Type=11 OR Type = 21 OR Type = 16 OR Type = 15
No QGIS filtramos o DGN com uma query, para isolar um só tipo de geometria (ponto, linha ou polígono).
Depois de fazer a query todos os elementos que restam visíveis no QGIS serão linhas, e podem ser gravados para um shapefile usando a opção “Save as” do menu de contexto do tema.
Depois de termos a informação dividida por 3 shapefiles, um por tipo de geometria, podemos então fazer selecções por level para tentar isolar objectos com determinados significados.
Na verdade nem é preciso exportar para shapefile. Podemos simplesmente carregar o ficheiro DGN, filtrar as geometrias, e aplicar depois a simbologia que queremos. Será necessário converter quando, por exemplo, quisermos converter uma série de ficheiros DGN num único shapefile com toda a informação (ou para outro formato como PostGIS ou SpatiaLite).
O caso DWG
Este é o pior formato de informação geográfica do mundo. Ponto.
Além de ser alterado a cada 3 anos, é completamente fechado, isto é, para poder ler e escrever este formato é necessário pagar a terceiros, como a Autodesk ou a Open Design Alliance. A propósito da ODA e da má fama do DWG, podem ler esta novela espantosa relatada pelo 1º presidente desta ilustre fundação. Mas pode ser que as coisas estejam a mudar. Recentemente, a ODA chegou a acordo com a Autodesk e lá resolveram as disputas sobre marcas comerciais, e por coincidência (ou não) em Junho publicaram as especificações actualizadas que desenvolveram para ler e escrever DWG. É melhor aproveitar e fazer o download, não vá a situação alterar-se… Estas especificações têm sido insuficientes para criar programas que consigam escrever ficheiros DWG válidos, mas pelo menos para ler estes ficheiros já foram suficientes. Esta nova actualização não sei se virá alterar esta situação, mas terá nova informação sobre o formato DWG 2010…
Não vou alongar-me mais sobre o formato, interessa apenas frisar que até agora o software Open Source teve de criar bibliotecas para ler (ou escrever) ficheiros DWG fazendo um enorme esforço de “reverse engineering”. Que além de ser um trabalho muito pouco interessante, tem de ser revisto a cada 3 anos.
Assim, o QGIS não lê DWG. É possível que o venha a fazer no futuro próximo, havendo avanços no OGR nesse sentido. A ver vamos…
Mesmo a terminar este assunto, tenho de referir que o gvSIG lê DWG até à versão 2004…
Conclusão
Dadas as dificuldades actuais de interoperabilidade do formato DWG, este não é viável de momento com QGIS.
A opção DGN é muitíssimo funcional, e até muito fácil de trabalhar no QGIS. Para utilizadores de Microstation é óptimo. Para utilizadores de AutoCAD há a possibilidade de exportar para DGN a partir do AutoCAD 2008. Para os outros produtos baseados em DWG/DXF já não se pode dizer o mesmo.
Finalmente, o formato DXF é de momento uma má opção, a não ser que façamos a conversão pela linha de comando do OGR para shapefile ou semelhante. Mas espera-se em breve ter no QGIS um suporte ao nível do DGN. Mesmo assim, também obriga à exportação para DXF (a partir do formato CAD nativo), sendo um passo extra que é mais uma pedra na engrenagem para os técnicos CAD.
Se souberem de outras possibilidades aproveitem a secção de comentários.
Para quem não sabe, a MetaCarta é uma empresa privada nos EUA, que se especializou em software para a localização geográfica de conteúdos, dirigido especialmente ao mercado de agências noticiosas/jornais. Mas é também a empresa onde se originaram alguns produtos notáveis Open Source na área SIG, sendo o mais difundido o OpenLayers, inicialmente desenvolvido por Christopher Schmidt, para além do FeatureServer, do TileCache, e ainda o WPServer (servidor WPS da OGC). Christopher é/tem sido extremamente activo no suporte às comunidades em redor destes produtos, e foi nomeado “membro gestor” (board member) da OSGeo, a fundação internacional para o desenvolvimento colaborativo de software Open Source na área SIG.
Para além das reflexões sobre os objectivos na base desta decisão, parece-me que poderá haver implicações nos produtos desenvolvidos pelo Christopher Schmidt. Teremos de aguardar para ver o que sucederá. Mas, para já a reacção do Christopher parece entusiástica – MetaCarta Acquired by Nokia. Na verdade, sendo Open Source, a liberdade dos produtos não está em causa. O que falta saber é se o Christopher continuará a poder oferecer-nos o seu entusiasmo fantástico. Esperemos que sim!
Update 2 (2021/07/20): bom, este artigo parece ainda ser pesquisado online. O link atualizado para obter o 7z é este: https://1drv.ms/u/s!AptRQTEJtPHPgRkNn9-q_uNRSMnG?e=z6NuTj. De qualquer forma, parece-me melhor obter o mdt da EEA indicado nos comentários.
Update: adicionei um comentário (1/6/2010) sobre a qualidade deste MDT, avaliada pelo Prof. José Alberto Gonçalves.
Em Junho do ano passado (2009), falei neste artigo sobre o modelo digital do terreno global disponibilizado online e gratuitamente pelos EUA e Japão. Na altura terminei o texto com a esperança de que algum voluntário se oferecesse para obter os dados para Portugal, os processar e disponibilizar à comunidade. Hoje, conheço apenas a iniciativa da ESRI Portugal, que fez estes passos e disponibilizou o MDT aos seus utilizadores através do ArcGIS Online, permitindo o download dos dados já processados ou a sua utilização no ArcGIS de forma remota. O acesso remoto inclui até acesso via WMS, permitindo assim o acesso por utilizadores de outro software (não-ESRI). O endereço WMS pode ser consultado na lista de servidores nacionais WMS do grupo OSGeo-PT. Basta fazer copy/paste para um programa como o QGIS ou o gvSIG para utilizar este MDT. Mais informação sobre o serviço e todas as formas de lhe aceder pode ser consultada no ArcGIS Online.
Mas para os utilizadores que preferem fazer o download dos dados, a solução da ESRI não é tão universal, já que o formato dos dados permite apenas a sua utilização em ArcGIS – isto porque o mdt é disponibilizado numa File Geodatabase.
Assim, pensei em fazer esse pequeno trabalho, e peguei no mdt que tinha tratado na altura, e coloquei-o online. Os passos que fiz foram estes:
converti o mdt para o formato mais universal possível – GeoTIFF;
reprojectei os dados para o sistema de coordenadas também mais usado – Hayford-Gauss Datum 73;
comprimi o resultado num arquivo 7zip;
coloquei numa partilha pública no SkyDrive (serviço da Microsoft que oferece 25GB gratuitos).
Quando fica incumbido de publicar informação geográfica na web é quase sempre confrontado com esta questão – como publicar aquela colecção de ortos, composta por uma directoria cheia de ficheiros tif? (ou jpeg, ou ecw, ou sid…)
Este artigo nasceu num desses momentos, e da necessidade de determinar quais as opções existentes no MapServer, e saber qual delas é a melhor.
AVISO – artigo longo, com resultados de uma série de testes!!! Conclusões no final para os mais stressados…
Cenário inicial
Imaginemos um pequeno concelho que tem uma colecção de 45 ortofotomapas, em formato TIFF, não comprimido. Cada imagem ocupa 234MB, o que totaliza 10GB de imagens.
O objectivo é publicar estas imagens como uma cobertura que abrange o concelho, numa aplicação webgis, servida pelo MapServer.
A melhor opção
Para escolher a melhor forma de publicar as imagens é preciso saber o que é mais importante para nós: velocidade ou espaço em disco?
A verdade é que a compressão das imagens impõe uma penalização na velocidade com que os programas conseguem mostrar essas imagens. Essa penalização pode ser muito pequena ou muito grande, consoante o tipo de compressão e o tipo de imagem criada durante o processo de compressão. Geralmente, os ficheiros ECW e SID são extremamente comprimidos e relativamente rápidos. Em geral também, o formato JPEG2000 comprime muito as imagens mas é lento. O formato mais antigo JPEG é um compromisso entre os 2 grupos anteriores. Outra regra: assume-se que o MapServer é mais rápido com o formato TIFF, sem compressão, do que com formatos comprimidos, mas estas imagens ocupam muito mais espaço em disco.
Portanto, se a sua única preocupação é velocidade, e tem espaço em disco que não se importa de gastar com os seus ortofotomapas, em principio já sabe a sua resposta – use TIFFs sem compressão. Mas nada como verificar se esta “verdade” realmente se aplica aos seus dados em particular. Ahh, e não se esqueça de considerar o tráfego que vai gerar na rede se quiser usar os ortos em programas SIG desktop…
Temos ainda de saber como criar um layer em MapServer que use todas as imagens como um conjunto único. Afinal não quer que o utilizador seja obrigado a ligar 45 imagens uma-por-uma.
Para iniciar os testes converteram-se todas as imagens para os diversos formatos. Os tamanhos totais em cada formato ficaram assim:
Formato
Dimensão
TIF+overheads
13,5 GB
JPG+overheads
915 MB
ECW
605 MB
JP2
509 MB
Os tamanhos indicados incluem imagens de resolução reduzida, chamadas overheads ou pirâmides. Mais sobre isto adiante…
Para ver os comandos de conversão do GDAL para cada formato pode consultar este artigo anterior – GDAL: Formatos comprimidos.
Usar mosaicos em MapServer
Um mosaico de imagens em MapServer é um layer do tipo RASTER que aponta para um conjunto de imagens em vez de uma só.
A forma tradicional de referenciar um mosaico é criando um shapefile que contém um quadriculado com as extensões das imagens. Este shapefile é criado com um comando do GDAL chamado gdaltindex.
Mas há uma nova opção. Podemos usar o formato VRT, um formato virtual que é constituído por um ficheiro de texto que indica a fonte dos dados e a forma como são organizados. Um ficheiro VRT pode listar um conjunto de imagens de forma a que o MapServer e outras aplicações o leiam como uma imagem única, quando na verdade será composto por todas as nossas imagens. O comando para criar um mosaico VRT é o gdalbuildvrt.
Por último, temos a opção de força bruta: juntar todas as imagens numa só, criando uma imagem enorme em disco que abrange toda a nossa área de interesse. Ou seja, no nosso caso em estudo esta imagem teria 10GB. Para criar este mosaico monolítico usamos o comando gdal_merge.
Vamos ao longo do artigo analisar cada opção e no final medir os tempos que o MapServer demora a visualizar cada tipo de mosaico.
Mosaico VRT
O GDAL suporta um formato virtual, VRT, que lista ficheiros já existentes e os descreve como um todo. Podemos agregar várias imagens numa só, definir um novo sistema de coordenadas, ou no caso de ficheiros vectoriais definir filtros de atributos, e renomear atributos, tudo sem alterar os ficheiros originais. Os ficheiros VRT são ficheiros de texto em formato XML e podem ser editados manualmente, ou criados com o gdal_translate ou com o comando gdalbuildvrt. Mais info aqui.
Para construir um mosaico a partir das imagens numa directoria, basta usar o seguinte comando:
gdalbuildvrt mosaico_tif.vrt directoria\*.tif
O ficheiro “mosaico_tif.vrt” é criado com o seguinte conteúdo:
O QGIS 1.4.0 consegue ler este tipo de ficheiro, mostrando-o como uma só imagem:
Mosaico VRT visualizado no Quantum GIS 1.4.0.
Mas a performance é um problema. Para visualizar este mosaico, o QGIS tem de abrir as 45 imagens, ler todos os pixels, e mostrá-los. Ainda por cima, nesta escala a maior parte da informação é inútil porque não se distinguem todos os pixels. Para resolver este problema, criam-se overheads…
Criar Overheads
Os ficheiro TIFF originais têm 234MB cada um, e para visualizar todos os ortos o QGIS tem de ler todas as imagens, num total de 9GB, e mostrá-las numa escala onde o todo pormenor se perde. Este problema aplica-se a todos os programas SIG, incluindo o MapServer.
Para evitar este desperdício de tempo, criam-se overheads ou pirâmides, que são imagens de resolução decrescente gravadas num só ficheiro com extensão OVR. Assim, para uma escala pequena, como a do exemplo anterior, o QGIS tem apenas de ler e mostrar a imagem de pior resolução, já que se ajusta bem ao pormenor visível a essa escala. Consoante o utilizador faz “zoom in”, o QGIS selecciona a imagem com a resolução apropriada a essa escala, até que a partir de uma dada escala começa a mostrar a imagem original. Mas neste momento já só é necessário ler uma pequena porção da imagem para cobrir a área visível. E assim se acelera a visualização das imagens.
Para criar overheads usamos o comando do GDAL, gdaladdo:
O parâmetro “-ro” indica que a imagem original não deve ser alterada, e portanto as overheads serão criadas num ficheiro separado, que terá a extensão OVR.
Os números depois do nome da imagem são os níveis a criar com resolução reduzida. O n.º 2 indica metade da resolução original, 4 é 1/4 e assim sucessivamente. Até que nível de redução calculamos depende da extensão geográfica das imagens e da sua resolução original. Uma forma fácil de determinar até que redução devemos chegar é consultar o QGIS…
O QGIS consegue agora criar overheads – acedendo às propriedades de um tema de imagem, na secção de Pyramids existe um botão para criar pirâmides (embora seja mais lento que o comando GDAL). Aqui o QGIS mostra a lista de resoluções que aconselha – é só contar quantos níveis são aconselhados pelo QGIS. Na imagem seguinte, podemos ver o QGIS a criar pirâmides para uma das imagens:
Construir pirâmides/overheads no Quantum GIS 1.4.0.
Como o QGIS indicava 7 níveis de pirâmides para as minhas imagens, foi o que usei no comando: 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 = 7 níveis.
Criei então overheads para o mosaico VRT. O resultado foi um ficheiro OVR com 776MB, ou seja, 33% do tamanho original. Esta é a taxa comum na criação de overheads e temos de prever este consumo adicional de disco.
Para testar as overheads, carreguei de novo o mosaico VRT no QGIS. Agora a imagem total foi mostrada quase instantaneamente. Mas ao fazer zoom in a velocidade degradou-se. Significa que o QGIS deixa de usar as pirâmides do VRT e passa a mostrar as imagens originais… penso que poderá ser um bug.
Portanto a solução passa por criar overheads para cada uma das imagens originais, e ver se assim o QGIS utiliza sempre as overheads.
Para isso usei um comando de linha que percorre todas as imagens TIFF numa directoria e executa o comando gdaladdo:
for %I in (directoria_originais\*.tif) do gdaladdo -ro %I 2 4 8 16 32 64 128
O resultado foi a criação de um ficheiro OVR para cada TIFF, cada um com 82MB (35% dos originais). Voltando a carregar o mosaico VRT no QGIS, o desempenho foi excelente em todos os níveis de zoom, provando que o QGIS usou sempre as overheads.
NOTA: por curiosidade abri o mosaico VRT no ArcGIS, e tudo funcionou perfeitamente, incluindo as overheads! Sabe-se há muito que o ArcGIS incluía o GDAL, não se sabendo bem para o quê. Pelos vistos, servirá também para ler VRT’s e overheads.
O caso ECW
O formato ECW agrada-me muito. Tem compressões equivalentes ao MrSID, é gratuito para comprimir imagens até 500MB, é rápido a visualizar, e já inclui pirâmides no próprio ficheiro. Poupa assim espaço em disco 2x: na compressão e nas pirâmides.
A questão que se coloca é saber até que ponto vai a penalização na performance do MapServer ao ter que descomprimir os ECW para os visualizar a cada Zoom e a cada Pan.
Para criar um mosaico VRT com ECW’s tivemos de converter todos os TIFF originais, com o seguinte comando:
for %I in (directoria_originais\*.tif) do gdal_translate -of ECW -co TARGET=90 %I directoria_destino\%~nI.ecw
As imagens originais passaram de 13GB (contando com as overheads) para 605MB – poupando 95% do espaço! Podiamos ainda comprimir mais, mas neste estudo preferi manter os defaults…
Criámos um novo VRT com as imagens ECW, e testámos no QGIS. A visualização foi muito rápida e sem degradação ao aumentar a escala.
O caso JPEG
Este formato é muito apreciado por ser familiar, bastante rápido, e apresentar taxas de compressão bastante atractivas (embora não consiga acompanhar a compressão dos novos formatos como MrSID e ECW). A questão que se coloca é saber se a multa devida pela descompressão se nota ou não em MapServer. Não esquecer que será necessário criar overheads. Neste teste optei por criar as pirâmides também em formato JPEG, por forma a ser mais fiel ao formato. Se este formato for suficientemente rápido poderá ser uma boa alternativa ao TIFF. Para criar pirâmides em formato JPEG pode-se usar o seguinte comando (está tudo documentado na página do gdaladdo):
O resultado foram imagens JPEG e OVR ocupando 915MB (93% de compressão). Em QGIS o resultado foi mais uma vez excelente… visualização rápida de inicio, sem degradação com os zoom in… Além da velocidade, fiquei surpreendido com a compressão atingida e com a óptima qualidade das imagens ao ver todo o mosaico.
O caso JPEG2000
Este formato é uma alternativa aos formatos ECW e MrSID, mas mais aberto. No entanto, tem-se revelado sistematicamente lento demais para o poder utilizar a não ser para fins de arquivo.
Decidi mesmo assim inclui-lo no teste. Converti todas as imagens TIFF para JP2, e criei um mosaico VRT. No teste com QGIS, a velocidade foi muito rápida de início, apenas demorando um pouco mais com o aumento da escala de visualização. No entanto, a sua qualidade de imagem ao ver todo o mosaico foi excelente.
Mosaicos Shapefile (TILEINDEX)
A forma tradicional de usar mosaicos no MapServer é criar um shapefile com polígonos que cobrem a área de cada ortofotomapa. Este shapefile é depois referenciado no mapfile em vez do ficheiro VRT.
A questão que se coloca é saber se a utilização de um VRT implica uma redução de performance, quando comparada com a utilização de um shapefile.
Criei por isso mosaicos usando shapefiles, e medi os tempos de visualização em MapServer. Afinal, nem sempre novos métodos se revelam melhores que os antigos. O comando que usei foi o seguinte:
gdaltindex mosaico.shp directoria\*.tif
Não descobri forma de visualizar este tipo de mosaico em QGIS…
Mosaicos monolíticos
A última variante de mosaicos conhecida pela humanidade – juntar todas as imagens numa única, e gigante, imagem.
Para criar este mosaico vamos usar a ferramenta gdal_merge, que é um script python incluído no GDAL (pelo menos na versão FWTools). O plano é juntar todos os tiffs originais, criando um novo tiff. Mas nesta altura, o espaço em disco começava a escassear…
Para poupar algum espaço em disco, optei por usar compressão JPEG. Como o ficheiro poderá ser maior que 4GB usei a opção “bigtiff=yes” (por limitações do formato tiff). E como o ficheiro cobrirá uma grande extensão geográfica, para acelerar o acesso a pequenas áreas, usei também a opção “tiled=yes”. Assim, o comando para criar o mosaico foi o seguinte:
Isto produziu um ficheiro com 3,5GB, dada a compressão JPEG dentro do ficheiro TIFF. Confuso? Sucede que o formato TIFF suporta uma variedade de processos de compressão. Um deles é o JPEG. Claro que esta compressão poderá comprometer a velocidade do mosaico, mas não tinha mais espaço em disco para criar um mosaico sem compressão.
O passo seguinte foi criar overheads/pirâmides para este mosaico. Também aqui optei por criar pirâmides comprimidas em JPEG, usando o seguinte comando:
Este comando criou um ficheiro OVR com 320MB, sendo apenas 9% do original devido à compressão usada. No total, a compressão foi de 72%. Nada mau…
Em QGIS este mosaico foi extremamente rápido, mostrando o ficheiro numa fracção de segundo, e zooms e pans foram também muito rápidos. Definitivamente, foi das melhores prestações senão a melhor.
NOTA: seria interessante criar um mosaico enorme ECW, mas não foi possível por causa do limite de 500MB imposto pela licença gratuita do compressor ECW (incluído no GDAL).
E agora… com MapServer
Todos os testes foram efectuados num portátil, com Windows 7, 32-bit, 2 GB de memória, e MS4W 2.2.7 (inclui o MapServer 5.0.2). Portanto, podemos esperar melhores resultados num PC ou servidor, onde o disco rígido será em princípio bastante mais rápido. Os testes foram feitos com uma pequena aplicação OpenLayers, que inicia com um mosaico visível em toda a extensão, sendo depois feitos 4 zooms no centro do mapa, manualmente.
Os tempos foram obtidos no log produzido pelo MapServer. Para criar este log, inseriram-se as seguintes linhas no mapfile:
O mapa foi configurado para gerar imagens em JPEG, através do AGG, usando esta secção no mapfile:
OUTPUTFORMAT
NAME jpg
DRIVER AGG/JPEG
IMAGEMODE RGB
END
Para definir um layer com um mosaico VRT usou-se a seguinte sintaxe no mapfile, indicando o ficheiro VRT no tag DATA:
LAYER
NAME 'mosaicoTotal_tif'
TYPE RASTER
DUMP true
TEMPLATE fooOnlyForWMSGetFeatureInfo
EXTENT -16500.000000 -83122.641509 4500.000000 -66877.358491
DATA 'mosaicoTotal_tifoverhds.vrt'
METADATA
'ows_title' 'mosaicoTotal_tif'
END
STATUS OFF
TRANSPARENCY 100
PROJECTION
'init=EPSG:27492'
END
END
Note-se que foram criados vários layers deste tipo, havendo um VRT para cada tipo de imagem: TIFF, ECW, JPG, JP2.
Para os mosaicos baseados em shapefile usou-se a seguinte sintaxe (TILEINDEX e TILEITEM no lugar de DATA):
LAYER
NAME 'mosaicoTotalshp_tif'
TYPE RASTER
DUMP true
TEMPLATE fooOnlyForWMSGetFeatureInfo
EXTENT -16500.000000 -83122.641509 4500.000000 -66877.358491
TILEINDEX 'mosaicoshp_tif.shp'
TILEITEM 'location'
METADATA
'ows_title' 'mosaicoTotalshp_tif'
END
STATUS OFF
TRANSPARENCY 100
PROJECTION
'init=EPSG:27492'
END
END
Resultados do MapServer
Usando mosaicos VRT obtiveram-se os seguintes tempos:
Zoom
TIFF+overhds
ECW
JP2
JPG
TIFmonolítico
Inicial
0.298
0.744
1.108
0.81
0.094
Z1
0.354
0.609
3.205
0.945
0.259
Z2
0.419
0.761
3.173
1.018
0.291
Z3
0.415
0.709
3.053
1
0.284
Z4
0.65
0.658
2.533
0.966
0.276
Totais
2.136
3.481
13.072
4.739
1.204
Espaço disco
13,5GB
605MB
509MB
915MB
3,85GB*
*usando compressão JPEG, e incluindo overheads.
E em gráfico (a última categoria “Totais” representa a soma de todos os zooms, evidenciando os ganhos acumulados nos formatos mais rápidos):
Desempenho de mosaicos VRT em MapServer.
E o vencedor é… o mosaico monolítico, destacadíssimo. Dos mosaicos VRT, o mais rápido foi o mosaico de TIFF’s não comprimidos, como se supunha de início, com o formato ECW em 2º lugar, bastante melhor que o JPEG em 3º. O formato JPEG2000 é completamente desaconselhado.
Usando mosaicos baseados em Shapefile, obtiveram-se os seguintes resultados:
Zoom
TIFF+overhds
ECW
JP2
JPG
TIFmonolítico
Inicial
0.287
2.374
4.206
2.366
0.094
Z1
0.337
2.355
6.121
2.355
0.259
Z2
0.247
1.082
3.583
1.139
0.291
Z3
0.186
0.656
3.069
0.76
0.284
Z4
0.176
0.657
2.412
0.926
0.276
Totais
1.233
7.124
19.391
7.546
1.204
Espaço disco
13,5GB
605MB
509MB
915MB
3,85GB*
*usando compressão JPEG, e incluindo overheads.
E em gráfico:
Desempenho de mosaicos SHP em MapServer
E o vencedor é… de novo o TIFF monolítico, mas havendo várias alterações. Só o mosaico de TIFF’s não comprimidos melhorou o desempenho em quase 100%, reduzindo de 2,1s para 1,2s. Todos os outros pioraram bastante, por vezes duplicando o tempo de visualização. Não encontrei explicação para esta penalização. O shapefile continha apenas 45 polígonos, sendo difícil acreditar que possa causar tão grande penalização, mesmo considerando que o MapServer tem de determinar quais os polígonos visíveis num momento, determinar as áreas de cada um, e abrir as imagens correspondentes… parece-me pouco trabalho para explicar diferenças de 1,6s como no caso dos ECW… Mas factos são factos.
Conclusões
Se não existirem impedimentos, deverá unir as suas imagens num mosaico único, em formato TIFF, comprimido em JPEG, e criar pirâmides também com compressão JPEG. Obtém o maior desempenho possível e com o extra de poupar 70% do espaço em disco. Esta abordagem foi simplesmente a melhor… mais vale guardar os seus originais num arquivo.
Quanto aos mosaicos VRT mostraram ser uma boa opção. Quase todos os formatos tiveram melhor desempenho quando usados através deste formato virtual, do que usando um mosaico baseado em shapefile. A excepção foi o mosaico de TIFF’s não comprimidos. Aqui, usar o mosaico shapefile foi melhor, muito melhor.
Nota Final
O formato VRT não serve apenas para criar mosaicos sem alterar as imagens originais, e por isso poderá ser uma opção atractiva em certas situações. Podemos, por exemplo, definir uma deslocação de +200km, +300km sem andar a editar ficheiros de coordenadas – alguém se lembra de passar por isto?? Parece-me que sim.
Cábula de Comandos
Todos os comandos usados no artigo…
Criar mosaico VRT a com imagens de uma directoria:
gdalbuildvrt mosaico_tif.vrt directoria\*.tif
Criar overheads/pirâmides de uma imagem, num ficheiro separado
gdaladdo -ro imagem.tif 2 4 8 16 32 64 128
Criar overheads/pirâmides para todas as imagens TIFF numa directoria
for %I in (directoria_originais\*.tif) do gdaladdo -ro %I 2 4 8 16 32 64 128
Converter todos os TIFF numa directoria para ECW noutra directoria
for %I in (directoria_originais\*.tif) do gdal_translate -of ECW -co TARGET=90 %I directoria_destino\%~nI.ecw
No espírito do Natal deste ano pensei em partilhar as prendas do Ordenance Survey (IGP inglês) ao mundo, que acabou de publicar o documento com a política que seguirá quanto à disseminação dos seus dados. E no capítulo 7, “Release of free products”, lista os produtos que serão gratuitos a partir de 1 de Abril de 2010, e que incluem dados imagem 10k e 25k, e vector, que incluem os códigos postais e a rede viária!
Portanto é caso para dizer, em Inglês claro, OhOhOh Merry Christmas!
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