Tutorial: Introductie GDAL

1. Introductie

Wat is GDAL

GDAL is een translator library voor raster- en vectordataformaten in de geo‑informatica. Het wordt uitgebracht onder een MIT-achtige Open Source Licentie door de Open Source Geospatial Foundation. 

GDAL kan heel veel verschillende soorten GIS‑bestanden lezen en schrijven. Het maakt daarbij niet uit welk formaat je gebruikt: GDAL zorgt ervoor dat programma’s altijd op dezelfde manier met raster- en vectordata kunnen werken.

Daarnaast bevat GDAL een verzameling handige command line‑tools waarmee je GIS‑data kunt bekijken, omzetten, aanpassen en verwerken.

Vanaf GDAL 3.11 zijn delen van de GDAL‑utilities beschikbaar via één nieuw programma, gdal, dat werkt met commands en subcommands. In deze tutorial gebruiken we deze nieuwe GDAL‑CLI. Zie voor meer informatie: http://www.gdal.org.

Leerdoelen

Na deze cursus kun je:

• Informatie uit GIS‑data ophalen
• GIS‑data herprojecteren
• Rastereigenschappen aanpassen
• Rasterformaten converteren
• Vectorformaten converteren
• Ruimtelijke queries uitvoeren op vectorlagen
• CSV‑bestanden converteren
• Batchconversies uitvoeren

2. De OSGeo4W Shell gebruiken

In deze tutorial gebruiken we de GDAL‑versie die met QGIS wordt meegeleverd. Je kunt de GDAL‑commando’s uitvoeren via de OSGeo4W‑shell. De eenvoudigste manier om deze shell te openen is via het QGIS Browser paneel.

1. Start QGIS Desktop
2. Zoek in het Browser paneel de map op waar je de data voor deze tutorial hebt opgeslagen, bijvoorbeeld  Z:\GDAL_tutorial.
3. Klik met de rechtermuisknop op de mapnaam en kies Open in Terminal... in het contextmenu. 
    
    
   
   

In de OSGeo4W‑terminal die nu is geopend, zie je aan de prompt dat je je bevindt in de map met de tutorialdata.

Laten we eerst controleren of je CLI werkt met de nieuwste gdal‑commando’s.

3. Voer het volgende commando uit:

gdal

Als je dit resultaat ziet, is alles in orde:

Als het gdal‑commando niet wordt herkend, gebruik je waarschijnlijk een verouderde versie van QGIS met de bijbehorende OSGeo4W‑shell. Als je zeker weet dat je een nieuwere versie gebruikt, probeer dan op de volgende manier de snelkoppeling naar de OSGeo4W‑shell te vinden:

1. Ga naar het Start menu.
2. Typ QGIS om te zoeken naar QGIS Desktop 3.40 of nieuwer
3. Klik op Open file location
   
4. Voer OSGeo4W Shell uit:
   

Je kunt nu gdal‑commando’s invoeren bij de prompt. In de volgende hoofdstukken leer je een aantal van de meest gebruikte commando’s.

3. Informatie opvragen uit GIS‑data

In dit hoofdstuk leer je hoe je:

• Informatie uit rasterdata kunt opvragen

• Informatie uit vectordata kunt opvragen

3.1. Informatie uit rasterdata opvragen

Een van de eenvoudigste en meest nuttige commando’s in GDAL is gdal info. Wanneer je dit commando uitvoert op een raster-, vector- of multidimensionale rasterdataset, geeft het alle relevante informatie weer die over het bestand bekend is. Dit is vooral handig wanneer GIS‑data extra metadata bevat, zoals vaak het geval is bij TIF‑bestanden.

Bij satellietbeelden is dit commando bijzonder waardevol: je kunt er snel mee controleren waar het beeld zich bevindt in lengte‑ en breedtegraden en welke projectie wordt gebruikt.

Hoewel er een apart commando gdal raster info bestaat voor rasterbestanden, is gdal info een handige snelkoppeling die automatisch herkent of je invoer een raster of een vector is. Je hoeft dus niet zelf aan te geven welk type bestand je gebruikt.

1. Voer het volgende commando uit:

3.2. Informatie uit vectordata opvragen

Voor het opvragen van informatie uit vectordata gebruiken we het commando gdal vector info. Maar we kunnen hiervoor ook gewoon hetzelfde gdal info‑commando gebruiken.

1. Voer de volgende commando's uit:
gdal info roads.shp <ENTER>
gdal info gem_2011_gn1.shp <ENTER>

2. Beantwoord deze vragen:

Dit toont alleen de eerste feature, zodat we een overzicht hebben van de velden in de attributentabel.

Meer informatie over het gdal info‑commando vind je hier.

4. Herprojecteren van GIS data

In dit hoofdstuk leer je hoe je:

Je zult de commando’s gdal raster reproject en gdal vector reproject gebruiken.

In deze oefening willen we een kaart maken van de gemeente Delft met de hoofdwegen en het reliëf. Omdat de datasets in verschillende formaten en projecties staan, moeten we ze eerst herprojecteren naar één gemeenschappelijk coördinatensysteem.

In dit geval herprojecteren we alle datasets naar de Nederlandse projectie Amersfoort / RD New (EPSG:28992).

4.1. Herprojecteer rasterdata

GDAL kan een rasterbestand herprojecteren met de volgende syntaxis:

gdal raster reproject -d EPSG:... <input> <output>

Het argument -d geeft het doelcoördinatensysteem aan. Als het broncoördinatensysteem onbekend is, moet dit worden opgegeven met -s. EPSG:… staat voor de EPSG‑code van de projectie. <input> en <output> zijn respectievelijk de invoer‑ en uitvoerbestanden.

We gaan nu een Digital Elevation Model (DEM) herprojecteren dat is verkregen via de Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). Je kunt DEM’s voor je eigen studiegebied downloaden via USGS Earth Explorer of de OpenTopography DEM Downloader plugin in QGIS. In deze oefening gebruiken we de dataset die bij de cursus wordt geleverd.

Om het DEM te herprojecteren van WGS‑84 lat/lon naar Amersfoort / RD New, gebruiken we het volgende commando:

gdal raster reproject -d EPSG:XXXXX srtm_37_02.tif dem_rd.tif

1. Vervang XXXXX door de juiste EPSG‑code voor Amersfoort/RD New (zie één van je eerdere antwoorden met gdal info).

2. Voer het volgende commando uit:

gdal raster reproject -d EPSG:28992 srtm_37_02.tif dem_rd.tif <ENTER>

3. Visualiseer het resultaat in QGIS.

Meer informatie over het gdal raster reproject‑commando vind je hier.

Merk op dat standaard nearest neighbour resampling wordt gebruikt. Bekijk de argumenten van het commando in de documentatie als je een andere resampling‑methode wilt gebruiken of de uitvoercelgrootte wilt instellen.

4.2. Herprojecteer vectordata

Voor vectordata wordt het commando gdal vector reproject gebruikt om data te herprojecteren. De syntaxis is:

gdal vector reproject -d EPSG:XXXXX <input> <output>

Hier gaan we de OpenStreetMap‑wegendata converteren naar de Amersfoort/RD New‑projectie.

1. Voer het volgende commando uit:
gdal vector reproject -d EPSG:28992 roads.shp roadsreprojected.shp

Het commando wordt uitgevoerd (dat duurt even), maar geeft een waarschuwing.

2. Wat betekent de waarschuwing?

Meer informatie over het gdal vector reproject vind je hier.

5. Converteer GIS-formaten

In dit hoofdstuk leer je het volgende:

• Converteren tussen verschillende rasterformaten

• Converteren tussen verschillende vectorformaten

Je gebruikt hiervoor de commando’s gdal raster convert en gdal vector convert.

5.1. Converteer rasterformaten

De primaire functie van gdal raster convert is het converteren tussen rasterformaten. De basis­synthaxis is:

gdal raster convert -f FORMAT <inputFile> <outputFile>

Alle ondersteunde formaten vind je hier. Voor FORMAT moet je de Short Name uit de tabel gebruiken.

Nu gaan we het DEM converteren van GeoTIFF naar SAGA‑formaat. SAGA is een GIS‑pakket met een eigen, door GDAL ondersteund, binair formaat met de bestandsextensie .sdat.

1. Voer het volgende commando uit:
gdal raster convert -f SAGA dem_rd.tif dem_rd.sdat

Sommige formaten hebben extra argumenten nodig. PCRaster heeft bijvoorbeeld een specificatie van het datatype nodig (boolean, nominal, scalar, enz.).

Laten we dezelfde data converteren naar PCRaster‑formaat.

PCRaster is een softwarebibliotheek voor milieumodellering en map algebra, veel gebruikt in de hydrologie, ecologie en geografie. Het biedt operatoren voor ruimtelijke analyse, dynamische modellering en simulatie van milieuprocessen. In QGIS is PCRaster beschikbaar via de PCRaster Tools plugin, die de functies rechtstreeks integreert in de Processing Toolbox, zodat gebruikers PCRaster‑bewerkingen binnen QGIS kunnen uitvoeren.

2. Voer het volgende command uit:
gdal raster convert -f PCRaster --co VS=SCALAR dem_rd.tif dem_rd.map

Dit geeft de volgende foutmelding:

GDAL verwacht een Float32‑raster. Wanneer je de informatie hebt gecontroleerd met gdal info, heb je waarschijnlijk gezien dat het datatype van ons DEM-bestand INT16 is.

Daarom moeten we eerst het datatype van de invoer converteren.

3. Voer het volgende commando uit:

gdal raster set-type --ot Float32 dem_rd.tif dem_rd_float.tif

4. Nu kan je de conversie doen door dit commando uit te voeren:

gdal raster convert -f PCRaster --co VS=SCALAR dem_rd_float.tif dem_rd.map

Om naar PCRaster‑formaat te converteren moet je het datatype van het raster kennen. In het bovenstaande voorbeeld is het DEM continue data, dus het datatype is scalar. Als de laag discreet zou zijn (klassen), dan zou het datatype nominal zijn.

De onderstaande tabel toont de datatypen met de bijbehorende --ot‑ en --co‑argumenten voor respectievelijk gdal raster set-type en gdal raster convert.

Meer informatie over gdal raster convert vind je hier.

Meer informatie over gdal raster set-type vind je hier.

5.2. GDAL raster pipeline

De laatste oefening uit de vorige sectie zou efficiënter zijn geweest als je alles in één keer had kunnen uitvoeren, zonder het tussentijds wegschrijven van de datatype‑conversie. Voor dat soort workflows bestaat het commando gdal raster pipeline.

Laten we het toepassen op de volledige workflow, die de volgende stappen uitvoert zonder tussentijdse bestanden op schijf te schrijven:

Eerst moeten we de bestaande tussentijdse resultaten verwijderen om zeker te zijn dat we nieuwe data aanmaken.

1. Voer het volgende commando uit om alle bestandsnamen met dem erin te verwijderen:
   del dem*.*

2. Nu kunnen we de pipeline typen:

gdal raster pipeline read srtm_37_02.tif ! reproject -d EPSG:28992 ! set-type --ot Float32 ! write dem_rd.map -f PCRaster --co VS=SCALAR

Uitleg:

• Het commando om een raster‑pipeline te maken is gdal raster pipeline.
• We moeten beginnen met het inlezen van het invoerraster: read srtm_37_02.tif.
• Elke volgende bewerkingsstap moet worden voorafgegaan door !.
• Eerst herprojecteren we: reproject -d EPSG:28992.
• Daarna zetten we het datatype van het resultaat van die stap naar Float32: ! set-type --ot Float32.
• Vervolgens schrijven we het resultaat weg naar PCRaster‑formaat met het datatype scalar: ! write dem_rd.map -f PCRaster --co VS=SCALAR.

Concluderend: pipelines zijn een eenvoudige manier om workflows te maken die je in één keer kunt uitvoeren. In combinatie met batchbestanden kan dit heel gebruiksvriendelijk en krachtig zijn, zonder dat je scripts in Python hoeft te schrijven.

5.3. Convert vectorformaten

GDAL maakt conversies tussen vectorformaten mogelijk met het commando gdal vector convert.

Hier vind je een lijst met ondersteunde vectorformaten.

 

De algemene syntaxis is:

gdal vector convert -f FORMAT <inputFile> <outputFile>

FORMAT is de Short Name in de tabel met vector drivers.

 

We gaan gem_2011_gn1.shp converteren naar een Google KML‑bestand dat geopend kan worden in Google Earth.

 

1. Voer het volgende commando uit:
gdal vector convert -f KML gem_2011_gn1.shp gem.kml

 

Negeer de waarschuwingen. Ze hebben te maken met formaten en tekens die niet worden ondersteund.

Hier vind je alle opties van het commando gdal vector convert. Let op dat je ook pipelines kunt gebruiken voor vectorverwerking met gdal vector pipeline. Meer informatie vind je hier.

 

2. Open het bestand in Google Earth om het resultaat te bekijken.

 

6. Ruimtelijke queries van vectordata

Voor onze kaart van Delft willen we de volgende GIS‑analyse uitvoeren:

• Selecteer de gemeente Delft uit de gemeentekaart (gem_2011_gn1.shp) en sla deze op in een geopackage.
• Clip de wegenkaart van Nederland met het polygoon van de gemeente Delft.

Als je de documentatie van gdal vector clip bekijkt, zul je zien dat je een verkorte werkwijze had kunnen gebruiken. We kunnen de SQL‑query om de gemeente Delft op te zoeken namelijk direct aan het commando toevoegen.

Laten we het resultaat nu als een shapefile maken, zodat we het kunnen vergelijken met het eerdere resultaat in het geopackage.

5. Voer het volgende commando uit:

6. Voeg roads_delft.shp toe aan QGIS en vergelijk het met het eerdere resultaat. Het zou hetzelfde moeten zijn.

7. GDAL vector pipeline

Net als bij rasterdata kunnen we ook pipelines maken voor vectordata met het commando gdal vector pipeline. Omdat we invoergegevens alleen in de eerste stap kunnen inlezen en resultaten alleen in de laatste stap kunnen wegschrijven, gaan we twee pipelines maken.

We schrijven de resultaten weg naar een nieuw geopackage genaamd data.gpkg.

Pipeline 1: Extract the Delft municipality polygon

1. Voer het volgende commando uit:
   
   gdal vector pipeline read gem_2011_gn1.shp ! sql --sql "SELECT * FROM gem_2011_gn1 WHERE GM_NAAM = 'Delft'" ! write data.gpkg --output-layer municipality

Pipeline 2: Herprojecteer de wegen, clip ze tot Delft en schrijf ze weg naar hetzelfde GeoPackage

2. Voer het volgende commando uit:

8. Raster clippen met een polygoon

We kunnen nu de DEM clippen met de polygoon van de gemeente Delft met behulp van het commando gdal raster clip.

1. Voer het volgende commando uit:
   gdal raster clip --like data.gpkg --like-layer municipality -f GTiff dem_rd.map dem_delft.tif
2. Bekijk het resultaat in QGIS

Opdracht

• Bekijk de documentatie van gdal raster clip en probeer nu hetzelfde resultaat te verkrijgen door SQL te gebruiken om de gemeente te selecteren uit de laag gem_2011_gn1.shp, zoals we eerder deden in andere commando’s..
• Maak een gdal raster pipeline voor de workflow die de laag srtm_37_02.tif herprojecteert naar EPSG:28992 en deze clipt tot de gemeente Delft.

9. Converteer CSV-bestanden

Soms wil je coördinaten in een ASCII‑bestand herprojecteren, bijvoorbeeld wanneer ze als tekst zijn opgeslagen vanuit een spreadsheetprogramma. Hier gaan we de coördinaten in het kommagescheiden ASCII‑bestand locations.csv omzetten naar een GeoPackage‑puntlaag met hergeprojecteerde coördinaten.

Het is goede gewoonte om eerst de inhoud van een CSV‑bestand te bekijken en te controleren (1) de coördinaten, en (2) het kolomscheidingsteken.

De scheiding is niet altijd een komma en hangt soms af van de taalinstellingen die zijn gebruikt bij het exporteren vanuit een spreadsheetprogramma.

1. Bekijk de inhoud van locations.csv . Je kunt hiervoor het type-commando gebruiken in de opdrachtprompt, zoals je hebt geleerd in de Command Line‑tutorial.

3. Sla het bestand op als locations.vrt in dezelfde map als locations.csv.

10. Batchconversie

Desktop‑GIS‑applicaties zijn uitstekend voor eenmalige bewerkingen, maar ze worden inefficiënt wanneer je dezelfde taak voor veel bestanden moet herhalen. In zulke gevallen kan eenvoudig scripten veel tijd besparen. Je hebt al gewerkt met pipelines. Hier gaan we een loop maken in een batch‑bestand.

In dit voorbeeld werken we met een dataset uit een landgebruiksmodel van Dublin. De rasters zijn opgeslagen in IDRISI‑formaat (.rst), met één bestand per jaar van 1990 tot 2030. Ons doel is om al deze bestanden te converteren naar GeoTIFF  (.tif) formaat.

)

6. Bekijk het resultaat.

11. Conclusie

In deze introductie tot GDAL heb je de belangrijkste commando’s verkend voor het herprojecteren, converteren en clippen van GIS‑data. Deze tools vormen de basis voor efficiënte GIS workflows, waardoor je raster‑ en vectorformaten met vertrouwen kunt verwerken. Door de voorbeelden te oefenen heb je nu een solide startpunt om GDAL in je eigen projecten te integreren, zowel via de command line als binnen QGIS. Met deze vaardigheden kun je meer geavanceerde pipelines bouwen en de veelzijdigheid van GDAL toepassen op praktische ruimtelijke analyses en kaartuitdagingen.

Deze video toont de nieuwste updates van GDAL door de ontwikkelaars: