[IDL] 아이디엘 대기 환경 자료 처리 및 가시화 : 아스키 (ASCII) 형식인 지표면 고도 (DEM) 자료를 이용한 가시화

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정보

업무명 : 대기 환경 자료 처리 및 가시화 : 아스키 (ASCII) 형식인 지표면 고도 (DEM) 자료를 이용한 가시화
작성자 : 이상호
작성일 : 2020-03-30
설 명 :
수정이력 :

내용

[개요]

안녕하세요? 기상 연구 및 웹 개발을 담당하고 있는 해솔입니다.
대기 환경 정보는 다양한 차원의 관측 자료 및 분석 자료로 구성되어 있기 때문에 이용자가 적절한 분석 및 가시화 기술이 요구됩니다.
따라서 오늘 포스팅에서는 아스키 (Ascii) 형식인 지표면 고도 (DEM) 자료를 이용한 가시화를 소개해 드리고자 합니다.
추가로 대기과학 전공자를 위한 IDL를 소개한 링크를 보내드립니다.

[IDL] 아이디엘 대기과학 전공자를 위한 IDL (Interactive Data Language) 소개

정보 업무명 : 대기과학 전공자를 위한 IDL (Interactive Data Language) 소개 작성자 : 이상호 작성일 : 2020-03-23 설 명 : 수정이력 : 내용 [개요] 안녕하세요? 웹 개발 및 연구 개발을 담당하고 있는 해솔입니..

shlee1990.tistory.com

[특징]

대기 환경 자료를 이해하기 위해서 자료 처리 및 가시화 기술이 요구되며 이 프로그램은 이러한 목적을 달성하기 위해 고안된 소프트웨어

[기능]

위도, 경도, 지표면 고도 (DEM) 자료 읽기
자료 전처리
가시화

[활용 자료]

자료명 : korea_dem_lon.txt, korea_dem_lat.txt, korea_dem.txt
자료 종류 : 위도, 경도, 지표면 고도 자료
확장자 : txt
영역 : 한반도

[사용법]

입력 자료를 동일 디렉터리에 위치
소스 코드를 실행 (idl -e Visualization_Using_DEM_Data_of_Ascii_Format)
가시화 결과를 확인

[사용 OS]

Windows 10

[사용 언어]

IDL v8.5

소스 코드

해당 작업을 하기 위한 컴파일 및 실행 코드는 IDL로 작성되었으며 가시화를 위한 라이브러리는 Coyote's Guide to IDL Programming를 이용하였습니다.
소스 코드는 단계별로 수행하며 상세 설명은 다음과 같습니다.
- 1 단계는 주 프로그램은 작업 경로 설정, 아스키 (Ascii) 파일 읽기, 변수 전처리하여 메모리상에 저장하고 가시화를 위한 초기 설정합니다.
- 2 단계는 plot 매핑에 따라 영상 장면 표출하여 이미지 형식으로 저장합니다. 이 과정에서 포스트 스크립트 (PS) 형식에서 PNG로 변환합니다.

[명세]

전역 변수 설정
- cd를 통해 작업 디렉터리 설정
- 위/경도 설정 (dim)
- 위도, 경도, 지표면 고도 파일명 및 배열 설정

cd, 'C:\SYSTEM\PROG\IDL\DEM'

dim = [351, 601]

dem_file = 'korea_dem.txt'
lon_file = 'korea_dem_lon.txt'
lat_file = 'korea_dem_lat.txt'

lon2D = fltarr(dim[0], dim[1])
lat2D = fltarr(dim[0], dim[1])
val2D = fltarr(dim[0], dim[1])

위도, 경도, 지표면 고도 (DEM) 읽기
- 지표면 고도의 경우 Header 정보 (2줄)가 있기 때문에 dum으로 제외 (적색 박스)

openr, lun, lon_file, /get_lun  &  readf, lun, lon2D  &  get_lun, lun
openr, lun, lat_file, /get_lun  &  readf, lun, lat2D  &  get_lun, lun

dum = ''
openr, lun, dem_file, /get_lun
  readf, lun, dum
  readf, lun, dum
  readf, lun, val2D
get_lun, lun

지표면 고도 자료를 이용한 전처리
- where를 통해 0보다 작은 경우 NaN 처리

loc1 = where(val2D le 0, nloc1) 
if (nloc1 gt 0) then val2D[loc1] = !values.f_nan

요약 통계량 확인
- 최소값 (min), 평균값 (mean), 최대값 (max) 계산
- help를 통해 자료형 및 배열 정보 확인

print, min(lon2D, /nan), mean(lon2D, /nan), max(lon2D, /nan)
print, min(lat2D, /nan), mean(lat2D, /nan), max(lat2D, /nan)
print, min(val2D, /nan), mean(val2D, /nan), max(val2D, /nan)

help, lon2D, lat2D, val2D

가시화
- 데이터 세트에서 정보는 여전히 숨겨져 있기 때문에 가시화 필요
- 가시화는 일반적인 정적 탐색 데이터 분석에서 웹 브라우저의 동적 대화식 데이터 시각화에 이르기까지 다양함

지표면 고도 (DEM)를 위한 설정 및 가시화
- 관심 영역 (ROI)와 중심 위/경도 (cnLon, cnLat) 설정
- 이미지 저장 파일명 (psName) 및 제목명 (mainName)
- fnMakePsPlot를 통해 이미지 저장

ROI = [32, 44, 124, 132]
cnLat = 0
cnLon = 128.2

psName = "Img01"
mainName = "Ascii DEM"

fnMakePsPlot, lon2D, lat2D, val2D, dim, cnLat, cnLon, ROI, psName, mainName, 0, 2500, 50, 33

사용자 편의성 함수 정의
- 전달 인자
  - 2차원 위도 (lon2D), 2차원 경도 (lat2D), 2차원 값 (val2D), 배열 정보 (dim), 중심 위도 (cnLat), 중심 경도 (cnLon), 관심 영역 (ROI), 이미지 저장 파일명 (psName), 제목명 (mainName), 최소값 (zmin), 최대값 (zmax), 등고선 간격 (interval), 컬러 테이블 (color_table)
- 기능
  - plot를 통해 위/경도에 따른 값 매핑
  - 포스트 스크립트 (PS)를 PNG로 변환

;====================================================================
; Subroutine : Function Make Postscript to Png Graph
;====================================================================
pro fnMakePsPlot, lon2D, lat2D, val2D, dim, cnLat, cnLon, ROI, psName, mainName, zmin, zmax, interval, color_table

  set_plot, "ps"

  device, filename = psName + ".ps", decomposed = 0, bits = 8, /color, xsize = 10, ysize = 12, /inches, font_size = 13, /Helvetica

  !p.font = 0 & !p.charsize = 2.0 & !p.charthick = 1.6  & !p.multi = [0,1,1] & !p.background = 255

  xvert = [0.1, 0.1, -0.1, -0.1 ,0.1]
  yvert = [-0.1, 0.1, 0.1, -0.1, -0.1]

  usersym, xvert, yvert, /fill

  start_color = 0 & end_color = 255 & colorn = end_color - start_color + 1

  cgloadct, color_table

  latmin = ROI(0) & latmax= ROI(1) & lonmin = ROI(2) & lonmax= ROI(3)

  cgMAP_SET, cnLat, cnLon, /CYLINDRICAL $
    , limit = [latmin, lonmin, latmax, lonmax] $
    , position = [0.05, 0.10, 0.95, 0.90], /noborder, /ISOTROPIC

  for i = 0L, dim[0] - 1 do begin
    for j = 0L, dim[1] - 1 do begin

      nLon = lon2D[i, j]
      nLat = lat2D[i, j]
      nVal = val2D[i, j]

      if (lonmin gt nLon or nLon gt lonmax or finite(nLon, /nan) eq 1) then continue
      if (latmin gt nLat or nLat gt latmax or finite(nLat, /nan) eq 1) then continue
      if (finite(nVal, /nan) eq 1) then continue

      plots, nLon, nLat, psym = 8, symsize = 2, color = BYTSCL(nVal, zmin, zmax)

    endfor
  endfor

  cgColorbar, NColors = 255, BOTTOM = 1 $
    , Divisions = 5, COLOR = "black" $
    , Position = [0.2, 0.04, 0.8, 0.06] $
    , Range = [zmin, zmax] $
    , CHARSIZE = 1.5,CHARthick = 2 $
    , VERTICAL = 0, RIGHT = 1
    
  ;  cgLoadct, 2

  ;  contour, val2D, lon, lat, /overplot, C_THICK = 2 $
  ;    , LEVELS = zmin + findgen(10) * interval $
  ;    , C_LABELS = zmin + findgen(10) * interval $
  ;    , C_CHARSIZE = 1.5, C_CHARTHICK = 2 $
  ;    , C_COLORS = BYTSCL(zmin + findgen(10) * interval, zmin, zmax)

  cgMAP_CONTINENTS, /coast, /countries, /hires, COLOR = "black"
  
  lats = [-90:90:2]
  lons = [-180:360:2]

  lats_names = strarr(n_elements(lats))
  lons_names = strarr(n_elements(lons))

  for i = 0L, n_elements(lats) - 1 do begin
    if (lats[i] gt 0) then begin
      lats_names[i] = textoidl(string(lats[i]) + "\circN")
    endif else if (lats[i] eq 0) then begin
      lats_names[i] = textoidl(string(lats[i]) + "\circ")
    endif else begin
      lats_names[i] = textoidl(string(-lats[i]) + "\circS")
    endelse
  endfor

  for i = 0L,n_elements(lons) - 1  do begin
    if (lons[i] gt 0) then begin
      lons_names[i] = textoidl(string(lons[i]) + "\circE")
    endif else if (lons[i] eq 0) then begin
      lons_names[i] = textoidl(string(lons[i]) + "\circ")
    endif else begin
      lons_names[i] = textoidl(string(-lons[i]) + "\circW")
    endelse
  endfor

  cgMap_grid, color = "black", charsize = 1.8, thick = 2.5, lats = lats,  latnames = lats_names, lons = lons, lonnames = lons_names $
    , linestyle = 1, bthick = 300, /box_axes, /no_grid

  cgText, 0.50, 0.95, mainName, /normal, charsize = 2, CHARTHICK = 2, color = "black", alignment = 0.5

  device, /close_file

  com = "convert -flatten -background white " + psName + ".ps" + " " + "./FIG/" + file_basename(psName, ".ps") + ".png"
  spawn, /hide, com

  file_delete, psName + ".ps"

  return

end

[전체]

	pro Visualization_Using_Ascii_Format_of_DEM_Data

	cd, 'C:\SYSTEM\PROG\IDL\DEM'

	dim = [351, 601]

	dem_file = 'korea_dem.txt'
	lon_file = 'korea_dem_lon.txt'
	lat_file = 'korea_dem_lat.txt'

	lon2D = fltarr(dim[0], dim[1])
	lat2D = fltarr(dim[0], dim[1])
	val2D = fltarr(dim[0], dim[1])

	openr, lun, lon_file, /get_lun & readf, lun, lon2D & get_lun, lun
	openr, lun, lat_file, /get_lun & readf, lun, lat2D & get_lun, lun

	dum = ''
	openr, lun, dem_file, /get_lun
	readf, lun, dum
	readf, lun, dum
	readf, lun, val2D
	get_lun, lun

	loc1 = where(val2D le 0, nloc1)
	if (nloc1 gt 0) then val2D[loc1] = !values.f_nan

	print, min(lon2D, /nan), mean(lon2D, /nan), max(lon2D, /nan)
	print, min(lat2D, /nan), mean(lat2D, /nan), max(lat2D, /nan)
	print, min(val2D, /nan), mean(val2D, /nan), max(val2D, /nan)

	help, lon2D, lat2D, val2D

	ROI = [32, 44, 124, 132]
	cnLat = 0
	cnLon = 128.2

	psName = "Img01"
	mainName = "Ascii DEM"

	fnMakePsPlot, lon2D, lat2D, val2D, dim, cnLat, cnLon, ROI, psName, mainName, 0, 2500, 50, 33

	end


	;====================================================================
	; Subroutine : Function Make Postscript to Png Graph
	;====================================================================
	pro fnMakePsPlot, lon2D, lat2D, val2D, dim, cnLat, cnLon, ROI, psName, mainName, zmin, zmax, interval, color_table

	set_plot, "ps"

	device, filename = psName + ".ps", decomposed = 0, bits = 8, /color, xsize = 10, ysize = 12, /inches, font_size = 13, /Helvetica

	!p.font = 0 & !p.charsize = 2.0 & !p.charthick = 1.6 & !p.multi = [0,1,1] & !p.background = 255

	xvert = [0.1, 0.1, -0.1, -0.1 ,0.1]
	yvert = [-0.1, 0.1, 0.1, -0.1, -0.1]

	usersym, xvert, yvert, /fill

	start_color = 0 & end_color = 255 & colorn = end_color - start_color + 1

	cgloadct, color_table

	latmin = ROI(0) & latmax= ROI(1) & lonmin = ROI(2) & lonmax= ROI(3)

	cgMAP_SET, cnLat, cnLon, /CYLINDRICAL $
	, limit = [latmin, lonmin, latmax, lonmax] $
	, position = [0.05, 0.10, 0.95, 0.90], /noborder, /ISOTROPIC

	for i = 0L, dim[0] - 1 do begin
	for j = 0L, dim[1] - 1 do begin

	nLon = lon2D[i, j]
	nLat = lat2D[i, j]
	nVal = val2D[i, j]

	if (lonmin gt nLon or nLon gt lonmax or finite(nLon, /nan) eq 1) then continue
	if (latmin gt nLat or nLat gt latmax or finite(nLat, /nan) eq 1) then continue
	if (finite(nVal, /nan) eq 1) then continue

	plots, nLon, nLat, psym = 8, symsize = 2, color = BYTSCL(nVal, zmin, zmax)

	endfor
	endfor

	cgColorbar, NColors = 255, BOTTOM = 1 $
	, Divisions = 5, COLOR = "black" $
	, Position = [0.2, 0.04, 0.8, 0.06] $
	, Range = [zmin, zmax] $
	, CHARSIZE = 1.5,CHARthick = 2 $
	, VERTICAL = 0, RIGHT = 1

	; cgLoadct, 2

	; contour, val2D, lon, lat, /overplot, C_THICK = 2 $
	; , LEVELS = zmin + findgen(10) * interval $
	; , C_LABELS = zmin + findgen(10) * interval $
	; , C_CHARSIZE = 1.5, C_CHARTHICK = 2 $
	; , C_COLORS = BYTSCL(zmin + findgen(10) * interval, zmin, zmax)

	cgMAP_CONTINENTS, /coast, /countries, /hires, COLOR = "black"

	lats = [-90:90:2]
	lons = [-180:360:2]

	lats_names = strarr(n_elements(lats))
	lons_names = strarr(n_elements(lons))

	for i = 0L, n_elements(lats) - 1 do begin
	if (lats[i] gt 0) then begin
	lats_names[i] = textoidl(string(lats[i]) + "\circN")
	endif else if (lats[i] eq 0) then begin
	lats_names[i] = textoidl(string(lats[i]) + "\circ")
	endif else begin
	lats_names[i] = textoidl(string(-lats[i]) + "\circS")
	endelse
	endfor

	for i = 0L,n_elements(lons) - 1 do begin
	if (lons[i] gt 0) then begin
	lons_names[i] = textoidl(string(lons[i]) + "\circE")
	endif else if (lons[i] eq 0) then begin
	lons_names[i] = textoidl(string(lons[i]) + "\circ")
	endif else begin
	lons_names[i] = textoidl(string(-lons[i]) + "\circW")
	endelse
	endfor

	cgMap_grid, color = "black", charsize = 1.8, thick = 2.5, lats = lats, latnames = lats_names, lons = lons, lonnames = lons_names $
	, linestyle = 1, bthick = 300, /box_axes, /no_grid

	cgText, 0.50, 0.95, mainName, /normal, charsize = 2, CHARTHICK = 2, color = "black", alignment = 0.5

	device, /close_file

	com = "convert -flatten -background white " + psName + ".ps" + " " + "./FIG/" + file_basename(psName, ".ps") + ".png"
	spawn, /hide, com

	file_delete, psName + ".ps"

	return

	end

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참고 문헌

[논문]

없음

[보고서]

없음

[URL]

없음

문의사항

[기상학/프로그래밍 언어]

sangho.lee.1990@gmail.com

[해양학/천문학/빅데이터]

saimang0804@gmail.com

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