Thema:
Raster in “Spatial Analyst“
Referent: Tim Erdweg 04.02.02
Inhaltsverzeichnis:
1. Einleitung: Wofür Spatial Analyst?
2. Erläuterung eines Rasterdatensatzes
3. Erklärung des auf Zellen basierenden Modulierens
4. Konvertierung von Daten zu Rasterdaten
5. Aufgabe 1: Konvertierung von Daten zu Rasterdaten
6. Benutzung des „Raster Calculators “
7. Aufgabe 2: Anwendung des „Raster Calculators“
8. Map Algebra
Einleitung
Daten
Geometriedaten Sachdaten
Rasterdaten Vektordaten
In diesem Vortrag:
- Rasterdaten (Pixel => Fläche)
Was sind Daten?
Bisher:
- Vektordaten (Punkte, Linien, Flächen)
Einleitung
Diskrete und kontinuierliche Daten:
- Grenzen nicht eindeutig
- Bezieht sich auf Flächen
- Repräsentiert Phänomene, in dem jeder Ort auf
der Oberfläche einer Messung von einem
konzentrierten Level oder einer Beziehung zu
einer Quelle/Punkt ist, bzw. fortwährend variiert
Kontinuierlich:
- Definierte Grenzen
- Repräsentiert Feature- und Rasterdaten
Diskret:
- Kategorische, nicht kontinuierliche Daten
Einleitung
Diskrete und kontinuierliche Daten:
Geoinfo 1:
Einleitung
Raster
Vorteil: Nachteil:
- Raumbezogene Analysen können - Es fallen in Abhängigkeit von der mit höherer Geschwindigkeit durch- Auflösung große Datenmengen an geführt werden - Die Werte jeder Zelle liegen direkt - Eine hohe Genauigkeit ist nur bei in der Datenbank vor und müssen sehr hoher Auflösung möglich nicht wie bei Vektordaten zuvor be- rechnet werden
- Die Werte einer Zelle beziehen
sich nicht auf einen bestimmten
Punkt (Koordinaten), da Pixel
verwaltet werden
Einleitung
Erläuterung von Rasterdaten
Rastertypen:
2. Image raster
- Über abbildende Systeme gewonnen (Satellit/Flugzeug)
1. Thematic raster
- Rasterzellen sind gemessene Größen oder Einteilungen
Erläuterung von Rasterdaten
Thematische raster
1.1 Räumlich unterbrochene Daten
- gemessene Daten treffen für ein Zellzentrum zu und verändern sich
nur geringfügig. Z.B.: Höhen, Niederschlag
1.2 Räumlich abgesonderte Daten
- Der Wert jeder Zelle gehört einer Kategorie oder Klasse an
Z.B.: Landeigentum, Vegetation
Erläuterung von Rasterdaten
Aufbau eines Rasters:
0 1 2 3 4 5 6 7 SPALTEN
Z 0 Zelle (Pixel) E 1 I 2 L 3 E 4 Zellengrösse N 5 6 7
• Vergleich mit Matrix
• Zellen sind quadratisch und zueinander parallel
• X,Y-Koordinatensystem orientiert an linke, untere Ecke (x=Zeilen)• Inhalt Integer (kategorische Darstellung) oder float (kontinuierliche Darstellung).
Erläuterung von Rasterdaten
Zonen: Beispiel: Zone/Region
- Jede Zelle mit gleichem Wert gehört
zu einer Zone
- Die Zellen müssen nicht verbunden sein
Region: - Jede verbundene Gruppe von Zellen
mit dem gleichen Wert
- Keine Daten oder nicht gewünschte Daten
-Auf die Problematik von Funktionen und Operatoren wird später
eingegangen
No Data:
Erläuterung von Rasterdaten
Auflösung von Rastern
kleinere Zellengrößen =/= höhere Genauigkeit (Input)
- Durchführung der Analyse (Rechenaufwand)
- Gewünschte Größe => Beachtung Speicherkapazität
- Abhängig vom Input 2. Anforderungen an die Zellengröße:
1. Zellen müssen klein aber nicht zu klein sein
- Effiziente Berechnung (dennoch detailliert genug für Aufgabenstellung)
Erläuterung von Rasterdaten
Raster Encoding (Kodierung):
- Punkte kombiniert mit einer Fläche haben eine Genauigkeit von der
Hälfte einer Zelle (zellenbasierendes System bei Spatial Analyst)
-Linie eine Zelle, wenn mehrere Linien eine Rasterzelle kreuzen
=> Entscheidung über Zufall
- Punkte in einer Zelle, wenn mehrere Punkte in einer Zelle
=> Entscheidung über Zufall
- Darstellung des Polygons erfolgt über Zellmitte
- Der Code zu jeder Zelle ist numerisch und stimmt mit einem Attribut überein => schnellere Bearbeitung, komprimierte Daten
Erläuterung von Rasterdaten
Repräsentierung von Features in einem Rasterdatensatz
- Wenn der “Jaggies-Effekt“ aufgrund des Inputs auftritt, dann wirkt sich
dieser Effekt bei Umkehrung des gewonnenen Rasterdatensatzes
zu Features doppelt aus
- “Jaggies-Effekt“ nicht signifikant, da kleine Zellgrößen gewählt
werden können
Erklärung des auf Zellen basierenden Modulierens
Wesentliches Kapitel, um das Hauptwerkzeug von Spatial Analyst zu verstehen:
Operatoren und Funktionen.
Die Zellenberechnungen mit Hilfe des Eingaberasters für das Ausgaberaster können auf verschiedene Arten über die Operatoren und Funktionen ausgeführt werden.
3. Die Zellenorte, die in die Berechnung mit einbezogen werden sollen
2. Die angewandte(n) Funktion(en) oder Operator(en)
1. Die Werte der Zelle
Für auf Zellen basierendes Modullieren benötigt man:
Erklärung des Zellen basierenden Modulierens
1. Local function (Photogrammetrie)
- Es können Berechnungen mit einer Zelle
durchgeführt werden, wobei die Nachbarzellen
das Ergebnis nicht beeinflussen
2. Focal function
- Es können Berechnungen mit einer einzelnen
Zelle und ihren Nachbarzellen durchgeführt
werden
Erklärung des Zellen basierenden Modulierens
3. Zonal function
- Es können Berechnungen mit einem Satz
von Zellen durchgeführt werden, die
alle den gleichen Wert haben
- Über “Spatial Analyst“ user interface, dialogbox (geoferencing),
Raster Calculator mit Map Algebra
5. Application function
- Diverse speziellere Anwendungen (slope)
4. Global function
- Es können Berechnungen bezüglich des
gesamten Rasters durchgeführt werden
No Data
- No Data und “0“ sind nicht gleich zu setzen
- No Data = nicht genügend Informationen, um einen Wert wiederzugeben
Erklärung des Zellen basierenden Modulierens
Beispiel: 1. Addieren von zwei Rastern
2. Focal funktion
2. Ignoriert No Data und rechnet mit den erhältlichen Werten
1. Wiedergabe von No Data für die Zelle
Auswirkungen auf Operationen und Funktionen
Zwei Arten der Berechnung mit No Data:
Konvertierung
Konvertierung von Features zu Rastern
- Dateitypen CAD - Zeichnungen, coverages, shapefiles
- Bei String wird eine Zahl angegeben und der Inhalt des Strings in einer Tabelle festgehalten
- String und Zahlen
z.B.: 1. Polygon Features nach Raster
Konvertierung
Konvertierung von Features zu Rastern
InputFeld
Zell-grösse
Ort der Speich-erung
Konvertierung
Konvertierung des Rasters zu Features
- Z.B.: Polygon wird aus Gruppen von Zellen mit gleichem Wert ermittelt
- Die Grenzen des Polygons werden über Zellengrenzen hergestellt
- No Data im Input werden nicht als Feature dargestellt
Beispiel: 1. Raster zu Polylinien
Aufgabe 1
- Kopieren sie den shapefile “States“ vom Verzeichnis
V:\Proseminar\Tim_Ramsesaus dem Ordner Tim auf das Laufwerk u:\
und öffnen sie diesen unter Arc Map.
- Konvertieren sie den shapefile in ein Raster
Benutzung des “Raster Calculators “
Nutzen des Calculators:
Operationen und Funktionen
1. Arithmetische *, /, -, +
Mathematische Operatoren:
Input:
Grid layers, raster layers, shapefiles,Tabellen,
Konstanten und Nummern.
Benutzung des “Raster Calculators “
2. Boolean (VK logische Grundschaltungen)
Output True = 1, False = 0.
Not(^):
- Findet Nullwerte in einem einzelnen Inputraster (True)
Xor(!):
- Ungleich Null in einem oder einem anderen aber nicht in beiden Inputrastern (True)
Or(|):
- Ungleich Null in einem oder beiden Inputrastern (True)
And (&): - Beide Werte des Inputs gleich (True)
Z.B.: Für And (&)
Benutzung des “Raster Calculators “
3. Relationale
Operatoren: ==, >, <, <>, >=, <=
- Trigonometric functions ( Sin, Cos, Tan, Asin, Acos, Atan)
- Arithmetical functions (Abs, Rundungsfunktionen Ceil und Floor, int und float konvertiert, IsNull function gibt bei Input bei No Data “1“ und sonst “0“ )
- Logorithmic functions (Exp, Log)
4. Mathematische Funktionen
Benutzung des “Raster Calculators “
- Power Functions [Sqrt (Wurzel), Sqr (Quadrat), Potenzen]
Die weitere Syntax ist für den Raster Calculatorüber die Map Algebra erhältlich.
Bitwise (binäre Darstellung der Integer-Inputwerte)
combinatorial und logical Operatorenkönnen im Calculator benutzt werden.
Benutzung des “Raster Calculators “
Gebrauch des Calculators mit folgenden Beispielen:
5. Nutzung der Map Algebra4. Umsetzung von mathematischen Funktionen3. Selektion von Daten2. Kombination von Rastern1. Gewichtung
Nur Rasterlayer
Berechnung ausführen
erweiterte
Formen
Benutzung des “Raster Calculators “
1. Gewichten eines Rasters
1. Den Raster Calculator öffnen
4. Evaluate zur Berechnung betätigen (Ergebnis ist zeitlich begrenzt)3. * und den Multiplikator eingeben
2. Doppelklick auf den gewünschten Layer [Layermüssen Rasterdatensätze sein mit gleicher Anzahl von Zellen (Spalten, Zeilen)] => verschiedene Files müssen vorher konvertiert werden
2. 3.
3.
4.
[ADMINS4]*0.25
Benutzung des “Raster Calculators “
2. Raster zu kombinieren
1. Öffnen des Raster Calculators
4. Evaluate zur Berechnung ausführen
3. + und nächsten Layer aussuchen
2. Layer mit Doppelklick anwählen
2. 3.
4.
[ADMINS4] + [CA_OUTLINE]
Benutzung des “Raster Calculators “
3. Selektion von Daten
1. Öffnen und Layer aussuchen
3. Evaluate
2. Operator angeben [Z.B.: <, >, (relationale)sowie boolsche und andere Werte]
1.
2.
3.
[ADMINS4] > 3000 & [CA_OUTLINE2] == 5
Benutzung des “Raster Calculators “
4. Mathematische Funktionen durchführen
1. Öffnen
5. Evaluate
4. Layer auswählen3. Exp eingeben
2. Doppelpfeil anwählen
4.2.
3.
5.
Exp([ADMINS4])
Benutzung des “Raster Calculator “
5. Zur Nutzung der Map Algebra
1. Öffnen
6. Evaluate5. Runde Klammer “schließen“4. Doppelklick auf gewünschtem Rasterlayer
3. Runde Klammer “auf“
2. Map algebra funktion angeben (Z.B.: Slice)
Slice([ADMINS4])
2.4.
3.5.
6.
Aufgabe 2
- Selektieren sie in dem Raster “States“ die Staaten heraus, die
grösser 20000 und kleiner 40000 sind.
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