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.