Benutzung des “Raster Calculator “

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
Was sind Daten?
Daten
Geometriedaten
Rasterdaten
In diesem Vortrag:
Sachdaten
Vektordaten
Bisher:
- Rasterdaten (Pixel => Fläche) - Vektordaten (Punkte, Linien, Flächen)
Einleitung
Diskrete und kontinuierliche Daten:
Diskret:
- Kategorische, nicht kontinuierliche Daten
- Repräsentiert Feature- und Rasterdaten
- Definierte Grenzen
Kontinuierlich:
- 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
- Bezieht sich auf Flächen
- Grenzen nicht eindeutig
Einleitung
Diskrete und kontinuierliche Daten:
Geoinfo 1:
Einleitung
Raster
Vorteil:
Nachteil:
- Raumbezogene Analysen können
- Es fallen in Abhängigkeit von der
mit höherer Geschwindigkeit durchAuflösung 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 berechnet werden
- Die Werte einer Zelle beziehen
sich nicht auf einen bestimmten
Punkt (Koordinaten), da Pixel
verwaltet werden
Einleitung
Erläuterung von Rasterdaten
Rastertypen:
1. Thematic raster
- Rasterzellen sind gemessene Größen oder Einteilungen
2. Image raster
- Über abbildende Systeme gewonnen (Satellit/Flugzeug)
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
Z
E
I
L
E
N
0
1
2
3
4
5
6
7
SPALTEN
Zelle (Pixel)
Zellengrösse
•
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:
- Jede Zelle mit gleichem Wert gehört
zu einer Zone
Beispiel: Zone/Region
- Die Zellen müssen nicht verbunden sein
Region:
- Jede verbundene Gruppe von Zellen
mit dem gleichen Wert
No Data:
- Keine Daten oder nicht gewünschte Daten
-Auf die Problematik von Funktionen und Operatoren wird später
eingegangen
Erläuterung von Rasterdaten
Auflösung von Rastern
1. Zellen müssen klein aber nicht zu klein sein
- Effiziente Berechnung (dennoch detailliert genug für Aufgabenstellung)
2. Anforderungen an die Zellengröße:
- Abhängig vom Input
- Gewünschte Größe => Beachtung Speicherkapazität
- Durchführung der Analyse (Rechenaufwand)
kleinere Zellengrößen =/= höhere Genauigkeit (Input)
Erläuterung von Rasterdaten
Raster Encoding (Kodierung):
- Der Code zu jeder Zelle ist numerisch und stimmt mit einem Attribut überein
=> schnellere Bearbeitung, komprimierte Daten
- Darstellung des Polygons erfolgt über Zellmitte
- Punkte in einer Zelle, wenn mehrere Punkte in einer Zelle
=> Entscheidung über Zufall
-Linie eine Zelle, wenn mehrere Linien eine Rasterzelle kreuzen
=> Entscheidung über Zufall
- Punkte kombiniert mit einer Fläche haben eine Genauigkeit von der
Hälfte einer Zelle (zellenbasierendes System bei Spatial Analyst)
Erläuterung von Rasterdaten
Repräsentierung von Features in einem Rasterdatensatz
- “Jaggies-Effekt“ nicht signifikant, da kleine Zellgrößen gewählt
werden können
- Wenn der “Jaggies-Effekt“ aufgrund des Inputs auftritt, dann wirkt sich
dieser Effekt bei Umkehrung des gewonnenen Rasterdatensatzes
zu Features doppelt aus
Erklärung des auf Zellen basierenden Modulierens
Wesentliches Kapitel, um das Hauptwerkzeug von Spatial Analyst zu
verstehen:
Operatoren und Funktionen.
Für auf Zellen basierendes Modullieren benötigt man:
1. Die Werte der Zelle
2. Die angewandte(n) Funktion(en) oder Operator(en)
3. Die Zellenorte, die in die Berechnung mit einbezogen
werden sollen
Die Zellenberechnungen mit Hilfe des Eingaberasters für das Ausgaberaster
können auf verschiedene Arten über die Operatoren und Funktionen
ausgeführt werden.
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
4. Global function
- Es können Berechnungen bezüglich des
gesamten Rasters durchgeführt werden
5. Application function
- Diverse speziellere Anwendungen (slope)
- Über “Spatial Analyst“ user interface, dialogbox (geoferencing),
Raster Calculator mit Map Algebra
Erklärung des Zellen basierenden Modulierens
No Data
- No Data und “0“ sind nicht gleich zu setzen
- No Data = nicht genügend Informationen, um einen Wert wiederzugeben
Auswirkungen auf Operationen und Funktionen
Zwei Arten der Berechnung mit No Data:
1. Wiedergabe von No Data für die Zelle
2. Ignoriert No Data und rechnet mit den erhältlichen Werten
Beispiel: 1. Addieren von zwei Rastern
2. Focal funktion
Konvertierung
Konvertierung von Features zu Rastern
- Dateitypen CAD - Zeichnungen, coverages, shapefiles
- String und Zahlen
- Bei String wird eine Zahl angegeben und
der Inhalt des Strings in einer Tabelle
festgehalten
z.B.: 1. Polygon Features nach Raster
Konvertierung
Konvertierung von Features zu Rastern
Input
Feld
Zellgrösse
Ort der
Speicherung
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
Input:
Grid layers, raster layers, shapefiles,Tabellen,
Konstanten und Nummern.
Mathematische Operatoren:
1. Arithmetische
*, /, -, +
Benutzung des “Raster Calculators “
2. Boolean (VK logische Grundschaltungen)
Output True = 1, False = 0.
And (&):
- Beide Werte des Inputs gleich (True)
Or(|):
- Ungleich Null in einem oder beiden
Inputrastern (True)
Xor(!):
- Ungleich Null in einem oder einem
anderen aber nicht in beiden
Inputrastern (True)
Not(^):
- Findet Nullwerte in einem einzelnen
Inputraster (True)
Z.B.: Für And (&)
Benutzung des “Raster Calculators “
3. Relationale
Operatoren: ==, >, <, <>, >=, <=
4. Mathematische Funktionen
- Logorithmic functions (Exp, Log)
- Arithmetical functions
(Abs, Rundungsfunktionen Ceil und
Floor, int und float konvertiert, IsNull
function gibt bei Input bei No Data “1“
und sonst “0“ )
- Trigonometric functions
( Sin, Cos, Tan, Asin, Acos, Atan)
Benutzung des “Raster Calculators “
- Power Functions
[Sqrt (Wurzel), Sqr (Quadrat), Potenzen]
Bitwise (binäre Darstellung der Integer-Inputwerte)
combinatorial und logical Operatoren
können im Calculator benutzt werden.
Die weitere Syntax ist für den Raster Calculator
über die Map Algebra erhältlich.
Benutzung des “Raster Calculators “
Nur Rasterlayer
Berechnung
ausführen
erweiterte
Formen
Gebrauch des Calculators mit folgenden Beispielen:
1. Gewichtung
2. Kombination von Rastern
3. Selektion von Daten
4. Umsetzung von mathematischen Funktionen
5. Nutzung der Map Algebra
Benutzung des “Raster Calculators “
1. Gewichten eines Rasters
2.
3.
3.
[ADMINS4]*0.25
1. Den Raster Calculator öffnen
2. Doppelklick auf den gewünschten Layer [Layermüssen
Rasterdatensätze sein mit gleicher Anzahl von Zellen (Spalten, Zeilen)]
=> verschiedene Files müssen vorher konvertiert werden
3. * und den Multiplikator eingeben
4. Evaluate zur Berechnung betätigen (Ergebnis ist zeitlich begrenzt)
4.
Benutzung des “Raster Calculators “
2. Raster zu kombinieren
2.
3.
[ADMINS4] + [CA_OUTLINE]
4.
1. Öffnen des Raster Calculators
2. Layer mit Doppelklick anwählen
3. + und nächsten Layer aussuchen
4. Evaluate zur Berechnung ausführen
Benutzung des “Raster Calculators “
3. Selektion von Daten
1.
2.
[ADMINS4] > 3000 & [CA_OUTLINE2] == 5
3.
1. Öffnen und Layer aussuchen
2. Operator angeben [Z.B.: <, >, (relationale)sowie boolsche und andere Werte
3. Evaluate
Benutzung des “Raster Calculators “
4. Mathematische Funktionen durchführen
4.
2.
3.
Exp([ADMINS4])
1. Öffnen
2. Doppelpfeil anwählen
3. Exp eingeben
4. Layer auswählen
5. Evaluate
5.
Benutzung des “Raster Calculator “
5. Zur Nutzung der Map Algebra
2.
4.
Slice([ADMINS4])
1. Öffnen
2. Map algebra funktion angeben (Z.B.: Slice)
3. Runde Klammer “auf“
4. Doppelklick auf gewünschtem Rasterlayer
5. Runde Klammer “schließen“
6. Evaluate
5.
3.
6.
Aufgabe 2
- Selektieren sie in dem Raster “States“ die Staaten heraus, die
grösser 20000 und kleiner 40000 sind.