4 IDRISI - KONZEPT UND FUNKTIONALITAET
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4 IDRISI - KONZEPT UND FUNKTIONALITAET EINFUEHRUNG • Raster-GIS & Bildverarbeitungssystem • Entwicklungs- und Forschungsprojekt der Graduate School of Geography an der Clark University, Worcester MA, USA (Prof. Ron Eastman), www.clarklabs.org • Zielsetzung des Projekts: - Entwicklung von professionellen geographischen Analysewerkzeugen E.P. Baltsavias, S. - Vertrieb auf “non-profit” Basis • Betriebssysteme: Windows XP, NT, 2000 (32-bit) • Weltweit sehr verbreitet • Wichtigste Stärken: Preis (1250 US$ für kommerzielle Einzellizenz), Funktionalität/Analyse (besonders in Bildverarbeitung, Geostatistik, Decision Support, Simulation, Kost-Flächenberechnung), ease-of-use • Verbesserte aktuelle Version Idrisi 15 – Andes Edition FUNKTIONALITAET / MODULE Kernmodule (intern) • Spatial Database E.P. Baltsavias, S. • Attribute Database (Database Workshop = Connect to Relational DBMS, SQL queries) Verarbeitungs- und Analysemodule • Modeling Tool (Macros, Workflow) • Database Development (Data Import) • Decision Support System (Decision Strategy Analysis / Uncertainty Management) • Georeferencing • Image Restoration (Radiometric, Geometric) • Fourier Analysis E.P. Baltsavias, S. • Classification and Vegetation Indices • RADAR Imaging and Analysis • Time Series / Change Analysis • Land Change Modeler • Anisotropic Cost Analysis • Surface Interpolation • Triangulated Irregular Networks and Surface Generation • Geostatistics DATENMODELL und DATENSTRUKTUREN E.P. Baltsavias, S. Datentypen: Raster, Vektor, thematisch (Attributdaten) Rasterdaten • einfache Kolonnen- und Zeilenstruktur (keine Kachelung) • 1 Wertedomäne pro Raster(objekt): byte, integer oder real • 1 Wert pro Zelle • Verwaltung von Attributwerten mittels Wertefiles (Value-Files) oder Datenbanktabellen (z.B. zur Zuordnung von Textattributen zu bestimmten Zellwerten) • Kontrolle der Darstellung mittels Farbpaletten (Color LUTs) • keine Unterscheidung zwischen Flächen- und Punktrastern! E.P. Baltsavias, S. Vektordaten • Layerstruktur, 1 Vektorobjekt (File) pro Ebene • Datentypen: Punkte, Linien, Polygone (Flächen) • Kontrolle der Darstellung mittels Symbolfiles • Attribut-Verwaltung mittels Datenbanktabellen DATENSPEICHERUNG • Filestruktur: 1 Datenfile (.rst) & 1 Dokumentationsfile (.rdc) pro Raster(objekt) oder Vektorlayer • relativ einfache ASCII-Formate für Datenimport & - Export E.P. Baltsavias, S. • binäre Formate für effiziente Bearbeitung • Attributwerte-Files: ASCII, XBase Format (MS Access und Excel, CSV, ESRI Geodatabase und Verbindung über ODBC zu Datenbanksystemen wie SQL Server und Oracle) IDRISI - Funktionalität • Import / Export GIS-Formate (z.B. Arc/Info Shape, ERDAS, SPOT) verbreitete Raster- (TIFF, GEOTIFF, BMP, HDF, JPG, RADARSAT, Landsat etc.) und Vektorformate (DXF, ESRI Shapefile) • Display (2D) / Map Composition • ANALYSE E.P. Baltsavias, S. • 3D-Visualisierung (3D Fly Through) • Database Workshop (-> “GIS-Modul”: Verbindung zu DBMS, Funktionen z.B. Queries, Tabellen erstellen / verändern etc.) • Utilities Konvertierung: Raster -> Vektor, Vektor -> Raster (limitiert) Georeferenzierung Resampling Neu: IDRISI Explorer (File Browser, Metadatenanzeige, Projektverwaltung) IDRISI - ANALYSE-OPERATIONEN E.P. Baltsavias, S. Abfrageoperationen (Database Query) Mathematische Operationen (Mathematical Operations) Distanzoperationen (Distance Operations) Nachbarschaftsoperationen (Context Operations) Statistische Operationen (Statistics) Bildverarbeitung (Image Processing) (Submenus: Restoration, Enhancement, Transformations, Signature Development), Hard und Soft Classifiers, Hardeners, Accuracy Assessment, Hyperspectral Image Analysis) Entscheidungsunterstützung (Decision Support) Temporale Analysen (Change / Time Series) Abfrageoperationen (DB Queries Attribute and Location based) E.P. Baltsavias, S. Welche Regionen haben hohe Radon-Werte? In welcher Zone liegt Punkt X ? In welchem Höhenbereich liegt ein Untersuchungsgebiet? Abfrage-basierte Funktionen Umklassifizierung von Rasterdaten (RECLASS): Erzeugt ein Ausgangs-Rasterobjekt aufgrund von Umklassifizierungsanweisungen (z.B. Aggregation von kontinuierlichen Höhenstufen in diskrete Höhenklassen) Wertezuweisung (ASSIGN): Erzeugung eines Output-Rasterobjektes aufgrund einer separat gespeicherten Wertezuweisungstabelle (z.B. “Ausblenden” von nicht interessanten Wertebereichen, d.h. sie auf NODATA oder 0 setzen) E.P. Baltsavias, S. Mathematische Operationen Paarweise Kombination von Rasterobjekten (OVERLAY): Berechnung eines Output-Rasters als Resultat einer zellenweisen mathematischen Operation (Addition, Subtraktion, etc.) zwischen den Input-Rasterobjekten (z.B. Differenzberechnung zweier Höhenmodelle bei grossen Bauprojekten, Analyse von Felsstürzen) Operationen auf einzelne Rasterobjekte (SCALAR, TRANSFORM) Map Algebra Operationen (Image Calculator) Der IDRISI Image Calculator Mathematisches Rastermodellierungwerkzeug mit einer einem Taschenrechner ähnlichen Benutzeroberfläche Integriert die Funktionalität der mathematischen Rastermodule (OVERLAY, SCALAR, E.P. Baltsavias, S. TRANSFORM) und unterstützt zwei Arten von Operationen: mathematische Ausdrücke (+, -, EXP, SIN, ABS, etc.) logische Ausdrücke (AND, OR, NOT, etc.) Distanzoperationen Abstandstranformation (DISTANCE): Berechnung der euklidischen Distanz jeder Zelle zur nächstgelegenen Zielzelle (z.B. Distanz zum nächsten Einkaufszentrum) Kostenberechnung (COST): Berechnung einer Distanztransformation unter Berücksichtigung von “Reibungswiderständen” (z.B. Wegberechnungen unter Berücksichtigung von Hangneigungen) Bufferberechnung (BUFFER): Berechnung eines Bufferbereichs um spezifizierte räumliche Objekte (Punkte, Linien, Flächen) (z.B. Ermittlung von Einflussbereichen entlang von Eisenbahnprojekten) E.P. Baltsavias, S. Nachbarschaftsoperationen Geländemodellanalysen (SURFACE): Berechnung von Hangneigung (SLOPE) und Gelände-Exposition (ASPECT) auf der Basis von Raster-DTMs sowie Generierung von Schummerungsmodellen (Analytical Hillshading) Filterung von Rasterdaten (FILTER): z.B. Entfernung von sehr kleinen Flächen, Glättung von DTM-Daten nach vorgängiger Interpolation Sichtbarkeitsanalyse (VIEWSHED): Berechnung des sichtbaren Bereichs von einem oder mehreren Standorten Statistische Operationen Berechnung von Histogrammen (HISTO): Erzeugt Häufigkeitsdiagramme von Rasterdatensätzen und bestimmt Mittelwerte und Standardabweichungen (z.B. durchschnittlicher Landwert in einem Untersuchungsgebiet) E.P. Baltsavias, S. Regressionsanalyse (REGRESS): Berechnung von Regressionswerten zwischen zwei Rasterobjekten zusammen mit Konfidenzintervallen Trendanalyse (TREND): Bestimmung von Trendflächen (linear, quadratisch oder kubisch) eines Rasterobjektes (z.B. Ausbreitungsrichtung und -Geschwindigkeit eines Umweltphänomens aus der Differenz zeitlich auseinanderliegender Rasterdatensätze) Entscheidungsunterstützung (Decision Support) Unterstützung einer Vielzahl von Methoden Entscheidungsunterstützung und Risikoanalyse. Dieses Modul unterstützt speziell die folgenden Aspekte: • mehrere Zielfunktionen (multi-objective) • mehrere Kriterien bzw. Randbedingungen (multi-criteria) E.P. Baltsavias, S. und Theorien zur • stochastische Modellierung (Berücksichtigung von Unsicherheiten) (uncertainty) Temporale Analysen (Change / Time Series) • Berechnung von Zeitreihen und statistische Analysen über das zeitliche Verhalten bestimmter Gebiete (PROFILE), (TSA - Time Series Analysis) (z.B. Analyse der zeitlichen Veränderung von durchschnittlicher Sonnenscheindauer und Niederschlagswerten in einem Untersuchungsgebiet) Surface Analysis • Interpolation (Kriging, Distance-weighted Average, Thiessen/Voronoi Tesselation, TIN, Interpolation from Isolines, Trend Surface Analysis) E.P. Baltsavias, S. IDRISI - BEURTEILUNG (IDRISI Andes Edition) PRO CONTRA • sehr vielseitige und leistungsfähige • relativ eingeschränkte Analysefunktionalität Datenverwaltungsfunktionalität • “vollständiges” Mini-GIS • einfache Datenstruktur (z.B. keine Kachelung) erfordert hohe Systemresourcen und limitiert Objektgrösse • Bildschirmdigitalisierung • restriktive Voraussetzungen (ident. (günstiges geom. Auflösung für alle Rasterobj.) Rasterdigitalisierungsmodul) E.P. Baltsavias, S. • ermöglicht Georefenzierung und • relativ beschränkte Unterstützung Resampling von Rasterdaten kommerzieller Rasterformate • günstiger Preis • geeignet für kleine, gut • ungeeignet für sehr grosse und eingegrenzte Projekte und komplexe Projekte Aufgabenstellungen E.P. Baltsavias, S. E.P. Baltsavias, S. 5 BEISPIELE MIT IDRISI Applikationen: s. www.clarklabs.org/ApplicationExamples.asp?cat=3 Beispiele und Bilder s. http://www.clarklabs.org/imagegallery.asp Andere Anwendungen und Links s. http://www.clarklabs.org/Links.asp?cat=3 IDRISI Architektur Layer Konzept Datenbank-Abfragen und Verschneidung) IDRISI Image Calculator E.P. Baltsavias, S. mathematische Operationen (Reklassifikation, IDRISI Uebersicht, Module und Funktionalität, Preise (s. separate Unterlagen) E.P. Baltsavias, S. E.P. Baltsavias, S. 19 Image Calculator zur Formulierung arithmetischer Operationen E.P. Baltsavias, S. 20 Interface zur Eingabe von SQL-Befehlen zur Datenbankabfrage E.P. Baltsavias, S. 21 E.P. Baltsavias, S. 22 Korrektur periodischer Bildfehler (Striping) mittels Fourier-Analyse E.P. Baltsavias, S. 23 REFERENZEN American Society for Photogrammetry and Remote Sensing, 1994. The GIS Applications Handbook - Examples in Natural Resources: a compendium. URL address www.asprs.org Bonham-Carter G.F., 1994: Geographic Information Systems for Geoscientists: Modelling with GIS. Pergamon. Heuvelink G.B.M., 1998: Error Propagation in Environmental Modelling. Taylot & Francis, London. Koshafian S., Baker A.B., 1995: Multimedia and Imaging Databases. Morgan Kaufmann Publishers, Inc., San Francisco. Nebiker, S., 1996: Verwaltung hybrider Daten. In Kombinierte Anwendung von Vektorund Rasterdaten in GIS, F. Golay (Hrgb.), Institut für Geomatik, EPFL. Nebiker S., 1997: Spatial Raster Data Management - A Database Perspective. Ph.D. Dissertation, Mitteilungen Nr. 63, Institut für Geodäsie und Photogrammetrie, ETH Zürich. Stonebraker M., Moore D., 1996: Object-Relational DBMSs - The Next Great Wave. Morgan Kaufmann Publishers, Inc., San Francisco. Tomlin C.D., 1990: Geographic Information Systems and cartographic Modelling. Prentice E.P. Baltsavias, S. Hall, Englewood Cliffs, New Jersey. E.P. Baltsavias, S.
