4 IDRISI - KONZEPT UND FUNKTIONALITAET

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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
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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
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• 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
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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)
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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)
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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)
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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)
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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.
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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.
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Image Calculator zur Formulierung arithmetischer Operationen
E.P. Baltsavias, S.
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Interface zur Eingabe von SQL-Befehlen zur Datenbankabfrage
E.P. Baltsavias, S.
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E.P. Baltsavias, S.
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Korrektur periodischer Bildfehler (Striping) mittels Fourier-Analyse
E.P. Baltsavias, S.
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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.