Geoinformatik II Proseminar WS 04/05 Raster Operationen 20.12.04

Geoinformatik IIProseminar WS 04/05

RasterOperationen

20.12.04

20.12.2004 Michael Huppertz 2

Gliederung• Allgemeines zu Rastern

• Geoinformationssysteme• Vergleich von Vektor- und Rasterdaten• Rastertypen und Gewinnung von Rasterdaten• Aufbau des Raster

• Spatial Analyst• Aufgabe 1• „cell-based modelling“• Raster Calculator• Aufgabe 2


Geoinformationssysteme

R as te rd a ten V ek to rd a ten

G eom etried a ten S ach d aten

D aten

• rasterbasierte GIS

• vektorbasierte GIS Neue GIS gehen immer mehr dahin Vektor- und

Rasterdaten zu überlagern! (hybriden System)


Vergleich von Vektor- und RasterdatenVektordaten• Grundeinheiten: Punkt, Linie, Fläche

• Kartierung der Punkte durch Koordinaten in einem geeigneten System

Anwendung bei räumlichen Anfragen, z.B Straßennetz, Dijkstra (GIS I)

Rasterdaten• Grundeinheit: Pixel

• Kartierung durch Zeilen und Spalten, wie bei einer Matrix!

Anwendung bei räumlichen Anfragen, z.B. Temperaturdarstellung


Rastertypen Bild Daten• Darstellung von Bildern (z.B.

Satellitenbilder, Luftbilder)

• Pixel enthalten Wert der Lichtintensität

Thematische Daten• Darstellung von

gemessenen Größen

• Spatial Analyst für diese Art von Daten gedacht


Gewinnung von Rasterdaten

• Aus Satellitenbildern• Aus Luftbilder • Aus gescannten Karten• Aus Fotos• Aus konvertieren Daten

Der Prozess, der eine Beziehung zwischen Raster und Koordinatensystem herstellt heißt Georeferenzierung.


Aufbau des RastersSpalte

Zeile Zelle/Pixel

7WertDer Wert in der Zelle steht für ein Attribut des Merkmals

Eine Zelle kann auch mehrere Attribute enthalten (siehe Attributtabelle)

• Grundlage eines Rasters

• Eindeutig festgelegt durch Zeile und Spalte

• Pixelgröße hängt von der Auflösung ab, aber alle Pixel sind gleich groß

• Auflösung muss entsprechend hoch sein um detaillierte Abbildung zu gewährleisten


Aufbau des Rasters

Attribute

• Es gibt mehrere Zellen mit dem gleichen Wert und diese haben alle die gleichen Attribute

Raster und Attributtabelle


Aufbau des RastersZonen• Oberbegriff aller Zellen

mit gleichem Wert

• müssen nicht zusammenhängend sein

• Jede Zelle gehört einer Gruppe an

Regionen• Gebiete zusammenhängender Zellen

• Anzahl der Zellen einer Region hat kein Limit


Rasterdaten-SetRaster beschreibt die Charakteristik eines Gebietes

• Typischerweise beschreibt ein Raster auch ein Thema (z.B. Höhenprofil oder Wasserläufe)

• Mehrere Raster übereinandergelegt können den Raum detaillierter beschreiben (Höhenprofil und Wasserläufe und ...)


Speichern von Rasterdaten

• Datenreduktion je nach Art der Speicherung: Full-Raster-Encoding 100 %

Run-Length-Encoding ca. 75 %

Value-Point-Encoding ca. 34 %

Quadtree-Datenstruktur ca. 44 %

Speicherbedarf

„abhängig von“

• Speicherbedarf Datenmenge Auflösung

Nicht zu klein, sonst keine detaillierte Abbildung!


Pyramiden• Pyramiden werden gebildet, um die Darstellung zu

beschleunigenbesonders bei großen Datensätzen, z.B. große Gebiete oder

hohe Auflösungen!

• Originaldaten werden in verschiedenen Ebenen abgespeichert

• Beim Hineinzoomen werden mehr Informationen preisgegeben

Pyramiden in ArcCatalog erstellen:

1.Rechtsklick auf das raster dataset

2.„Build Pyramids“ anklicken.


Spatial Analyst

Spatial Analyst verändert die Werte des Rasters und erzeugt daraus ein neues Raster!

so ist er zu öffnen


Spatial Analyst

Spatial Analyst muss aktiviert werden!


Spatial AnalystBerechnet Umgebung um gegebene Objekte

Zeigt Häufigkeitsverteilung der Messwerte

Aus Punktdateien Raster interpolieren

Werkzeug, um die Oberfläche zu analysieren. (z.B. Sichtmöglichkeiten, Schattenwirkung, Gefälle)


Spatial Analyst

Erinnert an Bufferzone


Spatial Analyst

Voronoi-Diagramme


Spatial Analyst

• Hier werden die Kosten berücksichtigt (vgl. Graphen)

• Findet den kürzesten Weg (geringste Kosten, kürzeste Distanz)

• basiert auf dem Cost Weighted Raster


Spatial AnalystProblem: Aus Punktdatei (Shapefile) ein neues Raster erzeugen!

Lösung: Interpolation!

zwei genannte Arten in AcrMap:

• Shapefile TIN Raster

• Kriging: bezieht sich direkt auf die umgebenen Werte!

mehr dazu Vortrag 11


Spatial AnalystZu interpolierende Shapefile

nach welchem Attribut interpoliert werden soll

Nach dem Interpolieren wird eine neue Rasterdatei erstellt beschreibt eine Charakteristik des Raumes!


Spatial AnalystUm Raster vergleichbar zu machen, werden diese hier

gleichskaliert

Mathematische Operationen und

Funktionen durchführen

Features => Raster bzw. Raster => Features

Speicherung, Rahmengröße neuer Raster, Zellengröße

festlegen


Spatial Analyst• Extent Analysis extent Referenzfläche einstellen

General: In welchem Ordner gespeichert wird

Cell Size: Größe für eine Zeile kann festgelegt werden Auflösung Datengröße


Aufgabe 1• Kopiere die Datei ca_ozone_pts... und

ca_hillshade... aus dem Ordner V:\Huppertz\Aufgabe1 in deinen Ordner

• Aktiviere den Statial Analyst in Arc Map (denkt an Extensions!?!)

• Stelle die Referenzfläche für das neue Raster ein!

• Erstelle ein neues Raster aus interpolierten Daten des Shapefiles!

• Was für eine Aussage macht das neue Raster über den Raum?


• Wie arbeiten die Operationen und Funktionen des Spatial Analyst?

• Unterschieden werden die Operationen hinsichtlich der Umgebung, auf die sie sich im Input-Raster beziehen!

man unterscheidet: Local functions Focal functions Zonal functions Global functions

„cell-based modelling“


Local functions• Basis der Berechnung der neuen

Zelle ist eine Zelle des Input-Rasters ohne Berücksichtigung der benachbarten Zellen

„cell-based modelling“

Focal functions• Basis der Berechnung ist die Zelle

des Input-Rasters und seine direkten Nachbarn.

(4er- bzw. 8er-Nachbarschaft)


„cell-based modelling“Zonal functions• Basis der Berechnung ist die Zelle

des Input-Rasters und alle Zellen dieser Zone (Zone = Zellen mit gleichem Wert)

Global functions• Basis der Berechnung ist das

gesamte Input-Raster


• Mathematischer Operator (Taschenrechner)• Stellt Operatoren und Funktionen zur Verfügung• Aufgaben:

Raster verknüpfen Raster gewichten Selektion von Daten

Raster-Calculator


Algebraische Operatoren

Boolesche Operatoren

Vergleichsoperatoren

• Verknüpfung von Rastern

Raster-Calculator: Operatoren


Raster-CalculatorBoolesche Operatoren

• Arbeitet nach dem „True or False“-Prinzip!

Sucht in beiden Rastern nach Zellen die „true“ (also nicht null) sind!

And (&):


Arithmetische Funktionen (z.B. Betrag, Runden)Trigonometrische Funktionen (+ Umkehrfunktionen)Logarithmische FunktionenPower-Funktionen (z.B. Wurzel ziehen, Hoch n)

Raster-Calculator: Funktionen


Aufgabe 2• Eine neue Fabrik ist gebaut worden. Nun gilt es die

Gebäude mit Wasser zu versorgen. Dafür benötigt man Anschlüsse an Brunnen, die tiefer sind als -1700mm und max. 500m von den Gebäuden entfernt liegen.

• Kopiere die Datei facility.shp und wells.shp aus dem Ordner V:\Huppertz\Aufgabe2 in deinen Ordner

• Tipps: Referenzfläche ist wichtig, wenn eine Umgebung für die Gebäude erzeugt wird!

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