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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
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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)
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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
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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
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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.
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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
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Aufbau des Rasters
Attribute
• Es gibt mehrere Zellen mit dem gleichen Wert und diese haben alle die gleichen Attribute
Raster und Attributtabelle
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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
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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 ...)
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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!
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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.
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Spatial Analyst
Spatial Analyst verändert die Werte des Rasters und erzeugt daraus ein neues Raster!
so ist er zu öffnen
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Spatial Analyst
Spatial Analyst muss aktiviert werden!
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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)
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Spatial Analyst
Erinnert an Bufferzone
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Spatial Analyst
Voronoi-Diagramme
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Spatial Analyst
• Hier werden die Kosten berücksichtigt (vgl. Graphen)
• Findet den kürzesten Weg (geringste Kosten, kürzeste Distanz)
• basiert auf dem Cost Weighted Raster
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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
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Spatial AnalystZu interpolierende Shapefile
nach welchem Attribut interpoliert werden soll
Nach dem Interpolieren wird eine neue Rasterdatei erstellt beschreibt eine Charakteristik des Raumes!
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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
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Spatial Analyst• Extent Analysis extent Referenzfläche einstellen
General: In welchem Ordner gespeichert wird
Cell Size: Größe für eine Zeile kann festgelegt werden Auflösung Datengröße
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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?
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• 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“
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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)
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„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
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• Mathematischer Operator (Taschenrechner)• Stellt Operatoren und Funktionen zur Verfügung• Aufgaben:
Raster verknüpfen Raster gewichten Selektion von Daten
Raster-Calculator
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Algebraische Operatoren
Boolesche Operatoren
Vergleichsoperatoren
• Verknüpfung von Rastern
Raster-Calculator: Operatoren
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Raster-CalculatorBoolesche Operatoren
• Arbeitet nach dem „True or False“-Prinzip!
Sucht in beiden Rastern nach Zellen die „true“ (also nicht null) sind!
And (&):
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Arithmetische Funktionen (z.B. Betrag, Runden)Trigonometrische Funktionen (+ Umkehrfunktionen)Logarithmische FunktionenPower-Funktionen (z.B. Wurzel ziehen, Hoch n)
Raster-Calculator: Funktionen
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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!