Die Typen von Operationen in ArcGIS Spatial Analyst

Die in Spatial Analyst verfügbaren Operationen für die zellenbasierte Analyse können in fünf Typen unterteilt werden:

• Operationen, die auf einzelne Zellenpositionen angewendet werden (lokale Operationen)
• Operationen, die auf Zellenpositionen innerhalb einer Nachbarschaft angewendet werden (fokale Operationen)
• Operationen, die auf Zellenpositionen in Zonen anwendet werden (zonale Operationen)
• Operationen, die auf alle Zellen im Raster angewendet werden (globale Operationen)
• Operationen, die eine bestimmte Anwendung ausführen (z. B. hydrologische Analyseoperationen)

Jede dieser Kategorien kann durch die räumliche oder geometrische Darstellung der Daten beeinflusst werden oder darauf basieren, und nicht allein auf den Attributen, welche die Zellen widerspiegeln. Beispielsweise hängt ein Werkzeug, das zwei Layer addiert (über einzelne Zellenstandorte), von der Position und dem Wert seines Gegenstückes auf dem zweiten Layer ab. Werkzeuge, die auf Zellenpositionen innerhalb von Nachbarschaften oder Zonen angewendet werden, bauen auf der räumlichen Konfiguration der Nachbarschaft oder Zone auf sowie auf den Zellenwerten in der Konfiguration.

Lokale Operationen

Lokale oder zellenweise Operationen berechnen ein Raster-Ausgabe-Dataset, bei dem der Ausgabewert an jeder Position bzw. Zelle eine Funktion des Wertes ist, der mit diesem Punkt in einem oder mehreren Raster-Datasets verbunden ist. Demnach hat der Wert der einzelnen Zelle einen direkten Einfluss auf den Wert der Ausgabe, ganz gleich, welche Werte die Nachbarzellen haben. Eine zellenweise Operation kann auf ein einzelnes oder auf mehrere Raster-Datasets angewendet werden. Beispiele für zellenweise Operationen für ein einzelnes Dataset sind trigonometrische Werkzeuge, z. B. Tan, oder logarithmische Werkzeuge, z. B. Log2.

Lokale Operationen: Wert einer Ausgabezelle, der durch eine einzelne Eingabezelle ermittelt wird

Lokale Operationen können auch auf mehrere Eingabe-Raster angewendet werden. In diesem Fall wird für jede Zelle auf Grundlage einer Operation, die auf die entsprechende Zelle in jedem einzelnen der Eingabe-Raster angewendet wird, ein einzelner Wert zurückgegeben. Ein Beispiel für diese Art von Operation ist die Verwendung des Werkzeugs Zellenstatistik: Für jede Ausgabezelle wird eine statistische Berechnung (z. B. des Durchschnitts oder des Bereichs) auf die Zellenwerte der Eingabe-Raster an der entsprechenden Position durchgeführt.

Fokale Operationen

Fokale oder Nachbarschaftsoperationen erzeugen ein Ausgabe-Raster-Dataset, bei dem der Ausgabewert an jeder Zellenposition einer Funktion des Eingabewertes an einer Zellenposition und den Werten der Zellen entspricht, die sich in einer bestimmten Nachbarschaft dieser Position befinden. Da jede Zelle in der Eingabe verarbeitet wird, ist die Nachbarschaft im Grunde ein bewegliches Fenster, das sich entsprechend weiter verschiebt. Die Konfiguration (Größe und Form) der Nachbarschaft bestimmt, welche der Zellen, die sich um die bearbeitete Zelle herum befinden, in der Berechnung jedes Ausgabewertes verwendet werden. Eine typische Nachbarschaft besteht aus drei mal drei Zellen, die die bearbeitete Zelle und deren nächsten acht Nachbarn beinhaltet.

Fokale Operationen: Wert der Ausgabezelle wird durch die Zellen in einer bestimmten Nachbarschaft um die Eingabezelle herum bestimmt.

Zonale Operationen

Zonale Operationen berechnen ein Ausgabe-Raster-Dataset, bei dem der Ausgabewert für jede Position vom Wert der Zelle an der Position und der Verbindung abhängt, die die Position innerhalb einer kartografischen Zone hat. Zonale Operationen ähneln den fokalen Operationen, außer dass die Definition der Nachbarschaft in einer zonalen Operation der Konfiguration der Zonen selbst entspricht und nicht einer festgelegten Nachbarschaftsform. Einzelne Zonen können jedes beliebige Shape und jede beliebige Größe haben und voneinander getrennt werden. Zonen können entweder als Raster-Daten oder als Feature-Daten definiert werden. Für Raster-Daten bezeichnet eine Zone alle Zellen mit demselben Wert. Für Feature-Daten bezeichnet eine Zone alle Features mit demselben Attributwert (z. B. LandClass = 4).

Zonale Operationen: Wert einer Ausgabezelle, der durch alle Eingabezellen derselben Zone bestimmt wird

Eine typische zonale Operation gibt den Mittelwert (Durchschnitt) der Werte des ersten Datasets zurück, die in einer bestimmten Zone des zweiten Datasets liegen.

Globale Operationen

Globale oder Raster-weise Operationen berechnen ein Ausgabe-Raster-Dataset, in dem der Ausgabewert an jeder Zellenposition potenziell eine Funktion aller Zellen ist, die sich aus den verschiedenen Eingabe-Raster-Datasets zusammensetzt. Globale Operationen werden in zwei Hauptgruppen unterteilt: euklidische Entfernung und gewichtete Entfernung.

Globale Operationen des Typs "euklidische Entfernung"

Globale Operationen des Typs "euklidische Entfernung" geben die Entfernung jeder Zelle im Ausgabe-Raster-Dataset zur nächsten Quellenzelle an. Eine Quelle kann beispielsweise die Position sein, von der aus eine neue Straße beginnen soll. Die Richtung zur nächsten Quellenzelle kann für jede Zellenposition als Wert in einem zusätzlichen Ausgabe-Raster-Dataset ausgegeben werden.

Ein Beispiel für eine globale Operation ist die euklidische Entfernung.

Globale Operationen des Typs "nicht euklidische (gewichtete) Entfernung"

Operationen des Typs "nicht euklidische Entfernung" bestimmen die Kosten für das Verschieben von einer Zielzelle über eine Oberfläche (die zusätzlich zur euklidische Entfernung durch einige Kosten gewichtet wird) zur nächsten Quellenzelle. Ein Beispiel hierfür ist die Planung des Baus einer Straße von Punkt A zu Punkt B, bei dem der kürzere, direktere Weg tatsächlich teurer wäre, wenn die Oberfläche steil oder der Untergrund zu weich (z. B. ein Sumpf) ist.

Bei allen globalen Berechnungen ist die Kenntnis der gesamten Oberfläche notwendig, um die Lösung zu finden.

Anwendungsoperationen

Es existiert eine begrenzte Menge zellenbasierter Anwendungsoperationen, die für Lösungen bei bestimmten Anwendungen entworfen wurden. Eine Anwendungsoperation führt eine Analyse durch, die einem bestimmten Wissenszweig entspricht. Hydrologische Operationen erstellen beispielsweise Flussnetze und grenzen Wassereinzugsgebiete voneinander ab. Lokale, fokale, zonale, globale und Anwendungsoperationen sind allgemeine Operationen, die nicht auf eine bestimmte Anwendung ausgerichtet sind. Bei der Einteilung der Anwendungsoperationen und der lokalen, fokalen, zonalen und globalen Operationen entstehen einige Überschneidungen (z. B. die Tatsache, dass die Neigung normalerweise in der Anwendung zur Analyse von Oberflächen verwendet wird, sie aber technisch auch eine fokale Operation ist). Einige Anwendungsoperationen sind im Umfang allgemeiner ausgelegt, z. B. die Oberflächenanalyse, während andere enger definiert sind, z. B. die hydrologischen Analyseoperationen. Die Kategorisierung der Anwendungsoperationen in Gruppen fördert das Verständnis für den Bereich und für bestimmte Funktionen dieser Operationen.

Folgende Anwendungsoperationen stehen zur Verfügung:

• Ändern der Raster-Auflösung
• Dichteanalyse
• Hydrologische Analyse
• Bildklassifizierung
• Generalisierung
• Oberflächenanalyse
• Oberflächengenerierung