Erstellen und Analysieren von Oberflächen

ArcGIS unterstützt die Anzeige von Raster- und TIN-Oberflächenmodellen und bietet in den Erweiterungen Spatial Analyst, 3D Analyst und Geostatistical Analyst Analysewerkzeuge zum Erstellen, Analysieren und Extrahieren von Informationen aus Oberflächen.

Was sind Oberflächen?

Oberflächen stellen Phänomene dar, die über ihre gesamte Ausdehnung über Werte an jedem Punkt verfügen. Die Werte für die unendliche Anzahl von Punkten entlang der Oberfläche werden aus einer beschränkten Menge von Referenzwerten abgeleitet. Diese können auf direkten Messungen beruhen, z. B. Höhenwerte für eine Höhenoberfläche oder Temperaturwerte für eine Temperaturoberfläche; die Werte zwischen diesen gemessenen Positionen werden der Oberfläche durch Interpolation zugewiesen. Oberflächen können auch auf mathematische Weise aus anderen Daten abgeleitet werden, z. B. Neigungs- und Ausrichtungsoberflächen von einer Höhenoberfläche, eine Entfernungsoberfläche von den Bushaltestellen in einer Stadt oder Oberflächen, mit denen die Konzentration krimineller Aktivitäten oder die Wahrscheinlichkeit des Blitzeinschlags dargestellt werden.

• Oberflächen können mit Konturlinien oder Isolinien, Arrays von Punkten, TINs und Rastern dargestellt werden. Die meisten Oberflächenanalysen in GIS werden jedoch anhand von Raster- oder TIN-Daten ausgeführt.
• Konturlinien sind Linien, die auf einer Oberfläche gleiche Werte aufweisen. Sie werden häufig erstellt, um Oberflächen auf einer Karte abzubilden.
• Punkte können gleichmäßig oder ungleichmäßig auf einer Oberfläche verteilt sein. Sie werden i. d. R. als Eingabe für die Interpolation, Kriging oder Triangulationswerkzeuge verwendet, um Raster- bzw. TIN-Oberflächen zu erstellen. Gelegentlich werden sie auch bei der kartografischen Darstellung einer Oberfläche verwendet, beispielsweise für Windrichtungsflaggen oder Richtungspfeile für die Kostenoptimierung.
• TINs sind Netzwerke von dreieckigen Flächen, die durch Knoten und Kanten definiert werden und eine Oberfläche bedecken. TINs werden aus einer Menge von bekannten Werten (auch als Höhenangaben bezeichnet) erstellt, die in der Triangulation als Anfangsknoten verwendet werden. Linien an den Stellen, an denen sich die Oberfläche abrupt ändert (z. B. an Bergrücken, Flüssen und Straßen), können als Bruchkanten in TINs eingebunden werden, und Flächen, denen ein Wert gemeinsam ist, können als Füllpolygone eingebunden werden. Die Werte zwischen den Knoten können für ein TIN durch lineare Interpolation von den nächstgelegenen Knoten abgeleitet werden. Mit TINs werden normalerweise Terrain-Oberflächen in Ingenieursanwendungen dargestellt, da die Höhenangaben ungleichmäßig verteilt sein können, um Gebiete mit starker Streuung in der Oberfläche zu berücksichtigen, und ihre Werte und genauen Positionen als Knoten im TIN beibehalten werden.
• Raster sind rechteckige Arrays von Zellen (oder Pixeln), in denen jeweils ein Wert für den Teil der bedeckten Oberfläche gespeichert ist. Eine bestimmte Zelle enthält einen einzigen Wert. Daher können Details für die Oberfläche nur bis zur Größe einer Raster-Zelle dargestellt werden. Raster sind die am häufigsten verwendeten Oberflächenmodelle in ArcGIS. Die Unkompliziertheit der Raster-Datenstruktur ermöglicht schnellere Berechnungen für Raster (oder Vergleiche zwischen Rastern) als in anderen Oberflächendarstellungen. Mit Rastern werden auch Bilder, gescannte Karten und Kategorieinformationen gespeichert, beispielsweise Flächennutzungsklassen, die häufig aus Bildern abgeleitet werden.

Erstellen von Oberflächen

ArcGIS bietet Werkzeuge zum Erstellen von Oberflächen aus Vektor-Features und aus anderen Oberflächen. Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten zum Erstellen von Oberflächen, einschließlich der Interpolation von Werten, die an Positionen gemessener Punkte gespeichert sind, der Interpolation einer Oberfläche der Dichte eines bestimmten Phänomens oder Feature-Typs aus der Anzahl der Features in einem Bereich, des Ableitens von Oberflächen für Entfernungen (oder Richtungen) aus einem oder mehreren Features oder das Ableiten einer Oberfläche aus einer anderen Oberfläche (Neigungs-Raster aus Höhen-Raster).

Interpolationswerkzeuge

Mit Interpolationswerkzeugen können Sie eine kontinuierliche Oberfläche aus diskreten Stichproben mit gemessenen Werten (z. B. Höhenwerte oder chemische Konzentration) erstellen. Verschiedene Interpolationswerkzeuge sind verfügbar, und jedes davon bietet eine Reihe von Parametern, die die zu erstellende Oberfläche beeinflussen.

Im folgenden Beispiel wird erläutert, wie mit verschiedenen Interpolationsverfahren unterschiedliche Ausgabeoberflächen aus denselben Eingabedaten erstellt werden können.

Die einfachsten Interpolationswerkzeuge sind Inverse Distance Weighted (IDW) und Natürliche Nachbarn. Mit diesen werden basierend auf dem Wert und dem Abstand nahe gelegener Punkte Oberflächenwerte für die einzelnen Zellen geschätzt. Die interpolierten Werte für IDW-Oberflächen stellen einen gewichteten Durchschnitt der Werte einer Reihe von nahe gelegenen Punkten dar, die so gewichtet werden, dass der Einfluss von nahe gelegenen Punkten größer als der von weiter entfernten Punkten ist (d. h., es erfolgt eine Gewichtung mit der inversen Entfernung).

Im folgenden Beispiel ist eine Oberfläche dargestellt, die mithilfe der IDW-Interpolation aus Punktwerten interpoliert wurde.

Die Interpolation mit "Natürliche Nachbarn" ähnelt der IDW-Interpolation. Hierbei werden jedoch die Datenpunkte zum Interpolieren der Oberflächenwerte mit einer Delauney-Triangulation (wie in einem TIN) bestimmt und gewichtet. Die Interpolation mit "Natürliche Nachbarn" funktioniert bei größeren Datasets zuverlässiger als die anderen Interpolationsmethoden.

Im folgenden Beispiel ist eine Oberfläche dargestellt, die mithilfe der Interpolation mit "Natürliche Nachbarn" aus Punktwerten interpoliert wurde.

Spline und Trend (Interpolationsmethoden) ermöglichen das Interpolieren optimaler Oberflächen für die Referenzpunkte. Dabei wird die polynomiale Methode bzw. die Methode der kleinsten Quadrate angewendet. Bei der Spline-Interpolation werden die Punkte einer mathematischen Oberfläche angepasst, wobei scharfe Biegungen minimiert werden. Diese Methode empfiehlt sich für Oberflächen, die sich fließend ändern, beispielsweise Wasserspiegelhöhen.

Im folgenden Beispiel ist eine Oberfläche dargestellt, die mithilfe der Spline-Interpolation aus Punktwerten interpoliert wurde.

Trendoberflächen eignen sich zum Bestimmen von Mustern mit größerem Maßstab in den Daten. Die interpolierte Oberfläche verläuft nur selten durch die Referenzpunkte.

Im Folgenden finden Sie ein Beispiel einer Trendoberfläche für eine Reihe von Punkten in transparentem Grau und die mit IDW interpolierte Oberfläche für dieselben Punkte.

Density-Werkzeuge (Dichte) ermöglichen das Erstellen einer Oberfläche, mit der dargestellt wird, wie viele Elemente einer bestimmten Art pro Flächeneinheit vorhanden sind. Mithilfe von Dichteoberflächen können Sie z. B. die Verteilung einer Wildtierpopulation anhand einer Reihe von Beobachtungen oder den Grad der Urbanisierung eines Gebiets anhand der Straßendichte darstellen. Es gibt Dichtewerkzeuge für Punkt- und Linien-Features.

Im Folgenden finden Sie Beispiele für Dichteoberflächen, die aus Punkt- und Linien-Features interpoliert wurden.

Topo zu Raster ist ein spezielles Werkzeug zum Erstellen hydrologisch korrekter Raster-Oberflächen aus Vektordaten von Terrain-Komponenten (z. B. Höhenpunkte, Konturlinien, Flussläufe, Seepolygone, Senkenpunkte und Grenzpolygone eines Untersuchungsgebiets).

Im folgenden Beispiel ist eine Oberfläche dargestellt, die mit der Interpolation Topo zu Raster aus Höhenpunkten, Konturlinien, Flussläufen und Seepolygonen interpoliert wurde.

Zu den TIN-Werkzeugen zur Erstellung von Oberflächen zählen TIN erstellen und TIN bearbeiten, mit denen zunächst ein TIN für ein bestimmtes Gebiet erstellt wird, dem Vektor-Features hinzugefügt werden, und Raster zu TIN mit dem ein Raster-Oberflächenmodell in ein TIN-Oberflächenmodell konvertiert wird.

Im folgenden Beispiel ist eine TIN-Oberfläche dargestellt, die aus Punkt-, Linien- und Polygon-Features erstellt wurde. Die Terrain-Höhen werden aus gemessenen Referenzhöhen an den Stützpunkten vieler dreieckiger Flächen abgeleitet. Die Form der TIN-Oberfläche wird durch die Triangulation dieser Spot-Höhen mit Bruchkanten (blaue Flussläufe, rote Bergkämme und Neigungsbrüche) und mit dem blauen Sammelbecken-Füllpolygon gesteuert.

Geostatistische Interpolationsverfahren werden von Statistiken abgeleitet. Sie ermöglichen das Erstellen von Oberflächen aus prognostizierten Werten sowie das Interpretieren von Gewissheitsgraden bezüglich der Prognosen. Kriging ist ein fortgeschrittenes Verfahren zum Erstellen von Oberflächen. Es ist hilfreich, wenn eine räumlich korrelierte Entfernungs- oder Richtungstendenz in den Daten zu verzeichnen ist. Es wird am häufigsten in der Bodenkunde und Geologie eingesetzt. Geostatistische Geoverarbeitungswerkzeuge und ein Assistent für Geostatistiken sind in der Erweiterung Geostatistical Analyst verfügbar.

Der Geostatistical Analyst-Assistent ermöglicht das Erstellen von Oberflächen mit Kriging sowie mit den Interpolationsmethoden Cokriging, Radial Basis Function, IDW (Inverse Distance Weighted), Global Polynomial und Local Polynomial. Darüber hinaus sind Werkzeuge zum Untersuchen von Daten wie Histogramme, Q-Q-Plots für normalverteilte Daten und Trendanalysen verfügbar. Geostatistical Analyst bietet zudem Werkzeuge für die Datenvorbereitung, beispielsweise zum Erstellen von Teilmengen großer Datasets, zum Transformieren von Daten und zum Auflösen von Datentrends.

Im folgenden Beispiel ist eine Oberfläche dargestellt, die mithilfe von Kriging aus Punktwerten interpoliert wurde.

Analysieren von Oberflächen

Die Oberflächenanalyse umfasst mehrere Verarbeitungsvorgänge, u. a. das Extrahieren neuer Oberflächen aus vorhandenen Oberflächen, das Reklassifizieren von Oberflächen und das Kombinieren von Oberflächen.

Mit bestimmten Werkzeugen werden Informationen von einer Oberfläche, einer Kombination von Oberflächen oder Oberflächen und Vektordaten extrahiert bzw. abgeleitet.

Werkzeuge für die Analyse von Terrains

Einige dieser Werkzeuge wurden speziell für die Analyse von Raster-Terrain-Oberflächen entwickelt. Dazu zählen die Werkzeuge Neigung, Ausrichtung, Schummerung und Krümmung.

Im folgenden Beispiel sind die planimetrische und die perspektivische Ansicht eines Höhen-Rasters dargestellt.

Das Werkzeug Neigung berechnet die maximale Änderungsrate einer Zelle in Bezug auf ihre Nachbarn. Damit wird normalerweise die Steilheit eines Terrains angegeben.

Im folgenden Beispiel sind die planimetrische und die perspektivische Ansicht eines Neigungs-Rasters dargestellt.

Mit dem Werkzeug Ausrichtung wird die Richtung berechnet, in die die an die Neigung angepasste Ebene für die einzelnen Zellen zeigt. Die Ausrichtung einer Oberfläche beeinflusst typischerweise die Menge des einfallenden Sonnenlichts (wie auch die Neigung); in nördlichen Breiten sind Orte mit einer Ausrichtung nach Süden i. d. R. wärmer und trockener als Orte mit einer Ausrichtung nach Norden.

Im folgenden Beispiel sind die planimetrische und die perspektivische Ansicht eines Ausrichtungs-Rasters dargestellt.

Schummerung zeigt die Intensität der Beleuchtung einer Oberfläche bei einer Lichtquelle an einem bestimmten Standort auf. Damit kann modelliert werden, auf welche Teile einer Oberfläche von anderen Teilen Schatten geworfen werden.

Im folgenden Beispiel sind die planimetrische und die perspektivische Ansicht eines Schummerungs-Rasters dargestellt.

Krümmung berechnet die Neigung der Neigung (die zweite Ableitung der Oberfläche), d. h. ob ein bestimmter Teil einer Oberfläche konvex oder konkav geformt ist. Konvexe Teile von Oberflächen wie Bergrücken sind generell offen liegend, und es erfolgt ein Abfluss in andere Gebiete. Konkave Teile von Oberflächen wie Kanäle sind generell geschützter und nehmen Abflüsse aus anderen Gebieten auf. Das Werkzeug Krümmung verfügt über die zwei optionalen Varianten der Horizontal- und der Vertikalkrümmung. Mit diesen werden hauptsächlich die Auswirkungen des Terrains auf den Wasserfluss und die Erosion interpretiert. Die Vertikalkrümmung wirkt sich auf die Fließbeschleunigung und -verlangsamung aus, die wiederum Erosion und Ablagerungen beeinflussen. Die Horizontalkrümmung beeinflusst die Fließkonvergenz und -divergenz.

Im folgenden Beispiel sind die planimetrische und die perspektivische Ansicht eines Krümmungs-Rasters dargestellt.

Sichtbarkeitswerkzeuge

Mithilfe einiger Werkzeuge wird die Sichtbarkeit von Oberflächenteilen analysiert. Mit dem Werkzeug Sichtlinie wird bestimmt, ob eine Position von einer anderen aus sichtbar ist und ob die einzelnen Punkte entlang der Linie zwischen den beiden Positionen sichtbar oder nicht sichtbar sind.

Im folgenden Beispiel ist eine Analyse mit "Sichtlinie" dargestellt. Ein Beobachter am südlichen Ende der Linie kann die Teile des Terrains entlang der Linie sehen, die grün gefärbt sind, während er die rot gefärbten Teile des Terrains entlang der Linie nicht sehen kann. In diesem Fall kann der Beobachter das Feuer im Tal auf der anderen Seite des Berges nicht sehen.

Die Sichtbarkeitswerkzeuge unterstützen den Versatz. Dadurch können Sie die Höhe der Beobachterpunkte sowie die der beobachteten Punkte oder Zellen angeben.

Im folgenden Beispiel einer Sichtbarkeitsanalyse werden die Ergebnisse ohne Versatz und die mit einem Zielversatz verglichen. Für den Beobachter sichtbare Punkte entlang der Linie sind grün gefärbt, während die durch das dazwischen liegende Terrain verborgenen Punkte rot sind.

Mithilfe eines Zielversatzes können Sie ein Gebäude oder eine Rauchsäule modellieren.

Bei einem großen Zielversatz ist das Ziel sichtbar, auch wenn sich die Sichtbarkeit der Punkte im dazwischen liegenden Terrain nicht ändert.

Sie können auch dem Beobachter einen Versatz hinzufügen, um einen Turm an der Position des Beobachters zu modellieren. Wenn dem Beobachter ein Versatz hinzugefügt wird, erhöht sich generell der Anteil des von einer Position aus sichtbaren Terrains.

Mit dem Werkzeug Beobachterpunkte wird bestimmt, welche Beobachter (angegeben als Menge von Punkten) eine bestimmte Zelle einer Raster-Oberfläche sehen können. Mit dem Werkzeug Sichtfeld wird für jede Zelle einer Raster-Oberfläche und eine Reihe von Eingabepunkten (bzw. die Stützpunkte der Eingabelinien) berechnet, wie viele Beobachter die jeweils gegebene Zelle sehen können.

Im folgenden Beispiel wird eine Sichtfeldanalyse mit einem einzigen Eingabepunkt für Beobachter dargestellt. Der Beobachter weist einen Versatz auf, um die Aussicht von einem Brandschutzturm zu modellieren, der sich 50 Meter über die Terrain-Oberfläche erhebt. Zellen außerhalb des Sichtfeldes des Beobachters sind im Bild rechts schwarz eingefärbt.

In der folgenden perspektivischen Ansicht werden der Beobachterpunkt und das Terrain dargestellt.

Für den Beobachter sind Täler durch die davor liegenden Bergrücken verborgen.

Sowohl das Werkzeug Beobachterpunkte als auch das Werkzeug Sichtfeld ermöglichen Ihnen das Angeben von Beobachter- und Zielversatz. Zudem kann eine Reihe von Parametern angegeben werden, mit denen Richtung und Entfernung für die Sicht der einzelnen Beobachter begrenzt werden können.

Volumenwerkzeuge

Mithilfe einiger Werkzeuge können Volumen aus Oberflächeninformationen berechnet werden. Mit diesen Werkzeugen wird die Differenz der Volumen zwischen einer Raster- bzw. TIN-Oberfläche und einer anderen Oberfläche berechnet. Je nach verwendetem Werkzeug kann die andere Oberfläche als horizontale Ebene mit einer bestimmten Höhe oder als zweite Raster- bzw. TIN-Oberfläche angegeben werden.

Im folgenden Beispiel einer Terrain-Oberfläche wird der typische Füllpegel eines Stausees dargestellt. Mithilfe der Volumenwerkzeuge können Sie das Volumen für den weiteren Wasserzufluss berechnen, wenn die Aufnahmefähigkeit des Stausees nahezu erschöpft ist.

Mit dem Werkzeug Oberflächenvolumen wird das Volumen einer Oberfläche ober- bzw. unterhalb einer horizontalen Ebene auf einem bestimmten Höhenniveau berechnet. Mit diesem Werkzeug können Sie beispielsweise das Wasservolumen in einem Abschnitt eines Flussarms bei einem bestimmten Flutpegel berechnen. Dieses Werkzeug kann auf Raster- und TIN-Oberflächen angewendet werden. Die Ausgabe des Werkzeugs ist eine Textdatei, in der die verwendeten Parameter sowie die erhaltenen Oberflächen- und Volumenwerte aufgeführt werden.

Mit dem Werkzeug Abtrag/Auftrag wird der Differenzbetrag in den einzelnen Zellen für ein Vorher-Raster und ein Nachher-Raster desselben Bereichs berechnet. Mit diesem Werkzeug können Sie das Erdvolumen berechnen, das an eine Baustelle angefahren bzw. von der Baustelle abgetragen werden muss, um eine Oberfläche umzuformen. Dieses Werkzeug wird auf zwei Raster angewendet, und die Ergebnisse werden in einem Raster mit der Differenz der beiden Layer dargestellt.

Das Werkzeug TIN Difference ähnelt dem Werkzeug "Abtrag/Auftrag", es wird jedoch auf ein Paar von Eingabe-TIN-Oberflächen angewendet. Mit diesem Werkzeug wird eine Polygon-Feature-Class erstellt, in der jedem Polygon Attribute zugewiesen werden, die angeben, ob das zweite TIN über oder unter dem ersten TIN liegt bzw. mit diesem übereinstimmt. Zudem wird die Volumendifferenz zwischen den TINs im jeweiligen Polygon angegeben.

Das Werkzeug TIN-Polygon-Volumen berechnet die Volumendifferenz und die Oberfläche der einzelnen Polygone in einer Feature-Class in Bezug auf eine TIN-Oberfläche. Jedes Polygon in der Feature-Class stellt eine horizontale Fläche mit einer Höhe dar, die in einem Höhenfeld angegeben ist. Das Volumen oberhalb bzw. unterhalb dieser ebenen Fläche in Bezug auf die TIN-Oberfläche wird einem Volumenfeld in der Feature-Class hinzugefügt, und die Oberfläche des Polygons wird einem Oberflächenfeld hinzugefügt.

Reklassifizierungswerkzeuge

Eine Möglichkeit zum Konvertieren von Oberflächendaten in besser analysierbare Informationen besteht im Reklassifizieren der Oberfläche. Beim Reklassifizieren einer Oberfläche wird ein Bereich von Werten einem einzigen Wert gleichgesetzt. Sie können eine Oberfläche so reklassifizieren, dass Bereichen mit Zellen oberhalb eines bestimmten Wertes oder zwischen zwei kritischen Werten ein Code zugewiesen wird, während anderen Bereichen ein anderer Code zugewiesen wird. Sie können mit dem Werkzeug Reklassifizieren (oder Ausschneiden) auch eine Oberfläche in eine bestimmte Anzahl von Klassen unterteilen, um Detaildaten zusammenzufassen und zu generalisieren. Das Ziel der Reklassifizierung von Oberflächen besteht häufig darin, die Anzahl der Ausgabekategorien für Overlay-Analysen zu verringern.

Im folgenden Beispiel wird ein Höhen-Raster in mehrere Klassen unterteilt (jede Klasse stellt einen Bereich von Höhenwerten dar) und in zwei Klassen reklassifiziert (oberhalb und unterhalb einer bestimmten Höhe).

Im folgenden Beispiel wurde ein Ausrichtungs-Raster in zwei Klassen reklassifiziert. Neigungen mit einer Ausrichtung nach Süden und Südwesten weisen einen Wert von 1 (hell) und Neigungen mit anderen Ausrichtungen weisen einen Wert von 0 (dunkel) auf.

Entfernungswerkzeuge

Mit einigen Entfernungswerkzeugen können Raster erstellt werden, die die Entfernung der einzelnen Zellen von einer Reihe von Positionen anzeigen.

Die Werkzeuge umfassen die kürzeste direkte Entfernung zu einer Reihe von Quell-Features sowie die Richtung des nächstgelegenen Features. Das Werkzeug Euclidean Allocation erstellt Zonen einer Oberfläche, die dem nächstgelegenen Feature zugeordnet werden.

Mit den Werkzeugen Cost Distance, Cost Path, Cost Back Link und Cost Allocation wird der kürzeste (kostengünstigste) Pfad von der Quelle zum Ziel bestimmt, wobei ein Raster berücksichtigt wird, in dem die Kosten zum Durchqueren der Oberfläche quantifiziert werden. Das Kosten-Raster kann die Kosten nach Schwierigkeitsgrad, Energie, Zeit oder finanziellen Ausgaben widerspiegeln oder auch ohne Einheiten mehrere Faktoren darstellen, die die Reisekosten oder den Fluss über eine Oberfläche beeinflussen. Mit dem Toolset Pfad können Sie im Wesentlichen dieselben Funktionen wie mit dem Toolset "Kosten" ausführen. Hier werden jedoch die zusätzlichen Faktoren der Oberflächenentfernung und des vertikalen Wegeschwierigkeitsgrads (die Kosten) berücksichtigt, d. h. die Tatsache, dass die Länge einer bestimmten Linie in hügeligem Terrain länger ist als dieselbe Linie bei einer vollkommen ebenen Oberfläche, sowie die Tatsache, dass der Weg entlang einer Neigung eventuell leichter zu bewältigen ist als der Auf- bzw. Abstieg über die Neigung.

Weitere Informationen zu den Entfernungswerkzeugen finden Sie unter Nachbarschaftsanalyse.

Overlay-Werkzeuge

Raster-Overlay-Werkzeuge kombinieren zwei oder mehr Raster unter Verwendung von logischen, arithmetischen oder gewichtenden Kombinierungsverfahren. Mit den Werkzeugen Weighted Overlay und Weighted Sum können Sie mehrere Raster mit variierender Bedeutung miteinander kombinieren. Dies ist hilfreich bei Standorteignungsanalysen, wenn mehrere Faktoren die Eignung beeinflussen, einigen der Faktoren jedoch eine größere Bedeutung als anderen zukommt.

Mit einigen Werkzeugen können algebraische oder logische Operationen für Oberflächen ausgeführt werden. Die Nachbarschaftsfunktionen von Spatial Analyst, (z. B. die Block- und Focal-Funktionen) berechnen Werte für die Zellen eines Ausgabe-Rasters auf der Grundlage der Werte der umgebenden Zellen. Diese ermöglichen das Entfernen des Rauschens oder das Verstärken von Kantenkontrasten, oder es kann ein Resampling von Rastern mit einer geringeren Auflösung durchgeführt werden. Lokale Funktionen ermöglichen das Kombinieren, Vergleichen und Zusammenfassen verschiedener Raster auf Zellenbasis. Zonale Funktionen ermöglichen das Berechnen von Funktionen bzw. Statistiken für die einzelnen Zellen anhand des Wertes für alle Zellen, die zu derselben Zone gehören.

Extrahieren von Informationen aus Oberflächen

Mit einigen Werkzeugen können Vektor-Features aus Oberflächen extrahiert oder tabellarische Zusammenfassungen oder kleinere Raster-Stichproben von Oberflächen erstellt werden.

Sampling von Rastern

Mit dem Werkzeug Sample wird eine Tabelle erstellt, in der die Werte eines bzw. mehrerer Raster an einer Reihe von Referenzpunkten aufgeführt werden. Die Punkte können in einer Point-Feature-Class oder den Zellen in einem Raster liegen, die andere Werte als "NoData" aufweisen. Mit diesem Werkzeug können Sie Informationen zu den Ereignissen an einer Reihe von Punkten abrufen, beispielsweise Vogelnistplätze, Terrain-Punkte, Entfernung zu Wasserstellen und Raster für Waldarten.

Im folgenden Beispiel ist ein Geologie-Raster dargestellt, für das ein Sampling an einer Reihe von Punkten ausgeführt wurde. Als Ergebnis wird eine Tabelle ausgegeben.

Die Ausgabe-Tabelle kann separat analysiert oder mit den Referenzpunkt-Features zusammengeführt werden.

Im folgenden Beispiel ist die Sampling-Ergebnistabelle dargestellt, die wieder mit den ursprünglichen Referenzpunkten verknüpft wurde.

Mit dem Werkzeug Extrahieren wird ein neues Raster mit einer Kopie der Zellen in einem Maskierungsbereich erstellt. Mit dem Werkzeug Extract By Mask können Sie die Raster-Daten mithilfe einer Polygon-Feature-Class extrahieren.

Mit dem Werkzeug Extract Values To Points wird eine neue Feature-Class von Punkten mit den Werten eines einzigen Rasters für eine Reihe von Eingabe-Punkt-Features erstellt. Mit dem Werkzeug Extract By Attributes werden Zellen eines Rasters auf der Grundlage einer logischen Abfrage ausgewählt. Extract By Polygon und Extract By Rectangle nehmen Listen von Koordinatenwerten an, die eine Fläche definieren. Sie geben ein Raster aus, das sich entweder innerhalb oder außerhalb des Polygons befindet. Extract By Circle nimmt die Mittelpunktkoordinaten und den Radius eines Zirkels an und gibt ein Raster aus, das sich entweder innerhalb oder außerhalb des Kreises befindet. Extract By Points nimmt eine Liste von Koordinatenwerten an, die eine Reihe von Punkten definieren, und gibt ein Raster der Zellenwerte an diesen Punkten (oder außerhalb dieser Punkte) aus. In allen Fällen wird den Zellen aus dem ursprünglichen Raster, die nicht im Extrahierungsbereich liegen, der Wert "NoData" zugewiesen. Das 3D Analyst-Werkzeug Oberflächen-Spot extrahiert Höhenwerte aus einer Oberfläche für eine Reihe von Punkt-Features und fügt diese einem Spot-Attribut der Punkte hinzu.

Extrahieren von Informationen aus einem TIN

In TINs sind Neigungs- und Ausrichtungsinformationen als Attribute der TIN-Facetten gespeichert. Anstatt Neigung und Ausrichtung für TIN-Oberflächen abzuleiten (wie bei Raster-Terrain-Modellen, in denen lediglich die Höhenwerte gespeichert sind), müssen Sie diese Informationen lediglich aus den Facetten in eine Reihe von Polygonen extrahieren. TIN-Ausrichtung und TIN-Neigung extrahieren Ausrichtungs- und Neigungsdaten aus einem TIN und fügen diese Informationen einer Polygon-Feature-Class als Attribute hinzu.

Im folgenden Beispiel werden ein TIN-Höhenmodell und die darin enthaltenen Höheninformationen dargestellt:

Im folgenden Beispiel werden ein TIN-Höhenmodell und die darin enthaltenen Neigungsinformationen dargestellt:

Extrahieren von Konturlinien

Mit dem Werkzeug Konturlinien werden Linien mit konstantem Wert (Isolinien) aus einer Raster-Oberfläche extrahiert. Mit dem Werkzeug TIN-Konturlinien wird eine Line-Feature-Class von Konturlinien aus einer TIN-Oberfläche extrahiert.

Im folgenden Beispiel werden ein Höhenmodell und die daraus extrahierten Konturlinien dargestellt.

Werkzeuge für zonale Statistiken ermöglichen das Erstellen von Tabellen mit Summenstatistiken für ein bestimmtes Raster. Diesen liegen Zonen zugrunde, die durch ein anderes Raster oder eine Polygon-Feature-Class definiert werden. Mit den Werkzeugen kann jedoch auch ein neues Raster erstellt werden, das den Zonen mit einer bestimmten Summenstatistik als Attribut entspricht.

Hydrologiewerkzeuge

Hydrologiewerkzeuge leiten Informationen zu Wassereinzugsgebieten und Flüssen aus Terrain-Rastern ab. Diese Informationen können in Vektor-Features konvertiert werden. Für den Prozess sind mehrere Werkzeuge erforderlich, die Informationen aus der Terrain-Oberfläche ableiten. Das Ergebnis sind Wassereinzugsgebiet- und Fluss-Raster, die in Vektor-Features konvertiert werden können. Das Werkzeug Flow Direction nimmt eine Terrain-Oberfläche an und bestimmt die Abwärtsneigungsrichtung für die einzelnen Zellen. Das Werkzeug Basin bestimmt anhand der Ergebnisse des Werkzeugs "Flow Direction" die Wassereinzugsgebiete, die sich aus den verbundenen Zellen zusammensetzen, die an denselben Ort abfließen. Mit dem Werkzeug Flow Accumulation wird bestimmt, auf welche Menge sich der Oberflächenfluss in den einzelnen Zellen beläuft. Zellen mit einem hohen Akkumulationswert sind i. d. R. Flüsse oder Flussarme. Darüber hinaus werden lokale topographische Höhen (Gebiete mit einer Abflussakkumulation von Null) bestimmt, beispielsweise Berggipfel und Bergkämme.

Im folgenden Beispiel ist ein Höhenmodell dargestellt:

Im folgenden Beispiel ist eine Fließrichtungsoberfläche dargestellt, die aus dem Höhenmodell abgeleitet wurde:

Im folgenden Beispiel sind Wassereinzugsgebiete dargestellt, die aus der Fließrichtungsoberfläche abgeleitet wurden:

Im folgenden Beispiel ist eine Abflussakkumulationsoberfläche dargestellt, die aus der Fließrichtungsoberfläche abgeleitet wurde:

Die Abflussakkumulationsoberfläche kann mit einer konditionalen Aussage von "Map Algebra" verarbeitet werden. Beispiel:

con (flowacc > 100, 1)

Es werden nur die Zellen mit hohen Abflussakkumulationswerten (in diesem Fall mit Werten größer als 100) in einem Fluss-Raster erfasst.

Im folgenden Beispiel ist ein Fluss-Raster dargestellt, das aus der Flussakkumulationsoberfläche abgeleitet wurde:

Mit dem Werkzeug Stream To Feature werden auf Vektoren basierende Wasserlauf-Features aus einem Fluss-Raster und einer Fließrichtungsoberfläche erstellt.