Übung 3: Visualisieren der Bodenschadstoffbelastung und Schilddrüsenkrebsraten

Komplexität: Einsteiger Erforderliche Daten: Mit Software installiert Datenpfad: See Kopieren der Lernprogrammdaten Ziel: Verwenden von ArcScene und Geoverarbeitungswerkzeugen, um zwei aus Punktdaten erstellte Oberflächen zu vergleichen

1986 hat sich nach dem katastrophalen Unfall im Atomkraftwerk von Tschernobyl in der Ukraine eine große Menge an radioaktivem Staub auf Weißrussland niedergeschlagen. Seitdem untersuchen Wissenschaftler die Nachwirkungen des Unfalls. Ein Werkzeug zum Untersuchen der Daten ist die 3D-Visualisierung. In dieser Übung erstellen Sie zwei Oberflächen aus Punktdaten, die in Weißrussland gesammelt wurden. Ein Satz von Punkten enthält Bodenmessungen mit CS137-Konzentrationen. CS137 ist eines mehrerer radioaktiver Isotope, die durch den Unfall freigesetzt wurden. Der andere Satz von Punkten zeigt die Schilddrüsenkrebsraten nach Gebiet an, wobei die Referenzpunkte in der Nähe der Gebietsmittelpunkte liegen.

Die CS137-Schadstoffbelastung und Schilddrüsenkrebsdaten wurden mit freundlicher Genehmigung von der International Sakharov Environmental University bereitgestellt.

Anzeigen der Punktdaten

Zuerst öffnen Sie die Tschernobyl-Szene und zeigen die Punktdaten an.

Schritte:
  1. Klicken Sie zum Starten von ArcScene auf Start > Alle Programme > ArcGIS > ArcScene 10.
  2. Klicken Sie im Dialogfeld "ArcScene - Erste Schritte" auf Vorhandene Szenen --> Nach weiteren durchsuchen.
    3. Wenn ArcScene bereits von der vorherigen Übung geöffnet ist, klicken einfach auf Datei und dann auf Öffnen.
    Öffnen des Szenendokuments für Übung 3
  3. Navigieren Sie zu "Exercise3", und klicken Sie auf das ArcScene-Dokument "Chernobyl".
    4. Öffnen von Chernobyl.sxd
  4. Klicken Sie auf Öffnen.

    Die CS137-Bodenmessungen werden mit kleinen Punktsymbolen und mithilfe eines abgestuften Farbverlaufs angezeigt, der die Intensität der Schadstoffbelastung anzeigt. Die Schilddrüsenkrebsraten der Gebiete werden mit größeren Symbolen und einem anderen Farbverlauf angezeigt.

Erstellen von 3D-Punkt-Features

Die CS137-Bodenproben werden als 2D-Punkte mit verschiedenen Attributen dargestellt. Sie können 2D-Punkte in 3D anzeigen, indem Sie einen Extrusionsausdruck oder eine Basishöhe festlegen. Sie können auch einen Z-Wert in die Geometrie eines Features integrieren, um es direkt in 3D anzuzeigen, ohne eine Basishöhe von der Oberfläche oder einem Attribut festzulegen.

Für diese Übung werden 3D Analyst-Geoverarbeitungswerkzeuge benötigt. Stellen Sie deshalb sicher, dass die Erweiterung "3D Analyst" aktiviert ist, damit Sie auf alle verfügbaren Werkzeuge zugreifen können. Im Zuge der Übung werden Sie mithilfe des Suchfensters nach bestimmte Werkzeugen suchen, indem Sie deren Namen oder ein Funktionsschlüsselwort eingeben.

Schritte:
  1. Bewegen Sie den Zeiger auf der rechten Seite des ArcScene-Fensters über die Registerkarte Suchen oder klicken Sie auf die Registerkarte Suchen, um das Suchfenster anzuzeigen.
  2. Klicken Sie auf Werkzeuge, um den Suchfilter im Fenster Suchen einzustellen.
  3. Klicken Sie in das Kombinationsfeld "Suchen", geben Sie Feature in 3D nach Attribut ein, und drücken Sie entweder die EINGABETASTE oder klicken Sie auf das Werkzeug "Suchen" Suchen ausgewählt werden.
    4. Suchen von Geoverarbeitungswerkzeugen mithilfe des Suchfensters
    Die Suche gibt genaue und relative Schlüsselwörter für Werkzeuge zurück. Das Hammersymbol links neben den Suchergebnissen gibt an, ob das Element ein Werkzeug ist.
    Erstellen Sie nun mithilfe der Suchergebnisse 3D-Punkt-Features aus den Punkten für die CS137-Bodenproben.
  4. Klicken Sie in den Suchergebnissen auf Feature zu 3D nach Attribut.
  5. Klicken Sie im Werkzeugdialogfeld auf die Dropdown-Liste Eingabe-Features und dann auf "Subsample_1994_CS137".
    6. Das Dialogfeld des Geoverarbeitungswerkzeugs "Feature zu 3D nach Attribut"
  6. Klicken auf Durchsuchen Durchsuchen und legen Sie die Position der Ausgabe-Feature-Class auf die Geodatabase "3D_Default" für die 3D Analyst-Lernprogrammdaten fest. Geben Sie für das Ausgabe-Feature dann den Namen CS137_3D ein.
  7. Klicken Sie auf den Dropdown-Pfeil Höhenfeld und dann auf "CS137_CI_K".
  8. Klicken Sie auf OK.
    9. Sie sehen eine Statusanzeige am unteren Rand des Dokuments, die den Namen des gerade ausführenden Werkzeugs anzeigt. Sobald das Werkzeug die Ausführung beendet hat, wird eine Popup-Benachrichtigung in der Taskleiste angezeigt. Dies wird als "Hintergrundgeoverarbeitung" bezeichnet , die standardmäßig dann ausgeführt wird, wenn die Software installiert ist und geöffnet wird. Um die Hintergrundgeoverarbeitung zu deaktivieren, verwenden Sie das Dialogfeld Geoverarbeitungsoptionen im Hauptmenü Geoverarbeitung in ArcScene.

Die Features werden in 3D-Punkt-Features konvertiert, scheinen aber noch immer auf einer flachen Ebene zu liegen, da die CS137-Konzentrationswerte zwischen 0 und 208,68 liegen, was im Verhältnis zur horizontalen Ausdehnung der Daten relativ kleine Werte sind.

Erhöhen der vertikalen Überhöhung

Sie werden nun die Szene überhöhen, um die neuen Punkte mit ihrer in der Feature-Geometrie eingebetteten Höhe anzuzeigen.

Schritte:
  1. Klicken Sie auf Ansicht und dann auf Szeneneigenschaften.
    2. Zugreifen auf Szeneneigenschaften wie vertikale Überhöhung und Hintergrundfarbe
  2. Klicken Sie auf die Registerkarte Allgemein.
  3. Klicken Sie auf Berechnen aus Ausdehnung.
    4. Das Dialogfeld "Szeneneigenschaften"
  4. Klicken Sie auf OK.
  5. Klicken Sie auf Volle Ausdehnung Volle Ausdehnung hinzugefügt werden.
    6. Nun werden die neuen 3D-Punkte in der Szene angezeigt, und Sie können den ursprünglichen CS137-Referenzpunkt-Layer deaktivieren.
  6. Deaktivieren Sie das Feld im Inhaltsverzeichnis neben Subsample_1994_CS137, und klicken Sie auf das Minuszeichen neben dem Feld, um die Klassifizierung auszublenden.
    7. Deaktivieren der Layer-Sichtbarkeit und Minimieren der Symbologieklassifizierung im Inhaltsverzeichnis

Extrudieren von Spalten

Punkte im 3D-Raum anzuzeigen ist eine Möglichkeit, Daten zu untersuchen. Eine andere Methode ist das Extrudieren der Punkte in Spalten. Sie werden nun die Schilddrüsenkrebspunkte in Spalten extrudieren, um sie mit den Schadstoffbelastungsdaten zu vergleichen.

Schritte:
  1. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf ThyroidCancerRates, und wählen Sie Eigenschaften aus.
    2. Layer-Eigenschaften für "ThyroidCancerRates"
  2. Klicken Sie auf die Registerkarte Extrusion.
  3. Aktivieren Sie Features im Layer extrudieren, und klicken Sie auf die Schaltfläche Extrusionsausdruck berechnen.
    4. Extrudieren der Punkte, die sich um die kontaminierten Bereiche angesammelt haben
  4. Klicken Sie auf "INCID1000" (die Rate der Fälle pro 1.000 Personen).
    5. Da die Z-Werte der Phänomene, die Sie vergleichen, unterschiedliche Bereiche haben, multiplizieren Sie die Krebsrate mit 100, um die Werte in einen Bereich ähnlich dem der CS137-Messungen zu bringen.
  5. Geben Sie *100 ein.
    6. Extrusionsausdruck auf Grundlage der Felder im Layer
  6. Klicken Sie im Dialogfeld Ausdruck-Generator auf OK.
  7. Klicken Sie im Dialogfeld Layer-Eigenschaften auf OK.
    8. Jetzt werden die Gebietsschwerpunkte mit Spalten proportional zu den Schilddrüsenkrebsraten angezeigt. Wenn Sie in der Szene navigieren, sehen Sie, dass die Flächen mit den höchsten Kontaminationsgraden tendenziell auch hohe Schilddrüsenkrebsraten aufweisen. Gleichzeitig gibt es auch Flächen mit niedrigeren CS137-Kontaminationsgraden mit ebenfalls hohen Krebsraten.

Erstellen einer Oberfläche aus Referenzpunktdaten

Sie kennen die Bodenkonzentrationen von CS137 an den Referenzpunktpositionen, aber Sie kennen sie nicht an den Positionen zwischen den Referenzpunkten. Eine Möglichkeit, die Informationen für die Positionen zwischen den Referenzpunkten abzuleiten, ist, aus den Punktdaten eine Raster-Oberfläche zu interpolieren. Es gibt viele Möglichkeiten, solche Oberflächen zu interpolieren, die je unterschiedliche Modelle von unterschiedlicher Genauigkeit ergeben. In dieser Übung interpolieren Sie eine Oberfläche aus den Beispielen mithilfe der Interpolationsmethode "Inverse Distance Weighted (IDW)". Die IDW-Interpolation berechnet einen Wert für jede Zelle im Ausgabe-Raster aus den Werten der Datenpunkte, wobei näheren Punkten mehr Gewicht und entfernten Punkten weniger Gewicht gegeben wird.

Schritte:
  1. Klicken Sie auf die Registerkarte Katalog, um das Fenster Katalog zu erweitern.
  2. Scrollen Sie zu Toolboxes.
    3. Dies ist eine andere Möglichkeit, um Werkzeuge zu finden, und ist eine Alternative zum Fenster Suchen. Das Fenster Katalog enthält auch alle Toolboxes.
  3. Erweitern Sie Toolboxes, klicken Sie auf System Toolboxes, und erweitern Sie dann die Toolbox 3D Analyst Tools.
  4. Navigieren Sie zum Toolset Raster-Interpolation, und doppelklicken Sie auf das Geoverarbeitungswerkzeug IDW, das im unteren Fenster angezeigt wird.
    5. Verwenden des Fensters "Katalog" zum Suchen von Werkzeugen
  5. Klicken Sie in die Dropdown-Liste Eingabe-Punkt-Features und dann auf "Subsample_1994_CS137".
  6. Klicken Sie auf den Dropdown-Pfeil Z-Wertefeld und dann auf "CS137_CI_K".
    7. Das Dialogfeld des Geoverarbeitungswerkzeugs "Inverse Distance Weighted (IDW)"
  7. Überprüfen Sie zunächst, ob die Position der Ausgabe-Raster auf die Standard-Geodatabase (3D_Default.gdb) festgelegt ist, und ändern Sie dann den Ausgabe-Raster-Namen in "CS137_IDW".
    8. Klicken Sie andernfalls auf die Schaltfläche Durchsuchen, Durchsuchen um die Ausgabe-Raster-Position festzulegen, und klicken Sie dann auf Speichern.
  8. Klicken Sie in das Feld Ausgabe-Zellengröße, und erhöhen Sie den Wert auf 5000.
  9. Klicken Sie auf OK.

    ArcScene interpoliert die Oberfläche und fügt sie der Szene hinzu.

Anzeigen der interpolierten Oberfläche

Die Szene wurde der Oberfläche hinzugefügt und Sie können nun sehen, dass es zwei Flächen mit sehr hohen Konzentrationen von CS137 gibt. Sie werden die Oberfläche perspektivisch und mit einem neuen Farbverlauf anzeigen, um ihr Shape besser zu sehen.

Schritte:
  1. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf "CS137_IDW" und dann auf Eigenschaften.
    2. Verwenden eines Layer-Kontextmenüs oder Ausführen eines Doppelklicks, um die Layer-Eigenschaften zu öffnen
  2. Klicken Sie auf die Registerkarte Symbologie, und wählen Sie in der Kategorie Darstellung Gestreckt aus.
  3. Klicken Sie auf den Dropdown-Pfeil Farbverlauf und dann auf einen neuen Farbverlauf.
    4. Auswählen eines neuen Farbverlaufs, um die Konzentrationsänderungen in der Oberfläche besser anzuzeigen
  4. Klicken Sie auf die Registerkarte Basishöhen.
  5. Klicken Sie auf Unverankert auf einer benutzerdefinierten Oberfläche.
    6. Bestätigen Sie, dass die IDW-Oberfläche als benutzerdefinierte Oberfläche aufgeführt ist.
    Festlegen der Basishöhen für die Oberfläche
  6. Klicken Sie auf OK.
  7. Deaktivieren Sie "CS137_3D" im Inhaltsverzeichnis.
    8. Umschalten der Sichtbarkeit von Daten, die in einer Ansicht nicht länger angezeigt werden müssen

Jetzt können Sie die interpolierte Oberfläche der CS137-Schadstoffbelastung zusammen mit den Daten zur Schilddrüsenkrebsrate sehen.

Die Schilddrüsenkrebsraten entsprechen den Flächen höchster Schadstoffbelastung

Wählen Sie als nächstes die Provinzzentren mit den höchsten Schilddrüsenkrebsraten aus.

Auswählen von Features nach Attributen

Manchmal ist es wichtig, sich auf einen bestimmten Datensatz oder auf bestimmte Features zu konzentrieren. Sie können Features in einer Szene nach ihrer Position oder ihren Attributen auswählen, oder mithilfe des Werkzeugs Features selektieren Features selektieren ausgewählt werden. Sie werden die Provinzzentren nach Attribut auswählen, um die Positionen mit den höchsten Raten zu finden.

Schritte:
  1. Klicken Sie auf Auswahl und dann auf Nach Attributen auswählen.
    2. Auswählen von Features durch Definieren eines Ausdruckes entgegen ihrer Attribute
  2. Klicken Sie auf den Dropdown-Pfeil Layer und dann auf ThyroidCancerRates.
  3. Doppelklicken Sie in der Felder-Liste auf INCID1000.
    4. Definieren der Kriterien für die Auswahl nach Attributen
  4. Klicken Sie auf die Schaltfläche >= .
  5. Geben Sie 0,5 ein.
  6. Klicken Sie auf Überprüfen, um den Auswahlausdruck zu prüfen, den Sie erstellt haben.
  7. Klicken Sie auf Übernehmen.
  8. Klicken Sie auf Schließen.
    9. Hervorhebung der Features nach Ausführung der Abfrage zum Auswählen nach Attributen
    Es werden nun die Provinzzentren mit Schilddrüsenkrebsraten von mehr als 0,5 Fällen pro 1.000 in der Szene ausgewählt. Sie werden hellblau gezeichnet, um anzuzeigen, dass sie ausgewählt wurden.

Anzeigen der Attribute von Features

Sie werden nun Attribute der ausgewählten Positionen überprüfen und herausfinden, wie vielen Fälle von Schilddrüsenkrebs in diesen Gebieten auftraten.

Schritte:
  1. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf "ThyroidCancerRates" und dann auf Attributtabelle öffnen.
    2. Öffnen der Attributtabelle
    Das Fenster Tabelle der Layer-Attribute wird in der Ansicht angezeigt.
    Das Fenster "Tabelle" kann an der 3D-Ansicht verankert werden
  2. Klicken Sie auf die Titelleiste des Fensters Tabelle, und ziehen Sie es von seiner aktuellen Position zum Mittelpunkt der 3D-Ansicht.
    3. Das Rhombussymbol wird angezeigt und zeigt zu den vier Kanten der 3D-Ansicht, an denen Sie das Tabellenfenster optional verankern können.
  3. Bewegen Sie den Zeiger zum untersten Führungspfeil, bis er sich verdunkelt und so die ausgewählte Verankerungsposition anzeigt.
    4. Ein schattierter Umriss des Fensters wird in der festgelegten Fläche angezeigt.
    Verankern eines Fensters mit Führungspfeilen an der Benutzeroberfläche
  4. Lassen Sie die Maustaste los, um das Fenster Tabelle im unteren Bereich der 3D-Ansicht zu verankern.
    5. Verankern Sie das Tabellenfenster im unteren Bereich der 3D-Ansicht.
    Sie können auch andere Pfeilpositionen mit dem Rhombussymbol ausprobieren und testen, welche Position Ihnen am geeignetsten erscheint. Für diese Übung haben wir das Fenster Tabelle am unteren Rand der Ansicht verankert.
  5. Klicken Sie im Fenster Tabelle auf Ausgewählte Selektierte Datensätze anzeigen hinzugefügt werden.
    6. Anzeigen der ausgewählten Features
    In der Tabelle werden jetzt nur die Features angezeigt, die Sie ausgewählt haben.
  6. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf CASES und dann auf Aufsteigend sortieren.
    7. Sortieren der ausgewählten Felder
    Die ausgewählten Provinzzentren werden nach der Anzahl der Fälle sortiert.
  7. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf CASES und dann auf Statistik.
    8. Anzeigen der Statistik zu den ausgewählten Fällen
    Die Gesamtzahl der Fälle in der ausgewählten Gruppe von 11 Provinzzentren ist 176.
  8. Schließen Sie das Dialogfeld Auswahlstatistik.
    9. Schließen Sie das Fenster "Auswahlstatistik".
  9. Klicken Sie auf die Schaltfläche Navigieren Navigieren und klicken Sie dann auf die Szene.
    10. In der Werkzeugleiste "Werkzeuge" wird die Schaltfläche "Navigieren" hervorgehoben. Sie können weiterhin mit geöffneter Attributtabelle in der 3D-Ansicht arbeiten.
    Sie können in ArcScene arbeiten, während die Attributtabelle geöffnet ist.
  10. Klicken Sie auf die Schaltfläche Speichern Speichern hinzugefügt werden.

In dieser Übung haben Sie 3D-Features erstellt, Punkt-Features extrudiert und eine Raster-Oberfläche aus einem Satz von Datenpunkten interpoliert. Sie haben die extrudierten Vektordaten mit den Oberflächendaten verglichen und die Attribute der Vektordaten untersucht.


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7/10/2012