Was ist Geoverarbeitung?

Alle Benutzer von ArcGIS können sich mit der Geoverarbeitung befassen. Gleichgültig, ob Sie ein unerfahrener oder fortgeschrittener Benutzer sind, ist die Geoverarbeitung wahrscheinlich ein wesentlicher Teil Ihrer täglichen Arbeit mit ArcGIS. Das primäre Ziel der Geoverarbeitung besteht darin, Werkzeuge und eine Umgebung zur Analyse und Verwaltung Ihrer geographischen Daten bereitzustellen. Mithilfe der von der Geoverarbeitung bereitgestellten Funktionen für die Modellierung und Analyse stellt ArcGIS ein vollständiges geographisches Informationssystem dar.

Die Geoverarbeitung bietet eine große Auswahl an Werkzeugen zum Ausführen von GIS-Tasks, die von einfachen Puffern und Polygon-Overlays bis zur komplexen Regressionsanalyse und Bildklassifizierung reichen. Das Wesen der zu automatisierenden Tasks kann durchaus banal sein. Beispielsweise können Sie die Konvertierung großer Datenmengen in andere Formate automatisieren. Es kann sich aber auch um recht kreative Tasks handeln, bei denen Sie mit einer Abfolge von Vorgängen komplexe räumliche Beziehungen modellieren und analysieren, z. B. das Berechnen optimaler Pfade durch ein Verkehrsnetz, das Vorhersagen der Ausbreitung von Waldbränden, das Analysieren und Bestimmen von Mustern bezüglich der Schauplätze von Verbrechen, das Prognostizieren erdrutschgefährdeter Gebiete oder möglicher Überschwemmungen nach schweren Unwettern.

Die Geoverarbeitung basiert auf verschiedenen Datentransformations-Vorgängen. Ein typisches Geoverarbeitungswerkzeug führt eine Operation für ein ArcGIS-Dataset (wie eine Feature-Class, ein Raster oder eine Tabelle) aus und gibt als Ergebnis der Ausführung ein neues Dataset aus. Jedes Geoverarbeitungswerkzeug übernimmt eine kleine, aber wichtige Aufgabe im Zusammenhang mit geographischen Daten.

Die Geoverarbeitung ermöglicht Ihnen das Verketten von Werkzeugen, wobei die Ausgabe eines Werkzeugs an das darauf folgende Werkzeug übergeben wird (wie unten in den Beispielen veranschaulicht). Damit können Sie ohne Einschränkungen Geoverarbeitungsmodelle (Abfolgen von Werkzeugen) erstellen, mit denen Sie Ihre Arbeit automatisieren und komplexe Probleme beheben können. Sie können Ihre Arbeit für andere Benutzer freigeben, indem Sie den Workflow in ein Geoverarbeitungspaket packen, das auf einfache Weise freigegeben wird. Sie können aus Ihren Geoverarbeitungs-Workflows auch Web-Services erstellen.

Automatisieren von Datenmanagement-Tasks: Projizieren und Ausschneiden

Im folgenden Beispielworkflow werden zwei Geoverarbeitungswerkzeuge verwendet: Projizieren und Ausschneiden. Dies ist nur ein Beispiel für die unendliche Zahl von Tasks, die Sie mithilfe der Geoverarbeitung automatisieren können.

Angenommen, Sie haben 20 Shapefiles von einem Kollegen erhalten, und diese befinden sich in anderen Kartenprojektionen und enthalten viele Features, die außerhalb Ihres Untersuchungsgebiets liegen. Ihr Task besteht darin, die Kartenprojektionen der zwanzig einzelnen Datasets zu ändern, die außerhalb liegenden Features zu entfernen (die Datasets "auszuschneiden") und alle Daten anschließend in eine File-Geodatabase zu übertragen.

Dieser Task kann am einfachsten mithilfe der Geoverarbeitung ausgeführt werden. Zunächst führen Sie das Geoverarbeitungswerkzeug Projizieren aus, mit dem eine neue Projektion auf eine Eingabe-Feature-Class angewendet und eine neue Ausgabe-Feature-Class erstellt wird. In der folgenden Abbildung wird das Dialogfeld des Werkzeugs "Projizieren" dargestellt. Die Eingabe-Features werden oben links und die projizierten Features oben rechts abgebildet. Das projizierte Koordinatensystem ist eine flächentreue Albers-Kegelprojektion.

Der zweite Schritt besteht im Ausführen des Geoverarbeitungswerkzeugs Ausschneiden, mit dem die Daten ausgeschnitten werden, die außerhalb des Untersuchungsgebiets liegen. Das Werkzeug Ausschneiden nimmt zwei Eingaben an, eine Feature-Class eines beliebigen Typs (Point, Polyline, Polygon) und eine Polygon-Feature-Class (die Clip-Feature-Class), und erstellt eine neue Feature-Class aus den Features, die innerhalb der Clip-Polygone liegen.

Die Werkzeuge Projizieren und Ausschneiden können im Stapelverarbeitungsmodus ausgeführt werden. Dadurch können Sie die Liste mit den zwanzig Feature-Classes eingeben, und die Werkzeuge werden automatisch für jede einzelne Feature-Class ausgeführt. Sie können die Liste erstellen, indem Sie die Feature-Classes aus dem Fenster Katalog ziehen und im Dialogfeld des Werkzeugs ablegen.

Sie können jedoch auch schnell ein Geoverarbeitungsmodell erstellen, in dem die Werkzeuge Projizieren und Ausschneiden miteinander verkettet werden, wobei die Ausgabe von Projizieren in die Eingabe von Ausschneiden übernommen wird und das Modell im Stapelverarbeitungsmodus verwendet. Das erstellte Modell wird zu einem neuen Werkzeug in der Geoverarbeitungsumgebung.

Modellierung und Analyse: Bestimmen geeigneter Flächen für Parks

Die räumliche Analyse ist einer der interessanten und bemerkenswerten Aspekte des GIS. Mithilfe der räumlichen Analyse können Sie Informationen aus zahlreichen unabhängigen Quellen kombinieren und einen neuen Satz an Informationen (Ergebnissen) ableiten, indem ein umfassender und erweiterter Satz an räumlichen Operatoren zum Einsatz kommt. Alle diese räumlichen Operationen sind Bestandteil der Geoverarbeitungswerkzeuge.

Im Folgenden wird beispielsweise eine komplexere Anwendung der Geoverarbeitung erläutert. In dieser wird eine vereinfachte Auswahl von Flächen für Parks ausgeführt. Dabei wird ein Dataset mit potenziellen Flächen für Parks erstellt, das später ausgewertet werden kann. Die Flächenauswahllogik schreibt vor, dass Flächen gefunden werden sollen, die nahe an dicht besiedelten Gebieten liegen, jedoch nicht in der Nähe bereits vorhandener Parks, denn die Parks müssen für viele Menschen leicht zugänglich sein, Ballungen von Parks sollen jedoch vermieden werden. Darüber hinaus wird größerer Wert darauf gelegt, dass Parks in der Nähe dicht besiedelter Gebiete liegen, weniger Wert jedoch darauf, dass ein neuer Park weiter entfernt von vorhandenen Parks liegen soll. Wie bereits erwähnt, ist dies eine recht einfache Logik, mit der lediglich potenzielle Standorte für die weitere Auswertung bestimmt werden sollen (beispielsweise in Bezug auf angemessene Landnutzung, Standortverfügbarkeit und qualitative Standortmerkmale).

In der folgenden Abbildung werden auf der Karte der potenziellen Parkflächen besser geeignete Standorte dunkelviolett dargestellt, während weniger geeignete Flächen heller dargestellt werden. Graue Fläche bezeichnen die Standorte bestehender Parks. In der Abbildung wird auch aufgezeigt, dass Bevölkerungsdichte ein stärkerer Einflussfaktor ist, d. h., er besitzt bei der Standortwahl einen größeren Einfluss (60) als Entfernung zu Parks (40). (Diese Gewichtungen sind vollkommen willkürlich.)

Im folgenden Geoverarbeitungsmodell wird die obige Logik veranschaulicht. In diesem Modell sind fünf Schritte enthalten, von denen jeder mit einem blauen Kreis gekennzeichnet ist.

• In Schritt 1 wird die Bevölkerungsdichte aus einer Eingabe-Point-Feature-Class mit Bevölkerungsschwerpunkten berechnet, und ein Raster-Dataset mit der Bevölkerungsdichte für die einzelnen Zellen wird ausgegeben.
• In Schritt 2 wird die Entfernung zu Parks aus einem Raster von vorhandenen Parks berechnet, und es wird ein Raster-Dataset mit der Entfernung zu vorhandenen Parks als Wert für die einzelnen Zellen ausgegeben.
• In Schritt 3 wird das Raster Bevölkerungsdichte reklassifiziert, und in Schritt 4 wird das Raster Entfernung zu Parks reklassifiziert. Mit beiden Reklassifizierungsprozessen werden die Zellenrohwerte in Werte zwischen null und 100 transformiert. Mit den reklassifizierten Werten wird der Nutzen bewertet, wobei null für den geringsten Nutzen und 100 für den höchsten Nutzen steht. Eine Zelle, die nahe an einem vorhandenen Park liegt, weist beispielsweise einen kleineren Wert als eine weiter entfernt liegende Zelle auf, und eine Zelle mit hoher Bevölkerungsdichte wird höher bewertet als eine Zelle mit geringer Bevölkerungsdichte.
• In Schritt 5 werden die Ausgabedaten aus den beiden Reklassifizierungen erfasst und als Eingabe an das Werkzeug Gewichtete Überlagerung übergeben, wobei die Gewichtungen (60 und 40) angewendet werden. Das Ausgabe-Raster. Potenzielle Parkflächen enthält eine Eignungsbewertung, wie unten veranschaulicht. Die am besten geeigneten Flächen weisen einen höheren Wert in der Ausgabezelle auf und werden dunkelviolett dargestellt.

Dieses Verfahren mit gewichteten Overlays beim Ermitteln potenziell geeigneter Standorte war vor der Entwicklung der Computertechnik und GIS gebräuchlich. Die Geoverarbeitung erleichtert nun gewichtete Overlays. Sie können beispielsweise die Gewichtungen von 60 und 40 in andere Werte ändern und das Modell erneut ausführen, um die Empfindlichkeit in Bezug auf die Gewichtungen zu bestimmen. Ebenso können Sie die Reklassifizierungswerte ändern.

Freigeben von Workflows

Geoverarbeitungsmodelle, die Sie erstellen, und die darin enthaltenen Daten, können mithilfe von Geoverarbeitungspaketen freigegeben werden. Das von Ihnen erstellte Paket kann per E-Mail an Ihre Kollegen gesendet oder in arcgis.com hochgeladen werden, wo eine breit gefächerte Zielgruppe erreicht wird. Sie können auch Web-Services aus Ihren Modellen erstellen und veröffentlichen, die mit webbasierten Clients, wie beispielsweise ArcGIS for Desktop, ArcGIS Explorer, und benutzerdefinierten Webanwendungen genutzt werden.

Entwickeln von eigenen Werkzeugen

Sie können eigene Werkzeuge mit ModelBuilder oder Python erstellen. Ihre eigenen Werkzeuge werden als benutzerdefinierte Werkzeuge bezeichnet. Sie stellen ebenso wie Systemwerkzeuge (die mit ArcGIS for Desktop installiert werden) einen integralen Bestandteil der Geoverarbeitung dar. Sie können Ihre Werkzeuge im Fenster "Suchen", "Katalog" oder "ArcToolbox" öffnen und ausführen, diese im Fenster "ModelBuilder" und Python verwenden, aus einem anderen Skript aufrufen oder als Schaltflächen der Werkzeugleiste hinzufügen.