Hot-Spot-Analyse (Getis-Ord Gi*) (Spatial Statistics)
Zusammenfassung
Dieses Werkzeug identifiziert in einem Satz gewichteter Features mithilfe der Getis-Ord Gi*-Statistik statistisch signifikante Hot Spots und Cold Spots.
Weitere Informationen zur Funktionsweise der Hot-Spot-Analyse (Getis-Ord Gi*)
Bild
Verwendung
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Dieses Werkzeug identifiziert statistisch signifikante räumliche Cluster mit hohen Werten (Hot Spots) und mit niedrigen Werten (Cold Spots). Es erstellt eine neue Ausgabe-Feature-Class mit einem Z-Wert und p-Wert für jedes Feature in der Eingabe-Feature-Class. Darüber hinaus werden die Z-Wert- und p-Wert-Feldnamen als abgeleitete Ausgabewerte für die mögliche Verwendung in benutzerdefinierten Modellen und Skripten zurückgegeben.
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Die Z-Werte und p-Werte sind Werte von statistischer Bedeutung, die Aufschluss darüber geben, ob Sie die Nullhypothese auf Feature-Ebene ablehnen können oder nicht. Genau genommen geben Sie an, ob die beobachtete räumliche Cluster-Bildung von hohen oder niedrigen Werten auffälliger ist als bei einer zufälligen Verteilung der gleichen Werte.
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Ein hoher Z-Wert und ein kleiner p-Wert für ein Feature deutet auf ein räumliches Clustering von hohen Werten hin. Ein niedriger negativer Z-Wert und ein kleiner p-Wert deuten auf ein räumliches Clustering von niedrigen Werten hin. Je größer (oder kleiner) der Z-Wert, desto höher die Intensität der Cluster-Bildung. Ein Z-Wert nahe null gibt an, dass anscheinend keine räumliche Cluster-Bildung zu verzeichnen ist.
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Das Z-Ergebnis basiert auf der Berechnung per Zufalls-NULL-Hypothese. Weitere Informationen zu Z-Ergebnissen finden Sie unter Was ist ein Z-Ergebnis? Was ist ein p-Wert?
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Für Berechnungen, die auf der euklidischen Entfernung oder der Manhattan-Distanz basieren, sind zur genauen Messung von Entfernungen projizierte Daten erforderlich.
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Für Linien- und Polygon-Features werden bei Entfernungsberechnungen Feature-Schwerpunkte verwendet. Für Multipoints, Polylinien oder Polygone mit mehreren Teilen wird der Schwerpunkt mithilfe des gewichteten arithmetischen Mittelpunkts aller Feature-Teile berechnet. Die Gewichtung für Punkt-Features ist 1, für Linien-Features "Länge" und für Polygon-Features "Fläche".
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Das Eingabefeld sollte eine Vielzahl von Werten aufweisen. Für diese Statistikberechnung ist es erforderlich, dass nicht alle Variablen den gleichen Wert aufweisen; eine Berechnung ist z. B. nicht möglich, wenn alle Eingabewerte 1 lauten. Wenn Sie mit diesem Werkzeug das räumliche Muster von Ereignisdaten analysieren möchten, können Sie dazu die Ereignisdaten zusammenfassen.
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Ihre Auswahl für den Parameter Konzeptualisierung von räumlichen Beziehungen sollte inhärente Beziehungen unter den Features, die analysiert werden, widerspiegeln. Je realistischer Sie modellieren können, wie Features im Raum interagieren, desto genauer werden die Ergebnisse. Empfehlungen werden unter Auswählen einer Konzeptualisierung räumlicher Beziehungen: Empfehlungen beschrieben. Weitere Tipps:
- FIXED_DISTANCE_BAND
Das/der Standard- Entfernungsband oder Entfernungsschwellenwert stellt sicher, dass jedes Feature mindestens einen Nachbarn hat, und dies ist wichtig. Häufig ist dieser Standardwert jedoch nicht die am besten geeignete Entfernung für die Analyse. Zusätzliche Strategien, mit deren Hilfe Sie einen geeigneten Maßstab (ein Entfernungsband) für die Analyse ermitteln können, werden unter Auswählen eines Wertes für ein festes Entfernungsband dargestellt.
- INVERSE_DISTANCE oder INVERSE_DISTANCE_SQUARED
Wird für den Parameter Entfernungsband oder Entfernungsschwellenwert Null eingegeben, werden alle Features als Nachbarn aller anderen Features betrachtet. Wenn dieser Parameter leer bleibt, wird die Standardentfernung angewendet.
Gewichtungen für Entfernungen von weniger als 1 werden instabil, wenn Sie umgekehrt werden. Demzufolge wird der Gewichtung für Features, deren Entfernung weniger als 1 Entfernungseinheit beträgt (bei Projektionen über ein geographisches Koordinatensystem üblich) ein Wert von 1 zugewiesen.
Achtung:Die Analyse von Features mit einer Projektion per geographischem Koordinatensystem ist nicht zu empfehlen, wenn Sie eine Methode der räumlichen Konzeptualisierung mit inverser Entfernung auswählen (INVERSE_DISTANCE, INVERSE_DISTANCE_SQUARED oder ZONE_OF_INDIFFERENCE).
Bei den Optionen für die inverse Entfernung (INVERSE_DISTANCE, INVERSE_DISTANCE_SQUARED oder ZONE_OF_INDIFFERENCE) wird allen lagegleichen Punkten eine Gewichtung von 1 zugewiesen, um eine Nulldivision zu vermeiden. Damit wird sichergestellt, dass keine Features aus der Analyse ausgeschlossen werden.
- FIXED_DISTANCE_BAND
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Zusätzliche Optionen für den Parameter Konzeptualisierung von räumlichen Beziehungen, einschließlich Raum-Zeit-Beziehungen, sind über die Werkzeuge Räumliche Gewichtungsmatrix erstellen oder Räumliche Gewichtung des Netzwerks generieren verfügbar. Um diese zusätzlichen Optionen zu nutzen, verwenden Sie eines dieser Werkzeuge zum Konstruieren der Datei mit der räumlichen Gewichtungsmatrix vor der Analyse. Wählen Sie GET_SPATIAL_WEIGHTS_FROM_FILE als Parameter Konzeptualisierung von räumlichen Beziehungen aus, und geben Sie für den Parameter Gewichtungsmatrix-Datei den Pfad zur erstellten Datei mit der räumlichen Gewichtung an.
Weitere Informationen zur Raum-Zeit-Cluster-Analyse finden Sie in der Dokumentation zu Raum/Zeit-Analysen.
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Sie können Karten-Layer verwenden, um die Eingabe-Feature-Class zu definieren. Beim Verwenden eines Layers mit einer Auswahl sind nur die ausgewählten Features in der Analyse enthalten.
Wenn Sie eine Gewichtungsmatrix-Datei mit einer SWM-Erweiterung bereitstellen, wird von diesem Werkzeug eine Datei mit räumlicher Gewichtungsmatrix erwartet, die mit den Werkzeugen Räumliche Gewichtungsmatrix erstellen oder Räumliche Gewichtung des Netzwerks generieren erstellt wird; andernfalls wird von diesem Werkzeug eine Datei mit der räumlichen Gewichtungsmatrix im ASCII-Format erwartet. Das Verhalten variiert in Abhängigkeit davon, welche Art von Datei mit der räumlichen Gewichtungsmatrix Sie verwenden:
- Dateien mit der räumlichen Gewichtungsmatrix im ASCII-Format:
- Gewichtungen werden unverändert verwendet. Fehlende Feature-zu-Feature-Beziehungen werden als Nullen behandelt.
- Die Standardgewichtung für Eigenpotenzial ist Null, es sei denn Sie geben den Wert Eigenpotenzialfeld an, oder Sie beziehen Eigenpotenzialgewichtungen explizit ein.
- Wenn die Gewichtungen zeilenstandardisiert sind, sind die Ergebnisse für Analysen von Auswahlsätzen mit hoher Wahrscheinlichkeit fehlerhaft. Wenn Sie die Analyse für einen Auswahlsatz ausführen müssen, konvertieren Sie die ASCII-Datei mit den räumlichen Gewichtungen in eine SWM-Datei, indem Sie die ASCII-Daten in eine Tabelle einlesen und dann die Option CONVERT_TABLE mit dem Werkzeug Räumliche Gewichtungsmatrix erstellen verwenden.
- SWM-formatierte Matrixdatei für räumliche Gewichtung:
- Wenn die Gewichtungen reihenstandardisiert sind, werden sie für die Auswahlsätze erneut reihenstandardisiert; ansonsten werden die Gewichtungen unverändert verwendet.
- Die Standardgewichtung für Eigenpotenzial ist 1, es sei denn Sie geben den Wert Eigenpotenzialfeld an.
- Dateien mit der räumlichen Gewichtungsmatrix im ASCII-Format:
Das Ausführen der Analyse mit einer Datei mit der räumlichen Gewichtungsmatrix im ASCII-Format erfordert mehr Arbeitsspeicher. Ziehen Sie bei Analysen für mehr als 5.000 Features die Konvertierung Ihrer ASCII-formatierten räumlichen Gewichtungsmatrix-Datei in eine SWM-formatierte Datei. Fügen Sie als Erstes die ASCII-Gewichtungen in eine formatierte Tabelle ein (z. B. eine Excel-Tabelle). Führen Sie als Nächstes das Werkzeug Räumliche Gewichtungsmatrix erstellen mit der Option CONVERT_TABLE für den Parameter Konzeptualisierung von räumlichen Beziehungen aus. Die Ausgabe ist eine SWM-formatierte Datei mit räumlicher Gewichtungsmatrix.
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Bei Ausführung dieses Werkzeugs in ArcMap wird dem Inhaltsverzeichnis automatisch die Ausgabe-Feature-Class mit Standard-Rendering für das Z-Wert-Feld hinzugefügt. Das Hot-to-Cold-Rendering wird durch eine Layer-Datei in <ArcGIS>/Desktop10.x/ArcToolbox/Templates/Layers definiert. Sie können das Standard-Rendering nach Bedarf erneut anwenden, indem Sie die Vorlagen-Layer-Symbologie importieren.
Die Ausgabe-Feature-Class enthält ein SOURCE_ID-Feld, das Ihnen bei Bedarf das Verbinden mit der Eingabe-Feature-Class ermöglicht.
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Das Hilfethema Modellierungen räumlicher Beziehungen enthält weitere Informationen zu den Parametern dieses Werkzeugs.
Denken Sie beim Verwenden von Shapefiles daran, dass diese keine NULL-Werte speichern können. Werkzeuge oder andere Verfahren zur Erstellung von Shapefiles aus Nicht-Shapefile-Eingaben speichern oder interpretieren NULL-Werte möglicherweise als Wert 0. In manchen Fällen werden NULL-Werte in Shapefiles als sehr große negative Werte gespeichert. Dies kann zu unerwarteten Ergebnissen führen. Weitere Informationen finden Sie unter Überlegungen zur Geoverarbeitung für die Shapefile-Ausgabe.
Bei Vorversionen von ArcGIS 10.0 war die Ausgabe-Feature-Class ein Duplikat der Eingabe-Feature-Class mit hinzugefügtem Z-Ergebnis- und p-Wert-Feld. Bei den Versionen ab ArcGIS 10.0 beinhaltet die Ausgabe-Feature-Class nur die in der Analyse verwendeten Z-Ergebnis- und p-Wert-Felder sowie die Eingabefelder. Um andere Eingabefelder mit der Ausgabe-Feature-Class zu verbinden, verwenden Sie das Feld "SOURCE_ID" zum Verbinden der Felder mithilfe der Werkzeuge im Toolset "Verbindungen".
Die Reihen-Standardisierung hat keine Auswirkungen auf dieses Werkzeug: Ergebnisse aus der Hot-Spot-Analyse (die Getis-Ord Gi*-Statistik) sind mit oder ohne Reihen-Standardisierung identisch. Der Parameter ist infolgedessen deaktiviert. Er wird nur aus Gründen der Abwärtskompatibilität als Werkzeugparameter beibehalten.
Syntax
Parameter | Erläuterung | Datentyp |
Input_Feature_Class |
Die Feature-Class, für die Hot-Spot-Analyse durchgeführt wird. | Feature Layer |
Input_Field |
Das Zahlenfeld (Anzahl von Opfern, Straftaten, Aufträge usw.), das ausgewertet werden soll. | Field |
Output_Feature_Class |
Die Ausgabe-Feature-Class zum Empfangen der Z-Werte und p-Werte. | Feature Class |
Conceptualization_of_Spatial_Relationships |
Gibt an, wie räumliche Beziehungen zwischen Features konzeptualisiert werden.
| String |
Distance_Method |
Gibt an, wie Entfernungen von den einzelnen Features zu benachbarten Features berechnet werden.
| String |
Standardization |
Die Reihen-Standardisierung hat keine Auswirkungen auf dieses Werkzeug: Ergebnisse aus der Hot-Spot-Analyse (die Getis-Ord Gi*-Statistik) sind mit oder ohne Reihen-Standardisierung identisch. Der Parameter ist deaktiviert. Er wird nur aus Gründen der Abwärtskompatibilität als Werkzeugparameter beibehalten.
| String |
Distance_Band_or_Threshold_Distance (optional) |
Gibt einen Entfernungsgrenzwert für Optionen mit inverser Entfernung und Optionen mit fester Entfernung an. Features außerhalb des angegebenen Grenzwerts für ein Ziel-Feature werden in Analysen für dieses Feature ignoriert. Mit der Indifferenzzone wird jedoch der Einfluss von Features außerhalb der angegebenen Entfernung in Abhängigkeit der Entfernung reduziert, während die Features innerhalb des Entfernungsschwellenwerts gleichmäßig berücksichtigt werden. Der eingegebene Entfernungswert sollte dem Ausgabekoordinatensystem entsprechen. Bei Konzeptualisierungen von räumlichen Beziehungen mit inverser Entfernung gibt der Wert 0 an, dass keine Schwellenwertentfernung angewendet wird. Wenn dieser Parameter leer gelassen wird, wird ein Standardschwellenwert berechnet und angewendet. Dieser Standardwert ist die euklidische Entfernung, bei der sichergestellt wird, dass jedes Feature mindestens einen Nachbarn hat. Dieser Parameter hat keine Auswirkung, wenn räumliche Konzeptualisierungen vom Typ "Polygonnachbarschaft" oder "Abrufen von räumlichen Gewichtungen aus Datei" ausgewählt werden. | Double |
Self_Potential_Field (optional) |
Das Eigenpotenzialfeld – Die Entfernung oder Gewichtung zwischen einem Feature und sich selbst. | Field |
Weights_Matrix_File (optional) |
Der Pfad zu einer Datei mit Gewichtungen, die räumliche und potenziell zeitliche Beziehungen unter Features definieren. | File |
Codebeispiel
Mit dem folgenden Skript im Python-Fenster wird veranschaulicht, wie Sie das Werkzeug "HotSpotAnalysis" verwenden.
import arcpy
arcpy.env.workspace = "C:/data"
arcpy.HotSpots_stats("911Count.shp", "ICOUNT", "911HotSpots.shp","GET_SPATIAL_WEIGHTS_FROM_FILE","EUCLIDEAN_DISTANCE", "NONE","#", "#", "euclidean6Neighs.swm")
Das folgende eigenständige Python-Skript veranschaulicht, wie Sie das Werkzeug "HotSpotAnalysis" verwenden.
# Analyze the spatial distribution of 911 calls in a metropolitan area
# using the Hot-Spot Analysis Tool (Local Gi*)
# Import system modules
import arcpy
# Set geoprocessor object property to overwrite existing output, by default
arcpy.gp.overwriteOutput = True
# Local variables...
workspace = "C:/Data"
try:
# Set the current workspace (to avoid having to specify the full path to the feature classes each time)
arcpy.env.workspace = workspace
# Copy the input feature class and integrate the points to snap
# together at 500 feet
# Process: Copy Features and Integrate
cf = arcpy.CopyFeatures_management("911Calls.shp", "911Copied.shp",
"#", 0, 0, 0)
integrate = arcpy.Integrate_management("911Copied.shp #", "500 Feet")
# Use Collect Events to count the number of calls at each location
# Process: Collect Events
ce = arcpy.CollectEvents_stats("911Copied.shp", "911Count.shp", "Count", "#")
# Add a unique ID field to the count feature class
# Process: Add Field and Calculate Field
af = arcpy.AddField_management("911Count.shp", "MyID", "LONG", "#", "#", "#", "#",
"NON_NULLABLE", "NON_REQUIRED", "#",
"911Count.shp")
cf = arcpy.CalculateField_management("911Count.shp", "MyID", "[FID]", "VB")
# Create Spatial Weights Matrix for Calculations
# Process: Generate Spatial Weights Matrix...
swm = arcpy.GenerateSpatialWeightsMatrix_stats("911Count.shp", "MYID",
"euclidean6Neighs.swm",
"K_NEAREST_NEIGHBORS",
"#", "#", "#", 6,
"NO_STANDARDIZATION")
# Hot Spot Analysis of 911 Calls
# Process: Hot Spot Analysis (Getis-Ord Gi*)
hs = arcpy.HotSpots_stats("911Count.shp", "ICOUNT", "911HotSpots.shp",
"GET_SPATIAL_WEIGHTS_FROM_FILE",
"EUCLIDEAN_DISTANCE", "NONE",
"#", "#", "euclidean6Neighs.swm")
except:
# If an error occurred when running the tool, print out the error message.
print arcpy.GetMessages()
Umgebung
- Output Coordinate System
Die Feature-Geometrie wird vor der Analyse in das Ausgabe-Koordinatensystem projiziert, sodass die Werte für den Parameter "Entfernungsband" oder "Entfernungsschwellenwert" zu jenen passen, die im Ausgabe-Koordinatensystem angegeben sind. Alle mathematischen Berechnungen basieren auf dem Raumbezug des Ausgabe-Koordinatensystems.