8. GIS-Analysen - rasterbasiert
8.1. Lernziele der Übung
Übungsziel
Ziel dieser Übung ist es, die Grundlagen und Anwendungsmöglichkeiten der Interpolation kennenzulernen.
Inverse-Distance-Weighting-Interpolation
Voronoi-Diagramme
8.2. Motivation
Fallbeispiel
In dieser Übung wird eine Karte der Feinstaubbelastung in Deutschland erstellt. Datengrundlage sind Messwerte von Stationen des Bundesumweltamtes. Mithilfe von Interpolationsmethoden sollen die Messwerte verwendet werden, um flächendeckend die Feinstaubbelastung darzustellen.
8.3. Interpolation
8.3.1. Ziel der Aufgabe
Anhand der in den Punkten gespeicherten Daten ist noch keine Information über die Verteilung des Feinstaubs ersichtlich. Um die Feinstaubverteilung flächenhaft zu visualisieren, werden geeignete Interpolationsmethoden verwendet.
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8.3.2. Umsetzung in ArcGIS Pro
8.3.2.1. Datenimport und Vorbereitung
Erstellen Sie auf dem Desktop einen Abgabeordner mit passendem Namen (z.B. GIS_UE_8)
Laden Sie den Zip-Ordner für die Übung 8 von Moodle herunter und kopieren und entpacken Sie diesen in Ihren gerade erstellten Abgabeordner.
Öffnen Sie ArcGIS Pro. Erstellen Sie ein neues Projekt (geben Sie den Speicherpfad zu Ihrem Abgabeordner an) und wählen Sie dabei Map
Verbinden Sie in ArcGIS Pro den Ordner in dem sich die Daten befinden mit Add Folder Connection nach einem Rechtsklick auf Folders im Catalog. Klicken Sie anschließend mit einem Rechtsklick auf die Geodatenbank und wählen Sie Add To Project. Unter Databases können Sie nun die Geodatenbank mit einem Rechtsklick und Make Default zur Standarddatenbank machen. (Dies ist wichtig, da so alle Ergebnisse in dieser Datenbank gespeichert werden).
Fügen Sie die drei Feature-Classes (Bundeslaender, Staedte und Stationen) hinzu
Blenden Sie den Layer Stationen aus und benennen Sie die Städte (Hinweis: Rechtsklick auf das Layer –> Label)
8.3.2.2. Inverse-Distance-Weighting-Interpolation (IDW)
Führen Sie zunächst eine IDW-Interpolation durch. Nutzen Sie dazu das entsprechende Tool IDW in der Toolbox Geostatistical Analyst Tools.
Geoprocessing –> Geostatistical Analyst Tools –> Interpolation –> IDW
Als Input-Feature wählen Sie Stationen
Z value field beinhaltet die Messwerte der Stationen. Diese sind in der Spalte Observatio gespeichert
Geben Sie im Feld Output geostatistical layer einen Namen ein z.B. IDWKarte
Belassen Sie die übrigen Einstellungen und bestätigen Sie mit Run
Beachten Sie die Ausdehnung der fertigen Interpolation: Warum ist nicht das gesamte BRD-Gebiet abgedeckt?
Um das Interpolationsergebnis an das gesamte Gebiet Deutschlands anzupassen, muss die Ausdehnung erweitert werden und auf das Polygon-Feature Bundeslaender zugeschnitten werden.
Rufen Sie erneut das Tool IDW auf
Stellen Sie die Einstellungen im Tab Parameters genau gleich ein
Klicken Sie auf den Tab Environments
Stellen Sie unter Processing Extent den Extent auf Same As layer –> Bundeslaender
Führen SIe die Interpolation erneut durch
Rechtsklicken Sie auf Map in Contents und weiter auf Properties
Gehen Sie zum Menüpunkt Clip Layers und wählen Sie die Option Clip to the outline of features
Wählen Sie Bundeslaender aus und klicken Sie auf Apply und dann auf OK
Die neu erstellte interpolierte Karte der Messwerte ist nun auf die Ausdehnung der Bundesländer zugeschnitten. Sollte diese nicht zus ehen sein, so wird diese vermutlich durch den Layer Bundesländer überdeckt. Blenden Sie in diesem Fall den Layer Bundesländer aus.
Erstellen Sie ein neues Layout mit New Layout (links oben auswählbar) –> ISO - Portrait –> A4 im Insert Tab
Fügen Sie die Karte hinzu. (Auf Map Frame, Interpolationskarte auswählen, dann Bereich in dem die Karte zu sehen sein soll aufziehen.)
Fertigen Sie anschließend eine Karte mit passender Legende, Überschrift, etc. an und exportieren Sie diese als PDF (Share –> Layout Export –> File Type PDF)
Gestalten Sie Ihre Karte bitte so, dass die Städte, ihre Bezeichnungen, die Grenzen der Bundesländer und die interpolierten Flächen der Feinstaubbelastung sichtbar sind. (Hinweis: Die Fläche der Bundesländer kann unter Symbology –> Properties –> Symbol –> Color –> No color transparent gesetzt werden. Städtenamen können über Rechtsklick –> Label aktiviert werden.)
8.3.2.3. Thiessen-Polygone / Voronoi-Karte
Führen Sie nun eine Interpolation mittels Thiessen-Polygonen durch. Sie benötigen dafür das Tool Create Thiessen Polygons (Hinweis: Unter Geoprocessing –> Analysis Tools –> Proximity zu finden)
Input Feature ist das Layer Stationen
Geben Sie der Output Feature Class einen Namen z.B. VoronoiKarte
Output Fields sind All fields
Färben Sie den Output Layer in fünf Farben ein und erstellen Sie eine Legende mit entsprechenden Einträgen (Hinweis: Rechtsklick –> Symbology –> Primary symbology –> Graduated Colors; Achtung, richtiger Wert muss bei Field ausgewählt werden!)
Fertigen Sie auch hiervon eine Karte im PDF Format an.
Was ist in dieser Karte zu sehen? Wie unterschiedet sich diese von der ersten erstellen Karte? (Input-Daten waren jeweils dieselben!)
Abb. 8.1 Ändern der Symbologie
Laden ihre Karten zusammen mit Ihrem Projekt in einem Abgabeordner auf Moodle hoch.