Visualisieren, Verarbeiten, Analysieren und Verwalten von Bild- und Raster-Daten sind ein wichtiger Teil von GIS. Aus Bild- und Raster-Daten werden Informationen, die in typischen Land-Grundkarten und GIS-Layern enthalten sind, abgeleitet. Vorhandene Karten und Layer werden basierend auf aktualisierten Bilddaten überarbeitet.
ArcGIS enthält Funktionen zum Visualisieren, Verwalten, Verarbeiten und Analysieren von Bild- und Raster-Daten. Diese Funktionen für Bilddaten und Fernerkundung wurden in den fortschrittlicheren Bildanalysefunktionen in der Erweiterung ArcGIS Image Analyst erweitert.
Bilddaten und Fernerkundung definiert
Bilder sind Raster-Daten zur Darstellung der Messungen der reflektierten oder abgegebenen elektromagnetischen Energie, die durch einen Sensor an einer Drohne, einem Flugzeug oder einem Satelliten erfasst wurde. Bild- und Raster-Daten anderer Typen sind wissenschaftliche Messungen der Eigenschaften einer Position, wie zum Beispiel Temperatur und Salzgehalt in verschiedenen Wassertiefen, Höhenmodellen und seismischen Vermessungen.
Die Fernerkundung kann aussagekräftige Informationen aus Bilddaten extrahieren. Dabei werden Bildbearbeitungsverfahren zum Identifizieren und Extrahieren verschiedener Informationen über betrachtete Features, wie zum Beispiel Art und Zustand der Vegetation und Art der Stadtentwicklung, und zum Identifizieren und Analysieren der Trends in erkannten Objekten und Phänomenen angewendet. Nachbarschaftsanalyse, Saisonalität, physische und kulturelle Geographie, Phänologie des Wachstums der Vegetation, Klima und weitere physische und Umweltfaktoren werden beim Definieren von Art und Zeitablauf der Bilderfassung berücksichtigt. Fernerkundung ist die Verkörperung von The Science of Where™.
Die Werkzeuge und Funktionen in ArcGIS extrahieren unter Verwendung von wissenschaftlichen und Bildbearbeitungsmethodiken räumliche und Spektralinformationen aus Bilddaten. Obwohl die Prozesse standardisiert und mit erweiterten Bildbearbeitungsverfahren optimiert wurden, basieren die Workflows und Ergebnisse häufig auf speziellen wissenschaftlichen Fernerkundungsverfahren. Zum Beispiel kann der relative Zustand bestimmter Vegetationsarten über einen Wachstumszyklus hinweg überwacht und analysiert werden.
Bilddaten und Fernerkundung stellen Funktionen und Werkzeuge für die folgenden Aufgaben bereit:
- Korrigieren, Kalibrieren und Standardisieren der Bilddaten für die Integration in Workflows
- Photogrammetrische Korrektur von Fernerkundungsbilddaten von Drohnen, Luftfahrzeugen und Satelliten
- Bildinterpretation, -verarbeitung und -erkundung
- Analyse und Verarbeitung von Multispektral- und multidimensionalen Rastern
- Erstellen von Informationsprodukten aus Bilddaten
- Erweiterte Raster-Analyse- und Bildanalyse-Workflows für maschinelles Lernen und Feature-Extraktion
Verwalten von Bilddaten und Raster-Datasets
ArcGIS Pro bietet eine Sammlung von Werkzeugen zur Verwaltung und Bereitstellung großer Bilddatensammlungen. Die Kernkomponenten der Bildverwaltung sind Mosaik-Datasets und Raster-Produkte. Traditionell wird ein Mosaik erstellt, wenn Sie eine Sammlung von Bildern zusammenfügen, um ein nahtloses Bild zu erzeugen. Dies ist mit dem Mosaik-Dataset möglich, es verwendet jedoch auch Bildattribute, z. B. das Aufnahmedatum, Wolkenbedeckung oder räumliche Auflösung, damit Sie eine Bilddatensammlung verwalten können, selbst wenn sie aus überlappenden Bildern oder Bildern mit unterschiedlichen räumliche Auflösungen bestehen. Anstatt neue Dateien zu erstellen, wenn Sie andere Bilder anzeigen oder die Bilder verbessern möchten, verarbeitet das Mosaik-Dataset die Bilddaten als In-Memory-Prozess, was die rasche Anzeige eines gewünschten Bildes unabhängig von der Größe der Sammlung ermöglicht.
Die meisten Bilddaten umfassen eine Datei mit Metadaten, die den Sensor und die Bedingungen beschreibt, unter denen das Bild aufgenommen wurde. ArcGIS Pro identifiziert die Struktur der Bilddaten von den am häufigsten verwendeten Sensoren, liest die Metadaten-Datei und kompiliert alle Bänder in Layer, die abhängig von den Fähigkeiten des Sensors verschiedene Kombinationen aus multispektralen Bändern, Pan-Sharpened-Bildern oder thermischen Bändern anzeigen können. Ähnlich einem Mosaik-Dataset erfolgt die Bandzusammenstellung im Speicher, d. h., sie wird rasch und ohne Erstellung von Dateien ausgeführt.
Verarbeiten und Analysieren von Bilddaten
ArcGIS Pro enthält Werkzeuge und Raster-Funktionen, die mit Bild- und Raster-Daten arbeiten. Unabhängig davon, ob pixelbasierte Daten ein Bild von einem satelliten-, drohnen- oder flugzeuggestützten Sensor, einem Raster-Dataset oder einem DEM darstellen, gibt es viele Möglichkeiten, wie Sie diese Daten bei der Durchführung einer Analyse verarbeiten können.
Traditionell wird die Bild- und Rasteranalyse mit Standard- und erweiterten Geoverarbeitungswerkzeugen durchgeführt. Geoverarbeitungswerkzeuge, Python-Skripterstellung und ModelBuilder arbeiten zusammen, um die Verarbeitung und Automatisierung der Datenmanagementoperationen in der Geoverarbeitungsumgebung zu ermöglichen. Während diese Geoverarbeitungswerkzeuge in vielen Workflows verwendet werden, stellt ArcGIS Pro eine weitere Methode für Bild- und Rasteranalysen bereit, die die Ergebnisse verarbeitet und sofort anzeigt, wenn Sie die Bilddaten schwenken und darauf zoomen.
Die verteilte Raster-Analyse verwendet Portal for ArcGIS, um die Performance der Raster-Verarbeitung zu steigern, indem die Arbeitslast auf den ArcGIS Image Server verteilt wird.
Raster-Funktionen
Die Verwendung von Raster-Funktionen ist eine Möglichkeit, Mosaik-Datasets und Raster in ArcGIS zu verarbeiten und zu analysieren. Bei dieser Methode werden Bilddaten und Raster-Datasets direkt während des Zugriffs verarbeitet und die Ergebnisse sofort in einer Kartendarstellung angezeigt. Raster-Funktionen arbeiten im Speicher, wodurch der Zeitaufwand beim Lesen und Schreiben von Zwischendateien auf die Festplatte vermieden wird. Eine Suite aus Raster-Funktionen ist direkt verfügbar. Sie können die Raster-Funktionen einzeln verwenden oder mit dem Funktions-Editor mehrere Funktionen in einer benutzerdefinierten Raster-Funktionsvorlage (Raster Function Template, RFT) verketten. Der Funktions-Editor ist eine visuelle Programmierschnittstelle zum Erstellen, Testen und Speichern von Bilddaten- und Raster-Analyse-Workflows. Sie können sowohl Ergebnisse als auch RFTs als Datei speichern.
Verteilte Verarbeitung
ArcGIS Pro ermöglicht Ihnen die Verwendung von Portal for ArcGIS für die Durchführung einer verteilten serverseitigen Verarbeitung von Bild- und Raster-Daten. Mit dieser Technologie können Sie die Performance der Raster-Verarbeitung steigern, indem Sie ArcGIS Image Server in der Konfiguration für Raster Analysis verwenden, um Daten verteilt zu verarbeiten. Sie können Geoverarbeitungswerkzeuge und -modelle und die Möglichkeiten der Verarbeitung von Raster-Funktionen verwenden, um diese Art der Verarbeitung mithilfe eines lokalen Portals durchzuführen. Das Portal-Werkzeug akzeptiert lokale Dateien und Elemente aus dem Portal als Eingabe und erstellt die Ausgabe im selben Portal.
Sie können auch gehostete Bilddaten und Rasters in ArcGIS Image for ArcGIS Online unter Verwendung von Portal for ArcGIS aufrufen, verarbeiten und veröffentlichen. Alle Bildbearbeitungsfunktionen in ArcGIS Pro sind für das Verarbeiten gehosteter Bilddaten-Layer in ArcGIS Image for ArcGIS Online und das Veröffentlichen der Ergebnisse in Ihrem Portal-Konto verfügbar.
Visualisieren von Bilddaten
Auf der kontextbezogenen Registerkarte für einen Bild-Layer-Typ können Sie auf die Funktionalität zum Vorverarbeiten der Bilddaten, zum Ändern der Anzeige oder Rendering-Methode der Daten, zum Verbessern der Bilddaten, zum Ändern der Symbolisierung und zum Vergleichen eines Layers mit einem anderen Layer zugreifen. Beim Arbeiten mit Mosaik-Datasets ist der Prozess im Allgemeinen derselbe wie bei einem Einzelbild. Anders ist hier allerdings, dass Sie angeben können, dass Operationen an bestimmten Elementen, aus denen das Mosaik-Dataset besteht, durchgeführt werden. Zusätzlich werden Bildelemente, die in einem Mosaik-Dataset angezeigt werden, durch Metadateneigenschaften definiert.
Mit ArcGIS Pro können Sie Bilddaten im zwei- und dreidimensionalen Raum anzeigen. 2D- und 3D-Ansichten können verknüpft werden, sodass Sie mit verschiedenen Datentypen und Ansichten desselben Bereichs arbeiten können, während Sie zoomen und die Karte verschieben. Diese Funktionen resultieren in einer effizienten Verarbeitung sowie in besseren und visuellen Analysen.
Schrägluft-Bilddaten können statt in einer Kartenausrichtung, bei der Norden oben ist, in ihrer natürlichen Ausrichtung in einem nativen Bildkoordinatensystem angezeigt werden. Dies ist für die Bildinterpretation hilfreich.
Sie können Bilddaten im stereoskopischen Modus anzeigen und verwenden. Wählen Sie unter einer Vielzahl verschiedener aktiver oder passiver stereoskopischer Konfigurationen. Weitere Informationen finden Sie unter Stereokartenerstellung in ArcGIS Pro.
Ortho-Mapping
Ortho-Mapping in ArcGIS Pro stellt Werkzeuge, Funktionen und geführte Workflows zum Durchführen einer strengen Orthorektifizierung von Drohnen-, Luft- und Satellitenbilddaten bereit. Dies sind Projekteinrichtung, Definition von Passpunkten, Verknüpfungspunkten und Prüfpunkten, Blockausgleichung und Produkterstellung zur Generierung von Höhen- und Orthomosaik-Produkten. Berichte und visuelle Diagramme stellen analytische und quantitative Informationen für die Optimierung bereit, um bei der Orthorektifizierung optimale Ergebnisse zu erreichen.
Weitere Informationen zur Orthorektifizierung finden Sie unter Einführung in Ortho-Mapping.
Stereokartenerstellung
Die Stereokartenerstellung von ArcGIS Pro in Image Analyst ermöglicht Ihnen das Anzeigen von und Arbeiten mit Stereopaaren und das Erfassen von 3D-Features. Sie können 3D-Punkt-, Linien- und Polygon-Features für verschiedene Workflows sammeln, beispielsweise für die Flurstücksbearbeitung, das Erstellen einfacher 3D-Gebäude und die Messung von Entfernungen und Höhen.
Deep Learning
Deep-Learning-Werkzeuge erkennen Features in Bilddaten, indem sie mehrere Layer in neuronalen Netzwerken verwenden. Dabei kann jeder Layer mindestens ein eindeutiges Feature aus dem Bild extrahieren. Diese Werkzeuge nutzen zur zeitnahen Durchführung von Analysen die GPU-Verarbeitung.
Weitere Informationen zu Deep Learning unter Verwendung von Bild- und Raster-Daten finden Sie unter Deep Learning in der Raster-Analysen.
Klassifizierung
Mit der Bildklassifizierung lassen sich Klassen aus multispektralen Bilddaten extrahieren. Das aus der Bildklassifizierung resultierende Raster kann verwendet werden, um thematische Karten zu erstellen. Sie können Bildpixel oder segmentierte Objekte unter Verwendung von parametrischen oder Machine-Learning-Klassifikatoren klassifizieren. Der Bildklassifizierungsassistent kann Sie durch den Klassifizierungsprozess führen. Wenn Sie lediglich einen Teil des Klassifizierungs-Workflows durchführen möchten, können Sie die verschiedenen Bildklassifizierungswerkzeuge verwenden.
Multidimensionale Analyse
Mit den Werkzeugen und Funktionen der multidimensionalen Analyse können Sie komplexe Analysen für multidimensionale Raster-Daten durchführen und visualisieren, um wissenschaftliche Trends und Abweichungen zu erkunden. Multidimensionale Daten stellen räumliche Daten dar, die zu mehreren Zeitpunkten und in mehreren Tiefen oder Höhen erfasst werden. Diese Datentypen werden im Allgemeinen in der Atmosphärenforschung, Ozeanografie und Geowissenschaft verwendet. Sie können multidimensionale Raster-Daten durch Satellitenbeobachtungen erfassen, wobei die Erfassung der Daten in bestimmten Zeitintervallen erfolgt. Sie lassen sich auch über numerische Modelle generieren, wobei Daten aus anderen Datenquellen aggregiert, interpoliert oder simuliert werden.
Weitere Informationen zu multidimensionalen Daten finden Sie unter Multidimensionale Raster-Daten.
Georeferenzierung
Durch die Georeferenzierung von Bilddaten werden ihre richtigen geographischen Positionen festgelegt, sodass sie mit anderen geographischen Daten angezeigt, abgefragt und analysiert werden können. Um Daten zu georeferenzieren, erstellen Sie Passpunkte, die das Raster mit realen geographischen Koordinaten verknüpfen. Die Werkzeuge zum Georeferenzieren von Raster-Daten befinden sich auf der Registerkarte Georeferenzieren.
Bilddaten- und Raster-Diagramme
Bilddaten-Diagramme sind für die interaktive Verarbeitung und Anzeige von multispektralen und multidimensionalen Raster-Daten für die Bildanalyse und Bewertung konzipiert. Beispielsweise können Sie einen Interessenbereich auf einem Bild abgrenzen und das Spektralprofil bestimmter Boden-Features darstellen, etwa menschliche Bebauung, Vegetationsarten und deren Gesundheit sowie andere Features, die quantitative Daten und Informationen für bestimmte Anwendungen liefern. Die Arten von Bilddaten- und Raster-Diagrammen sind Spektralprofil, zeitliches Profil, Bild-Scatterplot, Dimensionsprofil, Bildhistogramm und Bar. Mit dem Explorer für Pixel-Zeitserienänderungen können Sie Veränderungen in einem einzelnen Pixelwert im Zeitverlauf unter Verwendung einer Methode der Änderungserkennung identifizieren.
