Den See darstellen
Um die Fläche des Sees im Zeitverlauf zu berechnen, vergleichen Sie die Bilder des Sees, die zwischen 1984 und 2014 von den Landsat-Satelliten aufgenommen wurden. Das Landsat-Satellitenprogramm läuft seit über 40 Jahren, sodass dessen Bilddaten eine entscheidende Rolle bei der Überwachung wichtiger globaler Veränderungen spielen. Zunächst richten Sie das Projekt ein und führen einen visuellen Vergleich der Bilddaten durch.
Das Projekt öffnen
Sie laden das Projekt herunter und öffnen es in ArcGIS Pro.
- Laden Sie die Datei mit dem Lake Poyang-Projektpaket herunter.
Hinweis:
Eine .ppkx-Datei ist ein ArcGIS Pro-Projektpaket und kann Karten, Daten und weitere Dateien, die Sie in ArcGIS Pro öffnen können, enthalten. Weitere Informationen zum Verwalten von .ppkx-Dateien erhalten Sie in dieser Anleitung.
- Suchen Sie die heruntergeladene Datei auf dem Computer, und verschieben Sie sie an einen Speicherort, der leicht zu finden ist, z. B. in den Ordner "Dokumente".
Hinweis:
In den meisten Browsern werden heruntergeladene Dateien standardmäßig im Ordner "Downloads" gespeichert.
- Wenn Sie über ArcGIS Pro verfügen, doppelklicken Sie auf das Projektpaket Lake_Poyang_Project.ppkx, um es zu öffnen. Melden Sie sich mit Ihrem lizenzierten ArcGIS- oder ArcGIS Enterprise-Konto an, falls Sie dazu aufgefordert werden.
Hinweis:
Wenn Sie über keinen Zugriff auf ArcGIS Pro oder über kein ArcGIS-Organisationskonto verfügen, informieren Sie sich über die Optionen für den Zugriff auf die Software.
Das Projekt wird geöffnet und zeigt Mittelostchina an. Damit Sie sich orientieren können, sind drei Layer (und die Grundkarte) aktiviert: der Drei-Schluchten-Damm (Three Gorges Dam), der Jangtse-Fluss (Yangtze River) und eine einfache Darstellung des Poyang-Sees (Lake Poyang). Der Poyang-See liegt mehrere hundert Meilen flussabwärts des Drei-Schluchten-Damms.
Darstellungen des Poyang-Sees im Zeitverlauf visuell vergleichen
Das Projekt enthält auch drei Bild-Layer, die derzeit deaktiviert sind. Diese Layer zeigen den Poyang-See mitten in der Regenperiode in drei verschiedenen Jahren: 1984, 2001 und 2014. Führen Sie einen visuellen Vergleich der Bilddaten durch, um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie sich die Form des Sees im Laufe der Zeit verändert hat.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf den Layer Lake Poyang, und wählen Sie Auf Layer zoomen aus.
Der Poyang-See ist größtenteils lang und schmal und erstreckt sich vom Jangtse-Fluss nach Süden. Seine schmale Form bedeutet, dass selbst eine geringfügige Schrumpfung der Seefläche eine Fragmentierung des aquatischen Lebensraums nach sich ziehen kann. Zudem sind mehrere Städte, die um den See angesiedelt sind, vom Fischfang und von der Schifffahrt abhängig, die der See bietet. Der Poyang-See ist Chinas größte Süßwasserquelle. Die Schrumpfung des Sees kann verheerende ökologische und ökonomische Folgen haben.
- Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt die Kontrollkästchen neben den Layern Drei-Schluchten-Damm, Jangtse-Fluss und Poyang-See, um sie zu deaktivieren.
- Aktivieren Sie im Bereich Inhalt das Kontrollkästchen neben dem Layer June 1984.tif, um ihn zu aktivieren.
- Schwenken und zoomen Sie die Karte mit der Maus so, dass das vollständige Bild angezeigt wird.
Dieses Bild zeigt den See im Juni 1984 an. Das Bild wurde vom Landsat 5-Satellit aufgenommen.
Hinweis:
Das Landsat-Satellitenprogramm ist eine gemeinsame Initiative zweier US-amerikanischer Behörden: der United States Geological Survey (USGS) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Auf der Seite USGS Landsat Missions erfahren Sie mehr über das Landsat-Programm.
Das Bild zeigt einen klaren Unterschied zwischen dem blauen See und der nahe gelegenen grünen Vegetation. Obwohl diese Farben natürlich erscheinen, sind sie tatsächlich eine Kombination von Farben des elektromagnetischen Spektrums, die normalerweise für das menschliche Auge nicht sichtbar sind.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt auf den Pfeil neben dem Layer June 1984.tif.
Landsat-Bilddaten werden mit unterschiedlichen Farbbändern aus dem elektromagnetischen Spektrum angezeigt. Wie Sie in der nachfolgenden Tabelle sehen können, gibt es pro Bild je nach Landsat-Typ zwischen 7 und 11 Bändern.
Band Landsat 5 Landsat 7 Landsat 8 1
Blau
Blau
Schwebstoffhaltige Luft an der Küste
2
Grün
Grün
Blau
3
Rot
Rot
Grün
4
Nahinfrarot 1
Nahinfrarot
Rot
5
Nahinfrarot 2
Kurzwelleninfrarot
Nahinfrarot
6
Thermisch
Thermisch
Kurzwelleninfrarot 1 (SWIR 1)
7
Mittelinfrarot
Mittelinfrarot
Kurzwelleninfrarot 2 (SWIR 2)
8
Panchromatisch
Panchromatisch
9
Zirruswolke
10
Thermisch 1
11
Wärmeinfrarot 2
Da nicht alle Bänder gleichzeitig dargestellt werden können, wählen Sie in der Regel eine Kombination aus drei Bändern aus, die Sie mithilfe der Farbkanäle Rot, Grün und Blau anzeigen, die das menschliche Auge sehen kann. Wie Sie in der Legende sehen, werden für das Bild von 1984 für den roten Farbkanal "Nahinfrarot 2", für den grünen Farbkanal "Nahinfrarot 1" und für den blauen Farbkanal "Rot" verwendet.
Alle drei Bilder in Ihrem Projekt verwenden Bandkombinationen, die Vegetation betonen, sodass sich die Grenzen zwischen dem See und der umliegenden Landschaft klarer und deutlicher abheben. Als Nächstes vergleichen Sie die Bilder von 1984 mit den später aufgenommenen Bildern, um zu sehen, wie sich der See verändert hat.
- Aktivieren Sie das Kontrollkästchen neben dem Layer June 2001.tif, um ihn zu aktivieren.
Da dieses Bild von Landsat 7 und nicht von Landsat 5 aufgenommen wurde, unterscheidet sich die Farbe. Dieses Mal wird zur Hervorhebung der Vegetation die Bandkombination Kurzwelleninfrarot, Nahinfrarot und Rot verwendet. Die genauen Unterschiede sind nur schwer auszumachen, ohne sie nebeneinander zu vergleichen. Sie verwenden das Werkzeug Ausblenden, um die Bilder nebeneinander zu vergleichen.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt auf den Layer June 2001.tif, um ihn auszuwählen.
- Klicken Sie auf dem Menüband oben in der Anwendung auf die Registerkarte Raster-Layer. Klicken Sie in der Gruppe Vergleichen auf Ausblenden.
Wenn Sie den Zeiger über die Karte bewegen, nimmt er die Form eines Pfeils an.
- Ziehen Sie die Karte in die Richtung, in die der Pfeil zeigt.
Der ausgewählte Layer wird dort ausgeblendet, wo Sie den Zeiger hinziehen. Jetzt können Sie die beiden Bilder vergleichen. Wenn Sie das Werkzeug Ausblenden vor und zurück (oder nach oben und nach unten) ziehen, sehen Sie, dass sich das südliche und östliche Ende des Sees am meisten verändert hat. Gebiete, in denen der See zurückgegangen ist, sind im Allgemeinen dunkel orange dargestellt, da dort keine Vegetation vorhanden ist. Insgesamt weist der See 2001 sichtbar eine geringere Oberfläche als 1984 auf. Beide Bilder wurden vor der Eröffnung des Drei-Schluchten-Damms im Jahre 2003 aufgenommen, daher ist der Rückgang des Sees während dieses Zeitraums möglicherweise auf eine Dürre oder andere meteorologische Entwicklungen zurückzuführen.
- Aktivieren Sie im Bereich Inhalt den Layer May 2014.tif.
Dieses Bild wurde von Landsat 8 aufgenommen. Bei diesem Bild wird zur Hervorhebung der Vegetation die Bandkombination Kurzwelleninfrarot 1, Nahinfrarot und Rot verwendet. Die orangefarbenen Gebiete, die die Bodenoberfläche des zurückgehenden Sees in der Aufnahme von 2001 angeben, werden jetzt aufgrund des Wachstums der Vegetation hellgrün dargestellt, was auf eine langfristige Änderung des Wasserstands hindeutet.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt auf den Layer May 2014.tif, um ihn auszuwählen.
- Verwenden Sie das Werkzeug Ausblenden, um das Bild von 2014 mit dem von 2001 zu vergleichen.
Der See scheint noch mehr an Oberfläche eingebüßt zu haben, vor allem im südlichen und östlichen Teil. Es ist offensichtlich, dass der See zwischen 1984 und 2014 (zumindest während der Regenperiode, zu der alle drei Bilder aufgenommen wurden) geschrumpft ist, obgleich das genaue Ausmaß unbekannt ist.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Karte in der Gruppe Navigieren auf Erkunden, um den Modus "Ausblenden" zu beenden.
Sie können wieder normal in der Karte navigieren.
Als nächsten Schritt quantifizieren Sie den Flächenverlust genauer.
Landnutzung zum Identifizieren des Sees klassifizieren
Um die Änderung der Seefläche von 1984 bis 2014 zu quantifizieren, klassifizieren Sie die Landnutzung in beiden Bildern. Dabei identifizieren Sie mit Wasser bedeckte Flächen und grenzen diese von anderen Landnutzungen wie Vegetation oder Stadtgebiete ab. Bei multispektralen Bilddaten wie Landsat hat jedes einzelne Pixel (bzw. jede Zelle) im Bild einen Wert für jedes Spektralband. Wie Sie an der Leuchtkraft des Poyang-Sees erkennen können, gibt es viele mögliche Farbwerte für alle unterschiedlichen Schattierungen und Farbtöne. Alle Pixel, die für eine bestimmte Landnutzung stehen, haben jedoch ähnliche Spektralwerte. Durch Klassifizieren des Bildes identifizieren Sie die Pixel, die einen ähnlichen Wert aufweisen, und gruppieren sie, um eine kleine Anzahl von Klassen wie Wasser, Vegetation oder Stadtgebiete darzustellen.
Sie verwenden einen bestimmten Typ von Klassifizierungstechnik, der auch als unüberwachte Klassifizierung bezeichnet wird. Dabei nutzt die Software statistische Analysen, um zu entscheiden, welche Werte eine ausreichende Ähnlichkeit aufweisen, um in Klassen gruppiert zu werden. Sie müssen nur angeben, wie viele Klassen Sie benötigen. Das Werkzeug erzeugt dann genau diese Anzahl von Klassen. Dafür verwenden Sie das Werkzeug "Unüberwachte Iso-Cluster-Klassifizierung".
Landnutzung in 1984 klassifizieren
Zuerst klassifizieren Sie das Bild von 1984.
- Klicken Sie im Menüband auf die Registerkarte Analyse. Klicken Sie in der Gruppe Geoverarbeitung auf Werkzeuge.
Daraufhin wird der Bereich Geoverarbeitung angezeigt.
- Geben Sie im Bereich Geoverarbeitung den Text Unüberwachte Iso-Cluster-Klassifizierung in das Suchfeld ein. Klicken Sie auf das gleichnamige Ergebnis.
Das Werkzeug Unüberwachte Iso-Cluster-Klassifizierung wird geöffnet. Dieses Werkzeug führt eine unüberwachte Klassifizierung des Bilddaten-Layers oder Rasters Ihrer Wahl aus. Es verwendet den Iso-Cluster-Algorithmus, um die Eigenschaften natürlicher Gruppierungen von Zellen zu bestimmen, und erstellt einen Ausgabe-Layer basierend auf der gewünschten Anzahl von Klassen. Sie führen das Werkzeug für den Bild-Layer für 1984 aus.
Sie klassifizieren die Pixel der Bilddaten "1984.tif" in nur vier Klassen, da Sie in erster Linie den See sehen möchten. Eine große Anzahl an Klassen, mit denen viele Typen von Landnutzung unterschieden werden, ist also nicht erforderlich.
- Wählen Sie für die Parameter des Werkzeugs Unüberwachte Iso-Cluster-Klassifizierung die folgenden Werte aus:
- Wählen Sie für Eingabe-Raster-Bänder die Option June 1984.tif aus.
- Geben Sie für Anzahl der Klassen den Wert 4 ein.
- Geben Sie für Klassifiziertes Ausgabe-Raster den Text Iso_1984 am Ende des Speicherortes poyang.gdb ein.
- Lassen Sie die übrigen Parameter unverändert.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Nachdem die Ausführung des Werkzeugs beendet wurde, wird der Ausgabe-Layer der Karte hinzugefügt. Die Farben auf Ihrer Karte können sich von denen in den Beispielbildern unterscheiden.
Der neue Layer stellt die ursprünglichen Bilddaten für Juni 1984 dar. Jetzt gibt es jedoch nur vier Farben, die die vier Klassen darstellen, die das Klassifizierungswerkzeug generiert hat. Alle Bild-Layer umfassen Pixel-Gitter, die auch als Zellen bezeichnet werden, aber in den ursprünglichen Bildern hatten die Pixel Tausende von verschiedenen Farben. Das Werkzeug Unüberwachte Iso-Cluster-Klassifizierung hat alle Pixel des ursprünglichen Bildes basierend auf ihrer spektralen Ähnlichkeit in vier Werteklassen sortiert. Dann wurden nach dem Zufallsprinzip vier Farben ausgewählt, um die einzelnen Klassen zu symbolisieren. Es sieht so aus, als ob alle Wasserzellen in einer Klasse klassifiziert wurden (Wert 1). Vegetation, Wolkenbedeckung und andere Landnutzungstypen wurden in die drei anderen Klassen aufgenommen.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt unter dem Layer Iso_1984 mit der rechten Maustaste auf Value 1, und ändern Sie die Farbe in Yogo-Blau.
- Ändern Sie die anderen Werte (2, 3 und 4) in Keine Farbe.
Nur der Wasserwert bleibt sichtbar. Sie vergleichen ihn mit dem ursprünglichen Bild vom Juni 1984, um sicherzustellen, dass die Klassifizierung richtig ist.
- Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt die Layer May 2014.tif und June 2001.tif.
- Klicken Sie auf den Layer Iso_1984, um ihn auszuwählen. Aktivieren Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Raster-Layer das Werkzeug Vergleichen, um die beiden Layer für 1984 zu vergleichen.
Obwohl die Seegrenzen größtenteils übereinstimmen, enthält der klassifizierte Wert auch kleinere Gewässer um den See. Sie entfernen einige dieser kleineren Gewässer im nächsten Abschnitt. Ein Teil des Sees wurde aufgrund der Wolkenbedeckung nicht in denselben Wert klassifiziert wie der Rest des Sees.
Wolken verdecken häufig Boden-Features in Satellitenbildern. Die Wolkenbedeckung in diesem Bild ist relativ gering, daher hat sie keinen bedeutenden Einfluss auf die Analyse. Die Analyse kann jedoch verbessert werden, indem Bilder mit noch geringerer Wolkenbedeckung verwendet werden.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Karte und reaktivieren Sie das Werkzeug Erkunden.
- Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt die Layer Iso_1984 und June 1984.tif.
Landnutzung in 2014 klassifizieren
Als Nächstes klassifizieren Sie das Bild aus dem Jahr 2014, um zu sehen, wie sich der See im Zeitverlauf verändert hat. Der Bereich Geoverarbeitung ist bereits geöffnet und zeigt das Werkzeug Unüberwachte Iso-Cluster-Klassifizierung an, sodass Sie nur die Parameter ändern müssen, bevor Sie das Werkzeug erneut ausführen.
- Aktivieren Sie im Bereich Inhalt den Layer May 2014.tif.
- Ändern Sie im Bereich Geoverarbeitung die folgenden Parameter:
- Ändern Sie für Eingabe-Raster-Bänder die Option June 1984.tif in May 2014.tif.
- Geben Sie für Klassifiziertes Ausgabe-Raster den Text Iso_2014 am Ende des Speicherortes poyang.gdb ein.
- Lassen Sie die übrigen Parameter unverändert.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Wie zuvor wurden die Wasserzellen in Value 1 des neuen Layers klassifiziert.
- Ändern Sie im Bereich Inhalt für den Layer Iso_2014 die Farbe für Value 1 in Helles Apfelgrün.
- Ändern Sie die anderen Werte (2, 3 und 4) in Keine Farbe.
- Aktivieren Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Raster-Layer das Werkzeug Vergleichen, um die beiden Layer für 2014 zu vergleichen.
Die Klassifizierung von Wasser scheint wieder ziemlich genau zu sein.
- Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt den Layer May 2014.tif, und aktivieren Sie den Layer Iso_1984.
Die sichtbaren blauen Flächen stellen Wasserflächen dar, die 1984 noch mit Wasser bedeckt waren, im Jahr 2001 aber nicht mehr, sodass der Rückgang des Sees im Zeitraum zwischen den beiden Zeitpunkten verdeutlicht wird.
- Klicken Sie auf der Symbolleiste für den Schnellzugriff auf die Schaltfläche Speichern.
Hinweis:
Wenn Sie in einer Meldung darüber informiert werden, dass das Projekt in einer früheren Version der Software erstellt wurde, klicken Sie auf Ja, um fortzufahren.
Sie haben die Bilder für 1984 und 2014 klassifiziert, um die Landnutzung darzustellen, indem Sie einen Einzelwert für Wasser aus den zahlreichen Wasserwerten im ursprünglichen Bild erstellt haben. Als Nächstes glätten Sie die Seegrenzen und entfernen die kleineren Wasser-Features, die entlang des Poyang-Sees klassifiziert wurden.
Die Klassifizierung bereinigen
Als Nächstes bereinigen Sie Ihre klassifizierten Bilder mit Analysewerkzeugen für die Generalisierung, um kleine Fehler oder Gewässer um den See herum zu entfernen. Sie werden außerdem die Grenzen des Sees glätten.
Einzelne Pixel filtern
Zunächst bereinigen Sie die kleinen, isolierten Pixel, die als Wasser klassifiziert wurden, aber nicht Teil des Poyang-Sees sind. Einige dieser Pixel gehören zu kleinen Teichen oder Gewässern, andere sind falsch klassifiziert. Da sie bei der Berechnung der Fläche des Poyang-Sees in jedem Fall nicht berücksichtigt werden sollten, führen Sie ein Geoverarbeitungswerkzeug aus, um möglichst viele von ihnen zu eliminieren.
- Öffnen Sie bei Bedarf das Projekt Poyang Land Cover in ArcGIS Pro.
- Klicken Sie auf dem Menüband der Registerkarte Analyse auf Werkzeuge, um den Bereich Geoverarbeitung zu öffnen.
- Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück, um zum Suchfeld zurückzukehren.
- Geben Sie in das Suchfeld Mehrheitsfilter ein. Klicken Sie auf das Werkzeug Mehrheitsfilter.
Das Werkzeug Mehrheitsfilter ist ein Werkzeug für die Datengeneralisierung. Es ersetzt Zellen in einem Bild- oder Raster-Layer basierend auf dem Mehrheitswert der benachbarten Zellen. Wenn eine Zelle als Klasse 1 (Wasser) klassifiziert wurde, drei ihrer benachbarten Zellen jedoch als Klasse 2 klassifiziert wurden, ändert das Werkzeug den Zellenwert in Klasse 2, um ihn an die umgebenden Werte anzupassen. Sie führen das Werkzeug zweimal aus, für jedes klassifizierte Bild einmal.
- Wählen Sie im Werkzeug Mehrheitsfilter für Eingabe-Raster die Option Iso_1984 aus.
- Ändern Sie den Namen von Ausgabe-Raster in Filter_1984 am Ende des Speicherortes poyang.gdb.
Mit den anderen Parametern können Sie festlegen, wie viele benachbarte Zellen das Werkzeug verwenden soll und ob eine Mehrheit oder nur die Hälfte der Zellen zusammenhängend sein und über den gleichen Wert verfügen muss. Um die maximale Anzahl einzelner Pixel zu generalisieren und einen besseren Glättungseffekt zu erzielen, verwenden Sie nur die Hälfte der Zellen.
- Wählen Sie unter Schwellenwert beim Ersetzen die Option Hälfte aus.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Bei der Generalisierung wurden zwar viele einzelne Pixel entfernt, aber es sind dennoch viele vorhanden. Eine zusätzliche Generalisierung kann zwar gerechtfertigt sein, birgt jedoch auch das Risiko, dass gewünschte Daten entfernt werden. Es könnten also Zellen verloren gehen, die den Poyang-See darstellen. Sie beheben einige der verbleibenden Probleme, wenn Sie die Grenzen später glätten. Jetzt führen Sie jedoch das Werkzeug für den anderen Bilddaten-Layer aus.
- Ändern Sie im Bereich Geoverarbeitung die Option für Eingabe-Raster in Iso_2014 und den Namen für Ausgabe-Raster in Filter_2014.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Das generalisierte Bild von 2014 wird der Karte hinzugefügt.
Nachdem Sie die Versionen der zwei klassifizierten Bilder generalisiert haben, werden die ursprünglichen klassifizierten Bilder auf der Karte nicht mehr benötigt. Daher entfernen Sie sie.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf den Layer Iso_2014, und wählen Sie Entfernen aus.
- Entfernen Sie auch den Layer Iso_1984.
Wenn Sie erneut auf diese Layer zugreifen müssen, finden Sie sie (genau wie alle anderen Layer, die Sie in diesem Projekt erstellen) in der Datenbank poyang.gdb im Bereich Katalog.
Bildgrenzen bereinigen
Sie haben einige der einzelnen Pixel in jedem Bild entfernt. Als Nächstes bereinigen Sie die Grenzen zwischen Werten in jedem Bild, um die verpixelten, gekörnten Kanten zu entfernen.
- Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück.
- Suchen Sie das Werkzeug Grenzen glätten, und öffnen Sie es.
Mit dem Werkzeug Grenzen glätten werden die Grenzen zwischen Klassen geglättet, indem die Grenzen erweitert und anschließend auf ihre ursprüngliche Größe verkleinert werden. Dadurch werden im Allgemeinen einzelne Pixel entfernt und durch den Wert ihrer umliegenden Pixel ersetzt. Das Ergebnis ist ein ähnlicher Effekt wie bei dem Werkzeug Mehrheitsfilter, der Fokus liegt jedoch auf Klassengrenzen.
- Wählen Sie für die Parameter von Grenzen glätten die folgenden Werte aus:
- Wählen Sie für Eingabe-Raster die Option Filter_1984 aus.
- Ändern Sie den Namen für Ausgabe-Raster in Clean_1984.
Mit dem Parameter Sortiertyp wird festgelegt, ob Werte mit größeren oder kleineren Flächen während der Erweiterung priorisiert werden sollen, und mithilfe des Kontrollkästchens wird bestimmt, wie häufig der Prozess ausgeführt wird. Sie übernehmen die Standardoptionen für diese Parameter.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Der neue Layer "1984" wird der Karte hinzugefügt. Die Unterschiede sind gering, die Grenzen zwischen Werten werden jedoch geglättet. Außerdem werden mehrere der kleinen, einzelnen Pixel entfernt, die über das gesamte Bild verstreut sind. Obwohl noch einige vorhanden sind, wurde das Bild mithilfe der Generalisierungswerkzeuge deutlich bereinigt. Wenn Sie die Unterschiede sehen möchten, verwenden Sie das Werkzeug Vergleichen, und zoomen Sie nah auf das Bild, um einen Vergleich anzustellen. Als Nächstes führen Sie das Werkzeug Grenzen glätten für das andere Bild aus.
- Führen Sie das Werkzeug Grenzen glätten für das Raster Filter_2014 aus. Ändern Sie den Namen für Ausgabe-Raster in Clean_2014.
Der neue Layer "2014" wird der Karte hinzugefügt. Da Sie die mit dem Werkzeug Mehrheitsfilter; erstellten Bilder nicht mehr benötigen, entfernen Sie sie.
- Entfernen Sie im Bereich Inhalt die Layer Filter_2014 und Filter_1984.
- Speichern Sie das Projekt.
Sie haben das ursprüngliche klassifizierte Bild bereinigt, um viele kleine Fehler oder falsch platzierte Pixel-Gruppierungen zu entfernen. Als Nächstes berechnen Sie die Seefläche für 1984 und 2014 und ermitteln, um wie viel die Seefläche zwischen diesen beiden Jahren zurückgegangen ist.
Fläche im Zeitverlauf berechnen
Im Folgenden berechnen Sie die Fläche des Poyang-Sees in Hektar für 1984 und für 2014. Zuerst wählen Sie die geeignete Formel aus.
Eine Formel für die Flächenberechnung entwickeln
Sie untersuchen, wie die Seefläche berechnet werden kann.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf den Layer Clean_1984, und wählen Sie Attributtabelle aus.
Die Tabelle wird angezeigt.
Jeder der vier Werte (für die vier Klassen) des Layers verfügt über eine Pixelanzahl. "Value 1", der Wasser entspricht, hat ca. 3 Mio. Pixel. Dies ist eine große Anzahl von Pixeln, aber welcher realen Größe entspricht ein Pixel? Das werden Sie herausfinden, indem Sie die Auflösung des Bildes überprüfen, die angibt, wie viele reale Einheiten einem einzelnen Pixel entsprechen.
Hinweis:
Sie leiten die Fläche eines Features direkt anhand der Anzahl der in der Attributtabelle aufgeführten Pixel ab. Dies ist nur möglich, wenn Sie ein projiziertes Koordinatensystem verwenden, das Flächen nicht stark verzerrt. Wie Sie später sehen werden, wird hier das Koordinatensystem WGS 1984 UTM Zone 50N verwendet. Das ist akzeptabel. Andere Systeme, wie Web Mercator, das häufig für Webkarten genutzt wird, wären nicht akzeptabel.
- Lassen Sie die Attributtabelle geöffnet. Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf den Layer Clean_1984, und wählen Sie Eigenschaften aus.
Das Fenster Layer-Eigenschaften wird angezeigt.
- Klicken Sie links im Fenster Layer-Eigenschaften auf Quelle.
Die Registerkarte Quelle enthält Informationen zum Datentyp und zum Speicherort des Layers auf Ihrem Computer, zur Ausdehnung der Daten und zur Projektion der Daten auf der Karte.
- Klicken Sie auf Raster-Information.
Die Parameter Zellengröße X und Zellengröße Y beziehen sich auf die Länge (X) und die Höhe (Y) jeder Zelle bzw. jedes Pixels. In diesem Fall entspricht jedes Pixel auf der Karte einer realen Fläche von 30 x 30 Einheiten. Die Maßeinheit ist Ihnen jedoch immer noch nicht bekannt. Sind es 30 Zoll? 30 Kilometer? Sie möchten die Hektarzahl berechnen, daher ist es wichtig, die Maßeinheit zu kennen.
- Klicken Sie erneut auf Raster-Information, um sie zu schließen. Klicken Sie auf Raumbezug.
Der Parameter Lineare Einheit bezieht sich auf die Maßeinheit, die bei allen räumlichen Berechnungen im Zusammenhang mit dem Layer standardmäßig verwendet wird. In diesem Fall ist die Einheit Meter, d. h. jedes Pixel stellt eine Fläche von 30 x 30 Meter (oder 900 Quadratmeter) in der realen Welt dar.
Wie bereits erwähnt, können Sie unter Raumbezug auch sehen, dass für Projiziertes Koordinatensystem die Option WGS 1984 UTM Zone 50N verwendet wird.
- Schließen Sie das Fenster Layer-Eigenschaften.
Um die Fläche jedes Wertes im Bild zu ermitteln, multiplizieren Sie die Pixelanzahl mit 900, um sie in Quadratmeter zu konvertieren. Anschließend dividieren Sie das Ergebnis durch 10.000, was der Anzahl der Quadratmeter eines Hektars entspricht. Die allgemeine Formel für die Berechnung lautet wie folgt:
Hektar = (Anzahl × 900) / 10.000
Nachdem Sie die Formel entwickelt haben, berechnen Sie damit die Seefläche.
Den Rückgang der Seefläche in Hektar berechnen
Jetzt berechnen Sie die Seefläche in Hektar für 1984 und 2014. Dann ermitteln Sie, um wie viele Hektar sie zwischen den beiden Jahren zurückgegangen ist.
- Klicken Sie in der Attributtabelle Clean_1984 auf die Schaltfläche Feld hinzufügen.
Die Ansicht "Felder" wird geöffnet, in der Sie die Felder in der Attributtabelle verwalten können. Ein neues Feld wird am Ende der Liste hinzugefügt.
- Ändern Sie den Wert für Feldname für das neue Feld in Hectares. Ändern Sie Datentyp in Gleitkomma.
Gleitkomma ist ein Datentyp, der Zahlen mit Dezimalstellen zulässt.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Felder in der Gruppe Änderungen auf Speichern.
- Schließen Sie die Ansicht Felder: Clean_1984, um zur Attributtabelle zurückzukehren.
Die Tabelle enthält nun das Feld Hectares, aber keine Werte. Als Nächstes berechnen Sie mithilfe der weiter oben beschriebenen Konvertierungsgleichung die Hektarzahl für jeden Wert.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Überschrift des Feldes Hectares, und wählen Sie Feld berechnen aus.
Das Werkzeug Feld berechnen wird angezeigt.
- Überprüfen Sie im Werkzeug Feld berechnen Folgendes:
- Der Wert für Eingabetabelle ist Clean_1984.
- Der Wert für Feldname (vorhanden oder neu) ist Hectares.
- Der Wert für Ausdruckstyp ist Python.
- Erstellen Sie unter Hectares = den Ausdruck (!Count! * 900) / 10000.
Tipp:
Sie können dem Ausdruck das Feld Count hinzufügen, indem Sie im Feld Felder auf Count doppelklicken.
- Klicken Sie auf OK.
Das Feld Hectares in der Attributtabelle wird mit der Hektarzahl der Fläche jedes Wertes im Bild ausgefüllt. "Value 1", der Wasser anzeigt, steht für ca. 270.000 Hektar – die Fläche des Sees im Jahr 1984.
- Schließen Sie die Attributtabelle.
Als Nächstes berechnen Sie die Seefläche in Hektar für 2014. Da die räumliche Auflösung und andere Merkmale der beiden Bilder identisch sind, verwenden Sie die gleiche Formel wie zuvor.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf den Layer Clean_2014, und wählen Sie Attributtabelle aus. Klicken Sie in der Attributtabelle auf die Schaltfläche Feld hinzufügen.
- Ändern Sie den Feldnamen des neuen Feldes in Hectares, und den Datentyp in Float.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Felder in der Gruppe Änderungen auf Speichern. Schließen Sie die Ansicht Felder: Clean_2014, um zur Attributtabelle zurückzukehren.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Überschrift des Feldes Hectares, und wählen Sie Feld berechnen aus. Stellen Sie sicher, dass für Eingabetabelle die Option Clean_2014, für Feldname (vorhanden oder neu) die Option Hectares und für Ausdruckstyp die Option Python festgelegt ist.
- Erstellen Sie unter Hectares = den Ausdruck (!Count! * 900) / 10000. Klicken Sie auf OK.
Das Feld Hectares in der Attributtabelle wird gefüllt. Der Wert 1, der Wasser angibt, liegt bei etwa 200.000 Hektar. Das ist die Seefläche im Jahr 2014.
- Schließen Sie die Attributtabelle.
1984 entspricht die Fläche des Sees ca. 270.000 Hektar, 2014 hingegen ca. 200.000 Hektar. Zwischen 1984 und 2014 ist der Poyang-See um fast 70.000 Hektar zurückgegangen: durchschnittlich 2.300 Hektar pro Jahr.
Hinweis:
Es gibt andere Methoden, die Fläche nach Abschluss der Klassifizierung zu berechnen. Sie könnten beispielsweise zuerst das Werkzeug Raster in Polygon verwenden, um ein Polygon-Feature des Sees zu generieren, das die Fläche in Quadratmetern enthält. Dann würden Sie die Fläche in Hektar konvertieren, indem Sie den Wert durch 10.000 teilen.
- Speichern Sie das Projekt.
In diesem Lernprogramm haben Sie Landsat-Bilddaten für den Poyang-See visuell verglichen und klassifiziert, um herauszufinden, wie sehr sich die Seefläche mit der Zeit verändert hat. Ihre Ergebnisse deuten auf ein schwerwiegendes Problem hin: Die Seefläche hat in nur 30 Jahren um Tausende von Hektar abgenommen. Ihre Berechnungen können die Ursachen für den Rückgang des Poyang-Sees zwar nicht aufdecken, sie liefern jedoch den Nachweis für ein ernsthaftes Problem und dienen u. a. Umweltwissenschaftlern als Ausgangspunkt für weitere Forschungen.
Hinweis:
Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, in welchem Tempo die Änderung des Poyang-Sees in diesen 30 Jahren vonstattengegangen ist, können Sie die gleiche Analyse mit Bilddaten aus einem Jahr innerhalb dieses Zeitraums durchführen, beispielsweise für den Juni 2001. So können Sie die Änderung im Zeitverlauf darstellen und herausfinden, ob das Tempo gleichmäßig ist oder sich beschleunigt.
Weitere vergleichbare Lektionen finden Sie auf der Seite Introduction to Imagery & Remote Sensing.
Weitere Lernprogramme finden Sie in der Lernprogrammgalerie.
