Aktionsraum mit einem minimalen konvexen Polygon definieren
In diesem Abschnitt verwenden Sie das Werkzeug Minimale Begrenzungsgeometrie, um das größte beobachtete Gebiet zu untersuchen, das von den Elchen in dieser Region eingenommen wird. Das Werkzeug Minimale Begrenzungsgeometrie berechnet Polygone, die die kleinste erforderliche Fläche darstellen, um die Eingabedaten zu umschließen. Obwohl das Werkzeug Formen wie Kreise und Rechtecke berechnen kann, verwenden Sie den Typ "Konvexe Hülle", der eine gerade Linie zwischen den äußeren Eckpunkten des eingegebenen Datasets darstellt und die einfachste Methode ist, um den Aktionsraum eines Tieres zu untersuchen.
- Laden Sie das Projektpaket "Elk_Home_Range" herunter.
Eine Datei mit dem Namen Elk_Home_Range.ppkx wird auf Ihren Computer heruntergeladen.
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 einer Anleitung zu ArcGIS Pro-Projektpaketen (PPKX-Dateien).
- Suchen Sie die heruntergeladene Datei auf Ihrem Computer. Doppelklicken Sie auf die Datei Elk_Home_Range.ppkx, um das Projekt in ArcGIS Pro zu öffnen.
- Melden Sie sich ggf. bei ArcGIS Pro mit Ihrem lizenzierten ArcGIS-Konto an.
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Die Karte zeigt die Standorte der 2009 in Südwest-Alberta, Südost-British Columbia und Nordwest-Montana gesammelten Elch-Telemetriedaten. Die in diesem Lernprogramm verwendeten Daten stellen eine Teilmenge der Daten dar, die in der ursprünglichen Studie über mehrere Jahre hinweg erhoben wurden. Diese Teilmenge von Daten wurde projiziert und vorverarbeitet, um ein Attribut aufzunehmen, das angibt, zu welcher Jahreszeit ein Punkt aufgezeichnet wurde. Dieses Attribut wird als Untersuchungsfeld in der Analyse der Richtungsverteilung verwendet, um Veränderungen im Laufe der Zeit aufzuzeigen. Weitere Informationen über die Studie und Zugang zum vollständigen Dataset finden Sie unter MoveBank.
- Klicken Sie im Menüband auf die Registerkarte Analyse. Klicken Sie in der Gruppe Geoverarbeitung auf ModelBuilder.
Es wird ein leeres ModelBuilder-Fenster angezeigt. Sie beginnen mit dem Erstellen des Modells, indem Sie Werkzeuge aus dem Bereich Analyse hineinziehen.
- Klicken Sie auf dem Menüband ModelBuilder in der Gruppe Einfügen auf Werkzeuge.
Daraufhin wird der Bereich Geoverarbeitung angezeigt.
- Suchen Sie im Bereich Geoverarbeitung nach dem Werkzeug Minimale Begrenzungsgeometrie. Ziehen Sie das Werkzeug auf das Modell.
Dem Modell werden ein Rechteck, das das Geoverarbeitungswerkzeug Minimale Begrenzungsgeometrie anzeigt, und eine ovale Form, die die Ausgabe-Feature-Class des Werkzeugs darstellt, hinzugefügt.
- Doppelklicken Sie im Modell auf das Rechteck Minimale Begrenzungsgeometrie, um die Parameter zu öffnen.
Der erste Parameter sind die Eingabe-Features, für die die minimale Begrenzungsgeometrie berechnet werden soll.
- Wählen Sie für Eingabe-Features die Feature-Class Elk_in_Southwestern_Alberta_2009.
- Wählen Sie für den Parameter Geometrietyp die Option Konvexe Hülle, und geben Sie für Ausgabe-Feature-Class den Text Elk_data_MBG ein.
- Klicken Sie auf OK.
Dem Modell wird ein blauer Kreis hinzugefügt, der die Feature-Class Elk_data_2009 darstellt. Ein Pfeil zeigt auf das Werkzeug Minimale Begrenzungsgeometrie, um zu veranschaulichen, dass dieser Layer eine Eingabe für das Werkzeug ist.
- Klicken Sie im Modell mit der rechten Maustaste auf die grüne Ausgabe, und wählen Sie Zur Anzeige hinzufügen aus.
Dadurch wird die Ausgabe nach der Ausführung zur Karte hinzugefügt.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste im Modell auf das Werkzeug Minimale Begrenzungsgeometrie, und klicken Sie auf Ausführen.
=
Das Werkzeug wird ausgeführt. Nach der Ausführung wird der neue Layer Elk_data_MBG der Karte hinzugefügt.
- Klicken Sie auf die Registerkarte Karte.
Der resultierende Layer stellt die minimale Begrenzungsgeometrie der Elchherde dar. Einzelne Tiere halten sich jedoch nicht überall in diesen Bereichen gleich lange auf. Im nächsten Abschnitt untersuchen Sie ihre Bereiche anhand der Kerndichte, um zu verstehen, wo sich die Elche mehr oder weniger aufhalten.
Mit dem Werkzeug "Kerndichte" untersuchen, wo sich Elche versammeln
Der Umriss des beobachteten Bereichs ist oft hilfreich, kann aber den Aktionsraum überbewerten. Andere Analysen wie die Bestimmung der Kerndichte können dazu beitragen, genauer zu bestimmen, wo sich die Tiere aufhalten. Die Schätzung der Kerndichte erzeugt ein Ausgabe-Raster mit Schätzungen zur Wahrscheinlichkeit der Raumnutzung durch Tiere. Auf der Grundlage von Orten, an denen Elche beobachtet wurden, oder der bekannten Raumnutzung der Tiere wird anhand der Kerndichte geschätzt, wie wahrscheinlich es ist, dass Elche in umliegenden Gebieten gesichtet werden. Die Funktion der Kerndichte erstellt diese Schätzung. Dabei wird davon ausgegangen, dass je mehr Elche in der Umgebung einer bestimmten Position N beobachtet werden, desto wahrscheinlicher ist es, dass es an dieser Position N auch Elche gibt.
Da ein höherer Wert für die Dichte an einer Position eine höhere Wahrscheinlichkeit für die Beobachtung von Elchen an dieser Position bedeutet, kann das Ausgabe-Raster der Kerndichte helfen, den Aktionsraum der Tiere zu visualisieren. Die Werte für die Dichte sind innerhalb des Aktionsraums vergleichsweise höher und fallen dann am Rande des Aktionsraums steil ab. Zur Abgrenzung des Aktionsraums können verschiedene Schwellenwerte verwendet werden.
- Klicken Sie auf die Registerkarte Modell. Suchen Sie im Bereich Geoverarbeitung nach dem Werkzeug Kerndichte. Ziehen Sie das Werkzeug in das Modell unter das Werkzeug Minimale Begrenzungsgeometrie.
- Klicken Sie auf die ovale Form Elk_in_Southwestern_Alberta_2009, und ziehen Sie die Maus, um diese Form mit dem Werkzeug Kerndichte zu verbinden. Wählen Sie im sich öffnenden Fenster Eingabe Punkt- oder Linien-Features aus.
Die blaue ovale Form Elk_in_Southwestern_Alberta_2009 verfügt nun über zwei Linien, die sie mit zwei verschiedenen Werkzeugen verbinden.
- Doppelklicken Sie auf das Werkzeug Kerndichte, um die Parameter zu öffnen.
Der Parameter Eingabe Punkt- oder Linien-Features ist auf den Layer Elk_in_Southwestern_Alberta_2009 festgelegt.
- Geben Sie für Ausgabe-Raster den Text Elk_KernelDensity ein.
Übernehmen Sie alle anderen Standardeinstellungen. Die Flächeneinheiten und die Ausgabezellengröße werden durch die Projektion der Karte und die Eingaben bestimmt. Wenn der Wert für Suchradius nicht angegeben wird, wird er auf Grundlage des Eingabe-Datasets berechnet, und der verwendete Wert ist nach Abschluss der Verarbeitung in den Meldungen des Werkzeugs verfügbar.
- Klicken Sie auf OK.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste im Modell auf die Ausgabe Elk_KernelDensity, und wählen Sie Zur Anzeige hinzufügen aus.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Kerndichte, und wählen Sie Ausführen aus.
Hinweis:
Wenn Sie auf der Werkzeugleiste auf die Schaltfläche Ausführen klicken, wird das gesamte Modell ausgeführt. Da Sie das Werkzeug Minimale Begrenzungsgeometrie bereits ausgeführt haben und es nicht noch einmal ausführen möchten, entscheiden Sie sich dafür, nur das Werkzeug Kerndichte auszuführen.
- Klicken Sie auf die Registerkarte Karte. Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt die Layer Elk_in_Southwestern_Alberta_2009 und Elk_data_MBG, um die Ergebnisse der Analyse der Kerndichte zu überprüfen.
Nachdem Sie nun die Kerndichte berechnet haben, können Sie die Ausgabe zur Visualisierung des potenziellen Aktionsraums verwenden.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf den Kerndichte-Layer, und wählen Sie Symbolisierung aus.
Der Bereich Symbolisierung wird geöffnet. Der Layer ist momentan mit der Methode Gleiches Intervall gestylt, die unabhängig von der Verteilung der Daten Klassen mit gleichen Bereichen erstellt. Diese Methode eignet sich am besten für die Beschreibung von bekannten Bereichen, wie Prozentsätze oder Temperaturen, bei denen es sinnvoll ist, den Wert eines Attributs im Verhältnis zu anderen Attributen hervorzuheben. Stattdessen möchten Sie die Ergebnisse der Kerndichte verwenden, um zu beschreiben, ob es wahrscheinlicher oder unwahrscheinlicher ist, dass Elche an einem Ort vorkommen.
- Klicken Sie im Bereich Symbolisierung für Primäre Symbolisierung auf Klassifizieren, und wählen Sie Streckung aus.
Das Raster wird jetzt unter Verwendung eines Farbverlaufs von Schwarz nach Weiß dargestellt, der Werte von 0 (wahrscheinlich keine Anwesenheit) als Schwarz anzeigt. Sie werden den Farbverlauf ändern, um die Ausgabe der Kerndichte besser zu visualisieren.
- Klicken Sie für Farbschema auf den Farbverlauf. Aktivieren Sie unter Farbschema formatieren die Optionen Namen anzeigen und Alle anzeigen.
- Wählen Sie den Farbverlauf Heatmap: Dark Metal-Blue-White-Semitransparent aus.
Der Layer Elk_KernelDensity wird aktualisiert und zeigt den neuen Farbverlauf der Heatmap an. In Flächen in hellem Weiß ist die Wahrscheinlichkeit am größten, dass es Elche gibt, während in Flächen in dunkleren Blautönen weniger Elche zu finden sind.
Das Werkzeug Kerndichte erzeugt eine zusammenhängende Fläche, die die Wahrscheinlichkeit der Anwesenheit von Elchen an einer Position innerhalb des Aktionsraums anzeigt.
Cluster mit dem Werkzeug "Dichte-basierte Cluster-Bildung" suchen
Mit dem Werkzeug "Kerndichte" können Sie Cluster in der Grundgesamtheit finden. Mit dem Werkzeug Dichte-basierte Cluster-Bildung können Sie nun herausfinden, wo sich ein einzelner Elch aufhält. Das Werkzeug Dichte-basierte Cluster-Bildung ermittelt Cluster und Rauschen in Punktdaten. Sie verwenden die beobachteten Punkte für einen einzelnen Elch, E106, der sowohl die meisten beobachteten Punkte im Dataset als auch einen großen geographischen Wanderbereich hat. Da dieser Elch im Jahr 2009 so weit gewandert ist, verwenden Sie das Werkzeug, um Cluster zu finden, in denen er viel Zeit verbracht hat, während es sich bei den beobachteten Punkten um Ausreißer oder Rauschen in den Daten handeln könnte.
- Klicken Sie auf dem Menüband in der Gruppe Auswahl auf Nach Attributen auswählen.
Das Werkzeug Nach Attributen auswählen wird geöffnet.
- Wählen Sie für Eingabezeilen die Option Elk_in_Southwestern_Alberta_2009 aus.
- Klicken Sie für Ausdruck auf das Feld Feld auswählen, und wählen Sie das Feld ind_ident aus. Klicken Sie im letzten Feld auf das Dropdown-Menü und wählen Sie E106.
Der vollständige Ausdruck lautet Wobei gilt: ind_ident ist gleich E106.
- Klicken Sie auf OK.
Die mit dem Elch E106 verknüpften Punkte werden auf der Karte hervorgehoben. Sie führen die nächste Analyse mit dieser Auswahl durch, um die für dieses Tier spezifischen Cluster zu analysieren.
- Klicken Sie auf die Registerkarte Modell, und fügen Sie das Geoverarbeitungswerkzeug Dichte-basierte Cluster-Bildung unterhalb des Werkzeugs Kerndichte hinzu.
- Verbinden Sie die ovale Form Elk_in_Southwestern_Alberta_2009 mit dem Werkzeug Dichte-basierte Cluster-Bildung als Eingabe-Punkt-Features.
- Doppelklicken Sie auf Dichte-basierte Cluster-Bildung, um die Parameter des Werkzeugs zu öffnen, und benennen Sie die Ausgabe-Features in Elk_E106_DBC um.
Als Nächstes wählen Sie die Option Methode der Cluster-Bildung. "Definierte Entfernung (DBSCAN)" findet Cluster auf der Grundlage eines Suchabstands, den Sie im Werkzeug angeben. "Automatische Anpassung (HBDSCAN)" findet Cluster auf der Grundlage der Wahrscheinlichkeit, dass ein Datenpunkt zu einer bestimmten Gruppe gehört.
- Wählen Sie für Methode der Cluster-Bildung die Option Automatische Anpassung (HDBSCAN), und geben Sie für Minimale Anzahl Features pro Cluster den Wert 100 ein. Klicken Sie auf OK.
Der Wert Minimale Anzahl Features pro Cluster von 100 wurde gewählt, um eine geringere Anzahl an Clustern zu erzeugen. Um andere Cluster-Werte und Methoden zu testen, ändern Sie die Parameter Methode der Cluster-Bildung und Minimale Anzahl Features pro Cluster.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Ausgabe, und wählen Sie Zur Anzeige hinzufügen aus.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Werkzeug Dichte-basierte Cluster-Bildung, und klicken Sie auf Ausführen.
Nach der Ausführung des Werkzeugs zeigt das Fenster Meldungen, dass vier Cluster ermittelt wurden.
- Klicken Sie auf die Registerkarte Karte, um die Ergebnisse anzuzeigen. Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt alle Layer mit Ausnahme des Layers Elk_E106_DBC und der Grundkarte.
Die vier Cluster in den aufgezeichneten Positionen dieses Elchs sind auf der Karte dargestellt. Um die Ergebnisse der für die Cluster-Bildung verwendeten Parameter zu untersuchen, werden zwei Diagramme mit den Layern "Verteilung der Mitgliedschaftswahrscheinlichkeit" und "Features pro Cluster" erstellt.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf den Layer Elk_data_DBC, und wählen Sie Attributtabelle aus.
In der Attributtabelle Elk_data_DBC wird für jeden Punkt, der als Teil eines Clusters identifiziert wurde, die Wahrscheinlichkeit angegeben, dass der Punkt Teil des Clusters ist, sowie die Stabilität des Clusters. Die Punkte werden auch als Ausreißer oder Exemplare beschriftet. Exemplare sind Punkte, die am repräsentativsten für den Cluster sind, während Ausreißer danach bewertet werden, wie nahe sie dem Exemplar sind.
- Schließen Sie die Attributtabelle.
- Klicken Sie auf dem Menüband in der Gruppe Auswahl auf Aufheben.
Die Auswahl der ausgewählten Daten wird aufgehoben, und Sie können Ihre Analyse für alle Datenpunkte im Layer "Elk_in_Southwestern_Alberta_2009" fortsetzen.
Das Werkzeug "Standardabweichungsellipsen" verwenden, um den Bereich und die Veränderung im Laufe der Zeit zu untersuchen
Das Werkzeug Standardabweichungsellipsen ist ein weiteres nützliches Werkzeug zur Untersuchung des Aktionsraums einer Spezies. Während das mit dem Werkzeug Minimale Begrenzungsgeometrie berechnete konvexe Hüllenpolygon den Umriss der Ausdehnung der Beobachtungen darstellt, kann das Werkzeug Standardabweichungsellipsen auf der Grundlage der zentralen Tendenz, der Verteilung und der Richtungstrends der Features statistisch einen Aktionsraum von 1, 2 oder 3 Standardabweichungen bestimmen. Während es hilfreich sein kann, die Gesamtverteilung der beobachteten Tierbereiche zu verstehen, kann die Richtungsverteilung auch Muster über die Zeit zeigen. Sie verwenden dieses Werkzeug zweimal, zum einen zur Darstellung der Gesamtverteilung und zum anderen zur Darstellung der saisonalen Veränderungen beim Aktionsraum des Elchs. Die Saison, in der jeder Punkt aufgezeichnet wurde, ist im Feld summer_indicator angegeben. Im Feld summer_indicator stehen Werte von 1 für Punkte, die im Dezember, Januar und Februar gesammelt wurden; Werte von 2 für Punkte, die im März, April und Mai gesammelt wurden; Werte von 3 für Punkte, die im Juni, Juli und August gesammelt wurden; und Werte von 4 für Punkte, die im September, Oktober und November gesammelt wurden.
- Klicken Sie auf die Registerkarte "Modell", und fügen Sie das Werkzeug Richtungsverteilung (Standardabweichungsellipse) unterhalb des Werkzeugs Dichte-basierte Cluster-Bildung hinzu.
- Verbinden Sie die ovale Form Elk_in_Southwestern_Alberta_2009 mit dem Werkzeug Richtungsverteilung für Eingabe-Feature-Class.
- Doppelklicken Sie auf das Werkzeug Richtungsverteilung, um die Parameter zu öffnen. Weisen Sie dem Parameterwert Ausgabe-Ellipse-Feature-Class den Namen Elk_data_DD zu.
- Wählen Sie für Ellipsengröße die Option 2 Standardabweichungen. Lassen Sie die übrigen Variablen leer, und klicken Sie auf OK.
Durch das Erstellen von Ellipsen mit 2 Standardabweichungen werden etwa 95 % der Population erfasst. Da jede Position eines Tieres die gleiche Bedeutung hat, wird der Parameter Gewichtungsfeld nicht verwendet. Der Parameter Untersuchungsfeld wird zur Gruppierung von Features für die Berechnung verwendet. Sie werden diesen Parameter später zur Berechnung von Ellipsen der Richtungsverteilung nach Beobachtungsmonat verwenden.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die grüne Ausgabe im Modell, aktivieren Sie Zur Anzeige hinzufügen, und führen Sie das Werkzeug Richtungsverteilung aus.
Die Ausgabe wird zur Karte hinzugefügt.
Diese Verteilung ist für alle Features auf den Mittelpunkt zentriert. Da Elche saisonal zur Nahrungssuche und Fortpflanzung wandern, kann es auch hilfreich sein, die Richtungsverteilung für den Sommer und andere Jahreszeiten zu ermitteln.
- Klicken Sie auf der Registerkarte Modell mit der rechten Maustaste auf das Werkzeug Richtungsverteilung aus dem vorherigen Abschnitt, und wählen Sie Kopieren.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Bereich "Modell" unter Richtungsverteilung, und wählen Sie Einfügen, um dieses Werkzeug innerhalb des Modells zu duplizieren.
Da Sie das Werkzeug kopiert haben, gelten die zuvor eingestellten Parameter weiterhin.
- Doppelklicken Sie auf das eingefügte Werkzeug Richtungsverteilung, und benennen Sie den Parameter Ausgabe-Ellipse-Feature-Class in Elk_data_DD_season um.
- Wählen Sie unter dem Parameter Untersuchungsfeld die Option summer_indicator, und klicken Sie auf OK.
- Fügen Sie die Ausgabe zur Anzeige hinzu, und führen Sie das Werkzeug aus.
Das Ergebnis Elk_data_DD_season wird auf der Karte dargestellt. Mit der aktuellen Symbolisierung werden alle Ellipsen, die monatliche Daten anzeigen, gleich symbolisiert. Sie ändern die Symbolisierung so, dass jeder Monat eine eigene Farbe hat.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf Elk_data_Year, und wählen Sie Symbolisierung aus.
- Wählen Sie im Bereich Symbolisierung für Primäre Symbolisierung den Eintrag Einzelwerte aus. Wählen Sie für Feld die Option summer_indicator.
Jetzt wird jede Ellipse mit einer anderen Farbe dargestellt, aber da der Geometrietyp Polygon ist, verfügen sie alle über eine Füllung, was den Vergleich erschwert.
- Klicken Sie neben Farbschema auf die Schaltfläche Optionen für Farbschema, und wählen Sie Auf Füllung und Umriss anwenden aus.
Die Polygonumrisse werden von grau auf die gleiche Farbe wie die Füllung aktualisiert. Sie entfernen jetzt die Füllung, damit Sie alle Ellipsen sehen können.
- Klicken Sie unter Klassen auf Weitere, und wählen Sie Alle Symbole formatieren aus.
Der Bereich Mehrere Polygonsymbole formatieren wird angezeigt.
- Klicken Sie auf die Registerkarte Eigenschaften, blenden Sie Aussehen ein, und klicken Sie auf Farbe. Wählen Sie Keine Farbe aus, und klicken Sie auf Übernehmen.
Die Ellipsen werden neu gezeichnet und zeigen nur noch den Umriss. Sie vergrößern diese Umrisse, damit sie sich von der Grundkarte abheben.
- Ändern Sie für Umrissstärke das Symbol auf 3 Pkt., und klicken Sie auf Übernehmen.
- Speichern Sie das Projekt.
Sie haben nun fünf Möglichkeiten kennengelernt, den Aktionsraum einer Elchherde zu untersuchen: Minimale Begrenzungsgeometrie, Kerndichte, Dichte-basierte Cluster-Bildung, Richtungsverteilung und Richtungsverteilung für jede Jahreszeit. Das von Ihnen erstellte Modell wird gespeichert und kann in Ihrer Organisation wiederverwendet oder freigegeben werden.