Daten zum Sauerstoffgehalt mithilfe von Diagrammen in Karten darstellen und untersuchen
Zunächst erkunden Sie die Eigenschaften und Merkmale Ihrer Daten mithilfe von Linien- und Histogrammdiagrammen. Die Erkundung der Daten ist ein wichtiger erster Schritt bei praktisch jedem Analyse-Workflow. Anschließend ermitteln Sie mithilfe dieser Diagramme, ob die Daten für einen Interpolations-Workflow geeignet sind. Wenn Sie ein Liniendiagramm verwenden, um zu erkennen, wie sich der Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Laufe der Zeit verändert, können Sie für die Analyse geeignete Zeitfenster auswählen. Nach der Auswahl von Zeitfenstern können Sie mithilfe des Histogrammdiagramms die verschiedenen Gehalte an gelöstem Sauerstoff in der Bucht erkennen.
Das Projekt herunterladen und öffnen
In einem Ordner wird ein ArcGIS Pro-Paket bereitgestellt, das in den Flussmündungen von Chesapeake Bay gesammelte Daten zur Wasserqualität sowie verschiedene Daten-Layer enthält. Diese Daten werden vom Chesapeake Bay Program zur Verfügung gestellt.
- Laden Sie die Datei Chesapeake_WaterQuality.zip herunter.
- Suchen Sie die heruntergeladene Datei auf Ihrem Computer.
Hinweis:
Je nach Web-Browser wurden Sie möglicherweise vor dem Herunterladen aufgefordert, den Speicherort der Datei auszuwählen. In den meisten Browsern werden heruntergeladene Dateien standardmäßig im Ordner "Downloads" gespeichert.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Datei, und extrahieren Sie den Inhalt an einem geeigneten Speicherort auf Ihrem Computer, beispielsweise im Ordner "Dokumente".
- Öffnen Sie den entpackten Ordner, um den Inhalt anzuzeigen.
- Wenn Sie ArcGIS Pro auf Ihrem Computer installiert haben, doppelklicken Sie auf Chesapeake_WaterQuality.ppkx, um das Projekt zu öffnen.
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.
- Melden Sie sich mit Ihrem lizenzierten ArcGIS-Konto an, falls Sie dazu aufgefordert werden.
Das Projekt enthält eine Karte mit dem Namen Chesapeake Bay Dissolved O2, die eine topografische Grundkarte sowie die folgenden Daten-Layer enthält:
- Der Layer DissolvedO2 zeigt Orte, an denen gelöster Sauerstoff und zahlreiche andere Verbindungen seit 1984 kontrolliert wurden. Auf der Karte sind zwar nur 131 Punkte zu sehen, aber jeder Ort enthält Hunderte oder Tausende von historischen Messungen.
- Der Layer Bay stellt ein vereinfachtes Polygon der Buchtküste dar.
Hinweis:
Gelöster Sauerstoff wird in Milligramm pro Liter Wasser (mg/L) gemessen. Laut National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)[1] gilt ein Gehalt an gelöstem Sauerstoff von unter 5,0 mg/L als gesundheitsschädlich, und Orte, an denen der Gehalt dauerhaft unter 0,2 mg/L liegt, gelten als Todeszone, in der Fische und Pflanzen nicht überleben können.
- Aktivieren Sie im Bereich Inhalt für die Karte Chesapeake Bay Dissolved O2 den Layer Bay.
Hinweis:
Je nach Ihrer Standardkonfiguration von ArcGIS Pro wird der Bereich Inhalt möglicherweise nicht automatisch geöffnet. Klicken Sie bei Bedarf auf dem Menüband auf die Registerkarte Ansicht. Klicken Sie in der Gruppe Fenster auf Inhalt.
- Klicken Sie in der Gruppe Navigieren auf der Registerkarte Karte auf das Werkzeug Erkunden.
- Klicken Sie auf die Karte und schwenken Sie sie auf die nördliche Spitze der Chesapeake Bay.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt auf den Layer Bay, um ihn auszuwählen. Klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Feature-Layer. Klicken Sie in der Gruppe Vergleichen auf Ausblenden.
Wenn Sie auf die Karte zeigen, verändert sich der Mauszeiger.
- Klicken Sie auf die Karte, und ziehen Sie den Mauszeiger nach oben und unten oder von links nach rechts, um den Layer Bay auszublenden.
Hinweis:
Die Ausdehnung des Polygons des Layers Bay entspricht nicht exakt der darunter liegenden Grundkarte Topografisch. Der Layer Bay wurde aus der tatsächlichen Grenze der Chesapeake Bay vereinfacht und generalisiert. Durch die Generalisierung werden zukünftige Analysen beschleunigt.
- Klicken Sie auf der Registerkarte Karte auf Erkunden. Vergrößern Sie die Ansicht mithilfe des Mausrads, sodass wieder die gesamte Chesapeake Bay angezeigt wird.
Wenn Sie das Werkzeug Erkunden aktivieren, ist der Ausblendeffekt inaktiv und Sie können normal schwenken und zoomen.
- Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt den Layer Bay, und aktivieren Sie den Layer DissolvedO2.
Hinweis:
Der Layer DissolvedO2 stammt aus einer aus der Datenbank Chesapeake Bay Program Water Quality Database (1984 – present) heruntergeladenen .csv-Datei. Diese Daten wurden geokodiert, projiziert und gefiltert, um zwischen Anfang 2014 und Ende 2015 erfasste Daten zu gelöstem Sauerstoff zu speichern.
- Verwenden Sie das Werkzeug Erkunden, um die Verteilung der Messungen von gelöstem Sauerstoff in der gesamten Chesapeake Bay zu visualisieren.
Tipp:
Über den Link Chesapeake Bay Program Water Quality Database (1984 – present) können Sie weitere über mehrere Jahre erfasste Nährstoffdaten herunterladen, die Sie in Eigenregie untersuchen können.
Ein Liniendiagramm für gelösten Sauerstoff erstellen
Nachdem Sie die Daten erkundet haben, erstellen Sie ein Liniendiagramm für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff. Bei einem Liniendiagramm handelt es sich um ein Diagramm, aus dem ersichtlich wird, wie sich ein Wert im Laufe der Zeit verändert. Ihr Liniendiagramm soll zeigen, wie sich der durchschnittliche Gehalt an gelöstem Sauerstoff während der Jahre 2014 und 2015 in der gesamten Bucht verändert hat.
Wenn Sie SampleDate als Variablenfeld Datum oder Zahl festlegen, geben Sie damit an, dass das Datum und die Uhrzeit, zu der DissolvedO2 jeweils gemessen wurde, auf der horizontalen X-Achse des Liniendiagramms abgetragen wird.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste klicken auf DissolvedO2, zeigen Sie auf Diagramm erstellen, und wählen Sie Liniendiagramm aus.
Die Bereiche Diagrammeigenschaften – Dissolved02 und Dissolved02 – Chart of DissolvedO2 werden angezeigt.
- Wählen Sie im Bereich Diagrammeigenschaften auf der Registerkarte Daten unter Datum oder Zahl den Eintrag SampleDate aus. Wählen Sie für Aggregation den Eintrag Mittelwert aus.
- Klicken Sie unter Numerische Felder auf Auswählen. Aktivieren Sie das Kontrollkästchen MeasureValue, und klicken Sie auf Übernehmen.
Im Diagramm wird nun der Durchschnittswert (Mittelwert) der Messungen von gelöstem Sauerstoff für die einzelnen Tage angezeigt.
Die im Feld MeasureValue gespeicherten Messungen von gelöstem Sauerstoff werden auf der vertikalen Y-Achse des Liniendiagramms abgetragen. Nun können Sie die Daten auf unterschiedliche Weise aggregieren. Da die SampleDate-Attribute als Datumsangaben gespeichert werden, lautet die Standardoption Anzahl. Bei dieser Methode wird die Anzahl von Tagen gezählt, an denen Beobachtungen aufgezeichnet wurden. MeasureValue wird als Zahl gespeichert, sodass unterschiedliche arithmetische Operationen durchgeführt werden können.
- Vergewissern Sie sich, dass im Abschnitt Zeiteinteilungsoptionen unter Intervallgröße die Option 5 Tage ausgewählt ist. Wählen Sie für Leere Abschnitte die Option Verbindungslinie aus.
Mit Verbindungslinie wird das Liniendiagramm besser lesbar, da die Linie auch dann verbunden wird, wenn Datumsangaben ohne Messungen vorhanden sind.
Der Titel des Diagramms und des Diagrammfensters wird aktualisiert und lautet nun Dissolved02 – Change in mean MeasureValue over SampleDate. Damit werden die zum Generieren des Liniendiagramms verwendeten Variablen angegeben.
- Stellen Sie im Diagrammfenster den durchschnittlichen Gehalt an gelöstem Sauerstoff über 12 bis 13 mg/L zwischen dem 1.4.2014 und dem 1.4.2015 visuell dar. Stellen Sie ferner die Sommertage dar, die einem durchschnittlichen Gehalt an gelöstem Sauerstoff unter 5 bis 6 mg/L entsprechen.
Hinweis:
Ihr Diagramminhalt sieht aufgrund von Bildschirmauflösung und Diagramm-Größe möglicherweise anders aus als das Beispielbild, da diese beiden Faktoren bestimmen, welche Probentage und Messwerte entlang der horizontalen und vertikalen Achse dargestellt werden. Die Linienfarben in Ihrem Diagramm können ebenfalls abweichen, die Ergebnisse sind jedoch gleich.
Für gelösten Sauerstoff in der Chesapeake Bay gibt es einen klaren saisonalen Zyklus. Der Durchschnittswert für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff ist im Winter (mit Werten von bis zu 12 bis 13 mg/L) am höchsten und im Sommer (mit Werten von nur 5 bis 6 mg/L) am niedrigsten. Da Werte unter 5,0 mg/L als gesundheitsschädlich gelten, muss der Gehalt an gelöstem Sauerstoff zwischen Juni und September untersucht werden. Es ist jedoch ermutigend zu sehen, dass der Durchschnittswert für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff zu keinem Zeitpunkt 0,2 mg/L erreicht hat, ein Wert, bei dem für Pflanzen und Tiere im Meer kein Leben mehr möglich ist.
Das Liniendiagramm filtern, um die Daten für den Sommer 2014 anzuzeigen
Sie haben zwar einen saisonalen Zyklus beim Gehalt an gelöstem Sauerstoff erkannt, betrachten nun jedoch einzelne Jahreszeiten genauer. Der allgemeine Trend der Daten steigt und fällt. Gleichzeitig zeigen sich unter den Beobachtungen zahlreiche Variationen. Verwenden Sie einen Task, um zwischen dem 15. Juni 2014 und dem 15. September 2014 in einer Tiefe von mehr als 5 Metern vorgenommene Messungen auszuwählen. Ein Task ist ein Satz von vorkonfigurierten Schritten, die Sie durch einen Workflow führen. Der Task für diese Auswahlabfrage ist in Ihrem Projekt enthalten.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Ansicht. Klicken Sie in der Gruppe Fenster auf den Bereich "Katalog".
- Blenden Sie im Bereich Katalog den Ordner Tasks ein, und doppelklicken Sie auf den Task Filter Samples for Summer 2014 and Summer 2015.
Der Bereich Tasks wird angezeigt.
- Doppelklicken Sie im Bereich Tasks auf Apply Summer 2014 Filter.
Der Task wird geöffnet. Dieser Task besteht aus einem Schritt, mit dem eine dreiteilige Abfrage zum Layer DissolvedO2 ausgeführt wird.
Tipp:
Sie können die Größe des Bereichs anpassen, indem Sie mit dem Mauszeiger auf die rechte Seite des Bereichs zeigen und den Bereich vergrößern, indem Sie an ihm ziehen.
Folgende Task-Parameter stehen zur Verfügung:
- Wählen Sie unter Eingabezeilen den Eintrag DissolvedO2 aus.
- Wählen Sie für Auswahltyp die Option Neue Auswahl aus.
Für den Ausdruck werden die folgenden SQL-Abfragen verwendet:
- TotalDepth ist größer als 5
- Und SampleDate liegt nach dem 15.6.2014 00:00:00
- Und SampleDate liegt vor dem 16.9.2014 00:00:00
Mit den Ausdrücken der Abfrage werden alle Proben ausgewählt, die zwischen dem 15. Juni 2014 und dem 15. September 2014 in einer Tiefe von mehr als 5 Metern entnommen wurden.
Tipp:
Informationen zum Erstellen eigener SQL-Abfrageausdrücke finden Sie unter Erstellen einer Abfrage im Abfrage-Manager.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Mit dem Task-Filter wählen Sie die Punkte im Sommer 2014 in Ihrem Liniendiagramm aus.
- Klicken Sie oben im Liniendiagramm auf die Schaltfläche Nach Auswahl filtern.
Das Diagramm wird aktualisiert und enthält nun nur die ausgewählten Punkte.
Im Jahr 2014 schwanken die Durchschnittswerte für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff in den Sommermonaten ohne klares Muster. Die saisonalen Trends, die im gesamten Dataset erkennbar waren, sind bei der Betrachtung einer einzelnen Jahreszeit nicht mehr zu sehen. Das ist gut, denn Trends können bei Interpolations-Workflows Probleme verursachen. Es scheint, als könnten saisonale Trends bei Verwendung der Messungen eines 3-Monats-Fensters ignoriert werden.
- Klicken Sie im Bereich Tasks auf Fertig stellen, um die Ausführung des Tasks zu beenden. Schließen Sie den Bereich Tasks.
Ein gefiltertes Histogrammdiagramm erstellen
Im vorherigen Abschnitt haben Sie mithilfe eines Liniendiagramms herausgefunden, dass Sie Ihre Analyse auf die Sommermonate 2014 begrenzen sollten. Dies sind die Monate, in denen der Durchschnittswert für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff nahezu ein gesundheitsschädliches Maß erreicht. Im Liniendiagramm wurde der Durchschnittswert für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff jedoch nur für die gesamte Bucht angezeigt. Was wäre, wenn einige Bereiche der Bucht einen niedrigen Gehalt und andere einen hohen Gehalt aufweisen? Könnten sich hinter dem Durchschnittswert einige sehr niedrige Werte verbergen? Um diese Fragen zu beantworten, erstellen Sie ein Histogrammdiagramm für die ausgewählten Daten.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste klicken auf DissolvedO2, zeigen Sie auf Diagramm erstellen, und wählen Sie Histogramm aus.
- Nehmen Sie im Bereich Diagrammeigenschaften auf der Registerkarte Daten folgende Änderungen vor:
- Wählen Sie unter Variable als Nummer die Option MeasureValue aus.
- Geben Sie unter Abschnitte den Wert 64 ein.
Der Bereich DissolveO2 – Verteilung von MeasureValue wird aktualisiert und zeigt nun ein Histogramm für "DissolvedO2" für alle Stichproben an.
Die Beispiele aus Sommer 2014 sind weiterhin blau ausgewählt.
- Klicken Sie oben im Liniendiagramm auf die Schaltfläche Nach Auswahl filtern, um sie zu deaktivieren.
Das Histogramm wird aktualisiert und zeigt nur noch die ausgewählten Stichproben für den Sommer 2014 an. Im Sommer 2014 lagen die meisten Datenmessungen in einem Bereich zwischen 3 mg/L und 9 mg/L gelöster Sauerstoff. Der Durchschnittswert (Mittelwert) während der drei Sommermonate lag bei 5,26 mg/L.
Die beiden Säulen ganz links im Histogramm sind erwähnenswert, da der Gehalt an gelöstem Sauerstoff weit unter dem Durchschnittswert liegt und bei einer großen Anzahl an Stichproben zu beobachten ist. Diese Werte untersuchen Sie als Nächstes.
- Bewegen Sie den Mauszeiger im Histogramm Distribution of MeasureValue über den ersten Datenabschnitt (die erste Säule) links, zwischen 150 und 200, um MeasureValue- und Count-Werte für den Datenabschnitt anzuzeigen.
Hinweis:
Die Messwerte können aufgrund des Rundens leicht abweichen.
Die Abschnitteigenschaften zeigen, dass bei 185 von insgesamt 4.086 Proben der Gehalt an gelöstem Sauerstoff zwischen 0 und 0,2 lag. Dies ist ein Hinweis auf eine Todeszone, und das Ergebnis sollte sehr besorgniserregend sein. Eine Todeszone liegt jedoch nur dann vor, wenn der Gehalt an gelöstem Sauerstoff für längere Zeiträume anhaltend niedrig ist. Ob der Gehalt an gelöstem Sauerstoff an diesen Orten anhaltend niedrig ist, wird im nächsten Modul untersucht.
- Schließen Sie die Bereiche Diagramm und den Bereich Diagrammeigenschaften.
Wenn Sie die Diagramme schließen, werden sie nicht aus dem Projekt gelöscht.
- Klicken Sie auf der Symbolleiste für den Schnellzugriff auf die Schaltfläche Speichern, um das Projekt zu speichern. Wenn Sie dazu aufgefordert werden, klicken Sie auf "Ja", um eine aktuellere Version von ArcGIS Pro zu speichern.
Sie haben Ihre Daten anhand eines Liniendiagramms und eines Histogramms erkundet, wozu Sie einen Auswahlfilter angewendet haben. Das Liniendiagramm hat für die Verteilung von gelöstem Sauerstoff ein ausgeprägtes saisonales Muster ergeben, wobei die niedrigsten Werte in den Sommermonaten zu verzeichnen sind. Im Sommer 2014 lag der Durchschnittswert für gelösten Sauerstoff in der Bucht nahe dem gesundheitsschädlichen Wert von 5 mg/L.
Im Histogramm wurde deutlich, dass einzelne Punkte einen Wert aufweisen, der auf eine Todeszone hindeutet, sofern der Gehalt an gelöstem Sauerstoff für längere Zeiträume sehr niedrig bleibt. Nun geht es darum zu ermitteln, ob es in der Bucht Bereiche gibt, in denen der Gehalt an gelöstem Sauerstoff anhaltend niedrig ist.
Interpolation durchführen und Ergebnisse vergleichen
Die Genauigkeit eines Interpolationsmodells wird dadurch definiert, wie exakt der vorhergesagte Wert an einem Ort mit dem tatsächlichen Wert an diesem Ort übereinstimmt. Diese Definition der Genauigkeit stellt jedoch scheinbar einen Widerspruch dar. Wenn Sie nur den gelösten Sauerstoff an bestimmten Orten gemessen haben, wie können Sie dann beurteilen, wie gut die Vorhersage des Interpolationsmodells für neue Orte ist? Wenn Sie die tatsächlichen Werte an den neuen Orten nicht kennen, welche Basis haben Sie dann für die Genauigkeit der Vorhersage? Hierbei scheint es sich um einen unüberwindbaren Widerspruch zu handeln. Aber es gibt eine allgemein akzeptierte Auflösung dieses Widerspruchs und zwar die Kreuzvalidierung, auch Vergleichsprüfung oder Cross Validation genannt.
Bei der Kreuzvalidierung handelt es sich um die statistische Methode "Leave-one-out". Dabei wird die Genauigkeit eines Modells bewertet, indem nach und nach jeder gemessene Punkt aus dem Dataset entfernt wird und die restlichen Punkte für die Vorhersage eines Wertes an der Position des entfernten Punktes verwendet werden. Bei einem zuverlässigen Interpolationsmodell lässt sich der tatsächliche (gemessene) Wert des ausgeblendeten Punktes aufgrund der restlichen Punkte genau vorhersagen. Der vorhergesagte Wert kann mit dem tatsächlich gemessenen Wert verglichen werden, und es ist eine Beurteilung möglich, wie genau der Wert ist. Die Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert und dem vorhergesagten Wert für einen bestimmten Punkt wird als Kreuzvalidierungsfehler bezeichnet. Nachdem Sie für alle gemessenen Punkte eine Kreuzvalidierung durchgeführt haben, können Sie verschiedene numerische und grafische Diagnosen generieren und so die Genauigkeit Ihres Modells insgesamt bewerten. Kreuzvalidierungsdiagnosen werden interpretiert, indem der durchschnittliche Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Sommer 2014 interpoliert und das Ergebnis mit dem vom Sommer 2015 verglichen wird.
Interpolation durchführen
Als Nächstes verwenden Sie die bekannten O2-Messwerte, um für die Orte, an denen keine Messungen erfasst wurden, den Sauerstoffgehalt zu interpolieren. Durch die Interpolation entsteht eine Oberfläche, die Sie zur Kartenerstellung oder für weitere Analysen verwenden können. Sie verwenden die Features im Layer Bay als Barrieren, um die Interpolation auf die Chesapeake Bay zu isolieren.
- Klicken Sie im Menüband auf der Registerkarte Analyse auf Werkzeuge.
Daraufhin wird der Bereich Geoverarbeitung angezeigt.
- Geben Sie in das Suchfeld im Bereich Geoverarbeitung den Begriff kernel ein. Klicken Sie auf das Werkzeug Kernelinterpolation mit Barrieren.
Das Werkzeug Kernelinterpolation mit Barrieren wird im Bereich Geoverarbeitung geöffnet.
- Geben Sie im Werkzeug Kernelinterpolation mit Barrieren die folgenden Parameter ein:
- Wählen Sie für Eingabe-Features die Option DissolvedO2 aus.
- Wählen Sie für Z-Wert-Feld die Option MeasureValue aus.
- Geben Sie für Geostatistischer Ausgabe-Layer den Text Kernel Interpolation ein.
- Wählen Sie für Eingabe-Raster mit absoluten Barrieren die Option Bay aus.
Der Parameter Bandbreite ist wichtig, aber Sie haben keinen Wert eingegeben. Mit Bandbreite wird der Radius der Suchkreise auf der Vorschauoberfläche festgelegt. Bei diesen Daten wird die Bandbreite in Meter gemessen. Basierend auf einer einfachen Optimierung wird von der Software ein Standardwert bereitgestellt. Sie können das Feld leer lassen und den Wert auf Basis Ihrer Daten von ArcGIS Pro berechnen lassen.
Hinweis:
Da es im Layer DissolvedO2 eine Auswahl gibt, werden für die Interpolationsberechnungen nur die ausgewählten Features verwendet.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Der Ausgabe-Layer wird auf der Karte angezeigt.
Bei dem Layer Kernel Interpolation handelt es sich um einen benutzerdefinierten Layer, der nur mit der ArcGIS Geostatistical Analyst extension verwendet wird. Er wurde für eine schnelle Visualisierung und Berechnung optimiert und kann in ein Raster- oder Feature-Layer exportiert werden.
Auf der Karte sind die höchsten Durchschnittswerte für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff rot und orangefarben dargestellt. Die meisten dieser hohen Werte befinden sich im südlichen Abschnitt der Bucht in Atlantiknähe und an den Buchtspitzen. Die niedrigsten Werte (blau und grün gekennzeichnet) befinden sich im mittleren und oberen Teil der Bucht.
- Speichern Sie das Projekt.
Sie haben ein Werkzeug im ArcGIS Geostatistical Analyst extension verwendet, um den durchschnittlichen Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Chesapeake Bay im Sommer 2014 zu interpolieren. Die interpolierte Karte lässt den Schluss zu, dass einige Bereiche der Chesapeake Bay im Sommer 2014 Werte unter der unbedenklichen Marke für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff aufwiesen. Es gab jedoch keinen Hinweis auf bleibende Todeszonen, in denen Fische und Pflanzen nicht überleben könnten.
Das Fenster "Kreuzvalidierung" öffnen und erkunden
Als Nächstes werden Sie das Fenster Kreuzvalidierung des zuvor erstellten Layers näher betrachten und die verschiedenen Elemente interpretieren.
- Öffnen Sie bei Bedarf Ihr Projekt Chesapeake_WaterQuality.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf den Layer Kernel Interpolation, und wählen Sie Kreuzvalidierung aus.
Hinweis:
"Kreuzvalidierung" ist eine Eigenschaft eines geostatistischen Layers, die für keinen anderen Layer-Typ unterstützt wird.
Das Fenster Kreuzvalidierung für den Layer Kernel Interpolation wird geöffnet.
Hinweis:
Informationen über die verschiedenen Registerkarten und Statistiken im Fenster Kreuzvalidierung finden Sie unter Verwenden der Kreuzvalidierung zur Bewertung von Interpolationsergebnissen.
- Klicken Sie auf der rechten Seite des Fensters Kreuzvalidierung auf die Registerkarte Tabelle.
Die Tabelle enthält Kreuzvalidierungsergebnisse für alle gemessenen Punkte.
- Passen Sie ggf. die Größe des Fensters an, um die Spalte Fehler anzuzeigen.
Für jeden Punkt wird sowohl der Wert Gemessen des Punktes als auch der Wert Vorhergesagt aus der Kreuzvalidierung beibehalten. Der Wert für Fehler wird berechnet, indem der gemessene Wert (Gemessen) vom vorhergesagten Wert (Vorhergesagt) subtrahiert wird. Wenn der Wert für Fehler größer als 0 ist, bedeutet das, dass die Vorhersage aus der Kreuzvalidierung größer war als der tatsächliche Wert. Wenn der Wert für Fehler kleiner als 0 ist, war die Vorhersage kleiner als der tatsächliche Wert.
- Klicken Sie auf den Spaltentitel Fehler, um die Werte aufsteigend zu sortieren.
In der umsortierten Spalte Fehler beträgt der niedrigste Wert für den Kreuzvalidierungsfehler -2,76. Das bedeutet, dass mit der Kreuzvalidierung für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff an diesem Ort ein Wert vorhergesagt wurde, der 2,76 mg/L unter dem tatsächlichen Wert liegt.
- Klicken Sie auf den Spaltentitel Fehler, um die Werte absteigend zu sortieren.
Der höchste Wert für den Kreuzvalidierungsfehler beträgt 3,03. Das bedeutet, dass mit der Kreuzvalidierung für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff ein Wert vorhergesagt wurde, der 3,03 mg/L über dem für diesen Punkt gemessenen Wert liegt.
- Klicken Sie in die erste Zeile, um den Punkt mit dem höchsten Wert für den Kreuzvalidierungsfehler auszuwählen.
Durch die Auswahl des Datensatzes in der Tabelle wird der zugehörige Punkt im Diagramm links hervorgehoben. Bei diesem Datensatz befindet sich der Punkt auf der X-Achse des Diagramms.
Dieses Diagramm zeigt einen Scatterplot der vorhergesagten Werte im Vergleich zu den gemessenen Werten für jeden Punkt zusammen mit einer blauen Regressionslinie für die Punkte an. Im Idealfall liegen die vorhergesagten Werte nahe bei den gemessenen Werten. Die Regressionslinie sollte somit in einem 45-Grad-Winkel verlaufen. Die graue Bezugslinie wird im Fenster angezeigt, damit bewertet werden kann, wie genau die Regressionslinie diesem Idealwinkel von 45 Grad entspricht. Für diesen Punkt verläuft die blaue Regressionslinie im Vergleich zur grauen Bezugslinie etwas flacher. Zudem gibt es bei den Punkten um die Linien eine große Variabilität. Die Differenz scheint jedoch nicht schwerwiegend zu sein. Wenn die blaue Linie nahezu flach oder vertikal wäre, wäre das ein Hinweis auf schwerwiegende Probleme, die nicht akzeptiert werden dürften.
- Klicken Sie in dem Teil des Fensters mit der grafischen Diagnose auf die Registerkarte Fehler.
Auf der Registerkarte Fehler wird ein Scatterplot der gemessenen Werte im Vergleich zu den Kreuzvalidierungsfehlern angezeigt. Mit diesem Diagramm wird ermittelt, ob die Kreuzvalidierungsfehler von den gemessenen Werten unabhängig sind.
Es ist wichtig, dass die Fehler von den gemessenen Werten unabhängig sind, da Sie für den niedrigen, mittleren und hohen Gehalt an gelöstem Sauerstoff gleich präzise Vorhersagen treffen möchten. Die Unabhängigkeit der Fehler von gemessenen Werten wird durch eine flache Regressionslinie angegeben. In Ihrem Diagramm verläuft die Regressionslinie abfallen. Das ist ein Hinweis darauf, dass für die höchsten gemessenen Werte zu niedrige Vorhersagen und für die niedrigsten gemessenen Werte zu hohe Vorhersagen getroffen wurden.
Dieses gängige Phänomen wird als Glättung bezeichnet. Der Grad der Glättung in Ihrem Diagramm ist typisch. Beachten Sie jedoch, dass diese Glättung bedeutet, dass das Modell fälschlicherweise einen unbedenklichen Gehalt an gelöstem Sauerstoff an Orten vorhersagen kann, an denen tatsächlich ein gesundheitsschädlicher oder gefährlicher Gehalt erreicht wurde. Das soll Sie nicht davon abhalten, Ihre Analyse fortzusetzen. Beim Zusammenstellen Ihrer Untersuchungsergebnisse sollten Sie jedoch auf diesen Umstand hinweisen.
- Klicken Sie im Fenster Kreuzvalidierung in dem Teil mit der numerischen Diagnose auf die Registerkarte Zusammenfassung.
Auf der Registerkarte Zusammenfassung werden Summenstatistiken für die Informationen auf der Registerkarte Tabelle angezeigt. Zudem bietet die Registerkarte eine einfache und nützliche Möglichkeit für den Zugriff auf Kreuzvalidierungsergebnisse.
Root-Mean-Square ist die wichtigste Statistik für die Beurteilung der Genauigkeit eines Modells. Ihr Wert ist immer größer als Null. Je näher er jedoch bei Null liegt, umso näher liegen die Kreuzvalidierungsvorhersagen im Durchschnitt bei den gemessenen Werten. Ihr Root-Mean-Square-Wert in Höhe von 1,12 gibt an, dass die Kreuzvalidierungsfehler im Durchschnitt um etwas mehr als 1 mg/L gelöster Sauerstoff von den tatsächlichen Werten abwichen. Alle anderen statistischen Daten liefern nützliche Informationen über das Modell. Aber nur der Root-Mean-Square-Wert gibt die Genauigkeit der Vorhersagen direkt an.
Die andere Summenstatistik, die wir näher betrachten möchten, ist der Mittelwert. Hierbei handelt es sich um den Durchschnitt (Mittelwert) der Kreuzvalidierungsfehler. Anhand dieses Wertes kann ermittelt werden, ob das Modell dazu neigt, zu hohe oder zu niedrige Werte vorherzusagen (dies wird als Verzerrung bezeichnet). Bei einem unverzerrten Modell geht dieser Wert gegen null. Ist dieser Wert deutlich größer als Null, bedeutet das, dass das Modell systematisch zu hohe Werte vorhersagt. Ist dieser Wert deutlich kleiner als Null, bedeutet das entsprechend, dass das Modell systematisch zu niedrige Werte vorhersagt. Der Wert in Höhe von 0,045 deutet auf ein verzerrungsarmes Modell hin. Im Durchschnitt trifft es Vorhersagen, die etwa 0,045 mg/L zu hoch sind. Das ist jedoch ein sehr geringer Betrag. Angesichts eines so kleinen Mittelwertes können Sie sicher davon ausgehen, dass Ihr Modell unverzerrt ist.
- Schließen Sie das Fenster Kreuzvalidierung.
Das Liniendiagramm und das Histogramm für den Sommer 2015 anzeigen
Als Nächstes wählen Sie die im Sommer 2015 durchgeführten Messungen des Gehalts an gelöstem Sauerstoff aus. Untersuchen Sie die Daten mit Diagrammen.
- Öffnen Sie ggf. den Task Filter Samples for Summer 2014 and Summer 2015.
Tipp:
Wählen Sie auf dem Menüband Ansicht aus, und klicken Sie dann auf Bereich "Katalog". Blenden Sie den Ordner Tasks ein.
- Doppelklicken Sie auf Apply Summer 2015 Filter.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Die Messungen, die zwischen dem 15. Juni 2015 und dem 15. September 2015 in Tiefen über 5 Meter vorgenommen wurden, werden ausgewählt.
- Klicken Sie auf Fertig stellen, und schließen Sie den Bereich Tasks.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt auf die Schaltfläche Nach Darstellungsreihenfolge auflisten.
Sie sehen auch die zuvor erstellten Diagramme im Bereich Inhalt aufgelistet. Diagramme werden als Layer-Eigenschaftstyp gespeichert, den Sie zusammen mit der Layer-Liste im Bereich Inhalt der Karte verwalten.
- Doppelklicken Sie auf Verteilung von MeasureValue, um das Histogramm erneut zu öffnen.
- Klicken Sie auf die Schaltfläche Nach Auswahl filtern, um nur ausgewählte Stichproben für den Sommer 2015 anzuzeigen.
Das Histogrammdiagramm wird automatisch geöffnet und aktualisiert, sodass nur die im Sommer 2015 durchgeführten Messungen des Gehalts an gelöstem Sauerstoff angezeigt werden.
- Aktivieren Sie im Bereich Diagrammeigenschaften unter Statistik die Optionen Medianwert und Std. Abw.
Dieses Histogramm ähnelt dem Histogramm für den Sommer 2014. Die meisten Messungen des Gehalts an gelöstem Sauerstoff liegen zwischen 3 mg/L und 9 mg/L. Ferner befindet sich auf der linken Seite ein langer Balken, der einen Gehalt nahe dem gefährlichen Wert von 0,2 mg/L angibt.
- Doppelklicken Sie im Bereich Inhalt auf Mittelwert von MeasureValue über SampleDate, um das Liniendiagramm erneut zu öffnen.
- Ändern Sie im Bereich Diagrammeigenschaften für Zeiteinteilungsoptionen die Intervallgröße in 5 Tage.
- Klicken Sie ggf. auf die Schaltfläche Nach Auswahl filtern, um nur ausgewählte Stichproben für den Sommer 2015 anzuzeigen.
Das Liniendiagramm ähnelt ebenfalls dem Histogramm für den Sommer 2014. Der Gesamtdurchschnitt für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff für Chesapeake Bay weist Schwankungen ohne klares Muster auf. Das bedeutet, dass Sie die Werte an jedem Ort während dieses Zeitraums sicher mitteln können.
- Schließen Sie den Bereich Diagrammeigenschaften und die beiden Diagramme.
Den durchschnittlichen Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Sommer 2015 interpolieren
Den Geostatistical Wizard haben Sie bereits verwendet, um die Messungen vom Sommer 2014 zu interpolieren. Die meisten Interpolationsmethoden, die im Geostatistical Wizard verfügbar sind, sind auch als Geoverarbeitungswerkzeuge verfügbar. Als Nächstes interpolieren Sie den durchschnittlichen Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Sommer 2015 mit dem Geoverarbeitungswerkzeug Kernel Interpolation With Barriers.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Analyse in der Gruppe Geoverarbeitung auf Werkzeuge.
Daraufhin wird der Bereich Geoverarbeitung angezeigt.
- Suchen Sie im Bereich Geoverarbeitung nach Kernel.
Die Suche gibt verschiedene mögliche Geoverarbeitungswerkzeuge zurück, die den Suchbegriff enthalten.
- Klicken Sie auf Kernelinterpolation mit Barrieren.
Das Geoverarbeitungswerkzeug Kernelinterpolation mit Barrieren wird im Bereich Geoverarbeitung geöffnet.
- Wählen Sie für Eingabe-Features die Option DissolvedO2 aus.
Dieser Parameter gibt an, dass der Layer DissolvedO2 die Punkte enthält, die Sie interpolieren möchten.
- Wählen Sie für Z-Wert-Feld die Option MeasureValue aus.
Dieser Parameter gibt an, dass das Feld MeasureValue die Messungen für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff enthält.
- Geben Sie für Geostatistischer Ausgabe-Layer den Text Summer 2015 ein.
Dieser Parameter gibt den Namen des resultierenden geostatistischen Layers an.
- Wählen Sie für Eingabe-Raster mit absoluten Barrieren die Option Bay aus.
Dieser Parameter gibt an, dass der Layer Bay bei der Interpolation als Barriere verwendet wird. Dadurch ist es möglich, dass das Werkzeug Wasserentfernungen verwendet.
- Übernehmen Sie die restlichen Standardwerte.
Wenn Sie für den Parameter Bandbreite keinen Wert angeben, ermittelt das Werkzeug den Wert der Bandbreite, der aus dem kleinsten möglichen Root-Mean-Square-Kreuzvalidierungsfehler resultiert. Auf dieselbe Weise hat der Geostatistical Wizard die optimale Bandbreite ermittelt.
Hinweis:
Das Werkzeug Kernel Interpolation With Barriers bildet standardmäßig aus allen lagegleichen Punkten den Durchschnitt, sodass dies im Geoverarbeitungswerkzeug nicht explizit angegeben werden muss. Die anderen Aggregationsmethoden für lagegleiche Punkte finden Sie auf der Registerkarte Umgebungen des Werkzeugs.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Das Werkzeug wird ausgeführt. Ein Layer mit dem Namen Summer 2015 wird der Karte Chesapeake Bay Dissolved O2 hinzugefügt. Dieser Layer stellt den vorhergesagten Durchschnitt für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Chesapeake Bay im Sommer 2015 dar.
- Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt den Layer DissolvedO2.
- Aktivieren und deaktivieren Sie im Bereich Inhalt den Layer Summer 2015, und vergleichen Sie ihn mit dem Layer Kernel Interpolation mit den Daten vom Sommer 2014.
Wie im Sommer 2014 befindet sich der höchsten Mittelwert für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff auch im Sommer 2015 an den Buchtspitzen und in Atlantiknähe im südlichen Teil der Bucht. Der niedrigste Gehalt an gelöstem Sauerstoff findet sich wieder im mittleren und oberen Teil der Bucht.
Layer vom Sommer 2014 und 2015 mithilfe der Kreuzvalidierung miteinander vergleichen
Als Nächstes rufen Sie das Fenster Kreuzvalidierung für den im vorherigen Abschnitt erstellten Layer auf und vergleichen die Zahlen und Diagramme mit der Karte für den Sommer 2014.
- Doppelklicken Sie im Bereich Inhalt auf den Layer Kernel Interpolation.
Das Fenster Layer-Eigenschaften wird angezeigt.
- Löschen Sie auf der Registerkarte Allgemein für Name den Eintrag Kernel Interpolation, und geben Sie Summer 2014 ein.
Wenn Sie den Layer in Summer 2014 umbenennen, können Sie die Ergebnisse für 2014 und 2015 leichter voneinander unterscheiden und miteinander vergleichen.
- Klicken Sie auf OK.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf Summer 2014, und wählen Sie Kreuzvalidierung aus.
Das Fenster Kreuzvalidierung für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff für den Sommer 2014 wird angezeigt.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf Summer 2015, und wählen Sie Kreuzvalidierung aus.
Das Fenster Kreuzvalidierung für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff für den Sommer 2015 wird angezeigt.
- Vergleichen Sie die Root-Mean-Square-Werte und den Mittelwert für den Sommer 2014 und 2015 miteinander.
Zusammenfassung Sommer 2014 Sommer 2015 Anzahl
78
85
Root-Mean-Square
1,117
1,002
Mittelwert
0,045
0,021
Der Root-Mean-Square-Wert ist von 1,117 im Sommer 2014 auf 1,002 im Sommer 2015 zurückgegangen. Das deutet darauf hin, dass die Vorhersagen aus der Kreuzvalidierung im Sommer 2015 etwa 10 Prozent genauer waren als im Sommer 2014. Grund dafür ist wohl der Umstand, dass im Sommer 2015 etwa 10 Prozent mehr Daten vorlagen (85 Punkte, statt 78 Punkte), wie durch den Wert Anzahl angegeben.
Der Mittelwert ist von 0,045 im Sommer 2014 auf 0,021 im Sommer 2015 zurückgegangen. Dieser Wert sollte möglichst nahe Null gehen. Somit weist der Sommer 2015 eine geringfügig geringere Verzerrung auf als der Sommer 2014 (wobei beide Sommer nur eine geringfügige Verzerrung aufweisen).
- Klicken Sie in der grafischen Diagnose sowohl für den Summer 2014 als auch für den Summer 2015 auf die Registerkarte Vorhergesagt.
- Vergleichen Sie die Diagramme auf der Registerkarte Vorhergesagt. Positionieren Sie die Fenster für Summer 2014 und Summer 2015 zum Vergleich nebeneinander.
Die blaue Regressionslinie für den Summer 2015 (rechts) verläuft im Vergleich zur Regressionslinie für den Summer 2014 (links) näher an der grauen Bezugslinie.
- Klicken Sie in der grafischen Diagnose sowohl für den Summer 2014 als auch für den Summer 2015 auf die Registerkarte Fehler.
Die Diagramme auf der Registerkarte Fehler für den Summer 2014 und Summer 2015 sind nahezu identisch. Sie erinnern sich vielleicht noch, dass die blaue Regressionslinie im Idealfall flach verläuft. Eine Regressionslinie, die wie im Summer 2014 und Summer 2015 abfällt, gibt an, dass das Modell die Daten glättet und für große Werte einen zu kleinen Wert vorhersagt und für kleine Werte einen zu großen Wert vorhersagt.
- Vergleichen Sie die Neigung der Regressionsfunktion links unten in den Diagrammen.
Regressionsfunktion Sommer 2014 Regressionsfunktion Sommer 2015 -0,668
-0,581
Die Regressionsfunktion zeigt, dass die Neigung der blauen Regressionslinie für den Summer 2014 im Vergleich zum Summer 2015 einen geringfügig größeren negativen Wert aufweist (-0,668 bzw. -0,581). Das bedeutet, dass die Daten im Vergleich zum Summer 2015 für den Summer 2014 geringfügig stärker geglättet werden.
Somit können Sie folgenden Schluss ziehen: Es ist etwas weniger wahrscheinlich, dass mit der Interpolation für den Summer 2015 im Vergleich zur Interpolation für den Summer 2014 fälschlicherweise ein unbedenklicher Gehalt an gelöstem Sauerstoff an Orten vorhergesagt wird, an denen tatsächlich ein gesundheitsschädlicher oder gefährlicher Gehalt erreicht wurde. Es zeigt sich jedoch für keines der beiden Jahre ein gravierendes Maß an Glättung.
- Schließen Sie die beiden Fenster für Kreuzvalidierung.
- Speichern Sie das Projekt.
Sie haben die Genauigkeit und Zuverlässigkeit eines Interpolationsmodells mithilfe der Kreuzvalidierung bewertet und verglichen. Nachdem Sie die Kreuzvalidierungstabelle, Summenstatistik und Diagramme kennengelernt haben, sind Sie nun in der Lage, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit eines Interpolationsmodells zu quantifizieren. Dank dieser Kenntnisse können Sie auch wichtige Angaben zu den Grenzen Ihrer Modelle machen. Es ist wichtig anzugeben, dass Ihre Modelle die Daten glätten, da dadurch möglicherweise ein gefährlicher Gehalt an gelöstem Sauerstoff in Chesapeake Bay verborgen bleiben.
Mit einem Layout ein Poster für die Präsentation erstellen
Zuvor haben Sie eine geostatistische Interpolation mithilfe von Geoverarbeitungswerkzeugen durchgeführt. Ferner haben Sie erfahren, wie Sie Ihre Daten mithilfe von Diagrammen erkunden und die Zuverlässigkeit von Interpolationsmodellen bewerten und vergleichen. Nachdem die statistischen Komponenten der Analyse vollständig sind, müssen Sie diese Informationen so präsentieren, dass sie von Kollegen und Entscheidungsträgern mühelos verstanden werden können. Auch die beste Analyse hat keinen Wert, wenn die richtigen Personen nicht auf sie aufmerksam werden oder nicht in der Lage sind, sie schnell zu verstehen.
Als Nächstes exportieren Sie Ihre geostatistischen Layer in Raster und übernehmen einen ansprechenden und aussagekräftigen Farbverlauf mithilfe des Bereichs Symbolisierung. Anschließend fügen Sie diese Raster einem Layout hinzu, um aus Ihren Ergebnissen ein Poster zu erstellen. Anhand dieses Posters, einer schriftlichen Analyse und einer Interpretation der Ergebnisse können sich Ihre Kollegen und Mitarbeiter über den Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Chesapeake Bay während der Sommermonate in den Jahren 2014 und 2015 informieren.
Geostatistische Layer in Raster exportieren und ein benutzerdefiniertes Farbschema konfigurieren
Zunächst exportieren Sie Ihre geostatistischen Layer in Raster und übernehmen eine benutzerdefinierte Symbolisierung. Geostatistische Layer sind nützlich für eine schnelle Visualisierung und einen einfachen Zugriff auf Kreuzvalidierungsergebnisse. In Ihrer endgültigen Karte sollten diese jedoch nicht angezeigt werden. Stattdessen sollten sie zur Unterstützung von Visualisierungsoptionen, die für geostatistische Layer nicht verfügbar sind, in ein Raster-Format konvertiert werden.
- Öffnen Sie bei Bedarf Ihr Projekt Chesapeake_WaterQuality.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf Summer 2014, zeigen Sie mit der Maus auf Layer exportieren, und klicken Sie auf In Raster.
Das Geoverarbeitungswerkzeug GA-Layer in Raster wird im Bereich Geoverarbeitung geöffnet.
- Vergewissern Sie sich im Werkzeug GA-Layer in Raster, dass für Geostatistischer Eingabe-Layer der Layer Summer 2014 festgelegt wurde.
- Geben Sie für Ausgabe-Raster den Namen DissolvedO2_2014 ein.
- Geben Sie für Ausgabezellengröße den Wert 500 ein.
- Klicken Sie im Bereich GA-Layer in Raster auf die Registerkarte Umgebungen.
Auf der Registerkarte Umgebungen werden die Parameter für die Geoverarbeitungsumgebung angezeigt, die vom Geoverarbeitungswerkzeug GA-Layer in Raster unterstützt werden. Legen Sie die Ausdehnung für Ihr Ausgabe-Raster so fest, dass sie der Ausdehnung des Layers Bay entspricht.
- Wählen Sie unter Verarbeitungsausdehnung für Ausdehnung den Eintrag Bay aus.
Damit legen Sie fest, dass das Ausgabe-Raster dieselbe Ausdehnung aufweist wie der Layer Bay. Das Feld Ausdehnung ist nun auf Wie unten angegeben festgelegt. Zudem wird eine aktualisierte minimale und maximale Ausdehnung wie durch den Layer Bay definiert angezeigt.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Der Raster-Layer DissolvedO2_2014 wird der Karte hinzugefügt.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf Summer 2015, zeigen Sie auf Layer exportieren, und wählen Sie die Option In Raster aus.
- Legen Sie im Werkzeug GA-Layer in Raster die folgenden Parameter fest:
- Vergewissern Sie sich, dass für Geostatistischer Eingabe-Layer die Option Summer 2015 festgelegt ist.
- Geben Sie für Ausgabe-Raster den Text DissolvedO2_2015 ein.
- Geben Sie für Ausgabezellengröße den Wert 500 ein.
- Legen Sie auf der Registerkarte Umgebungen für Ausdehnung die Option Bay fest.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Nachdem Sie die geostatistischen Layer für den Sommer 2014 und Sommer 2015 in Raster konvertiert haben, können Sie diese nun aus Ihrer Karte entfernen.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Layer Summer 2014 und dann auf Entfernen.
- Entfernen Sie den Layer Summer 2015.
Die Raster symbolisieren
Als Nächstes symbolisieren Sie die neuen Raster.
- Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt den Layer DissolvedO2_2015. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf DissolvedO2_2014, und wählen Sie Symbolisierung aus.
Der Bereich Symbolisierung wird geöffnet. Hier wird die Standard-Rastersymbolisierung für den Layer DissolvedO2_2014 angezeigt. Um Werte für gelösten Sauerstoff in der Chesapeake Bay besser zu symbolisieren, ändern Sie die Standardsymbolisierung mit einem benutzerdefinierten Streckungs-Renderer.
- Klicken Sie im Bereich Symbolisierung auf die Schaltfläche "Optionen", und wählen Sie Aus Layer-Datei importieren aus.
Importieren Sie die Symbolisierung aus einer vorhandenen Layer-Datei, und wenden Sie sie an.
- Navigieren Sie zu dem Speicherort der extrahierten Datei "Chesapeake_WaterQuality.zip", die Sie heruntergeladen haben. (Möglicherweise haben Sie diese im Ordner "Dokumente" gespeichert.) Doppelklicken Sie auf Symbology.lyrx.
Die Layer-Datei Symbology.lyrx enthält die vorhandene Symbolisierung, die für die Dissolved O2-Raster verwendet werden kann. Wenn Sie diese anwenden, wird der Raster-Layer DissolvedO2_2014 mithilfe eines Streckungs-Renderers angezeigt. Die einzelnen Zellen werden basierend auf ihren Werten wie folgt symbolisiert:
- Zellen, bei denen der vorhergesagte Wert für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff unter 5,0 mg/L liegt, werden in Rot- und Orangetönen angezeigt.
- Zellen, bei denen der vorhergesagte Wert für den Gehalt an gelöstem Sauerstoff über 5,0 mg/L liegt, werden in Gelb- und Grüntönen angezeigt.
Da der allgemein anerkannte Schwellenwert zwischen einem unbedenklichen und gesundheitsschädlichen Gehalt an gelöstem Sauerstoff bei 5,0 mg/L liegt, können Sie mit diesem Farbschema schnell erkennen, für welche Bereiche von Chesapeake Bay ein unbedenklicher bzw. gesundheitsschädlicher Gehalt an gelöstem Sauerstoff vorhergesagt wird. Wenden Sie nun diese Symbolisierung auf den Layer DissolvedO2_2015 an.
- Aktivieren Sie im Bereich Inhalt den Layer DissolvedO2_2015. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Layer, und wählen Sie Symbolisierung aus.
- Klicken Sie im Bereich Symbolisierung rechts oben auf die Schaltfläche Menü, und wählen Sie Aus Layer-Datei importieren aus.
- Navigieren Sie zu dem Speicherort der extrahierten Datei "Chesapeake_WaterQuality.zip" und doppelklicken Sie auf Symbology.lyrx.
Dieselbe Streckungs-Symbolisierung wird auf den Layer Summer 2015 angewendet.
- Schließen Sie den Bereich Symbolisierung.
Die Grundkarte ändern und einer Karte die Ergebnisse vom Sommer 2015 hinzufügen
Bereiten Sie Ihre Karten so vor, dass sie einem Layout-Poster hinzugefügt werden können. Ändern Sie zunächst die Grundkarte so, dass sie auf einem Poster besser aussieht. Verschieben Sie anschließend Ihre Ergebnisse aus 2015 in die neue Karte.
- Klicken Sie im Menüband auf der Registerkarte Karte in der Gruppe Layer auf Grundkarte, und wählen Sie Hellgrauer Hintergrund aus.
Der aktuelle Grundkarten-Layer Topografisch wird durch die Grundkarten-Layer Weltweite hellgraue Referenzkarte und Weltweite Grundkarte mit hellgrauem Hintergrund ersetzt.
In Ihrem Layout werden zwei Karten angezeigt: eine für DissolvedO2_2014 und eine für DissolvedO2_2015. Erstellen Sie die zweite Karte, indem Sie die erste kopieren.
- Blenden Sie im Bereich Katalog den Ordner Karten ein. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Chesapeake Bay Dissolved O2, und wählen Sie Kopieren aus.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Ordner Maps, und klicken Sie dann auf Einfügen.
Die Karte Chesapeake Bay Dissolved O2 wird dupliziert und erhält den Namen Chesapeake Bay Dissolved O21.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Chesapeake Bay Dissolved O2, klicken Sie auf Umbenennen, und geben Sie 2014 Chesapeake Bay Dissolved O2 ein. Drücken Sie die Eingabetaste.
- Ändern Sie den Namen von Chesapeake Bay Dissolved O21 in 2015 Chesapeake Bay Dissolved O2.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf 2015 Chesapeake Bay Dissolved O2, und klicken Sie auf Öffnen.
Jetzt sind beide Kartenregisterkarten zu sehen.
Unter dem Menüband wird eine neue Registerkarte für die Karte 2015 Chesapeake Bay Dissolved O2 angezeigt. Mithilfe der Registerkarte können Sie zwischen den beiden Karten hin und her wechseln.
- Klicken Sie auf die Kartenregisterkarte für 2014 Chesapeake Bay Dissolved O2.
- Entfernen Sie im Bereich Inhalt den Layer DissolvedO2_2015.
- Klicken Sie auf die Kartenregisterkarte für 2015 Chesapeake Bay Dissolved O2.
- Entfernen Sie im Bereich Inhalt den Layer DissolvedO2_2014.
Ein Layout einfügen und Karten hinzufügen
Als Nächstes erstellen Sie ein Layout, das die Karten 2014 Chesapeake Bay Dissolved O2 und 2015 Chesapeake Bay Dissolved O2 enthält. Ein Ziel beim Layout-Design besteht darin, möglichst wenig Fläche leer zu lassen. Ordnen Sie Ihre Karte unter Berücksichtigung dieses Ziels an.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Einfügen. Klicken Sie in der Gruppe Projekt auf Neues Layout. Wählen Sie unter ANSI - Querformat die Option Letter (8,5 x 11 Zoll) aus.
Ein neues Layout wird erstellt und im Map Viewer angezeigt. Ihr Layout ist aktuell noch leer. Fügen Sie die Kartenrahmen hinzu, die die Karten "2014 Dissolved O2" und "2015 Dissolved O2" enthalten.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Einfügen in der Gruppe Kartenrahmen auf den Dropdown-Pfeil Kartenrahmen, und wählen Sie die Karte 2014 Chesapeake Bay Dissolved O2 aus.
Hinweis:
Je nachdem, auf welche Stelle der Karte Sie gezoomt haben, kann der mit Ihrem Kartenrahmen verknüpfte Maßstab abweichen.
- Klicken auf das Layout, und ziehen Sie ein Rechteck, um den Kartenrahmen zu platzieren.
- Doppelklicken Sie im Bereich Inhalt auf Kartenrahmen.
Der Bereich Element wird angezeigt.
- Geben Sie im Bereich Element unter Optionen für Name den Namen 2014 Chesapeake Bay Dissolved O2 ein.
- Klicken Sie im Menüband auf die Registerkarte Kartenrahmen.
- Ändern Sie in der Gruppe Größe & Position die Option Breite in 4.5 in und Höhe in 6 in (bzw. 114 und 152 mm).
Die Größe des Kartenrahmens wird angezeigt. Als Nächstes richten Sie den Rahmen an den Seitenrändern aus.
- Ändern Sie in der Gruppe Größe und Position den Wert X in 0,5 in und den Wert Y in 1 in. Drücken Sie die Eingabetaste.
Dadurch ist die Position des X-Ankerpunktes für den Kartenrahmen nicht mehr der linke Kartenrand, sondern eine Stelle mit einem Abstand von 0,5 Zoll vom linken Kartenrand.
Der Kartenrahmen hat jetzt die richtige Größe und Ausrichtung und enthält genügend Platz für den Titel, den Untertitel und die Karte des Jahres 2015.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Einfügen auf den Dropdown-Pfeil Kartenrahmen, und wählen Sie die Karte 2015 Chesapeake Bay Dissolved O2 aus. Klicken und ziehen Sie mit der Maus ein Rechteck auf das Kartenlayout, um die Karte zu platzieren.
- Geben Sie im Bereich Element im Abschnitt Optionen für Name den Namen 2015 Chesapeake Bay Dissolved O2 ein.
- Ändern Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Kartenrahmen in der Gruppe Größe und Position den Wert für Breite in 4,5 in und den Wert für Höhe in 6 in (bzw. 114 mm und 152 mm).
- Ändern Sie in der Gruppe Größe und Position den Wert X in 6 in und den Wert Y in 1 in. Drücken Sie die Eingabetaste.
- Prüfen Sie, ob in Ihrem Layout nun die beiden Karten 2014 Chesapeake Bay Dissolved O2 und 2015 Chesapeake Bay Dissolved O2 mit einem Abstand von 0,5 Zoll vom linken und rechten Seitenrand angezeigt werden.
- Blenden Sie ggf. im Bereich Inhalt den Kartenrahmen 2014 Chesapeake Bay Dissolved O2 ein. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf DissolvedO2_2014, und klicken Sie auf Auf Layer zoomen.
In der linken Karte wird die Chesapeake Bay nun zentriert angezeigt. Wiederholen Sie den Vorgang für die rechte Karte.
- Blenden Sie im Bereich Inhalt den Kartenrahmen 2015 Chesapeake Bay Dissolved O2 ein. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf DissolvedO2_2015, und klicken Sie auf Auf Layer zoomen.
Die beiden Kartenrahmen sind nun ausgerichtet, und es wurde in den Bereich der Chesapeake Bay gezoomt. Wenn Sie die Kartenrahmen nebeneinander positionieren, können Sie den Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Sommer 2014 besser mit dem Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Sommer 2015 vergleichen und gegenüberstellen.
Dem Layout Text hinzufügen
Ohne Titel und Untertitel ergibt Ihre Karte wenig Sinn für den Betrachter. Dieser Text wird über der Karte angezeigt. Er liefert wichtige Informationen, die für das Verständnis der Karte erforderlich sind. Fügen Sie sowohl den Titel als auch den Untertitel mithilfe von Textrechtecken hinzu.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Einfügen in der Gruppe Grafiken und Text auf die Schaltfläche Rechteck-Text.
- Zeichnen Sie ein lang gezogenes Rechteck, das sich über den unteren Teil der Karte erstreckt.
- Löschen Sie im Rechteck den Platzhaltertext, und geben Sie Dissolved Oxygen Levels in Chesapeake Bay ein.
- Klicken Sie außerhalb des Rechtecks, um den Text zu speichern.
Der Text ist klein und verwendet eine generische Schrift. Er muss groß und auffallend sein.
- Doppelklicken Sie ggf. im Bereich Inhalt auf das Element Text, um den Bereich Element zu öffnen.
- Blenden Sie im Bereich Element den Abschnitt Allgemein ein, und ändern Sie den Wert für Name in Title Text.
- Klicken Sie auf die Registerkarte Textsymbol. Blenden Sie unter Allgemein die Option Aussehen ein, und ändern Sie die folgenden Parameter:
- Wählen Sie als Schriftartname die Option Century Gothic aus.
- Wählen Sie als Schriftschnitt die Option Fett aus.
- Geben Sie für Größe den Wert 30 pt ein.
- Wählen Sie für Farbe die Einstellung Grau 80 % aus.
- Wählen Sie als Umrissfarbe die Einstellung Keine Farbe aus.
- Blenden Sie Position ein. Klicken Sie für die Horizontale Ausrichtung auf die Schaltfläche Mitte.
- Klicken Sie auf die Schaltfläche Formatierung.
- Blenden Sie den Abschnitt Formatierung ein, und ändern Sie den Wert für Buchstabenabstand zu 5 %.
- Klicken Sie auf Übernehmen.
- Verschieben Sie das Textrechteck so, dass es oben im Layout zentriert ist, und passen Sie die Größe an, damit der vollständige Titel hineinpasst.
Hinweis:
Sie können die Ziehpunkte an den Ecken und Seiten des Textfelds verwenden, um die Größe des Elements zu ändern.
Verfahren Sie beim Hinzufügen von Untertiteln bei beiden Karten auf ähnliche Weise.
- Wählen Sie das Titeltextfeld aus, und drücken Sie Strg+C, um zu kopieren.
- Drücken Sie STRG+V.
Ein Duplikat des formatierten Textfeldes wird angezeigt.
- Erweitern Sie im Bereich Element unter Optionen die Option Allgemein. Geben Sie unter Name den Text 2014 text ein.
- Geben Sie im Bereich Element unter Text die Zahl 2014 ein.
- Klicken Sie auf die Registerkarte Textsymbol, und ändern Sie unter Darstellung die Schriftgröße in 24 und die Farbe in Grau 60%.
- Klicken Sie auf Übernehmen.
- Passen Sie die Größe des duplizierten Textfeldes an, und verschieben Sie es über den Kartenrahmen 2014 Chesapeake Bay Dissolved O2.
- Drücken Sie Strg+C, während das Textfeld 2014 title ausgewählt ist, und dann auf Strg+V, um das formatierte Textfeld zu duplizieren.
- Passen Sie die Größe des neu duplizierten Textfeldes an, um es mittig über der Karte 2015 Chesapeake Bay Dissolved O2 zu platzieren.
- Erweitern Sie im Bereich Element den Eintrag Allgemein. Geben Sie unter Name den Text 2015 text ein.
- Geben Sie unter Text die Zahl 2015 ein.
Als optischer Hinweis auf die Ausrichtung fügen Sie Ihrem Layout einen Nordpfeil hinzu.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Einfügen in der Gruppe Kartenumgebungen auf Nordpfeil.
Damit wird ein Standard-Nordpfeil eingefügt, der nach Bedarf geändert werden kann. Darüber hinaus ist eine Galerie mit Styles für den Nordpfeil verfügbar. Für dieses Projekt soll nicht von der Karte abgelenkt werden. Behalten Sie daher den Standardpfeil bei.
- Zeichnen Sie ein Rechteck auf der Karte, um den Nordpfeil an einer Stelle zwischen den Kartenrahmen im Layout zu positionieren.
Hinweis:
Um das Aussehen des Nordpfeils zu ändern, wählen Sie den Nordpfeil im Kartenlayout aus, und verwenden Sie die Steuerelemente auf der kontextbezogenen Registerkarte Nordpfeil.
Hinzufügen einer Legende zum Layout
Die Legende ist eines der wichtigsten Elemente des Layouts. Aus ihr geht die Bedeutung der in den Layern "Dissolved O2", "Summer 2014" und "Summer 2015" verwendeten Symbolisierung hervor.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt auf den Kartenrahmen 2014 Chesapeake Bay Dissolved O2, um ihn auszuwählen.
- Klicken Sie im Menüband auf der Registerkarte Einfügen in der Gruppe Kartenumgebung auf Legende.
- Zeichnen Sie ein Rechteck zwischen die Kartenrahmen im Layout.
Die Legende wird für den Kartenrahmen 2014 Chesapeake Bay Dissolved O2 angezeigt. Da Sie für beide Karten dieselbe Streckungs-Symbolisierung verwendet haben, ist die Legende bei den beiden Karten identisch. Auch der Titel und der Untertitel der Legende werden nicht benötigt, da der Kartentitel bereits verdeutlicht, was die Kartenrahmen zeigen.
- Blenden Sie im Bereich Inhalt die Legende ein. Deaktivieren Sie alle Layer außer DissolvedO2_2014.
Wurden die Symbole für DissolvedO2 und Bay angezeigt, sind sie nun nicht mehr in der Legende enthalten. Layer, die Sie in der Karte 2014 Chesapeake Bay Dissolved O2 aktiviert haben, werden in der Legende standardmäßig angezeigt.
- Klicken Sie unter Legende auf DissolvedO2_2014.
- Deaktivieren Sie im Bereich Element unter Anzeigen alle Optionen mit Ausnahme von Beschriftung (oder Layer-Name).
Aus der Legende wird der gesamte Text entfernt, ausgenommen die Beschriftungen für den Bereich der Gehalte an gelöstem Sauerstoff. Schließlich ändern Sie das Aussehen des Layer-Textes, damit dieser zum übrigen Text Ihres Layouts passt.
- Klicken Sie auf den Pfeil neben Legendenelement, und wählen Sie Beschriftungen aus.
Optionen für die Änderung des Beschriftungstextes werden angezeigt.
- Aktualisieren Sie im Abschnitt Aussehen die folgenden Textparameter:
- Wählen Sie als Schriftartname die Option Century Gothic aus.
- Wählen Sie als Schriftschnitt die Option Fett aus.
- Geben Sie für Größe den Wert 18 pt ein.
- Wählen Sie für Farbe die Einstellung Grau 70 % aus.
- Wählen Sie als Umrissfarbe die Einstellung Keine Farbe aus.
- Geben Sie auf der Registerkarte Formatierung für Buchstabenabstand den Wert 5 % ein.
- Klicken Sie auf Übernehmen.
Als Nächstes fügen Sie der Legende einen Titel hinzu, damit Betrachter nachvollziehen können, was die Werte bedeuten.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt auf das Element Legende.
- Klicken Sie im Bereich Element neben der Registerkarte Beschriftungen auf den Dropdown-Pfeil, und wählen Sie Legende aus. Aktivieren Sie unter Legende, das Kontrollkästchen für Anzeigen und für Titel, und geben Sie Dissolved Oxygen (mg/L) ein.
- Klicken Sie neben der Registerkarte Legende auf den Dropdown-Pfeil, und wählen Sie Titel aus.
- Ändern Sie die Parameter wie folgt:
- Wählen Sie als Schriftartname die Option Century Gothic aus.
- Wählen Sie als Schriftschnitt die Option Fett aus.
- Geben Sie für Größe den Wert 8 ein.
- Klicken Sie für die Horizontale Ausrichtung auf die Schaltfläche Mitte.
- Klicken Sie auf Übernehmen.
Die Legende verfügt nun über einen Titel und eine Einheitenbeschriftung, der Farbverlauf für die Legende ist jedoch kurz. Durch Anpassen der Größe des Legendenmusters wird die Symbolanzeige der Legende verlängert und verbreitert, sodass sich der Wertebereich besser visualisieren lässt.
- Wählen Sie im Bereich Inhalt unter Legende das Legendenelement Dissolved02_2014 aus.
- Ändern Sie im Bereich Element auf der Registerkarte Legendenelement unter Größenanpassung die folgenden Musterparameter:
- Geben Sie für Musterbreite den Wert 24 pt ein.
- Geben Sie für Musterhöhe den Wert 24 pt ein.
Die Mustergröße wird in der Legende aktualisiert.
- Passen Sie ggf. die Größe der Legende an, und verschieben Sie sie an eine Stelle zwischen den Kartenrahmen oberhalb des Nordpfeils.
Eine Maßstabsleiste hinzufügen
Zum Schluss benötigt eine gute Bezugskarte noch eine Maßstabsleiste. Der Deutlichkeit halber fügen Sie beiden Kartenrahmen eine hinzu.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Einfügen in der Gruppe Kartenumgebung auf den Dropdown-Pfeil Maßstabsleiste, und wählen Sie Maßstabslinie 1 aus.
Durch Klicken auf die obere Hälfte der Schaltfläche wird eine Standardmaßstabsleiste eingefügt. Wie beim Nordpfeil ist auch eine Galerie mit Maßstabsleisten-Styles verfügbar. Der Standard-Style ist für Ihre Zwecke jedoch ausreichend.
- Klicken und ziehen Sie mit der Maus ein Rechteck auf das Kartenlayout, um die Maßstabsleiste zu platzieren.
- Verschieben Sie die Maßstabsleiste auf eine Stelle unterhalb des Kartenrahmens für 2014. Passen Sie die Größe der Maßstabsleiste an, sodass der obere Bereich bei 120 Meilen endet.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf Maßstabsleiste, und wählen Sie Kopieren aus. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Layout, und wählen Sie Einfügen aus.
- Ziehen Sie im Bereich Layout die neue Maßstabsleiste unter den Kartenrahmen für 2015.
- Speichern Sie das Projekt.
Im Layout werden nun die Karten für gelösten Sauerstoff angezeigt, die Sie für den Sommer 2014 und 2015 erstellt haben. Es enthält Informationen für Personen, die Ihre Karte verstehen möchten, wie etwa den Titel, Untertitel und eine Legende. Es enthält außerdem Elemente, die dem Betrachter helfen sich zu orientieren, wie etwa den Nordpfeil und Maßstabsleisten. Das Layout enthält kaum noch leere Flächen.
Drucken der Karte
Als Nächstes drucken Sie die Karte, um sie anderen zu zeigen.
- Passen Sie die Kartenelemente ggf. an, bis alles Ihren Vorstellungen entspricht.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Freigeben. Klicken Sie in der Gruppe Ausgabe auf die Schaltfläche Layout drucken.
Der Bereich Layout drucken wird angezeigt.
Hinweis:
Alternativ können Sie in der Gruppe Ausgabe auch auf die Schaltfläche Layout exportieren klicken, um eine Kopie der Karte auf Ihrem Computer zu speichern.
- Prüfen Sie Ihren Drucker und die Druckeinstellungen (je nach Drucker müssen Sie das Papierformat möglicherweise in 8,5 x 17 Zoll bzw. 279 x 432 Millimeter ändern), und klicken Sie auf Drucken.
Sie haben ArcGIS Geostatistical Analyst extension verwendet, um den durchschnittlichen Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Chesapeake Bay im Sommer 2014 und im Sommer 2015 zu analysieren. Mithilfe der Interpolation haben Sie geostatistische Layer erstellt, mit denen sich der durchschnittliche Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der gesamten Bucht vorhersagen lässt. Anschließend haben Sie die Ergebnisse eine Kreuzvalidierung durchgeführt, um die Genauigkeit der Interpolation zu quantifizieren. Abschließend haben Sie die geostatistischen Layer in Raster-Layer konvertiert und einem Layout hinzugefügt, um Ihre Ergebnisse anzuzeigen und freizugeben.
Nach Ihren Ergebnissen für die Chesapeake Bay war der durchschnittliche Gehalt nie nahe dem gefährlichen Wert von 0,2 mg/L. Einige Einzelmessungen lagen jedoch nahe oder unter dieser kritischen niedrigen Marke. Es müssen zwar Anstrengungen unternommen werden, um den Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Chesapeake Bay auf einen Wert über der unbedenklichen Marke von 5,0 mg/L zu bringen. Ihre Analyse liefert jedoch die wissenschaftlich und statistisch vertretbare Schlussfolgerung, dass auch in den schlimmsten Abschnitten der Sommermonate der Gehalt an gelöstem Sauerstoff für die Aufrechterhaltung eines gedeihenden Meeresökosystems ausreichend war.
Todeszonen stellen weltweit ein Problem dar. Ähnliche Prozesse zur Interpolation des Gehalts an gelöstem Sauerstoff können für Orte wie den Golf von Mexiko, den Ärmelkanal und das Ostchinesische Meer verwendet werden. Bei fast allen Interpolations-Workflows werden Daten mit Diagrammen erkundet und mit dem Geostatistical Wizard interpoliert und die Genauigkeit der Ergebnisse mittels Kreuzvalidierung bewertet. Wir empfehlen Ihnen, Daten aus anderen Quellen und für andere Jahre aus der Chesapeake Bay Program Water Quality Database (1984 – present) herunterzuladen und die Schritte mit diesen neuen oder aktualisierten Daten zu wiederholen.
Weitere Lernprogramme finden Sie in der Lernprogrammgalerie.
