Windbedingungen an Pachtstandorten für Offshore-Windparks überwachen
Ein Projekt einrichten
Zuerst müssen Sie in ArcGIS Pro ein neues Projekt einrichten und die Daten laden.
- Laden Sie die Lernprogrammdaten herunter.
Hinweis:
Diese Datei ist 1,8 GB groß weshalb das Herunterladen einige Zeit in Anspruch nehmen kann.
In den meisten Webbrowsern werden heruntergeladene Dateien standardmäßig im Ordner "Downloads" gespeichert.
- Doppelklicken Sie auf das Projektpaket Hurricane_Elsa, um ArcGIS Pro zu öffnen. Melden Sie sich ggf. mit einem lizenzierten ArcGIS-Konto an.
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 Projektpaket öffnet eine Karte, die zwei Layer zeigt. Das Dataset Outer Continental Shelf Active Renewable Energy Leases wird vom Bureau of Ocean Energy Management bereitgestellt. Die Karte zeigt auch den Weg des Hurrikans Elsa aus dem Layer "Historical Hurricane Tracks". Dieser Layer wird auf der Grundlage von NOAA-Daten veröffentlicht und ist im ArcGIS Living Atlas of the World verfügbar, einem Online-Repository mit verlässlichen Geodaten.
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.
- Klicken Sie in der Karte auf eines der Wind Lease-Polygone.
Ein Pop-up mit weiteren Informationen zum Projektnamen, Datum der Pacht, Besitzer und weiteren Daten wird geöffnet.
- Schließen Sie das Pop-up.
Das ArcGIS Pro-Projekt enthält zudem einen Ordner mit 15 Dateien mit Wetterdaten im GRIB-Format. Später in diesem Lernprogramm erfahren Sie mehr über das GRIB-Format.
Sie fügen nun Wetterdaten aus den multidimensionalen GRIB-Dateien hinzu.
Daten aus einem multidimensionalen Wetter-Dataset extrahieren
Während bei räumlichen Analysen Daten mit einer einzelnen Variablen oder 2D-Daten in Shapefiles oder GeoTIFFs gepackt werden können, sind für komplexere multidimensionale Daten auch komplexere Datenstrukturen erforderlich. Bei Wetter-Datasets ist dies der Fall, da sie in der Regel Daten für einen gesamten geographischen Bereich, mehrere Variablen und mehrere Zeitpunkte enthalten. Die gebräuchlichsten Strukturen im Bereich der Meteorologie und Klimatologie sind GRIB, netCDF und HDF. Diese können von ArcGIS Pro gelesen werden, sofern sie nach WMO- (World Meteorological Organization, Weltorganisation für Meteorologie) oder CF-Standards (Climate and Forecast, Klima und Vorhersage) formatiert sind.
Die GRIB-Dateien, die Sie zu Beginn des Lernprogramms heruntergeladen haben, stammen aus dem Dataset High-Resolution Rapid Refresh (HRRR). HRRR ist ein durch die U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) bereitgestelltes Wettermodell für die gesamten Vereinigten Staaten, das stündlich aktualisiert wird. Es enthält viele Variablen, die Informationen zu Temperatur, Windgeschwindigkeit und Niederschlag und weitere meteorologische Daten bereitstellen. Der von Ihnen heruntergeladene Teil enthält Daten für das US-amerikanische Festland für jede Stunde zwischen 12:00 Uhr UTC am 9. Juli bis 2:00 Uhr UTC am 10. Juli.
Da HRRR-Daten so viele Informationen enthalten, können nie alle Daten gleichzeitig im Auge behalten werden. Sie sollten stattdessen bestimmte Elemente, die für Sie von Interesse sind, extrahieren, um sie auf der Karte anzuzeigen.
Zunächst betrachten Sie die anhaltende Windgeschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt. Dazu extrahieren Sie die Daten aus dem GRIB-Dataset und fügen sie der Karte als einzelnes Raster hinzu. Jede Zelle des Rasters enthält einen Wert für die Windgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Karte in der Gruppe Layer auf das Dropdown-Menü Daten hinzufügen, und wählen Sie dann Multidimensionaler Raster-Layer aus.
- Klicken Sie für Eingabedatei, Mosaik-Dataset oder Image- Service auf die Schaltfläche Variablen importieren.
- Navigieren Sie im Fenster Variablen aus NetCDF-, GRIB- oder HDF-Dateien importieren zum Projektordner Hurricane_Elsa, blenden Sie den Ordner commondata und dann den Ordner userdata ein, und doppelklicken Sie auf den Ordner HRRR.
- Wählen Sie im Ordner HRRR die letzte grib2-Datei, hrrr.t23z.wrfsfcf00.grib2 aus, und klicken Sie auf OK.
Diese Datei enthält die Daten für die letzte Stunde am 9. Juli: 23:00 Uhr UTC.
In der Tabelle Variablen auswählen wird eine Liste aller meteorologischen Variablen im Dataset hinzugefügt. Diese Variablen werden in alphabetischer Reihenfolge mit einer kurzen Beschreibung angezeigt. Für Sie ist die Variable mit der Windgeschwindigkeit WIND@HTGL von Interesse.
- Aktivieren Sie für Variablen auswählen das Kontrollkästchen WIND@HTGL.
Die Winddaten werden auf der Karte dargestellt. Sie sollten dem Layer einen intuitiveren Namen geben.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt auf den Layer hrrr.t23z.wrfsfcf00.grib2_WIND@HTGL, um ihn auszuwählen, und klicken Sie noch einmal darauf. Benennen Sie ihn um in Wind Speed (m/s).
- Klicken Sie auf einige Punkte in der Nähe der Pachtstandorte, um Informationen dazu im Pop-up-Fenster anzuzeigen.
Um 23:00 Uhr UTC am 9. Juli 2021 herrschten in diesem Gebiet Windgeschwindigkeiten um 12,19 m/s.
- Schließen Sie das Pop-up-Fenster.
Schauen Sie sich nun die Variation in den Daten zu den Windböen zwischen dem 9. und 10. Juli 2021 an. Windböen sind plötzliche Anstiege der Windgeschwindigkeit. Starke Windböen können die Turbinen beschädigen, weshalb sie überwacht werden müssen.
Sie sollten also die Daten zu den Windböen für jede Stunde aus den GRIB-Dateien extrahieren und in einem multidimensionalen Mosaik-Dataset einfügen, um sie zu Ihrer Karte hinzuzufügen. Mit einem Mosaik können Sie mehrere Datendimensionen (Zeit, Raum, Variable, Band usw.) in einem einzigen Element in Ihrer Geodatabase kombinieren.
Zuerst sollten Sie ein leeres Mosaik-Dataset erstellen, das als Container für Ihre Daten dienen soll.
- Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt das Raster Wind speed (m/s), um es auszublenden.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Analyse. Klicken Sie in der Gruppe Geoverarbeitung auf Werkzeuge.
- Suchen Sie im Bereich Geoverarbeitung nach dem Werkzeug Mosaik-Dataset erstellen, und wählen Sie es aus.
- Geben Sie im Werkzeug Mosaik-Dataset erstellen die folgenden Parameter ein:
- Klicken Sie für Ausgabeverzeichnis auf Durchsuchen. Klicken Sie im nächsten Fenster auf Datenbanken, wählen Sie die Datenbank Hurricane_Elsa.gdb aus, und klicken Sie auf OK.
- Unter Name des Mosaik-Datasets geben Sie WindGust ein.
- Wählen Sie für Koordinatensystem die Option Aktuelle Karte [Map] aus.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Als Nächstes fügen Sie diesem Mosaik-Container die Daten zu den Windböen hinzu.
- Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche "Zurück".
- Suchen Sie nach Raster zu Mosaik-Dataset hinzufügen, und wählen Sie es aus.
- Wählen Sie im Werkzeug Raster zu Mosaik-Dataset hinzufügen für Mosaik-Dataset die Option WindGust aus. Wählen Sie als Raster-Typ den Typ GRIB aus.
- Klicken Sie für Eingabedaten auf Datei, und wählen Sie Ordner aus. Klicken Sie unter Ordner auf Durchsuchen.
- Navigieren Sie zum Ordner HRRR mit den Lernprogrammdaten. Wählen Sie sie aus, und klicken Sie auf OK.
Der Ordner wird dem Datenfeld hinzugefügt und als GRIB-Dateityp bezeichnet. Nach Auswahl des Ordners können Sie die Variable angeben, die aus dem multidimensionalen GRIB-Dataset extrahiert werden soll.
- Klicken Sie neben Raster-Typ auf die Schaltfläche Eigenschaften.
Das Fenster Raster-Typ-Eigenschaften mit Informationen zu den GRIB-Dateien in dem Ordner wird angezeigt.
- Klicken Sie auf die Registerkarte Variablen, und aktivieren Sie das Kontrollkästchen für GUST@SFC für die Windgeschwindigkeit. Klicken Sie auf OK.
Das Feld Raster-Typ wird aktualisiert und enthält nun einen Dateipfad mit der Variable GUST@SFC.
- Blenden Sie Raster-Verarbeitung ein, und aktivieren Sie Statistiken berechnen.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Die Daten werden dem Mosaik hinzugefügt und auf der Karte dargestellt. Da Sie den gesamten Ordner HRRR ausgewählt haben (und nicht eine bestimmte GRIB-Datei wie für den Layer "Wind speed"), wurden die Daten für alle 15 Stunden, die im Ordner "HRRR" vorhanden sind, zum Mosaik hinzugefügt. Um jeweils eine Stunde an Daten zu betrachten, verwenden Sie die Registerkarte Multidimensional.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf die kontextbezogene Registerkarte Multidimensional. Wählen Sie in der Gruppe Aktueller Anzeigeausschnitt für StdTime eines der Bilder aus.
Als Nächstes können Sie eine Animation der Daten im Zeitverlauf anzeigen lassen.
Einen multidimensionalen Windböen-Layer animieren und symbolisieren
Der Layer WindGust enthält Daten zur Geschwindigkeit der Windböen auf dem US-amerikanischen Festland für 15 Stunden zwischen dem 9. und 10. Juli 2021. In diesem Abschnitt zeigen Sie diese Daten als Animation an und wählen eine geeignete Symbolisierung. Zuerst sollten Sie die Informationen zum Inhalt des Mosaiks überprüfen.
- Blenden Sie im Bereich Inhalt den Mosaik-Layer WindGust ein, und doppelklicken Sie auf Bild.
Das Fenster Layer-Eigenschaften wird angezeigt. Dieses Fenster enthält Informationen zum mosaikierten Bild.
- Klicken Sie im Fenster Layer-Eigenschaften auf die Registerkarte Quelle, und blenden Sie Multidimensionale Informationen ein. Blenden Sie für Variablen die Optionen gust@sfc (StdTime = 15) und StdTime ein.
Hier ist die Beschreibung des Datasets mit Messeinheit (Einheit), Zeitintervall (Intervall) und Zeitraum (Ausdehnung) angegeben. Die Angabe 15 für die Anzahl bedeutet, dass im Mosaik 15 Daten-Layer (oder Intervalle) enthalten sind, einer für jede Stunde.
- Schließen Sie das Fenster Layer-Eigenschaften.
Als Nächstes schauen Sie sich die Daten zu den Windböen als Zeitanimation an. Da einige Daten in der Karte im Zeitverlauf angezeigt werden können, wurde oben in der Karte ein Zeitschieberegler hinzugefügt. Auf dem Menüband wird zudem die Registerkarte Zeit angezeigt. Mit diesen Einstellungen wird die Zeit für die Karte konfiguriert. Verwenden Sie auf der kontextbezogenen Registerkarte Multidimensional die für den Layer spezifischen Zeiteinstellungen.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt unter WindGust auf Bild, um es auszuwählen.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Multidimensional in der Gruppe Aktueller Anzeigeausschnitt auf Wiedergeben.
Sie sehen eine sich verändernde Darstellung der Karte im Verlauf der 15 Stunden, die von den Daten abgedeckt werden. Der aktuelle Regenbogen-Farbverlauf kann irreführend sein. Daher wählen Sie einen kontinuierlichen Farbverlauf, um die Symbolisierung für Gebiete mit stärkeren Böen zu verbessern.
- Blenden Sie ggf. im Bereich Inhalt den Bild-Layer ein, und klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Farbverlauf.
- Blenden Sie die Dropdown-Liste ein, klicken Sie auf Namen anzeigen, und wählen Sie den Verlauf Lila-Blau (kontinuierlich) aus.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Farbverlauf, und klicken Sie auf Umgekehrtes Farbschema, damit die stärksten Windböen in Dunkelblau angezeigt werden.
Auf der aktualisierten Karte werden stärkere Windböen in Dunkelblau und leichte Böen in hellen Violettschattierungen angezeigt.
- Klicken Sie auf dem Menüband erneut auf Wiedergeben, um die Animation mit der fertigen Symbolisierung anzuzeigen.
- Speichern Sie die Karte.
Ein zeitliches Profildiagramm zum Visualisieren von multidimensionalen Daten verwenden
Mit einem zeitlichen Profildiagramm können Sie die Aktivität der Windböen an bestimmten Ölbohrstandorten visualisieren Ein zeitliches Profildiagramm dient als grundlegendes Analysewerkzeug für multidimensionale Daten, die eine Zeitserie darstellen. Dieser Diagrammtyp ermöglicht eine eingehende Visualisierung und Analyse der multidimensionalen Raster-Daten.
- Klicken Sie auf der Registerkarte Multidimensional in der Gruppe Analyse auf Zeitliches Profil.
Der Bereich Diagrammeigenschaften wird angezeigt, und dem Projekt wird ein leeres Diagramm mit dem Namen Diagramm von Bild hinzugefügt. Das Diagramm wird auch im Bereich Inhalt unter dem Mosaik-Layer WindGust aufgeführt.
Um das Diagramm aufzufüllen, definieren Sie als Interessenbereich die Pachtgebiete der Windindustrie.
Hinweis:
Beim Arbeiten mit großen multidimensionalen Datasets können Sie diese im CRF-Format oder im standardmäßigen Ausgabe-Raster-Format für die Geoverarbeitungswerkzeuge speichern, mit denen multidimensionale Raster erstellt werden. Das multidimensionale CRF-Format bietet eine höhere Geschwindigkeit beim Zugriff auf zahlreiche Ausschnitte im Zeitverlauf beim Erstellen von zeitlichen Profilen.
- Verkleinern Sie bei Bedarf den Platz, den das Diagrammfenster einnimmt, um sicherzustellen, dass die Karte eine noch vertretbare Größe hat.
- Klicken Sie im Bereich Diagrammeigenschaften für Einen Interessenbereich definieren auf das Werkzeug Rechteck.
- Ziehen Sie auf der Karte ein Rechteck, das die aktiven Pachtgebiete ungefähr abdeckt.
Das Diagramm wird gezeichnet und zeigt die durchschnittliche Änderung der Windgeschwindigkeit für den Bereich des von Ihnen gezeichneten Rechtecks an.
Hinweis:
Abhängig von dem von Ihnen gewählten Bereich kann Ihr Diagramm anders aussehen.
Die Karte zeigt Windböen mit Spitzenwerten von über 14 m/s. Um die Bedingungen für einzelne Pachtstandorte anzuzeigen, können Sie auch das Werkzeug Punkt verwenden.
- Klicken Sie im Bereich Diagrammeigenschaften unter Einen Interessenbereich definieren in der Spalte Symbol auf das Punktsymbol für Position 1, und ändern Sie den Wert für Transparenz auf 75 Prozent.
- Klicken Sie für Einen Interessenbereich definieren auf das Werkzeug Punkt.
- Klicken Sie auf der Karte auf einen der südlichsten und auf einen der nördlichsten aktiven Pachtstandorte.
Das Diagramm wird aktualisiert und zeigt die Bedingungen für die beiden Punkte, die Sie der Karte hinzugefügt haben, stündlich an. Das Diagramm enthält jetzt drei Linien
Der auf dieser Karte dargestellte nördliche Pachtstandort, der näher am Weg des Hurrikans lag, verzeichnete stärkere Windböen, die mehr als 28 m/s erreichten. Um die Daten in den Diagrammen besser identifizieren zu können, passen Sie die Beschriftungen an.
Hinweis:
Für zeitliche Profildiagramme gibt es noch viele weitere Optionen. Sie können beispielsweise stündlich erfasste Daten in tägliche, monatliche oder jährliche Zeitintervalle aggregieren und die Trends in unterschiedlichen Zeitskalen visualisieren. Weitere Informationen zu möglichen Anpassungen und Änderungen des Diagramms finden Sie unter Zeitliches Profildiagramm. - Ändern Sie im Bereich Diagrammeigenschaften die Beschriftung für Position 1 in Atlantic Lease Region.
- Ändern Sie die Beschriftungen für die Positionen 2 und 3 in Northern Lease und Southern Lease, je nachdem, wie Sie die Punkte auf der Karte positioniert haben.
- Speichern Sie das Projekt.
Sie verfügen nun über ein Diagramm zur Windböengeschwindigkeit an Ihren beiden Pachtstandorten sowie zum Gesamtdurchschnitt für die Region. Die stärksten Windböen an diesen Standorten im betreffenden Zeitraum lagen bei 28,9 Meter pro Sekunde bzw. 56 Knoten. Diese werden als Sturm und orkanartiger Sturm eingestuft und erfordern wahrscheinlich weitere Untersuchungen auf Schäden.
Mit ArcGIS Pro können Sie viele Dateiformate und mehrere Variablen zur genauen Modellierung an bestimmten Standorten visualisieren.
Weitere vergleichbare Lernprogramme finden Sie auf der Seite Introduction to Imagery & Remote Sensing.
