Trend-Raster generieren (Map Viewer)

Verfügbar mit Image Server

Das Werkzeug "Trend-Raster generieren" schätzt den Trend für jedes Pixel entlang einer Dimension für eine oder mehrere Variablen in einem multidimensionalen Bilddaten-Layer.

Die Ausgabe ist ein gehosteter Bilddaten-Layer.

Beispiele

Mit dem Werkzeug "Trendraster generieren" kann ermittelt werden, ob ein saisonaler Trend in den täglichen Niederschlagsdaten vorhanden ist, die über 10 Jahre gesammelt wurden, indem die Option "Harmonische Trendlinie" verwendet und die Statistik zur Qualität der Übereinstimmung von R-Squared untersucht wird.

Mit dem Werkzeug "Trendraster generieren" kann die lineare Trendlinie für jedes Pixel für über 40 Jahre monatlicher Meerestemperaturdaten berechnet werden, um zu sehen, wo und wie sich die Temperatur im Laufe der Zeit verändert hat.

Verwendungshinweise

Das Werkzeug "Trendraster generieren" umfasst Konfigurationen für Eingabe-Layer, Trendeinstellungen und Ergebnis-Layer.

Eingabe-Layer

Die Gruppe Eingabe-Layer enthält die folgenden Parameter:

• Multidimensionaler oder Multiband-Bilddaten-Layer gibt an, welcher Bilddaten-Layer analysiert wird. Wenn im Werkzeug keine Bilddaten-Layer zur Auswahl verfügbar sind, muss der Karte ein multidimensionaler Bilddaten-Layer hinzugefügt werden.
• Dimension gibt die zu extrahierende Statistik an. Wenn das Eingabe-Raster kein multidimensionales Raster ist, ist dieser Parameter nicht erforderlich.
• Variablen gibt an, welche Variable entlang der ausgewählten Dimension aggregiert wird. Wenn keine Variable angegeben ist, werden alle Variablen mit der ausgewählten Dimension aggregiert.

Trend-Einstellungen

Die Gruppe Trend-Einstellungen enthält die folgenden Parameter:

• Trendtyp gibt den Typ der Analyse an, die bei Pixelwerten entlang einer Dimension durchgeführt wird.

  

  Es gibt drei Möglichkeiten der Anpassung eines Trends an die Variablenwerte entlang einer Dimension: linear, harmonisch und polynomisch. Diese drei Anpassungsoptionen für Trends werden nachfolgend beschrieben. Zusätzlich zu den Linienoptionen gibt es zwei Optionen, mit denen ermittelt werden kann, ob die Pixel im multidimensionalen Bilddaten-Layer einen statistisch signifikanten Trend aufweisen: den Mann-Kendall-Test und den saisonalen Mann-Kendall-Test.

  • Linear: Die lineare Trendlinie ist eine am besten passende gerade Linie, die zur Schätzung einfacher linearer Beziehungen verwendet wird. Ein linearer Trend kennzeichnet eine gleichbleibende Veränderung nach oben oder unten. Die Formel für lineare Trendlinien lautet wie folgt:

    

    • y = Variablenwert des Pixels
    • x = Dimensionswert
    • ß₀ = y-Schnittpunkt

    • ß₁ = lineare Neigung oder Änderungsrate

      ß₁ > 0 weist auf einen zunehmenden Trend hin

      ß₁ < 0 weist auf einen abnehmenden Trend hin
  • Harmonisch: Die harmonische Trendlinie ist eine sich periodisch wiederholende geschwungene Linie. Mit ihr lassen sich Daten beschreiben, die einem Zyklus folgen, z. B. saisonal bedingte Temperaturänderungen. Die Formel für harmonische Trendlinien lautet wie folgt:

    

    • y = Variablenwert des Pixels
    • t = Datum nach Julianischem Kalender
    • ß₀ = y-Schnittpunkt
    • ß₁ = Veränderungsrate
    • α, γ = Koeffizienten der Veränderungen innerhalb eines Jahres oder jahresübergreifend
    • ω = i
    • f = harmonische Frequenz
  • Polynomisch: Die polynomische Trendlinie ist eine geschwungene Linie, die gut zur Darstellung von Daten mit stärkerer Fluktuation geeignet ist. In diesem Fall wird die maximale Anzahl der auftretenden Fluktuationen durch eine Polynom-Ordnung angegeben. Die Formel für polynomische Trendlinien lautet wie folgt:

    

    • y = Variablenwert des Pixels
    • x = Dimensionswert
    • ß₀, ß₁, ß₂, ß₃, ..., ß_n = konstante Koeffizienten

  • Mann-Kendall: Pixel werden mit dem Mann-Kendall-Trendtest ausgewertet.

    Mit dem Mann-Kendall-Test und dem saisonalen Mann-Kendall-Test werden die Daten auf einen monotonen Trend untersucht. Sie sind nichtparametrisch, d. h. es wird keine spezifische Verteilung der Daten angenommen. Beim Mann-Kendall-Test werden serielle Korrelation oder saisonale Effekte nicht berücksichtigt. Bei Saisonalität der Daten ist der saisonale Mann-Kendall-Test besser geeignet.
  • Saisonaler Kendall-Test: Pixelwerte werden mit dem saisonalen Mann-Kendall-Trendtest ausgewertet.
• Mit dem Parameter Zykluslänge für die harmonische Trendanalyse wird die Anzahl und Länge der Zyklen angegeben, die Sie für die Daten in einem Tag oder Jahr erwarten. Wenn Sie beispielsweise für Ihre Daten zwei Variationszyklen pro Jahr erwarten, beträgt die Zykluslänge 182,5 Tage bzw. 0,5 Jahre. Wenn alle drei Stunden eine Erfassung von Temperaturdaten erfolgt und pro Tag ein Variationszyklus vorliegt, beträgt die Zykluslänge einen Tag.
• Zykluseinheit gibt die Zeiteinheit für die Länge des harmonischen Zyklus an.
• Häufigkeit oder Polynomordnung für die harmonische Trendanalyse beschreibt das harmonische Modell, das an die Daten angepasst wird. Wird die Häufigkeit auf 1 festgelegt, wird eine Kombination aus linearer Kurve und harmonischer Kurve der ersten Ordnung für die Anpassung des Modells verwendet. Beträgt die Häufigkeit 2, wird eine Kombination aus linearer Kurve, harmonischer Kurve der ersten Ordnung und harmonischer Kurve der zweiten Ordnung für die Anpassung des Modells verwendet. Beträgt die Häufigkeit 3, wird zusätzlich eine harmonische Kurve der dritten Ordnung für die Modellierung der Daten verwendet und so weiter und so fort.
• Saisonaler Zeitraum gibt an, welche Zeiteinheit bei Durchführung des saisonalen Mann-Kendall-Tests für die Länge des saisonalen Zeitraums verwendet wird.
• Modellstatistiken gibt die Statistiken an, die in der Ausgabe berechnet werden. Für den Parameter Modellstatistiken sind die folgenden Optionen verfügbar:
  • RMSE: Gibt an, ob der RMS-Fehler (Root Mean Square, quadratisches Mittel) der angepassten Trendlinie berechnet wird. Bei aktivierter Option wird der RMS-Fehler berechnet und als eines der Bänder im Trend-Bilddaten-Layer berücksichtigt.
  • R-Squared: Gibt an, ob für die angepasste Trendlinie eine Statistik zur Qualität der Übereinstimmung von R-Squared berechnet wird. Bei aktivierter Option wird der R-Squared-Wert berechnet und als eines der Bänder im Trend-Bilddaten-Layer berücksichtigt.
  • P-Wert des Neigungskoeffizienten: Gibt an, ob die p-Wertstatistik für den Neigungskoeffizienten der Trendlinie berechnet wird. Bei aktivierter Option wird der p-Wert berechnet und als eines der Bänder im Trend-Bilddaten-Layer berücksichtigt.
• NoData ignorieren gibt an, ob die fehlenden Werte bei der Analyse ignoriert oder als Bestandteil der Analyse angesehen werden.

Ergebnis-Layer

Die Gruppe Ergebnis-Layer enthält die folgenden Parameter:

• Ausgabe-Name bestimmt den Namen des Layers, der erstellt und der Karte hinzugefügt wird. Der Name muss eindeutig sein. Wenn in der Organisation bereits ein Layer mit dem gleichen Namen vorhanden ist, tritt ein Fehler auf, und Sie werden aufgefordert, einen anderen Namen zu verwenden.
• In Ordner speichern gibt den Namen eines Ordners in Eigene Inhalte an, in dem das Ergebnis gespeichert wird.

Umgebungen

Umgebungseinstellungen für die Analyse sind zusätzliche Parameter, mit denen die Ergebnisse eines Werkzeugs beeinflusst werden können. Sie können über die Parametergruppe Umgebungseinstellungen auf die Umgebungseinstellungen des Werkzeugs für die Analyse zugreifen.

Dieses Werkzeug berücksichtigt die folgenden Analyseumgebungen:

• Ausgabe-Koordinatensystem
• Verarbeitungsausdehnung

  Hinweis:

  Die standardmäßige Verarbeitungsausdehnung in Map Viewer ist Volle Ausdehnung. Diese Standardeinstellung unterscheidet sich von Map Viewer Classic, wo Aktuelle Kartenausdehnung verwenden standardmäßig aktiviert ist.

• Fang-Raster
• Zellengröße
• Resampling-Methode
• Faktor für parallele Verarbeitung

Ausgaben

Das Werkzeug umfasst die folgenden Ausgaben:

• Ein Bilddaten-Layer mit Werten, die den Trend für alle Pixel schätzen, wenn eine Trendlinienoption ausgewählt wurde.

  In der linearen Trendanalyse enthält die Ausgabe einen Dreiband-Bilddaten-Layer. Hierbei gilt:

  • Band 1 = Neigung
  • Band 2 = Schnittpunkt
  • Band 3 = RMS-Fehler (Root Mean Square, quadratisches Mittel) oder Fehler um die am besten passende Linie herum

  In der harmonischen Trendanalyse hängt die Anzahl an Bändern in der Ausgabe von der harmonischen Frequenz ab. Bei der Frequenz 1 ist die Ausgabe ein Fünfband-Bilddaten-Layer. Hierbei gilt:

  • Band 1 = Neigung
  • Band 2 = Schnittpunkt
  • Band 3 = Harmonic_sin1
  • Band 4 = Harmonic_cos1
  • Band 5 = RMSE

  Bei der Frequenz 2 ist die Ausgabe ein Siebenband-Bilddaten-Layer. Hierbei gilt:

  • Band 1 = Neigung
  • Band 2 = Schnittpunkt
  • Band 3 = Harmonic_sin1
  • Band 4 = Harmonic_cos1
  • Band 5 = Harmonic_sin2
  • Band 6 = Harmonic_cos2
  • Band 7 = RMSE

  In der polynomischen Trendanalyse hängt die Anzahl an Bändern in der Ausgabe von der Polynom-Ordnung ab. Bei der Polynomanpassung zweiter Ordnung entsteht ein Vierband-Bilddaten-Layer. Hierbei gilt:

  • Band 1 = Polynomial_2
  • Band 2 = Polynomial_1
  • Band 3 = Polynomial_0
  • Band 4 = RMSE

  Bei der Polynomanpassung dritter Ordnung entsteht ein Fünfband-Bilddaten-Layer. Hierbei gilt:

  • Band 1 = Polynomial_3
  • Band 2 = Polynomial_2
  • Band 3 = Polynomial_1
  • Band 4 = Polynomial_0
  • Band 5 = RMSE

• Wenn das Werkzeug zur Durchführung des Mann-Kendall-Tests oder des saisonalen Mann-Kendall-Tests verwendet wird, ist die Ausgabe ein Fünfband-Bilddaten-Layer. Hierbei gilt:

  • Band 1 = Sen-Steigung
  • Band 2 = p-Wert
  • Band 3 = Mann-Kendall-Wert (S)
  • Band 4 = S-Varianz
  • Band 5 = Z-Wert

Anforderungen für die Verwendung

Für dieses Werkzeug werden folgende Lizenzen und Konfigurationen benötigt:

• Benutzertyp Creator oder GIS Professional
• Publisher- oder Administratorrolle oder eine entsprechende benutzerdefinierte Rolle
• ArcGIS Image Server mit Konfiguration für Raster-Analysen

Ressourcen

Weitere Informationen finden Sie in den folgenden Quellen:

• Trend-Raster generieren in ArcGIS REST API
• generate_trend_raster in ArcGIS API for Python
• Trend-Raster generieren in ArcGIS Pro