ArcGIS Pro: Möglichkeiten der Bildanalyse entdecken

ArcGIS Pro macht Bilddaten zu einem zentralen Bestandteil des GIS-Workflows und bietet dafür leistungsstarke Analysewerkzeuge. Dieser Beitrag stellt Ihnen die grundlegenden und erweiterten Bilddaten-Funktionen in ArcGIS Pro vor.

Bilddaten sind im GIS-Workflow längst nicht mehr nur eine Hintergrundkulisse. In ArcGIS Pro stellen sie einen vollwertigen Datentyp dar – mit leistungsstarken Werkzeugen und Workflows, die auf die vielfältigen Anforderungen im Bereich der Bilddatenanalyse abgestimmt sind. Ob bei der Korrektur von Satelliten-Rohdaten, der Arbeit mit Drohnenvideos oder der Analyse langer Zeitreihen von Umweltdaten: ArcGIS Pro bietet integrierte Funktionen, die unterschiedlichste Aufgaben unterstützen.

Unterstützung für vielfältige Bilddatentypen

ArcGIS Pro unterstützt Bilddaten aus über 70 Rasterformaten und mehr als 50 Sensoren, darunter Plattformen wie Landsat, Sentinel, Airbus, Maxar und viele weitere. Diese vielfältigen Datentypen – von hochauflösenden Satellitenaufnahmen über Drohnen-, Luftbild-, 3D-, Stereo-, hyperspektrale, orientierte und Video-Bilddaten – können dank Rasterprodukten in Sekundenschnelle visualisiert und verarbeitet werden.

Rasterprodukte sind intelligente Datenmodelle, die im Hintergrund Rasterfunktionsketten in Echtzeit nutzen. Sie wenden dynamisch sensorspezifische Korrekturen an (z. B. radiometrische Kalibrierung, Orthorektifizierung, Projektion), ohne die Rohdaten zu verändern, und ermöglichen so eine sofortige Analyse ohne zeitaufwändige Vorverarbeitung.

Spezialisierte Viewer und Analyseumgebungen für jeden Datentyp

ArcGIS Pro bietet speziell optimierte Anzeige- und Analyseumgebungen, die auf die jeweilige Bilddatenmodalität abgestimmt sind:

Stereo-Bilddaten: Nutzen Sie Stereo-Kartenviewer für die präzise Erfassung, Inspektion und Vermessung von 3D-Objekten.

3D- und Voxel-Daten: Visualisieren und analysieren Sie wissenschaftliche oder topografische Datensätze im echten 3D-Raum mit Voxel-Cubes und 3D-Szenen.

Orientierte Bilddaten: Navigieren Sie durch Boden- oder Schrägbilder (z. B. von Straßenkameras oder Drohnen) im Oriented Imagery Viewer, der mit der Karte für räumliche Orientierung verknüpft ist.

Full Motion Video: Gehen Sie Videoaufnahmen Bild für Bild durch und analysieren Sie diese, während Sie georeferenzierte Objekte mit dem FMV-fähigen Player extrahieren.

Multidimensionale Daten: Analysieren Sie atmosphärische oder ozeanografische Phänomene mit Schnitten und Profilen über Zeit oder Tiefe mithilfe des Multidimensional-Tabs.

Diese spezialisierten Viewer werden über kontextbezogene Registerkarten, Menüband-Gruppen, Assistenten und Add-ins bereitgestellt und passen sich dynamisch an den ausgewählten Bilddatentyp an – so haben die Nutzer:innen stets die passenden Werkzeuge zur richtigen Zeit zur Verfügung.

Werkzeuge zur Erkundung und Auswertung für Analysen auf Pixel-Ebene

ArcGIS Pro (im Store erhältlich) bietet eine umfangreiche Sammlung von Werkzeugen, mit denen Analyst:innen über die rein visuelle Interpretation hinausgehen und Bilddaten direkt auf Pixel-Ebene untersuchen können – und so tiefere Einblicke in zeitliche, spektrale und Veränderungsanalysen gewinnen. Zu den wichtigsten Funktionen gehören:

Spektralprofil-Diagramme: Visualisieren Sie die spektrale Signatur über alle Bänder für einen bestimmten Pixel oder Bereich, um Materialien zu identifizieren und zu klassifizieren.

Bild-Streudiagramme: Untersuchen Sie die Beziehung zwischen zwei beliebigen Spektralbändern, um Muster, Cluster oder Auffälligkeiten zu erkennen.

Zeitprofil-Diagramme: Stellen Sie Zeitreihendaten für einen Pixel oder Bereich dar, um Trends, saisonale Muster oder allmähliche Veränderungen sichtbar zu machen.

Pixel-Zeitreihen-Change-Explorer: Erkennen und visualisieren Sie interaktiv Veränderungen oder Störungen im Zeitverlauf für beliebige Orte in Ihren Bilddaten.

Diese Werkzeuge sind von entscheidender Bedeutung in Bereichen wie Verteidigung und Geheimdienste, Katastrophenmanagement, Landwirtschaft und vielen weiteren, in denen Analyst:innen direkt aus den Pixeln verwertbare Informationen gewinnen müssen – und so Rohbilddaten in aussagekräftige Erkenntnisse verwandeln.

Analyse mit Rasterfunktionen

In ArcGIS sind Rasterfunktionen schnelle, „on-the-fly“ Prozesse, die Sie auf Bilddaten oder Rasterdaten anwenden können, ohne die Originaldatei dauerhaft zu verändern. Sie werden im Arbeitsspeicher ausgeführt, sodass Sie die Ergebnisse sofort sehen, und Sie können mehrere Funktionen miteinander verketten, um eine Abfolge von Schritten zu erstellen – etwa die Berechnung des NDVI, Farbkorrekturen oder das Zuschneiden auf einen bestimmten Bereich. Da Rasterfunktionen nur dann eine neue Datei erzeugen, wenn Sie das Ergebnis speichern, können Sie damit Bilddaten ganz einfach experimentieren, analysieren und visualisieren, ohne zusätzlichen Speicherplatz oder Verarbeitungszeit zu benötigen.

ArcGIS Pro bietet standardmäßig über 160 Rasterfunktionen für gängige Aufgaben der Bildanalyse, darunter:

• Radiometrische Anpassungen wie Streckung, Kontrast, Faltung (Convolution) und Pansharpening
• Spektrale Indizes wie NDVI, NDWI, NDBI sowie benutzerdefinierte Bandarithmetik
• Geländeanalysefunktionen wie Steigung, Exposition und Schummerung (Hillshade)
• Raster-Mathematik und Algebra für Berechnungen auf Pixel-Ebene

Mehrere Funktionen können miteinander verknüpft werden, um komplexe Aufgaben zu erledigen. Rasterfunktionen eignen sich ideal für schnelle Überprüfungen oder das Prototyping von Bildanalysen, bevor Sie aufwändigere Batch-Prozesse mit Geoverarbeitungswerkzeugen durchführen.

Vertiefte Bildanalyse mit der Image Analyst-Erweiterung

Die Image Analyst-Erweiterung verwandelt ArcGIS Pro in eine vollwertige Bildanalyse-Workstation und eröffnet erweiterte Funktionen für spezialisierte Workflows. Sie wurde für Fachleute entwickelt, die über die grundlegende Visualisierung hinausgehen und tiefere Einblicke sowie präzisere Ergebnisse erzielen möchten. Zu den wichtigsten Funktionen gehören:

Stereo- und Vermessungswerkzeuge: Messen und extrahieren Sie 3D-Objekte präzise mithilfe überlappender Stereo-Bilddaten.

Deep-Learning-Workflows: Modelle trainieren, Bilddaten klassifizieren und Objekte wie Gebäudegrundrisse, Entwaldungsflächen oder Katastrophenschäden direkt in ArcGIS Pro erkennen.

Fortgeschrittene Klassifikation und Regression: Über die traditionelle pixelbasierte Klassifikation hinausgehen – mit überwachten und unbeaufsichtigten Methoden. Nutzen Sie Machine-Learning-Algorithmen wie Random Trees, Support Vector Machines und k-Nearest Neighbor für noch genauere Ergebnisse.

Synthetic Aperture Radar (SAR)-Verarbeitung: Erstellen Sie Radiometrisch Geländekorrigierte (RTC) Datensätze, erkennen Sie Wasserflächen, identifizieren Sie dunkle Objekte im Ozean und berechnen Sie SAR-Indizes für fortgeschrittene Analysen.

Hyperspektralanalyse: Erkennen Sie Anomalien, entmischen Sie spektrale Signaturen und untersuchen Sie Daten über Hunderte von schmalen Bändern, z. B. für die Mineralienkartierung, Vegetationsgesundheit und andere spezialisierte Anwendungen.

Analyse multidimensionaler Daten: Analysieren Sie Klima-, ozeanografische und Fernerkundungs-Zeitreihendaten mit Schnitten, Profilen und Trendanalysen über Zeit oder Tiefe.

Full Motion Video (FMV): Betrachten und analysieren Sie Drohnen- oder Luftbildvideos mit synchronisierter Wiedergabe, georeferenzierten Überlagerungen und der Möglichkeit, direkt aus Einzelbildern Objekte zu extrahieren.

Zusätzlich bietet die Erweiterung Dutzende fortschrittliche Rasterfunktionen für die Echtzeitverarbeitung – etwa Distanzmodellierung, hydrologische Modellierung und komplexe Geländeanalyse. So können Sie Ergebnisse zunächst prototypisch testen und verfeinern, bevor Sie groß angelegte Batch-Workflows ausführen.

All diese Funktionen sind über intuitive Benutzeroberflächen zugänglich: Menüleisten, aufgabenbasierte Assistenten und spezialisierte Viewer, die speziell für Bilddaten-Anwender:innen entwickelt wurden – ganz ohne dass Sie zu Beginn programmieren müssen.

Spatial Analyst-Erweiterung für Bilddaten

Die Spatial Analyst-Erweiterung ist vor allem für ihre Werkzeuge zur Geländeanalyse und Modellierung bekannt, bietet aber auch eine umfangreiche Palette an Funktionen für die direkte Arbeit mit Bilddaten. Sie wurde entwickelt, um GIS-Analyst:innen dabei zu unterstützen, Bilddaten nicht nur als Hintergrundkarte zu betrachten, sondern sie als leistungsstarke Quelle für die Mustererkennung, Modellbildung und Integration mit anderen GIS-Layern zu nutzen. Zu den wichtigsten Funktionen gehören:

• Interpolation und Oberflächenmodellierung: Erstellen Sie kontinuierliche Oberflächen aus Stichprobenpunkten (z. B. Höhe, Temperatur, Verschmutzung), um räumliche Trends zu visualisieren und zu analysieren.
• Eignungsmodellierung: Kombinieren Sie Bilddaten mit anderen Datenebenen, um die am besten geeigneten Standorte für einen bestimmten Zweck zu identifizieren, etwa für Bebauung, Naturschutz oder Landwirtschaft.
• Dichte- und Distanzanalyse: Messen Sie die Konzentration von Merkmalen (z. B. Bevölkerung, Ereignisse) oder berechnen Sie Distanzen und Kostenwege über eine Landschaft.
• Zonenstatistik und Reklassifizierung: Fassen Sie Rasterwerte innerhalb definierter Zonen zusammen oder klassifizieren Sie Pixelwerte neu, um Bereiche von Interesse zu vereinfachen oder hervorzuheben.

Durch die Kombination dieser Werkzeuge mit Bilddaten ermöglicht Spatial Analyst Workflows, die verwertbare Erkenntnisse liefern – sei es bei der Kartierung von Überschwemmungsrisiken, der Identifizierung von Lebensräumen für Wildtiere oder der Modellierung der Erreichbarkeit in einer Region.

Resümee

ArcGIS Pro bietet für Bilddaten deutlich mehr, als viele Nutzer:innen vermuten – und geht weit über einfache Hintergrundkarten oder statische Rasteranzeigen hinaus. Egal, ob Sie Rohdaten schnell korrigieren, spektrale und zeitliche Trends untersuchen, KI-gestützte Modelle einsetzen oder umfangreiche multidimensionale und 3D-Inhalte erstellen: ArcGIS Pro stellt eine vollständige Umgebung für bilddatenzentrierte GIS-Arbeit bereit. Diese Werkzeuge ermöglichen es Analyst:innen, Bilddaten-Manager:innen und Data Scientists gleichermaßen, Erkenntnisse zu gewinnen, Veränderungen zu erkennen und Ergebnisse nahtlos zu teilen. Falls Sie den Imagery-Tab und seine Analysefunktionen noch nicht erkundet haben, ist jetzt der perfekte Zeitpunkt, um zu entdecken, wie viel Ihnen bereits zur Verfügung steht.