Mosaik-Datasets: Mehr als die Summe ihrer Teile

Mosaik-Datasets ermöglichen eine flexible Verwaltung innerhalb eines vielfältigen Ökosystems von Fernerkundungs- und Rasterdaten. In diesem Blogbeitrag untersuchen wir eine der grundlegenden Datenmanagement-Funktionen von ArcGIS.

Wer sich mit Bilddaten und Fernerkundungsinhalten in ArcGIS beschäftigt, ist möglicherweise bereits mit den Funktionen vertraut, die früher über Erweiterungen verfügbar waren und nun direkt in ArcGIS integriert sind. Diese Funktionen ermöglichen es, Bilddaten und Fernerkundungsinhalte umfassend zu nutzen, indem sie das Management, die Analyse und die Visualisierung innerhalb des ArcGIS-Ökosystems unterstützen. ArcGIS wird oft als umfassendes System für Bilddaten und Fernerkundung beschrieben – und hilft dabei, eine „Bilderbuchgeschichte“ im GIS zu erzählen.

Dieses wurde erstmals im Sommer 2010 mit ArcMap 10.0 eingeführt und bleibt eine wesentliche Datenstruktur zur Organisation, Erstellung und Verwaltung von Raster- und Bilddaten. Mosaik-Datasets kombinieren mehrere Eingabebilder zu einem einzigen visuellen Element, das in einer Karte dargestellt und als Bild-Layer freigegeben werden kann. Die Eingabebilder bleiben dabei im nativen Format erhalten, während gleichzeitig ein neues Datenprodukt entsteht, das die Summe aller Eingabebilder repräsentiert. Zusätzlich können Rasterfunktionen genutzt werden, um neue Visualisierungen zu erstellen, die als Eingabe für Rasteranalysen verwendet werden können.

Fast 14 Jahre später sind Mosaik-Datasets immer noch die beste Möglichkeit, deine Bilddaten innerhalb deiner Organisation und mit der gesamten Welt zu organisieren und zu teilen. Mit der Einführung von ArcGIS Pro, ArcGIS für Kubernetes und dem exponentiellen Wachstum der ArcGIS-Systemfunktionen – einschließlich neuer Bild- und Fernerkundungsdatenmodelle wie dem Oriented Imagery Dataset und dem Trajectory Dataset – ist es an der Zeit, sich erneut mit diesem grundlegenden Datenmodell vertraut zu machen und zu verstehen, warum es für deine Bild-Workflows und Systeme in Betracht gezogen werden sollte. Auch mit der Einbindung dieser neuen Datenmodelle ist das Mosaik-Dataset heute genauso relevant für deine Bilddaten wie bei seiner Einführung.

Definition von Mosaik-Datasets

Mosaik-Datasets, die als Teil der Standard-ArcGIS-Pro-Lizenz (im Store erhältlich) zugänglich sind, können lokal innerhalb einer File-Geodatabase erstellt und mit deinen Rasterdaten befüllt werden. Jedes unterstützte Rasterformat kann zu einem Mosaik-Dataset hinzugefügt werden, idealerweise mit räumlichen Koordinaten.

Mosaik-Datasets bieten eine flexible Verwaltungsmöglichkeit für die Arbeit mit einem vielfältigen Ökosystem von Fernerkundungs- und Rastermodalitäten. Dies umfasst Inhalte von lokalen Datenträgern, Netzlaufwerken und cloudbasierten Daten, indem diese Daten referenziert und auf deinen lokalen Computer gestreamt werden.

Komponenten eines Mosaik-Datasets

Mosaik-Datasets bestehen aus drei Feature-Layern, die auf den Eingabebildern basieren, sowie einem Bild-Layer und Regeln zur Anzeige dieser Bilder. Die Eigenschaften des Mosaik-Datasets beeinflussen die Extraktion und das Mosaikieren der Eingabebilder.

In einer ArcGIS Pro-Karte sind standardmäßig die beiden Feature-Layer-Komponenten (Boundary und Footprint) sowie der oberste Layer des dynamischen Mosaiks (Bild-Layer) sichtbar. In der folgenden Grafik werden die Footprints und Overviews separat angezeigt, beide erscheinen jedoch im selben Layer innerhalb des Mosaik-Datasets.

Bilddaten

Der Imagery-Layer steuert die Visualisierung der sichtbaren Daten innerhalb des Boundary-Layers, ähnlich wie ein einzelner Imagery-Layer in ArcGIS Pro. Der sichtbare Bereich jedes Datasets innerhalb des Mosaik-Datasets und dessen Steuerung über den Bilddaten-Layer werden durch eine Kombination aus Sortierung, Überlappung und Mosaik-Regeln bestimmt. Zusätzlich beeinflussen Visualisierungsprozesse wie Zeitfilter, Datumsinformationen im Footprint und dynamische Rasterfunktionen die Darstellung im Mosaik-Dataset.

Footprints

Der Footprint-Layer enthält ein Feature für jedes hinzugefügte Eingabebild, wobei die räumliche Ausdehnung des Bildes verwendet wird, um die Geometrie des Features zu erstellen. Die Felder im Footprint-Layer bieten eine Reihe von Attributen, die bestimmen, wie die Eingabebilder angezeigt, abgefragt und organisiert werden. Diese Attribute können wichtige Metadaten enthalten, wie etwa die Sichtbarkeit in Abhängigkeit vom Kartenmaßstab und das Erfassungsdatum eines Satellitensensors. Weitere Beispiele sind klimatische Variablen für wissenschaftliche Raster-Datasets und der Sensortyp, der zur Erstellung eines topografischen Oberflächenrasters verwendet wurde.

Overviews

Durch die Verwendung der Quellbilder oder Rasterdaten kann die visuelle Leistung des Mosaik-Datasets durch die Erstellung von Overviews optimiert werden. Overviews sind reduzierte Auflösungen oder Pyramiden der mosaikierten Ergebnisse aller Eingabebilder. Sie erweitern sich räumlich über die Ausdehnung der einzelnen Eingabebilder hinaus. Overviews werden in verschiedenen Stufen erzeugt, die auf der räumlichen Ausdehnung der mosaikierten Bilder basieren.

Boundaries

Der Boundary-Layer bestimmt, was im Bilddaten-Layer sichtbar ist, wenn alle Eingabebilder mosaikiert werden, einschließlich der Quelldaten und Overviews. Das Ergebnis ist eine zusammengeführte Darstellung aller Footprints. Um die Sichtbarkeit bestimmter Bereiche im Bilddaten-Layer anzupassen, können Sie die Geometrie des Grenz-Layers modifizieren. Dadurch lässt sich steuern, welche Bereiche sichtbar sind.

Vorteile von Mosaik-Datasets

Mosaik-Datasets bilden das Fundament Ihrer Bildsammlungen. Sie bieten sowohl die Möglichkeit zur lokalen Nutzung als auch zur Verwaltung von Bilddaten-Layern, die geteilt werden können. Die Nutzung eines Mosaik-Datasets zur Organisation Ihrer Bilddaten bietet mehrere Vorteile für die Handhabung und Pflege dieser Daten. Zu diesen Vorteilen gehören:

Zugriff als einzelnes Element

Das Mosaik-Dataset erscheint in der Karte als einzelnes Element, statt die einzelnen Eingabebilder darzustellen. So lassen sich in einem Mosaik-Dataset leicht Rasterfunktionen und -analysetools integrieren. Die Visualisierung des gesamten Bildsatzes erfolgt über das Symbolisierungsfenster.

Erweiterung von Metadaten

Mosaik-Datasets bieten nicht nur eine effiziente Methode zur Zusammenstellung, Organisation und Vereinfachung der Arbeit mit einem oder mehreren Rastern, sondern auch zusätzliche Funktionen. Sie unterstützen Workflows, um erweiterte Informationen hinzuzufügen, dynamische Vorverarbeitungsfunktionen zu verknüpfen und dienen als Eingaben für Bilddaten- oder Rasteranalysetools. Zudem eignen sie sich zur Veröffentlichung in ArcGIS Online (im Store erhältlich) oder ArcGIS Enterprise und ermöglichen so eine skalierbare Bilddatenvisualisierung und -analyse über die Cloud.

Für die Freigabe konfiguriert

Mosaik-Datasets bieten volle Kontrolle über die Handhabung überlappender Bilddaten, wie Farbtiefe, Anzahl der Rasterbänder, räumliche Auflösung und Projektionsinformationen. Bereits bei der Erstellung lassen sich diese Parameter anpassen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Die festgelegten Eigenschaften bestimmen die Attribute des daraus generierten Bilddaten-Layers. Nach der Veröffentlichung dient das Mosaik-Dataset als Grundlage für einen Bilddaten-Dienst, der den Zugriff auf das gut organisierte Dataset innerhalb der Organisation ermöglicht.

Mosaik-Datasets in Aktion

Eine der größten Stärken von Mosaik-Datasets liegt in ihrer Fähigkeit, sowohl Bilddaten als auch andere rasterbasierte Fernerkundungsdaten oder wissenschaftliche Ergebnisse effizient zu verwalten. Diese Datasets sind flexibel und lassen sich statisch oder dynamisch nutzen, indem sie kontinuierlich mit neuen Informationen erweitert werden.

Trotz des Namens, der auf die dynamische Mosaikierung überlappender Datasets hinweist, eignen sich Mosaik-Datasets auch hervorragend zur Verwaltung von Daten mit identischem Ausmaß und gleicher Begrenzung. Sie bieten eine effiziente Lösung für die Organisation solcher Datensätze. Sie erleichtern das Management und die Veröffentlichung von Diensten, indem dynamische Verarbeitungsvorlagen für die Darstellung und Analyse auf der Client-Seite angewendet und verknüpft werden. Gleichzeitig erweitern sie die Anzahl der Datensätze, mit denen Nutzer interagieren.

Die Leistungsfähigkeit und Flexibilität von Mosaik-Datasets zeigt sich in ihren vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten. Da sie alle gängigen Rasterformate unterstützen, lassen sie sich problemlos in bestehende Workflows integrieren – sei es zur lokalen Organisation von Bilddaten, zur Steuerung der Darstellung und Visualisierung von Bilddaten-Layern oder für eine Kombination aus beidem.

Diese Anwendungsbeispiele verdeutlichen, wie Mosaik-Datasets Ihren Workflow bereichern. Sie eignen sich besonders für die Verwaltung von Live-Imagery-Layern, die regelmäßige Updates erfordern, und sind ideal zur Verwaltung von Zeitserien, um verschiedene Versionen über längere Zeiträume hinweg zu steuern.

Automatisierung von Mosaik-Datasets

Ein wichtiger Vorteil von Mosaik-Datasets ist ihre Fähigkeit zur automatisierten Erstellung und Verwaltung. Dies ist besonders in einer Enterprise-Umgebung von großer Bedeutung, da es Prozesse effizienter gestaltet. Sowohl der ModelBuilder als auch ArcPy bieten leistungsfähige Werkzeuge, um wiederkehrende Prozesse zur Erstellung, Verwaltung und Administration von Mosaik-Datasets effizient zu automatisieren.

• ModelBuilder: Als visuelles Werkzeug in ArcGIS Pro ermöglicht der ModelBuilder das Erstellen von Workflows, die die Erstellung und Pflege von Mosaik-Datasets automatisieren. Dabei können mehrere Schritte, wie das Hinzufügen neuer Raster-Datenquellen oder das Erstellen von Overviews, in einem einzigen, reproduzierbaren Modell zusammengefasst werden. Diese Modelle lassen sich leicht an verschiedene Szenarien anpassen und ohne Programmierkenntnisse implementieren.
• ArcPy: Für noch flexiblere und skalierbare Automatisierungen bietet ArcPy die Möglichkeit, Mosaik-Datasets vollständig programmatisch zu erstellen und zu verwalten. Mit Hilfe von Python-Skripten lassen sich komplexe Prozesse steuern, etwa das dynamische Hinzufügen von Bilddaten, das Aktualisieren von Overviews oder das regelmäßige Neuaufbauen von Metadaten. Dies ist besonders in einer Enterprise-Umgebung nützlich, wo große Datenmengen verwaltet und verarbeitet werden müssen.

In ArcGIS Enterprise-Umgebungen ermöglicht die Automatisierung die Bereitstellung von Mosaik-Datasets als Dienste, die zentral gesteuert und global skaliert werden. Die regelmäßige Automatisierung von Prozessen wie Datenaktualisierungen oder Mosaik-Optimierungen verringert den manuellen Verwaltungsaufwand und erhöht die Effizienz in umfangreichen Bilddaten-Workflows erheblich.

Mosaik-Datasets in ArcGIS Online: Image Collections

Auch in ArcGIS Online gibt es eine Art von Mosaik-Dataset, die als Image Collection bezeichnet wird. Diese bietet ähnliche Funktionalitäten wie Mosaik-Datasets in einer Desktop- oder Enterprise-Umgebung, ermöglicht jedoch die Bereitstellung und Verwaltung von Bilddaten über die Cloud. Image Collections ermöglichen die Organisation, Visualisierung und Integration großer Mengen an Bilddaten in Analysen. Dabei wird von einer zentralen, cloudbasierten Verwaltung profitiert.

Das Mosaik-Dataset bietet durch die Kombination automatisierter Prozesse mit ModelBuilder und ArcPy in Enterprise-Umgebungen eine flexible Lösung für die Verwaltung und Analyse von Bilddaten. Durch die cloudbasierte Bereitstellung über ArcGIS Online wird es zudem zu einer skalierbaren Option für moderne GIS-Workflows.

Fazit

Mit fast einem Jahrzehnt Erfahrung haben sich Mosaik-Datasets weltweit etabliert und helfen Nutzern auf allen Ebenen, ihre Bilddaten effizienter zu nutzen. Die entscheidende Frage ist, ob Sie bereit sind, das volle Potenzial Ihrer Bilddaten für Ihre Organisation auszuschöpfen. Mosaik-Datasets bieten einen hervorragenden Einstieg in diesen Prozess.