کار با داده های زمانی در ArcGIS

زمان یک بعد مهم در بسیاری از انواع تجسمات و تجزیه و تحلیل های جغرافیایی است. جنبه زمانی به کجا و داده ها اضافه می کند و به ما امکان می دهد تغییر را ببینیم.

با داده های زمانی ، می توانید چیزهای متحرک (هواپیماها ، ماهواره ها ، طوفان ها) ، وقایع (تصادفات یا جرایم) ، قرائت هایی را که با گذشت زمان متفاوت است ، تجزیه و تحلیل و تجسم کنید. مکانی با گذشت زمان (تغییر جمعیت در یک دستگاه سرشماری یا تغییر در دمای سطح دریا). اگرچه فرهنگ های دیگر تصورات متفاوتی از زمان دارند ، اما ما به طور کلی از زمان به عنوان خطی و یک طرفه فکر می کنیم. حتی حوادثی که چرخه ای هستند به عنوان خطی (سال گذشته ، امسال ، سال آینده) تصور می شوند اما تکرار می شوند (زمستان ، بهار ، تابستان ، پاییز). ArcGis با روشی خطی مشابه با زمان رفتار می کند.

زمان همیشه نسبت به چیزی است: یک ساعت ، یک رویداد یا یک حالت. زمان ساعت محور با یک ساعت خاص هماهنگ می شود و نمونه ای از داده های زمان منظم است که در فواصل منظم گرفته می شود. مثالها شامل خوانش 15 دقیقه ای از سنجهای جریان و رفع GPS به طور مرتب برنامه ریزی شده از دستگاه های ردیابی حیوانات است. زمان رویداد محور با رویدادی مانند شام یا قبل و بعد از طوفان یا سیل هماهنگ می شود. زمان دولت محور با تغییر حالت هماهنگ می شود. مثالها شامل ذوب شدن برگه های یخ ، تغییر در اقتصاد مانند دوره تورم یا تغییر از یک رژیم دولتی به دیگری است. زمان را می توان به عنوان یک فوری (یک نقطه واحد در زمان) یا مدت زمان (فاصله زمانی با نمونه های شروع و پایان) ثبت کرد. فاصله بین نمونه های زمان ضبط شده می تواند منظم باشد (یک فاصله 15 دقیقه ای برای سنجش جریان یا یک دهه برای سرشماری) یا نامنظم (بروز جرایم یا تغییر در مرزهای سیاسی).

اندازه گیری زمان یا تقویم یا مبتنی بر غیر کلاند است. نمونه ای از زمان تقویم ، تقویم گرگوریایی است که بر اساس مدت زمانی که زمین را به سمت خورشید (تقریباً 365 روز) می برد و زمین برای چرخش در محور آن (24 ساعت) می چرخد. این قالب می تواند به سادگی سال (YYYY) یا به اندازه بخش اعشاری از ثانیه (YYYY/MM/DD HH: MM: SS. S) باشد.

اگرچه این تقویم پرکاربرد امروزه در جهان است و بیشتر مردم آن را به خوبی درک می کنند ، محاسبه آن دشوار است زیرا متریک یا در پایه 10 نیست. در برخی اقدامات تغییرات وجود دارد (مانند تعداد روزهای درماه) اما نه در دیگران (همیشه 60 دقیقه در یک ساعت و 60 ثانیه در دقیقه وجود دارد).

زمان noncalendar با یک لحظه مشخص هماهنگ می شود. زمان انتخاب شده به عنوان مبدا و نقطه مرجع که از آن زمان اندازه گیری می شود ، یک دوره نامیده می شود و واحدهای اندازه گیری زمان از دوره شمارش می شوند تا تاریخ و زمان به طور واضح مشخص شود. نمونه ای از زمان غیر کالندر ، زمان سیستم رایانه ای است که در یونیکس ، جاوا و اوراکل استفاده می شود ، که منعکس کننده تعداد ثانیه ها از اول ژانویه 1970 است ، که در زمان جهانی هماهنگ (UTC) نیز 00:00 است.

GIS داده های زمانی را ادغام می کند

زمان در ArcGis Pro ، ArcMap ، ArcGIS Runtimes و Portal ساخته شده است ، بنابراین می توان از بعد زمانی داده های جغرافیایی برای تجزیه و تحلیل ، شبیه سازی و مدل سازی در سراسر پلت فرم ArcGIS استفاده کرد. از ابزارهای ژئوپروسیت می توان برای مدیریت داده های آگاهانه زمان و تجزیه و تحلیل داده های فضا-زمان استفاده کرد. داده های فضا-زمان را می توان در ArcGIS Pro ، ArcMap ، Arcscene ، ArcGlobe و ArcGIS Online مشاهده کرد.

انواع داده های زمانی پشتیبانی شده شامل لایه های ویژگی ، مجموعه داده های موزاییک ، لایه های داده مشترک شبکه (NETCDF) ، جداول ، کاتالوگ های شطرنجی ، لایه های ردیابی ، لایه های جریان ، لایه های مجموعه داده های شبکه با داده های ترافیکی و لایه های خدمات با محتوای تاریخی و به روزرسانی فیدهای داده است. در ArcGIS ، اطلاعات زمان به عنوان ویژگی ها (برای کلاس های ویژگی و مجموعه داده های موزاییک) ذخیره می شود ، یا در داخل آن ذخیره می شود (مانند داده های NetCDF).

برای کلاس های ویژگی ، زمان از طریق برگه زمان روی خصوصیات لایه ویژگی فعال و پیکربندی می شود. برای ویژگی ها ، شکل و مکان هر ویژگی ممکن است ثابت باشد ، اما مقادیر ویژگی می توانند با گذشت زمان تغییر کنند.

از طرف دیگر ، شکل و مکان هر ویژگی ممکن است با گذشت زمان تغییر کند. اگر شکل و مکان تغییر نکند ، دو روش وجود دارد که می توان داده ها را ذخیره کرد: به عنوان ویژگی های تکراری با مقادیر زمانی منحصر به فرد یا ویژگی های منحصر به فرد که مربوط به یک جدول با مقادیر زمانی است.

به عنوان مثال ، مجموعه ای از 100 شهر بزرگ در ایالات متحده تا دهه است. در این حالت ، ممکن است شهرها هر بار که در لیست 100 گنجانده می شوند ، تکثیر شوند ، یا مجموعه ای از شهرها می تواند مربوط به یک جدول با ده ها سال باشد که در این لیست ظاهر می شوند. اگر شکل یا مکان تغییر کند ، هر ویژگی باید به همراه مقدار زمانی خود ذخیره شود. به عنوان مثال یک مجموعه داده با تعداد سوختگی برای آتش سوزی است.

مجموعه داده های موزاییک Rasters را ذخیره می کند که با گذشت زمان تغییر می کنند. در حالی که زمان با استفاده از خصوصیات مجموعه داده های موزاییک فعال و پیکربندی شده است ، ویژگی زمانی در جدول ویژگی لایه ردپای مجموعه داده های موزاییک ذخیره می شود.

NetCDF یک فرمت فایل برای ذخیره داده های چند بعدی (x ، y ، z ، t) در یک آرایه با x و y است که نشان دهنده فضای و زمان است. ابعاد Z یک یا چند ویژگی مانند دما ، شوری ، فشار و سرعت باد را ذخیره می کند. برای لایه های ویژگی NetCDF ، زمان لایه با استفاده از یک بعد زمان یا قسمت ویژگی مشخص می شود. برای لایه های شطرنجی NetCDF ، زمان لایه با استفاده از بعد زمان مشخص می شود.

داده های زمانی و محصولات اطلاعاتی بر اساس داده های زمانی می توانند از طریق نقشه ها ، لایه های نقشه ، بسته ها و موارد دیگر به روش های مختلفی به اشتراک گذاشته شوند. اینها را می توان به عنوان تصاویر استاتیک یا تجسم پویا مشاهده کرد و می توان آنها را به عنوان کاغذ یا سایر محصولات چاپی یا با فرمت دیجیتال به اشتراک گذاشت. داده های زمانی به طور فزاینده ای در لایه های نقشه وب ، نقشه های وب ، نقشه های داستان و سایر محصولات آنلاین مورد استفاده قرار می گیرد.

بهترین روشها برای مدیریت داده های زمانی

نحوه ذخیره و مدیریت داده های زمانی بر استفاده از ArcGIS تأثیر می گذارد. برای جلوگیری از مشکلات از بهترین روشهای زیر استفاده کنید.

هر زمان ممکن است ، مقادیر زمان را در یک قسمت از نوع تاریخ برای کارآمدترین عملکرد پرس و جو و نمایش داده های پیچیده تر از پایگاه داده ذخیره کنید. نمایش تاریخ فقط برای مدت زمان AD100 تا AD10،000 پشتیبانی می شود. برای کار با تاریخ های خارج از این میزان ، مقادیر خود را به یک قالب عددی تبدیل کرده و از کشویی دامنه برای تجسم داده ها استفاده کنید.

برای تبدیل مقادیر زمانی ذخیره شده در یک متن یا زمینه عددی (کوتاه ، بلند ، شناور یا دو برابر) ، از ابزار ژئوپروسسینگ زمانی تبدیل کنید. این ابزار مقادیر را به یک قالب تاریخ پشتیبانی شده یا سفارشی تبدیل می کند و آن را در یک قسمت تاریخ جدید ثبت می کند. به عنوان مثال ، "9 ژوئیه 2016" در یک قسمت متن در یک قسمت تاریخ با فرمت YYYY/MM/DD به "2016/07/09" تبدیل می شود.

تبدیل ویژگی های زمانی ذخیره شده در ستون های مختلف با استفاده از ابزار Geoprocessing Fields Transpose Fields زیرا ArcGIS با داده های زمانی در قالب Row کار می کند. این ابزار برای کار با داده های سرشماری مفید است ، که اغلب از چندین ستون برای ذخیره ویژگی های زمانی استفاده می کند.

زمان صرفه جویی در نور روز یک چالش برای کار است. این امر به این دلیل است که برخی از مناطق از آن استفاده می کنند ، در حالی که برخی دیگر این کار را نمی کنند. این تغییرات می تواند در جبران هایی غیر از یک ساعت واحد باشد. و قوانین و مرزها مرتباً تغییر می کنند. بنابراین ، بهتر است به جای زمان صرفه جویی در نور روز ، ویژگی های زمانی را در زمان استاندارد ذخیره کنید. ویژگی های زمان شاخص برای عملکرد سریعتر پرس و جو.

تجسم داده های زمانی

در ArcGIS ، تجسم داده های زمانی یک فرآیند دو مرحله ای است. ابتدا ، زمان را روی یک لایه فعال کنید و خصوصیات زمان مرتبط ، مانند مشخص کردن ویژگی زمان یا ویژگی ها ، تنظیم میزان زمان را با انتخاب اولین و آخرین بارها که نمایش داده می شود ، تنظیم کنید و میزان تازه سازی برای داده های خوراک زنده را نشان دهید. به عنوان مثال می توان از تنظیمات دیگر نیز استفاده کرد تا برای مناطق مختلف زمانی و زمان صرفه جویی در نور روز مدیریت شود. پس از اتمام این مرحله ، شما یک لایه با زمان را ایجاد کرده اید.

دوم ، با استفاده از بازی ، مکث ، قدم به جلو یا عقب ، تنظیم مرحله زمان (فاصله بین زمان که داده ها قابل مشاهده است) و موارد دیگر ، از کشویی زمان برای کنترل تجسم لایه زمانی استفاده کنید. کنترل کشویی زمان به طور خودکار در هر نقشه یا صحنه ای که دارای لایه های دارای زمان باشد ، ظاهر می شود. همچنین می توانید برای پیکربندی تنظیمات اضافی برای کنترل نمایش داده ها در نقشه از Slider Time استفاده کنید.

تجزیه و تحلیل داده های زمانی

سه روش وجود دارد که می توان داده های زمانی را در ARCGIS تجزیه و تحلیل کرد:

1. داده ها برای هر مرحله زمانی به طور جداگانه تجزیه و تحلیل می شود ، و نتایج تجزیه و تحلیل فردی به عنوان یک لایه واحد برای یک مرحله زمانی واحد یا مجموعه ای از لایه ها ارائه می شود ، یکی برای هر مرحله زمانی.
2. داده ها با استفاده از محدودیت ها در فضا و زمان مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند و نتایج به عنوان یک لایه واحد ارائه می شود.
3. داده ها برای همه مراحل زمانی هم به صورت مکانی و هم به صورت مکانی مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد و نتایج در یک لایه 2D خلاصه می شود یا به عنوان یک لایه سه بعدی ارائه می شود که در آن زمان در بعد Z نمایش داده می شود.

با استفاده از رویکرد اول ، تجزیه و تحلیل به مرحله زمانی که مشخص شده است بستگی دارد ، بنابراین اگر داده های سالانه تا یک دهه تجزیه و تحلیل شود ، هر نتیجه منعکس کننده تجزیه و تحلیل ارزش 10 سال داده است.

اولین مورد از سه روش داده های زمانی در ARCGIS تجزیه و تحلیل می شود: داده ها برای هر مرحله زمانی به طور جداگانه مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد و نتایج ارائه شده به عنوان یک لایه مرحله زمانی واحد یا مجموعه ای از لایه ها برای هر مرحله زمانی.

سه روش وجود دارد که می توان این نوع تجزیه و تحلیل را انجام داد. اول ، تمام ابزارهای ژئوپروسسینگ تنظیمات زمان را برای لایه های دارای زمان افتخار می کنند ، بنابراین فقط ویژگی هایی که به طور موقت در مدت زمانی تعیین می شوند که در کشویی زمان تعیین می شود ، پردازش می شوند. نتایج سپس به صورت یک لایه در نقشه نمایش داده می شوند.

دوم ، با برخی از ابزارها (به عنوان مثال ، میانگین مرکز و توزیع جهت) ، از ویژگی زمانی می توان به عنوان قسمت مورد استفاده کرد تا تجزیه و تحلیل را برای هر مرحله زمانی تکرار کند.[قسمت موردی زمینه در ورودی است که برای محاسبه آمار به طور جداگانه برای هر مقدار ویژگی منحصر به فرد استفاده می شود.] این نتایج به عنوان یک لایه واحد ارائه می شود و زمان را می توان در قسمت موردی فعال کرد که در کلاس ویژگی خروجی کپی می شود.

دوم از سه روش داده های زمانی در ARCGIS تجزیه و تحلیل می شود: داده ها با استفاده از محدودیت های فضا-زمان تجزیه و تحلیل می شوند و نتایج به عنوان یک لایه واحد ارائه می شود.

سوم ، می توان یک مدل یا اسکریپت را با استفاده از یک تکرار ایجاد کرد تا مشخص کند که تجزیه و تحلیل باید برای هر مرحله زمانی تکرار شود. این رویکرد منجر به خروجی های جداگانه برای هر مرحله زمانی می شود. سپس می توان خروجی های جداگانه را ترکیب کرد (برای مثال ، با استفاده از ادغام یا ضمیمه برای کلاس های ویژگی یا اضافه کردن Rasters به یک مجموعه داده موزائیک) به طوری که نتیجه نهایی با استفاده از کنترل کشویی زمان می تواند زمان فعال و تجسم شود.

سومین سه روش داده های زمانی در ARCGIS مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد: داده ها برای همه مراحل زمان هم از نظر مکانی و هم به صورت مکانی مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد و نتایج به عنوان یک لایه واحد یا یک مکعب فضا-زمان ارائه می شود.

برخی از ابزارهای ژئوپروزینگ روش دوم را برای تجزیه و تحلیل داده های فضا-زمان انجام می دهند. این ابزارها از یک ماتریس وزن مکانی استفاده می کنند که روابط ویژگی را از نظر یک پنجره فضا-زمان با فاصله بحرانی مشخص و یک بازه ثابت در زمان تعریف می کند. ابزارهایی که از این ماتریس استفاده می کنند شامل تجزیه و تحلیل نقطه داغ ، تجزیه و تحلیل خوشه ای و دورتر و ابزارهای تجزیه و تحلیل گروه بندی است.

ابزار تجزیه و تحلیل نقطه داغ نقشه ای از خوشه ها را در هر دو فضا و زمان مقادیر قابل توجهی بالا (گرم) یا کم (سرد) ایجاد می کند. ابزار تجزیه و تحلیل خوشه ای و دورتر ، شباهت (به عنوان خوشه بندی مکانی مقادیر زیاد یا پایین) یا تفاوت (به عنوان مسافت های مکانی) ویژگی ها را مشخص می کند. ویژگی های گروه های ابزار تجزیه و تحلیل گروه بندی بر اساس ویژگی های ویژگی.

رویکرد سوم از مجموعه ای از ابزارها در جعبه ابزار معدن الگوی فضا-زمان استفاده می کند و شامل تجزیه و تحلیل نقطه داغ در حال ظهور ، تجزیه و تحلیل دورتر محلی و پر کردن ابزارهای مقادیر از دست رفته است. ابزار آنالیز نقطه داغ در حال ظهور لکه های گرم و سرد را مشخص می کند و تعیین می کند که آیا آنها یک روند زمانی دارند (جدید در مقابل مداوم در مقابل نقاط داغ تاریخی). ابزار تجزیه و تحلیل Outlier محلی تعیین می کند که آیا ویژگی ها در خوشه ها متعلق بوده اند یا در کل زمان مجموعه مجموعه داده ها از فضای باز بوده اند یا خیر. تجزیه و تحلیل نقطه داغ در حال ظهور و ابزارهای تجزیه و تحلیل دورتر محلی نیاز دارند که داده ها در قالب مکعب فضا-زمان قرار بگیرند.

ابزار پر از دست رفته ، واقع در ابزار برنامه های کاربردی که به گونه ای طراحی شده است که با جعبه ابزار معدن الگوی فضا استفاده می شود ، مقادیر گمشده را با تخمین های مبتنی بر همسایگان فضایی ، همسایگان فضا-زمان یا مقادیر سری زمانی جایگزین می کند.

از دو ابزار دیگر در جعبه ابزار معدن الگوی فضا-زمان می توان برای ایجاد مکعب فضا-زمان بسته به اینکه ورودی مجموعه ای از نقاط یا چند ضلعی باشد ، استفاده شود.

مکعب فضا-زمان را می توان با استفاده از ابزارهای مکعب Time Time Visualize به صورت 2D یا 3D مشاهده کرد (همچنین در مجموعه ابزار برنامه های کاربردی برای جعبه ابزار معدن الگوی فضا یا با افزودنی به نام Space Time Cube Explorer یافت می شود.

برای تجزیه و تحلیل سری زمانی سنتی ، می توانید از قابلیت گسترش پلت فرم ArcGIS با قابلیت های آن استفاده کنید تا به راحتی داده ها را به نرم افزار تحلیلی منبع باز منتقل کنید. به عنوان مثال ، می توانید از توابع Arcpy Utility مانند FeatureClasStonumpyArray برای تجزیه و تحلیل داده ها در پایتون یا پل R-Arcgis برای تجزیه و تحلیل داده ها با استفاده از R. استفاده کنید.

به اشتراک گذاری داده ها و نقشه های زمانی

نقشه ها و داده های موقتی را می توان به عنوان بسته به اشتراک گذاشت. نقشه های موقتی همچنین می توانند به عنوان مجموعه ای از تصاویر گرافیکی صادر شده به اشتراک گذاشته شوند که هر یک از آنها یک مرحله زمانی متفاوت یا یک سری نقشه زمانی را نشان می دهند که در آن مجموعه ای از صفحات نقشه ، یکی برای هر مرحله از زمان ، از یک طرح واحد ساخته شده است. لایه های وب با قابلیت زمان و نقشه های وب نیز می توانند ایجاد شوند. اینها به طور خودکار با یک کنترل کشویی زمان قابل تنظیم در بیننده نقشه آنلاین ArcGIS نمایش داده می شوند.

با استفاده از ArcMap ، صادرات لایه های وب دارای زمان با استفاده از سرور GIS نیاز به استفاده از سرور GIS دارد. با ArcGis Pro ، می توانید لایه های ویژگی میزبان را منتشر کنید که شامل داده های زمانی به طور مستقیم به ArcGIS Online است. زمان این لایه ها در صفحه مورد برای هر لایه فعال می شود. تصاویر مجموعه داده های موزاییک را می توان از ArcMap یا ArcGis Pro به عنوان یک سرویس تصویر صادر کرد - این نیاز به استفاده از سرور GIS دارد.

انیمیشن ها را می توان در ArcGIS برای ایجاد، ویرایش و صادرات تصویرسازی موقت استفاده کرد. با انیمیشن ها، می توانید از طریق نمایشگر پیمایش کنید، نما را در طول مسیر دنبال کنید، ویژگی های نقطه ای را در مسیر حرکت دهید، و داده های فعال شده با زمان را از یک دوربین ثابت یا متحرک تجسم کنید. از آنجایی که می توانید از هر ترکیبی از این موارد استفاده کنید، متحرک کردن داده های فعال شده با زمان می تواند نمایش های دینامیکی جذاب و آموزنده از پدیده های زمانی ایجاد کند.

در ArcGIS Pro، انیمیشن ها را می توان با استفاده از پیش نویس، از پیش تعیین شده یا تنظیمات سفارشی به یک ویدیو یا پوشه فریم صادر کرد. گزینه پیش نویس انیمیشن را برای پیش نمایش قبل از ایجاد نسخه نهایی به یک فیلم AVI صادر می کند.

گزینه های از پیش تعیین شده به فرمت های رایج درخواستی از جمله YouTube، Vimeo، Twitter، Instagram، HD720، HD1080 و GIF صادر می شوند. تنظیمات دستی برای قالب، وضوح، فریم در ثانیه، و کیفیت صادرات ویدیو را می توان به عنوان پیش تنظیم سفارشی برای یک پروژه ذخیره کرد. از آنجایی که گزینه های صادرات ویدیو در ArcGIS Pro بسیار متنوع هستند، بهترین روش این است که سند ArcMap با زمان فعال خود را برای تولید یک ویدیو وارد کنید.

نتیجه

پلتفرم ArcGIS به شما امکان کنترل داده های زمانی خود را از ابتدا تا انتها می دهد و به شما امکان می دهد اطلاعات مربوط به فضا و زمان را به روش های روشنگر و موثر مدیریت، تجزیه و تحلیل و تجسم کنید. Esri به طور مداوم در حال توسعه ابزارهایی برای استفاده از داده های زمانی است تا بتوانید با داده های فضا-زمان خود کار کنید.

با تشکر از کارکنان Esri، کوین ای. باتلر و لورن اسکات گریفین برای اطمینان از صحت بخش تجزیه و تحلیل این مقاله.

درباره نویسنده

آیلین باکلی

آیلین باکلی محقق نقشه کشی تیم ArcGIS Living Atlas of the World و عضو تیم مجازی علمی Esri است. او دارای دکترای جغرافیا از دانشگاه ایالتی اورگان است.