Räumliche Daten enthalten oft ein zeitliches Element. Ein Raum-Zeit-Würfel ist eine 3D-Darstellung dieser raumzeitlichen Daten. Sie können damit räumliche und zeitliche Muster analysieren, zukünftige Werte vorhersagen sowie Daten und Analyseergebnisse in 2D und 3D visualisieren.
Struktur eines Raum-Zeit-Würfels
Ein Raum-Zeit-Würfel besteht aus Positionen und Abschnitten.
Positionen
Bei der Position handelt es sich um die Position im 2D-Raum (X, Y) und die Geometrie eines Raum-Zeit-Abschnitts. Positionen sind statisch und werden bei der Erstellung des Raum-Zeit-Würfels definiert. Sie bestimmen den Typ des erstellten Raum-Zeit-Würfels. Raum-Zeit-Würfel können Grid-Würfel sein, deren Positionen durch ein regelmäßig geformtes Gitternetz aus Rechtecken oder Hexagonen gebildet werden, oder Würfel mit definierten Positionen, wobei die Positionen wie beispielsweise Bundesstaaten oder Überwachungsstationen vordefiniert sind.
Abschnitte
Ein Abschnitt stellt eine einzelne Position und einen einzelnen Zeitschritt dar. Jeder Abschnitt ist in Raum (x,y) und Zeit fest positioniert. Der Abschnitt fügt einer Position die dritte Dimension (Zeit) hinzu. Jeder Abschnitt stellt die gleiche Zeitdauer dar, die bei der Erstellung des Raum-Zeit-Würfels definiert wird.
Jede Position im Raum-Zeit-Würfel weist die gleiche Anzahl von Abschnitten auf. Abschnitte an der gleichen Position bilden eine Zeitserie. Abschnitte zur gleichen Zeit im Raum-Zeit-Würfel bilden ein Zeitintervall. Um die Gesamtanzahl der Abschnitte in einem Raum-Zeit-Würfel zu bestimmen, verwenden Sie das Werkzeug Raum-Zeit-Würfel beschreiben.
Einen Raum-Zeit-Würfel erstellen
Die zum Erstellen eines Raum-Zeit-Würfels verwendete Methode hängt von den Daten und vom Format ab. Zum Erstellen eines Raum-Zeit-Würfels können die folgenden Werkzeuge verwendet werden:
- Raum-Zeit-Würfel durch Aggregieren von Punkten erstellen
- Raum-Zeit-Würfel aus definierten Positionen erstellen
- Raum-Zeit-Würfel aus multidimensionalem Raster-Layer erstellen.
Raum-Zeit-Würfel durch Aggregieren von Punkten erstellen
Um Punkt-Features mit Zeitstempel räumlich an Positionen in einem Untersuchungsgebiet zu aggregieren, verwenden Sie das Werkzeug Raum-Zeit-Würfel durch Aggregieren von Punkten erstellen. Dies führt entweder zu einem Grid-Würfel (Netz oder Hexagon) oder zu einem Würfel mit definierten Positionen, wenn Sie Aggregationspolygone (zum Beispiel Diebstähle in New York City) angegeben haben.
Hinweis:
Das Werkzeug akzeptiert für den Parameter Eingabe-Features nur eine Point-Feature-Class. Wenn sich die Daten in einer Tabelle befinden, verwenden Sie das Werkzeug XY-Tabelle in Punkt, um eine Point-Feature-Class zu erstellen.
Jeder Abschnitt enthält das Feld COUNT, in dem die Anzahl der Punkte im Abschnitt angegeben ist. Außerdem kann jeder Abschnitt zusätzliche Felder enthalten, in denen die Attribute im Feld zusammengefasst sind. Die Attribute hängen von den Zusammenfassungsfeldern ab, die bei der Erstellung des Raum-Zeit-Würfels ausgewählt wurden.
Weitere Informationen zu den bei der Erstellung in einem Raum-Zeit-Würfel enthaltenen Attributen
Weitere Informationen zum Erstellen eines Raum-Zeit-Würfels durch Aggregieren von Punkten
Raum-Zeit-Würfel aus definierten Positionen erstellen
Für Feature-Positionen, die sich im Zeitverlauf nicht ändern, sowie für Attribute oder Messungen, die im Laufe der Zeit gesammelt wurden (z. B. Panel- oder Stationsdaten), verwenden Sie das Werkzeug Raum-Zeit-Würfel aus definierten Positionen erstellen. Dadurch ergibt sich ein Würfel, der durch diese definierten Positionen strukturiert ist. Wenn zeitliche Aggregation ausgewählt wurde, enthält jeder Zeitraum Summenstatistiken für die ausgewählten Attribute. Wenn keine zeitliche Aggregation ausgewählt wurde, verfügt jeder Zeitraum über einen Satz Attribute.
Weitere Informationen zum Erstellen eines Raum-Zeit-Würfels aus definierten Positionen
Raum-Zeit-Würfel aus multidimensionalem Raster-Layer erstellen
Wenn Sie ein multidimensionales Raster haben, verwenden Sie das Werkzeug Raum-Zeit-Würfel aus multidimensionalem Raster-Layer erstellen, um das multidimensionale Raster in einen Raum-Zeit-Würfel zu konvertieren. Die Form der Zellen bestimmt, ob es sich bei dem Würfel um einen Grid-Würfel (quadratische Zellen) oder einen Würfel mit definierten Positionen (rechteckige Zellen) handelt.
Weitere Informationen zum Erstellen eines Raum-Zeit-Würfels aus multidimensionalen Raster-Punkten
Raum-Zeit-Würfel-Typen
Ein Raum-Zeit-Würfel kann ein Grid-Würfel oder ein Würfel mit definierten Positionen sein. Der Typ des Würfels wird bei der Erstellung des Raum-Zeit-Würfels bestimmt.
Der Hauptunterschied zwischen Grid-Würfeln und Würfeln mit definierten Positionen besteht in der Struktur des Raum-Zeit-Würfels. Die Positionen in einem Grid-Würfel werden durch ein regelmäßig geformtes Gitternetz aus Quadrat- oder Hexagon-Features gebildet. In einem Würfel mit definierten Positionen sind die Positionen und deren Formen nicht eingeschränkt. Beide Raum-Zeit-Würfel-Typen können in den Toolsets Visualisierung von Raum-Zeit-Würfeln, Analyse von Raum-Zeit-Mustern und Zeitserienvorhersage als Eingabe verwendet werden.
Hinweis:
Mit dem Werkzeug Raum-Zeit-Würfel beschreiben können Sie den Typ eines vorhandenen Raum-Zeit-Würfels bestimmen.
Grid-Würfel
Die Struktur des Grid-Würfels umfasst Zeilen, Spalten und Zeitschritte. Multipliziert man die Anzahl der Zeilen mit der Anzahl der Spalten und der Anzahl der Zeitschritte, erhält man die Gesamtanzahl der Abschnitte des Würfels. Mit den Zeilen und Spalten wird die räumliche Ausdehnung und mit den Zeitschritten die zeitliche Ausdehnung des Würfels bestimmt. Ein Grid-Würfel ist immer rechteckig. Die Positionen ohne Daten für alle Zeitschritte werden jedoch nicht visualisiert oder bei Analysen berücksichtigt.
Würfel mit definierten Positionen
Die Struktur des Würfels mit definierten Positionen weist Features und Zeitschritte auf. Wenn Sie die Anzahl der Features mit der Anzahl der Zeitschritte multiplizieren, erhalten Sie die Gesamtanzahl der Abschnitte in dem Würfel. Die räumliche Ausdehnung des Würfels wird durch die Features bestimmt, während sich die zeitliche Ausdehnung aus den Zeitschritten ergibt.
Ein Würfel mit definierten Positionen aus einem multidimensionalen Raster-Layer verfügt über die gleiche Anzahl von Features und Zeitdimensionen wie die Anzahl der Zellen und Dimensionen des multidimensionalen Raster-Layers.
Analyse räumlicher und zeitlicher Muster
Wenn Sie einen Raum-Zeit-Würfel erstellt haben, können Sie mit jedem Werkzeug im Toolset Analyse von Raum-Zeit-Mustern räumliche und zeitliche Muster identifizieren. Jedes Werkzeug im Toolset erstellt eine Feature-Class mit den Ergebnissen der Analyse. Mit den Werkzeugen Veränderungspunkte erkennen, Trendanalyse von Hot-Spots und Lokale Ausreißeranalyse wird außerdem der Original-Raum-Zeit-Würfel mit den Ergebnissen der Analyse aktualisiert.
| Werkzeug | Beschreibung | Fragen |
|---|---|---|
Erkennt Zeitschritte, wenn sich eine statistische Eigenschaft (Mittelwert, Standardabweichung oder linearer Trend) der Zeitserie an einer Position eines Raum-Zeit-Würfels ändert. |
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Erkennt die Cluster-Bildung von Punktdichten (Anzahl) oder Werten in einem Raum-Zeit-Würfel und klassifiziert dann für jede Position den Trend dieser Hot- und Cold-Spots in einer Kategorie. Zu den Kategorien zählen neue, aufeinanderfolgende, sich verstärkende, dauerhafte, sich abschwächende, zeitweilige, schwankende und historische Hot- und Cold-Spots. |
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Identifiziert statistisch signifikante Cluster und Ausreißer im Kontext von Raum und Zeit. |
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Partitioniert eine Sammlung von Zeitserien, die in einem Raum-Zeit-Würfel gespeichert ist, anhand der Ähnlichkeit von Zeitserieneigenschaften. Zeitserien können anhand folgender drei Kriterien gruppiert werden: ob sie im Zeitverlauf ähnliche Werte aufweisen, tendenziell gleichzeitig größer oder kleiner werden oder ähnliche Wiederholungsmuster aufweisen. |
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Zum Berechnen der Kreuzkorrelation bei verschiedenen Zeitverzögerungen zwischen zwei Zeitserien, die in einem Raum-Zeit-Würfel gespeichert sind. |
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Zeitserienvorhersage
Wenn Sie einen Raum-Zeit-Würfel erstellt haben, können Sie die Werkzeuge im Toolset Zeitserienvorhersage verwenden. Das Toolset enthält drei Werkzeuge zum Schätzen zukünftiger Werte an jeder Position im Raum-Zeit-Würfel und ein Werkzeug für die Modellevaluierung zum Vergleichen der Vorhersagemodelle. Die Werkzeuge im Toolset speichern die Vorhersageergebnisse in einer Ausgabe-Feature-Class und optional in einem Raum-Zeit-Würfel. Die folgenden Vorhersagewerkzeuge sind verfügbar:
| Werkzeug | Beschreibung |
|---|---|
Verwendet eine einfache Kurvenanpassung zur Modellierung einer Zeitserie und zur Vorhersage zukünftiger Werte an jeder Position in einem Raum-Zeit-Würfel. | |
Führt eine Vorhersage der Werte für jede Position eines Raum-Zeit-Würfels mithilfe der exponentiellen Glättungsmethode nach Holt-Winters durch, indem die Zeitserie bei jedem Positionswürfel in Jahreszeit- und Trendkomponenten zerlegt wird. | |
Führt eine Vorhersage der Werte für jede Position eines Raum-Zeit-Würfels mithilfe einer Adaption des "Random Forest"-Algorithmus durch, einer Methode für überwachtes maschinelles Lernen von Leo Breiman und Adele Cutler. | |
Wählt aus mehreren Vorhersagen für die einzelnen Positionen eines Raum-Zeit-Würfels jeweils das genaueste Ergebnis aus. Hiermit haben Sie die Möglichkeit, mehrere Werkzeuge im Toolset Zeitserienvorhersage mit denselben Zeitseriendaten zu verwenden und für jede Position die beste Vorhersage auszuwählen. |
Visualisieren eines Raum-Zeit-Würfels
Sie können die Analyseergebnisse und die Variablen im Raum-Zeit-Würfel mit den Werkzeugen im Toolset Visualisierung von Raum-Zeit-Würfeln visualisieren. Der Raum-Zeit-Würfel kann zwei- oder dreidimensional visualisiert werden. Verwenden Sie zum Visualisieren der Ergebnisse in 2D das Werkzeug Raum-Zeit-Würfel in 2D visualisieren. Zum Visualisieren der Ergebnisse in 3D öffnen Sie eine Szene und verwenden das Werkzeug Raum-Zeit-Würfel in 3D visualisieren, oder Sie erstellen mit dem Werkzeug Raum-Zeit-Würfel-Layer erstellen einen Raum-Zeit-Würfel-Layer.
Hinweis:
Es wird empfohlen, zum Visualisieren eines Raum-Zeit-Würfels in 3D das Werkzeug Raum-Zeit-Würfel-Layer erstellen zu verwenden. Sie können zwar zum Visualisieren eines Raum-Zeit-Würfels in 3D sowohl das Werkzeug Raum-Zeit-Würfel in 3D visualisieren als auch das Werkzeug "Raum-Zeit-Würfel-Layer erstellen" verwenden, aber der mit dem Werkzeug "Raum-Zeit-Würfel-Layer erstellen" erstellte Raum-Zeit-Würfel-Layer bietet deutlich mehr Optionen für das Anzeigedesign und umfangreichere Funktionalität für Interaktionen mit der Visualisierung des Raum-Zeit-Würfels.
Das Visualisieren des Raum-Zeit-Würfels in 2D und 3D ist aus den folgenden Gründen hilfreich:
- Die Ergebnisse an einer Position werden zusammengefasst, und Sie können die Ergebnisse verschiedener Positionen anzeigen und vergleichen.
- Die Struktur des Raum-Zeit-Würfels ist besser verständlich.
- Sie können die Daten und Analyseergebnisse anzeigen und mit ihnen interagieren und dadurch die Ergebnisse besser verstehen.
Anzeigedesigns
Bei Anzeigedesigns handelt es sich um voreingestellte 2D- und 3D-Symbolisierung für das Visualisieren der Variablen, Analyseergebnisse und Vorhersageergebnisse in einem Raum-Zeit-Würfel. Diese Anzeigedesigns heben die Analyseergebnisse hervor und ermöglichen eine intuitivere Erkundung der Daten in einem Raum-Zeit-Würfel. Sie können ein Anzeigedesign auswählen, indem Sie den Parameter Anzeigedesign im Werkzeug Raum-Zeit-Würfel in 2D visualisieren und Raum-Zeit-Würfel in 3D visualisieren festlegen oder das Anzeigedesign in der Galerie Designs auf dem Menüband "Raum-Zeit-Würfel" auswählen.
Für jeden Analysetyp ist mindestens ein Anzeigedesign vorhanden. Die folgende Tabelle enthält die verfügbaren Anzeigedesignoptionen für die Werkzeuge in den Toolsets Analyse von Raum-Zeit-Mustern und Zeitserienvorhersage:
| Werkzeug | 2D-Designs | 3D-Designs | Designs für Raum-Zeit-Würfel-Layer |
|---|---|---|---|
Punkt der Zeitserienänderung | Punkt der Zeitserienänderung | ||
Hot- und Cold-Spot-Trends | Hot- und Cold-Spot-Trends | Hot-Spot-Typ Hot-Spot-p-Wert Hot-Spot-Z-Wert | |
Ergebnisse der lokalen Ausreißeranalyse Prozentsatz der lokalen Ausreißer Lokale Ausreißer im letzten Zeitraum Positionen ohne räumliche Nachbarn | Cluster- und Ausreißerergebnisse | Lokaler Ausreißertyp Local Moran's I Z-Wert des lokalen Ausreißers p-Wert des lokalen Ausreißers | |
Ergebnisse der Zeitserien-Cluster-Bildung | |||
Ergebnisse der Zeitserien-Kreuzkorrelation | |||
Positionen mit Datentrends Trends Vorhersageergebnisse Zeitserien-Ausreißerergebnisse | Vorhersageergebnisse Zeitserien-Ausreißerergebnisse | Vorhersageergebnis Residuumswert Zeitserien-Ausreißer | |
Vorhersageergebnisse Zeitserien-Ausreißerergebnisse | Vorhersageergebnisse Zeitserien-Ausreißerergebnisse | Ebenenkomponente Trendkomponente Jahreszeit-Komponente Ebenen- + Trendkomponente Vorhersageergebnis Residuumswert Zeitserien-Ausreißer | |
Vorhersageergebnisse Zeitserien-Ausreißerergebnisse | Vorhersageergebnisse Zeitserien-Ausreißerergebnisse | Vorhersageergebnis Residuumswert Zeitserien-Ausreißer | |
Vorhersageergebnisse | Vorhersageergebnisse | Vorhersageergebnis Residuumswert |
Weitere Informationen zu den Anzeigedesigns für die Visualisierung von Raum-Zeit-Würfel-Layern