Programmi LSTATS kasutamisjuhend Lokaalstatistikute arvutamise tarkvara LSTATS võimaldab arvutada mitmesuguseid kujutise või kategoorilise pinna lokaalseid omadusi kirjeldavaid statistikuid päiseta binaarsetest rasterfailidest (Idrisi32 rst-vorming). Kasutatava ümbruse ulatuse, kuju, valimi kasutamise ja selle moodustamise reeglid saab kasutaja ise määrata. Sisend- ja väljundfaili piirid ja resolutsioon ei pea kattuma. Lokaalstatistikuid saab arvutada nii kogu väljundfaili iga piksli, maski failiga määratud rasterpinna osa iga piksli kohas kui ka ASCII-failis loetletud koordinaatidega kohtade ümber. Binaarfailide rastri salvestus olgu ridupidi, failid peaksid olema ilma päiseta, nominaalse muutuja korral ühebaidised, pideva muutuja puhul ühebaidised, täisarvulised (kaks baiti), reaalarvulised (neli baiti) või RGB vormingus baitide järjekorraga sinine, roheline, punane (Idrisi32 rst-formaat). ASCII-failides peab arvude eraldajaks olema koma. Eeldatakse, et x-suuna koordinaatide arvestus toimub joonisel vasakult paremale (maastikul läänest itta) ja y-suuna arvestus alt üles (lõunast põhja). Programmi saab kasutada ka andmete teisendamiseks binaarformaadist ASCII-formaati ja tagasi, märkides kerneli raadiuseks 0. Programmi kasutamiseks peab olema arvutisse eelnevalt installeeritud.net Framework tugi. LSTATS veebileht on aadressil http://www.geo.ut.ee/lstats Arvutatavad statistikud Arvuline muutuja Miinimum väikseim väärtus etteantud raadiuses ja valimis. Maksimum suurim väärtus etteantud raadiuses ja valimis. > keskmise osa üle keskmise väärtusega pikslite osakaal protsentides. Näitab piksliväärtuste jaotuse asümmeetriat. Keskmine aritmeetiline keskmine kernelis või valimis olevatest piksliväärtustest. Standardhälve ruutjuur piksliväärtuste dispersioonist lokaalse keskmise suhtes. Mediaan piksliväärtus, millest mõlemal pool on võrdne arv piksleid. Autokorrelatsioon1 8 naaberpiksli Morani I väljendatuna protsentides. 0 tähistab maksimaalset võimalikku negatiivset ruumilist autokorrelatsiooni, 100 tähendab ruumilise autokorrelatsiooni puudumist ja 200 maksimaalset võimalikku ruumilist autokorrelatsiooni (sarnased piksliväärtused külgnevad). Autokorrelatsioon2 kauguse pöördväärtustega kaalutud Morani I. Skaala sama, mis eelmisel statistikul. Naaberpikslite erinevus keskmine erinevus esimese astme naaberpikslite vahel. 1 Külgnevuste homogeensus üleminekute sujuvus valemi: S = 100 i j 1+ ( x x ) n järgi, kus x i ja x j on nii horisontaal-, vertikaal- kui ka diagonaalsuunas külgnevate pikslite väärtused ja n on pikslite arv kernelis. Variatsioonikoefitsient standardhälbe ja keskmise suhe protsentides. Gradiendi suund lineaarse trendpinna kalde suund kernelis. 255 tähistab gradiendi puudumist, 50 tähistab suurenevaid väärtusi y-telje suunas, 150 kahanevaid väärtusi y- telje suunas, 100 suurenevaid väärtusi x-telje suunas, 0 ja 200 kahanevaid väärtusi x- telje suunas. Gradiendi tugevus lineaarse trendpinna kaldenurk kernelis. Arvutamisel korrutatakse piksliväärtuste erinevus kernelis olevate pikslite keskväärtusest ja pikslite kaugus gradiendi i j 2 1
suunal. Gradiendi tugevus esitatakse vahemikus 0 200. 0 tähistab gradiendi puudumist, s.t. väärtustega kaalutud pikslikauguste summa gradiendil võrdub kaalumata pikslikauguste summaga gradiendil. Väärtus 10 tähendab, et piksliväärtused muutuvad gradiendil ühe piksli kaugusele liikudes keskmiselt ühe võrra. Erinevus keskkoha ja serva vahel poolraadiuse sees olevate pikslite keskväärtuse ja poolraadiuse ja täisraadiuse vahel olevate pikslite keskväärtuse vahe. Salvestamisel liidetakse erinevusele konstant 100 ja väärtused alla 0 ja üle 254 kärbitakse mainitud piirväärtusteks. Seega on indeks vahemikus 0 254 ning väärtus 100 tähistab keskkoha ja serva erinevuse puudumist. 4 10 xi x Ekstsess valemi järgi: E =, kus x i on piksli väärtus, x on piksliväärtuste n σ keskmine, n on pikslite arv kernelis ja σ on piksliväärtuste standardhälve. 1 Külgnevuste homogeensus üleminekute sujuvus valemi: S = 100 i j 1+ ( x x ) n järgi, kus x i ja x j on nii horisontaal-, vertikaal- kui ka diagonaalsuunas külgnevate pikslite väärtused ja n on pikslite arv kernelis. Kauguse pöördväärtusega kaalutud keskmine kaugust arvestatakse kerneli keskmest, keskmine võetakse piksliväärtustest. Triibulisus suurim erinevus 9 külgneva piksli keskmise ja 3 ühel joonel oleva piksli keskmise väärtuse vahel neljas (põhja-lõuna, ida-lääne, loode-kagu ja kirde-edela) sihis. Seejärel leitakse keskmine kõigi kernelis olevate ja valimisse langenud pikslite ümber. Suunaliste struktuuride puudumisel või mitteühegi suuna domineerimisel suunaliste struktuuride hulgas on triibulisus = 0. Maksimumide tihedus 8 naaberpikslist suurema väärtusega pikslitega osakaal vahemikus 0 kuni 250. Kerneli suurenedes läheneb teoreetiliselt võimalik tiheduse maksimum väärtusele 200. Kuna arvesse lähevad vaid need naaberpikslid, mis on kerneli sees, siis loetakse maksimumideks ka kõrgete väärtuste rea kerneli servas olevad kohad. Miinimumide tihedus 8 naaberpikslist väiksema väärtusega pikslitega osakaal vahemikus 0 kuni 250. Kerneli suurenedes läheneb teoreetiliselt võimalik tiheduse maksimum väärtusele 200. Kuna arvesse lähevad vaid need naaberpikslid, mis on kerneli sees, siis loetakse miinimumideks ka madalate väärtuste rea kerneli servas olevad kohad. Nominaalne muutuja Osa% kasutaja poolt valitud koodi protsentuaalne osa kernelis. Kauguskaalutud osa% kasutaja poolt valitud koodi kauguste pöördväärtustega kaalutud protsentuaalne sagedus kernelis. Mood kõige sagedasem piksliklass kernelis. Kaugusega kaalutud mood klass, mille pikslite pöördkauguste summa kerneli keskmest on suurim. Shannoni mitmekesisus klasside mitmekesisus valemi: H = 10 p i log 2 p i järgi, kus p i klassi i osakaal kernelis. Lloydi ühetaolisus arvutatud: 10 H / lg(s), kus H Shannoni mitmekesisus, s klasside arv kernelis. Dominants arvutatud: 100 p i 2. Klasside arv erinevate klasside arv kernelis. Klassipiiride tihedus sama klassi pikslikülgnevuste protsent kõigist pikslikülgnevustest. Võrdub 100%, kui kõik pikslid kernelis kuuluvad samasse klassi. i j 2 2
Laikude suund 0 tähistab vertikaalseid ühe piksli laiuseid ribasid, 90 tähistab horisontaalseid ühe piksli laiuseid ribasid. Laigupiiride puudumisel kirjutatakse faili kood 255. Klassivastavuste lähedus sama klassi pikslite keskkohtade vahemaade pöördväärtuste summa suhe kõigi pikslipaaride vahemaade pöördväärtuste summasse protsentides. Eri klassi pikslipaaride osa erinevat klassi pikslipaaride osa protsentides kõigi kernelis olevate pikslite kõigi paaride suhtes. Piirikaugus lähima klassipiiri kaugus kerneli keskmest sisendfaili pikslites. Kerneli omadused Lokaalsete statistikute väärtused arvutatakse liikuvas aknas ehk kernelis olevatest piksliväärtustest. Seejuures võidakse kasutada kas ruudukujulist kernelit, ümarkernelit, sektorkernelit või sõõrikukujulist rõngaskernelit. Kerneli kujust sõltumatult võidakse kasutada kas kõiki kujundi piires olevaid piksleid või valimit neist. Valim võib olla korrapärane kiirtekujuline, mille puhul on kerneli keskkoht enamesindatud kui servad (joonis 1), juhuslik (joonis 2) või korrapärane 3 3 pikslit blokkide võrgustik (joonis 3). Blokkvaliku puhul määratakse blokkide vahemaa nii, et kasutaja määratud valimisse sattuvate pikslite osa oleks võimalikult täpselt järgitud. Blokk-valikul on eeliseid juhuvaliku ees külgnevussuhteid kasutavate statistikute puhul. Juhuvalimit, kiirtekujulist valimit ja blokkvalimit omavahel kombineerida ei saa. Valimit on põhjust kasutada vaid juhul, kui arvutusaega on tarvis hinnangute täpsuse arvel kokku hoida. Joonis 1. Kiirtekujuline valim (mustad ruudud) ümarast kernelist raadiusega 5 pikslit (ringjoon). Joonis 2. Juhuvalim osakaaluga 0.5 (mustad ruudud) sõõrik-kernelis siseraadiusega 3.5 ja välisraadiusega 7 pikslit. Joonis 3. Blokkvalim rasterfailist valimi osaga 9/49 (mustad ja viirutatud ruudud), ringikujuline kernel raadiusega 7 pikslit ja kernelis olevad valimi ruudud (mustad). ASCII-failide näidised Parameetrite fail (tabel 1) vabastab kasutaja vajadusest sisestada iga analüüsi puhul mitmeid numbreid ja failide nimesid dialoogiakendesse. Parameetrite faili ridade alguses 3
peavad olema näidises osutatud numbrid või failinimed, selle järel peab olema eraldaja (tabulatsioonikood, tühik, koma), millele peab samal real järgnema suvalise pikkusega tekst. Ridade järjekorda ja ridade arvu muuta ei tohi. Parameetrite failis peavad olema maskifaili andmed ka siis, kui maskifaili ei kasutata. Koordinaatide failis on esimeses veerus koha identifikaator, eraldaja, x-koordinaat ja y-koordinaat (tabel 2). Koordinaatide faili on vaja vaid juhul, kui arvutatavad punktid loetakse ASCII-failist, mitte binaarfailist. Kui tulemused tellitakse ASCII-faili, siis salvestuvad need iga vaatluskoht eri ritta reasiseses järjekorras: koha ID-kood, x-koordinaat, y-koordinaat, komadega eraldatud kasutaja valitud statistikud samas järjekorras, nagu need on programmi dialoogiaknas ja selles juhendis (tabel 3). Tabel 1. Parameetrite faili näidis. 633700 xmin väljundfailis 652900 xmax väljundfailis 6424900 ymin väljundfailis 6448000 ymax väljundfailis 2310 ridu väljundfailis 1920 veerge väljundfailis 635000 xmin sisendfailis 640000 xmax sisendfailis 6425000 ymin sisendfailis 6430000 ymax sisendfailis 6666 ridu sisendfailis 6666 veerge sisendfailis "C:\ANDMED\Aerof\5423\54234rgb.rst" sisendfail "C:\CBR\5434cbr\5434mets.rst" maskifail 2 väljundmaski kood 0 sisendmaski kood Tabel 2. Koordinaatide faili näidis. 1,649345,6431705 2,644805,6434315 3,646655,6434715 4,643135,6438465 5,651045,6438065 6,643715,6439835 7,643235,6441695 8,649305,6442075 9,641575,6426565 10,648675,6445355 11,648095,6436915 12,651885,6436245 Tabel 3. Tulemuste tekstifaili näidis. Vaatluse ID-kood, x-koordinaat, y-koordinaat ja arvutatud indeksid. 299,641795,6428905,39,14,38,168,117,14,36,153,103, 321,642915,6427945,40,12,40,175,120,12,31,86,98, 326,640525,6429765,39,10,38,174,119,10,26,75,97, 329,641145,6428655,80,14,78,150,107,14,17,71,106, 337,643775,6428915,84,30,68,185,127,30,36,86,88, 352,640305,6426135,121,15,122,175,124,15,12,157,92, 374,640285,6427205,181,4,181,161,116,4,2,190,102, 4
380,642025,6427725,17,12,12,183,124,12,73,68,96, 386,643335,6428175,35,7,36,157,111,7,20,191,109, 5
Dialoogiaknad Avamenüü avaneb exe-faili käivitamisel. Siit saab valida dialoogiakende keele ja leiab programmi koostaja kontaktandmed. Parameetrite sisestuse aknas tuleb kindlasti valida, kas analüüsitav muutuja on nominaalne, järjestatav või RGB vormis. Nominaalse muutuja puhul tähistavad numbrid koode, mille järjestamine ei ole mõistlik või ei ole seda vajalikuks peetud. Valikunupp RGB võimaldab töödeldavat rastrit lugeda ilma heederita failist, kus iga piksli esimene bait tähistab sinise, teine rohelise ja kolmas punase värvi intensiivsust (Idrisi rgb-vorming). Eraldi töödeldakse seejuures igat värvi (punast, rohelist või sinist) või heledust, küllastust, tooni. Parajasti töödeldav värv valitakse statistikute valiku dialoogiaknast. Enamikku parameetreid saab lugeda eelnevalt salvestatud failist. Selleks tuleb valida Rastrite parameetrid on failis ja seejärel ilmuvasse tekstiaknasse kas kirjutada või failivalija abil valida varemsalvestatud parameetrite fail ning vajutada nupule loe failist. Sisendfail (või tekstifailist loetavad koordinaadid) ja väljundfail peaksid vähemalt osaliselt kattuma. Kui valida Arvuta vaid etteantud punktid, siis ilmub dialoogiaknasse tekstikast, millesse saab kirjutada faili täieliku nime või valida selle failivalikunupu abil. Sisendfailis saab jätta mingi piksliväärtuse (eiramiskoodi) kasutamata. Pidevate väärtuste puhul saab piksliväärtusi standardiseerida nii, et faili keskmine (ilma eiramiskoodita) = 100, piksliväärtuste keskmine miinus kolm standardhälvet (SD) = 1 ja keskmine pluss kolm SD = 199. Väiksemad piksliväärtused kui keskmine miinus 3 SD saavad väärtuse üks, suuremad kui 254 väärtused võrdsustatakse standardiseerimise järel 254ga. Maskifaili määratlemine ja kasutus ei ole tingimata vajalik. Kui maskifaili kasutatakse koos binaarsete väljundfailidega, siis peavad maskifaili pikslid ja servad väljundfailidega kohakuti olema. Maskifailil on kolm võimalikku rakendust: 1) maskifaili abil saab määratleda, millise ala kohta tulemused arvutada ja millises osas (eiramiskoodi alal) arvutamata jätta. Uuritav ala võib olla täiesti ebakorrapärase kujuga. 2) maskifail võib olla eelklassifikaator; sel juhul kasutatakse lokaalstatistikute arvutamisel vaid neid piksleid, mis kuuluvad maskifailis samasse klassi kui kerneli keskel olev piksel. 3) maskifailis olevad piksliväärtused võivad tähistada maksimaalset pikslite arvu selles kohas varem langetatud otsuste puhul. Kui sama koha uuestiarvutamisel ei ole otsuse aluseks suurem arv piksleid, siis tulemust ei salvestata. See variant leiab rakendust ülekattes olevate lähtefailide puhul. Väljundfaili piksel arvutatakse uuesti eelmise lähtefaili selles osas, kus serva läheduse või eiratavate koodide tõttu oli kerneli sees vähem piksleid kui parajasti arvutatavas failis. Igast dialoogiaknast saab minna tagasi eelmise akna juurde ja ka programmi katkestada. 6
Mõningatel juhtudel ei saa mõningaid statistikuid arvutada. Näiteks gradiendi suund on määratlematu, kui kõigi pikslite väärtus on sama. Määramatuse salvestamise valik mõjutab vaid binaarfailidesse salvestamist. ASCII faili salvestatakse määramatust tähistav kood 255 sõltumata selle lüliti asendist. Määramatuse salvestamine peab olema sisse lülitatud ka siis, kui väärtus 255 ei tähista määramatust. Kerneli omaduste dialoogiaknas saab valida kerneli suuruse, kuju ja valimi kasutamise ning valimi tüübi. Kerneli raadiust mõõdetakse sisendfaili pikslites. Raadius võib olla murdarvuline. 7
Kerneli omaduste valimise järel avaneb lokaalstatistikute valimise aken. Arvutatavad statistikud sõltuvad seejuures tunnuse tüübist (nominaalne või numbriline). Koos lokaalstatistikute valikuga tuleb ka otsustada, kas tulemused lähevad binaarfaili või ASCII-faili ja osutada failide nimed. Binaarfailidesse salvestamise korral peab kõigi väljundfailide ridade ja veergude arv olema selline, nagu parameetrite dialoogiaknas osutatud. RGB vormis sisendfaili puhul tuleb tingimata valida, millist värvi või värvi omadust töödeldakse: punane (R), kollane (Y), roheline (G), sinine (B), toon (H), küllastus (S), heledus (L). Pideva muutuja lokaalstatistikute puhul võib sisend ja väljund olla kas baidi, täisarvu või neljabaidise reaalarvu kujul. 8
Nominaalse muutuja puhul saab muuhulgas leida mingi koodi sagedust kernelis. Otsitav kood tuleb kirjutada vastavasse sisestusaknasse. Nominaalse muutuja sisend ja väljund peavad olema baidiformaadis. 9
Värvilahutuse arvutamisel tuleb värvilahutuse dialoogiaknasse valida failid, kuhu tulemus väljastatakse. Alumine sisestuslahter on erijuhtumi jaoks, kui 2 4 põhikaardi 5 5 km kaardilehe foto lahutatakse ühte 10 10 km väljundfaili nii et kasutaja ei pea iga järgmise kaardilehe nime ja koordinaate sisestama. Alustada tuleb suurima numbriga 5 5 km kaardilehest, iga sisendfaili töötlemise lõpus vähendatakse sisendfaili nime tagant viiendat numbrit ühe võrra ja töö jätkub automaatselt. Programmi kulgu saab jälgida töö edenemise akendest. Muude rakenduste klikkamisel töö edenemise aknad programmi praeguses versioonis hanguvad, kuid programmi enda töö ei katke. 10