第十二章栅格数据分析

涉及一个焦点像元和一组环绕像元，环绕像元是按 照其相对于焦点像元的距离和方向性关系来选定的。

焦点 (focal) 运算（或邻域运算）会生成一个输出栅格数据集，其中每个像 元位置的输出值取决于某个像元的输入值及其周围指定邻域中的像元值。 因为输入中的每个像元都会得到处理，所以邻域本质上是一个随像元平移 的移动窗口。邻域的结构（大小和形状）具体确定待处理像元周围的哪些 像元将应用于每个输出值的计算。最典型的邻域类型是 3 × 3 像元，包括 待处理的像元和最邻近的八个像元。


由单个或多个输入栅格生成一个新的栅格，新栅格 的像元值可以由输入与输出栅格的关系函数计算得 到，或通过分类表对其赋值。 局部 (local) 运算（或逐像元函数）计算栅格输出 数据集，其中每个位置（像元）的输出值取决于与 一个或多个栅格数据集上的该位置相关联的值。也 就是说，单个像元的值（不考虑相邻像元的值）对 输出值有直接的影响。可将逐像元运算应用到单个 栅格数据集或多个栅格数据集。

Nodata以为数据缺失 0表示有效像元值






ArcGIS Spatial Analyst 扩展模块中，基于像元的 可用分析运算可分成五类： 作用于单个像元的运算（局部 (local) 运算） 作用于邻域内的所有像元的运算（焦点 (focal) 运 算）——邻域运算 作用于区域内的所有像元的运算（分区 (zonal) 运 算） 作用于栅格内所有像元的运算（全局 (global) 运 算）——欧氏距离全局 (global) 运算 执行特定应用的运算（例如，水文分析运算）
图8.40 框
重分类对话
1. 数值更新
事物总是处于不断发 展变化中的，地理现象更是 如此，所以为了反映事物的 实时真实属性，需要不断地 去用新值代替旧值。例如， 气象信息的实时更新，土地 利用类型的变更等。
数值更新示意图
2. 类别合并
将一些具有某种共性的事物合并为一类。例如可以将商 场，超市，餐馆等同归并为服务场所，也可将麦地，水稻 地，菜地等同归并为耕地。
（2）数学函数运算 数学函数运算需要注意的是它输入时需要先 点击函数按钮，然后在函数后面的括号内加入计 算对象。应该注意一点，三角函数以弧度为其默 认计算单位。 （3）栅格数据空间分析函数运算 数学栅格数据空间分析函数没有直接出现在 栅格计算器面板中，因此需要计算者自己手动输 入。需要时引用它们时，首先必须查阅有关文档， 查清楚它们的函数全名、参数、引用的语法规则 等。然后在栅格计算器输入函数全名，并输入一 对小括号，再在小括号中输入相关参数或计算对 象。
类别合并过程示意图
3. 同标准分类
将数据用一种等级体系来进行分类，或将多个栅格数 据用统一的等级体系重新归类。
同标准分类过程示意图
4. 特定值重分类
对栅格数据中的某些值设置空值来限制栅格计算。 如分析掩码的创建。
特定值重分类过程示意图


涉及到图层的合成、 地图叠置等操作， 可以用多个栅格图 层进行运算，相当 于矢量地图的叠加 操作。
4. 设置坐标系统
在ArcGIS的空间分析中， 可以通过两种方式设定分析 结果的坐标系统配准方式： （1）分析结果以输入栅格 的坐标系统来存储(如果存 在多个输入栅格，则将以第 一个输入栅格坐标系统存 储)； （2）分析结果将以 “Active”数据的坐标系统 来存储。
设置坐标系统
5. 过程文件管理 （1） 在函数对话框中输入结果全名； （2）通过目录表永久保存计算结果； 选择需要永久保存的数据层，点击鼠标右 键，选择Make Permanent命令，在弹出的对 话框中设置目录路径并为结果指定名称。 （3）通过保存地图文档永久保存计算结果。 在文件（File）菜单中选择保存（Save）或 另存为（Save As）命令。在弹出的对话框中指 定存放路径和文件名称，并在保存类型下拉箭 头中选择ArcMap Documents（*.mxd）。
栅格计算器由四部分组成，左上部Layers选择框为当前 Arcmap试图中已加载的所有栅格数据层名列表，双击任 一个数据层名，该数据层名便可自动添加到左下部的公 式编辑器中，中间部位上部是常用的算术运算符、0~10、 小数点.、关系和逻辑运算符面板，单击便可自动添加按 钮内容到公式编辑器中。右边可伸缩区域为常用的数学 运算函数面板，同样单击便可自动添加按钮内容到公式 编辑器中。
设置栅格大小
3. 设置分析区域 （1）利用坐标设置分析 区域
通过设定矩形四边坐标 值，定义一个用户需要的矩形 计算范围。
利用坐标设置分析区域
2）使用掩码设置分析区域
分析掩码标识分析过程中 需要考虑到的分析单元即分析 范围。首先预设分析掩码，并 对不需要进行分析的单元赋空 值，然后进行分析。
利用掩码设置分析区域
栅格计算器
（1）简单数学计算 在公式编辑器中先输入计算结果名称，再输 入等号（所有符号两边需要加一个空格），然后 在Layers栏中双击要用来计算的图层，则选择的 图层将会进入公式编辑器参与运算。其中“-”和 “^”为单目运算符，运算符前可以不加内容，而 只在运算符后加参与计算的对象，如a = [slope]等。在公式编辑器如果引用Layers选择框 的数据层，数据层名必须用[ ]括起来。
定义格格单元的大小时，我们需要平衡信息的精确 性和数据量之间的矛盾。 栅格单元代表的尺度越小CellSIZE，表达的信息就 越精确。 栅格单元代表的尺度越大，存储数据所需要的空间 就更少，同时，表达的信息也就不精确。 在ArcGIS中改变CellSIZE，使用Resample 重采样 Resample：可以处理单波段，也可以处理多波段
（4）多语句的编辑
ArcGIS栅格计算器多表达式同时输入，并且先输入 的表达式运算结果可以直接被后续语句引用，如： d = [DEM]*100 e = d >= 2500 一个表达式必须在一行内输入完毕，中间不能回行。此 外，如果后输入的函数需要引用前面表达式计算结果， 前面表达式必须是一个完整的数学表达式，如“d = [DEM]*100”，等号左边为输出数据文件名，右边为计算 式。此外，引用先前表达式的输出对象时，直接引用输 出对象名称，对象名称不需要用中括号括起来，如“e = d >= 2500”中“d”。
邻域统计
邻域统计方法： Minimum：找出在邻域的单元上出现最小的数值； Maximum：找在邻域的单元上出现最大的数值； Range：在邻域的单元上数值的范围； Sum：计算邻域的单元内出现数值的和； Mean：计算邻域的单元内出现数值的平均数； Standard Deviation：计算邻域的单元内出现数值的 标准差； Variety：找出邻域的单元内不同数值的个数； Majority：统计邻域的单元内出现频率最高的数值； Minority：统计邻域的单元内出现频率最低的数值； Median：计算邻域的单元内出现数值的中值。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1. 设置工作路径
缺省情况下分析结果 将自动保存在操作系统的 默认路径下。也可以通过 栅格空间分析模块中的 Option选项的设置，可以 指定新的所有分析结果的 默认存放位置。
设置工作路径
2. 设置栅格大小
栅格大小指分析过程 中系统默认的栅格数据的 栅格单元大小（Cell Size），又称为分析解析 度。栅格数据的空间分析 就是在每一个栅格单元的 基础上进行的。如果单元 过大则分析结果精确度降 低，如果单元过小则会产 生大量的数据，且计算速 度降低。故而需要选择合 适的单元大小。
邻域统计对话框
分区运算的输出栅格数据集中每个像元的输出值取决于其自身的像 元值以及制图区域内所有与其相关联的像元的值。分区 (zonal) 运 算与邻域运算相似，不同点在于分区 (zonal) 运算中的邻域是区域 本身的结构，而非指定的邻域形状。一个区域可以是任意形状和大 小，而且各部分之间可以离散分布。区域可以定义为栅格数据或要 素数据。对于栅格数据，区域就是值相同的所有像元。对于要素数 据，区域就是属性值相同（例如，LandClass = 4）的所有要素。
取整计算
=no data
Input raster
output raster
重分类即基于原有数 值，对原有数值重新进行 分类整理从而得到一组新 值并输出。根据用户需要 的不同，重分类一般包括 四种基本分类形式：数值 更新（用一组新值取代原 来值）、类别合并（将原 值重新组合分类）、 同标 准分类（以一种分类体系 对原始值进行分类），以 及特定值重分类（为指定 值设置空值）。




算数函数：abs, int, float, 三角函数： Sin（正弦函数）、Cos（余弦函数）、Tan（正切函数）、 Asin（反正弦函数）、Acos（反余弦函数）、Atan（反正切函数）。 指数函数：exp, exp2 , exp10 对数函数：log，log2, log10 幂函数：Sqrt (平方根)、Sqr (平方)、Pow (幂)。

用于处理相同值或者相似要素的像元分组。 连续分区包含的像元是空间上相连的 非连续分区包含像元的分隔区

全局 (global) 运算（或逐栅格运算）会计算输出栅 格数据集，其中每个像元位置处的输出值都可能取 决于各输入栅格数据集组合而成的所有像元。全局 (global) 运算有两种主要类别：欧氏距离和加权距 离。
2014-4-11



基于栅格数据的空间分析是GIS 空间分析的基础，也是ArcGIS 的空间分析模块的核心内容。 栅格数据分析是基于栅格像元 和栅格的分析，较矢量数据更 为简单。 ArcGIS 栅格数据空间分析模块 （Spatial Analyst）提供了有 效工具集，方便执行各种栅格 数据空间分析操作，解决空间 问题。
栅格计算器Raster Calculator是栅格数据空间分析中数 据处理和分析中最为常用的方法，应用非常广泛，能够解 决各种类型的问题，尤其重要的是：建立复杂的应用数学 模型的基本模块。 ArcGIS 提供了非常友好的图形化栅格计算器，利用栅 格计算器，不仅可以方便的完成基于数学运算符的栅格运 算，以及基于数学函数的栅格运算，而且它还支持直接调 用ArcGIS 自带的栅格数据空间分析函数，并且可以方便 的实现多条语句的同时输入和运行。



计算工具：地图代数：数学函数计算：叠加分析 专业分析工具：距离制图：密度制图；差值分析； 邻域和分类区统计 衍生计算：概化分析、重分类、表面分析 更专业模块：水文和地下水分析；太阳辐射分析； 影像分类；多元统计。
栅格是一种特殊的影像格式，一般影像格式有JPG， BMP，TIF，PNG等，在ArcGIS中一般表现为 Grid,.img,.TIF，具体的应用为DEM，DOM等，最 直观表现栅格为单个波段RasterBand，影像分析 也是基于单个波段RasterBand，所以在ArcGIS影 像分析也成栅格分析。 简单说是栅格是单波段，影像是多个波段。 任何栅格分析（处理）都是信息有损的处理， 原始数据一定要保存（保留）。
邻域统计计算过程 中，对于邻域的设 置有不同的设置方 法，常用的有四种 邻域分析窗口
邻域分析窗口类型
邻域统计的计算是以待计算 栅格为中心，向其周围扩展 一定范围，基于这些扩展栅 格数据进行统计函数运算， 从而得到此栅格邻域范围内 的数据统计值。邻域统计通 过窗口分析获得指定邻域的 数据统计信息。如右图红色 线范围就是一个3X3邻域统 计分析窗口。
Extract by Mask可以导出每个波段,不要输出扩展名
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Composite Bands




在ArcGIS中，使用栅格数据进行空间分析前，先要 设置分析环境。环境的设置主要包括 设置工作路径 栅格单元大小的设定 分析区域的选定 坐标基准的配置 管理过程文件

加载空间分析模块
注意事项： 1.图层名称前后加[ ] 2.运算符前后加空格 3.通过name=表达式 可以修改输出栅格图 层名称 4.一次可以输出多个结果，以回车作为标 志，上行的输出结果，可以直接后面的 使用 5.一行内容很长，使用“~” 放在上一行 行尾作为续行标志
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3*3矩形 平均值邻域计算