ArcGIS-Spatial Analyst空间分析

【插值分析】（续）
插值中的障碍
含障碍的插值方法

反距离权重法 含障碍的样条函数法
河网提取
小镇依山，经常受到小规模山洪袭击，洪水会根据地 势汇流，当建筑物位于这些潜在的河网中，会受到很大的
威胁；因此要在这些潜在的河网区域禁止建造。 数据：
高程数据
要求：
河网提取
河网提取
水文分析
• 盆域分析 • 填洼 • 流量 • 流向 • 水流长度 •汇 • 河网分级 • 分水岭 • ……
ArcGIS空间分析
Esri中国信息技术有限公司 李光辉
100多年前的一次空间分析
1854年伦敦霍乱大流行
100多年前的一次空间分析
…… 为什么那些没有去过这个旅馆房间的人也
纷纷染病？
为什么同一个医生分别两次到了这个房间 看了这两个不幸的病人分别都和病人一起
呆了好几个小时而没有被传染？
【距离分析】
直线距离和分配函数
• •
从要素创建缓冲区 给离散源分配资源
成本加权距离和分配函数
•
为行进增添了阻抗因素和权重
欧氏距离
成本距离
最短距离
• •
查找两点间的最低成本路径 为行程寻找“走廊”通道 10小时
5小时
制作降雨分布图
佛蒙特州斯托镇依山而建，其经过山区的公路经常被山上 汇集的雨水冲毁，镇政府决定在路旁建引水渠……
太阳能资源区划
距离建模
最小成本路径
综合旅行代价问题
寻找最佳登山路线
表面建模
全国降水实况图
“香巴拉” 等高线图
福岛核电站放射性海水污染分布图 视域分析
空间关系识别
霍乱传播途径分析
交通事故与吸毒者分布相关性分析
更多的空间分析应用
美国佛蒙特州斯托镇的人口出现大幅增长。由于育有子女 的家庭为利用附近的大量休闲娱乐设施纷纷涌入该地而造成。为
缓解现有学校的压力，现已决定构建一所新学校。
数据：
高程
要求：
地势 平坦 合适的 土地利 用类型
土地利用类型
娱乐场所 现有学校
靠近娱 乐场所
远离现 有学校
为新学校选址
为新学校选址
表面分析
• 坡度 • 坡向 • 等值线 • 山体阴影 • 视域 • 填挖方 • ……
局部 分析
邻域 分析 区域 分析
距离 分析
叠加 分析 插值 分析
表面 分析
栅格 重分 类 影像 分类
栅格 综合 水文 分析
地下 水分 析
密度 分析
太阳 辐射 分析
……
空间分析应用方向
1. 2. 3. 4. 5.
适宜性建模 距离建模
表面建模
空间关系识别 ……
适宜性建模
建筑选址
农作物适宜性分析
风电场选址
1
1 1 1
1
1 2 2 3 4 3 7
河网分级
流量
下游水流长度
【地下水分析】
创建地下水流经区域 二维对流和扩散模拟 功能
•
达西流量
•
•
粒子追踪
多孔渗流
使用粒子追踪工具，追踪污染物从污染源 到饮用井的扩散过程。从这个分析可以判 断污染源是否扩散到附近乡镇的饮用水源
【太阳辐射分析】
计算地球表面直接和间接的太阳辐射量
+
=
【栅格综合工具】
聚合 边界清理 扩展 众数滤波 Nibble 区域合并 收缩 细化
众数滤波
修建最小成本道路
在上节中，分析出了最适宜建造学校的位置。本节计 划修建一条从学校通往到附近道路交叉点花费成本最低的
道路。
数据：
道路交叉点 学校位置
要求：
花费金钱最低
高程
土地利用类型
土地利用随时间的变化
每十年的土地利用
【区域分析】
分区范围内的单元值都相等 针对每个分区范围进行统计 坡度 各流域平均坡度
流域（分类数据）
栅格计算
【数学运算】
算术运算：加、减、乘、除、幂、绝对值、取反… 逻辑运算：等于、大于、布尔与、布尔或、为空… 三角函数：正弦、余弦、正切、余切、反正弦… 按位运算：按位与、按位或、按位异或…
关联表
栅格数据进行空间分析的优势
栅格数据的本质：带有空间信息的二维数组。
ArcGIS空间分析概述
丰富的地理栅格数据
空间分析为数据的深度使用提供了方法
空间分析模块功能
提取 创建 栅格
数学 计算 条件 分析 地图 代数
局部 分析 邻域 分析 区域 分析
距离 分析 叠加 分析 插值 分析
表面 分析 栅格 重分 类 多元 分析
区域分析
• 分区统计 • 区域直方图 • 分区几何统计 • 区域填充 • 面积制表 • ……
【邻域分析】
邻域工具基于自身位置值以及指定邻域内标识的值为 每个像元位置创建输出值。
5 5 7 6 3 2 2 7 1 1 4 4 9 5 9
3.22
Leabharlann Baidu
2
2
5
6
1
3
6
4
7
6
【局部分析】
局部工具可以将输出栅格中各个像元位置上的值作为 所有输入项在同一位置上的值的函数进行计算。
修建最小成本道路
修建最小成本道路
表面分析
• 坡度 • 坡向 • 等值线 • 山体阴影 • 视域 • 填挖方 • ……
重分类
• 查找表 • 使用表重分类 • 重分类 • 分割 • ……
叠加分析
• 模糊分类 • 模糊叠加 • 加权叠加 • 加权总和
距离分析
• 欧氏距离 • 欧氏方向 • 欧氏分配 • 成本距离 • 成本路径 • 廊道分析 • ……
数据：
要求：
气象站降水资料
制作降雨分布图
制作降雨分布图
插值分析
• 反距离权重法 • 克里金法 • 自然临近法 • 样条函数法 • 含障碍的样条函数 法 • 趋势面法 • 地形转栅格 • ……
【插值分析】
距离权重倒数法 克里金法 自然临近法 样条函数法
含障碍的样条函数
趋势面法 地形转栅格
地下水分析
• 达西流 • 达西速度 • 粒子追踪 • 孔隙扩散
太阳辐射分析
• 太阳辐射区域 • 太阳辐射点 • 太阳辐射图
【水文分析】
从DEM建立流域和流网络
填洼
洼 倾泻点
流向
分水岭
1
0 0 0 0 0 0 0 1 3 0 0 2 0 1 7 0 0 4 0 2 5 20 1 7 0 2 4 0 24 35 0 0 0 1 0 1
• •
区域(Area) 位置(Locations)
工具
•
区域太阳辐射
•
•
点太阳辐射
太阳辐射图表
Solar Radiation
Value Wh/m2
High : 910357
Low : 278071
应用于生物、农业、水文、降雪、火灾模型、能源等
【太阳辐射分析】
生态系统稳定性分布分析
近年来，大量人口涌入小镇，小镇的扩展对当地生态 系统构成严重胁迫。环保部门要确定生态稳定性差的位置，
一个信息值。
地理栅格数据
在地理数据中，栅格以规则的矩阵表示
换图
空间地物或现象分布。如：数字航空摄影、
卫星影像、数字图片或甚至扫描的地图。
地理栅格数据的表达
位置
地理栅格数据是对空间地物的一种表达，因此每个栅 格单元都与现实世界中的地方相对应。
地理栅格数据的表达
面积
单元的大小决定着栅格中图案或要素呈现的粗细程度。 具体可根据栅格数据集所描述的表面，以及表面中要素
（疑惑）空间分析是一个扩展模块
栅格分析模块是ArcGIS的一个扩展模块 超过170个工具，放在19个工具集中 是对栅格数据进行分析的模块
内容
小议栅格数据 ArcGIS空间分析概述 空间分析工具 总结
小议栅格数据
什么是栅格数据
什么是栅格数据
最简形式的栅格由按行和列组织的 单元矩阵组成，其中的每个单元都包含
距离分析
• 欧氏距离 • 欧氏方向 • 欧氏分配 • 成本距离 • 成本路径 • 廊道分析 • ……
重分类
• 查找表 • 使用表重分 类 • 重分类 • 分割 • ……
叠加分析
• 模糊分类 • 模糊叠加 • 加权叠加 • 加权总和
条件函数
• 条件函数 • 选取函数 • 设为空函数
栅格综合
• 聚合 • 滤波
进行造林、放养等保护手段。
数据：
土地利用数据
要求：
生态稳定性 分布
生态系统稳定性分布分析
生态系统稳定性分布分析
邻域分析
• 块统计 • 过滤器 • 焦点流 • 焦点统计 • 线统计 • 点统计
局部分析
• 象元统 • 合并 • 等于频数 • 大于频数 • 最高位置 • 小于频数 • 最低位置 • 等级 • ……
【表面分析】
山影 等值线 坡度 坡向 曲率 视域 填/挖分析
【栅格重分类】
根据空间范围分类 根据值范围分类
【叠加分析】
叠加分析是在最佳位置选择或适宜性建模中应用的一 组方法。如：
新房产开发的地点选在何处 哪些地点较适于用作鹿的栖息地 哪里最可能发生经济增长 哪些地点最容易发生泥石流
【条件分析】
“条件分析”工具允许您基于在输入值上应用的条件 对输出值进行控制。 如： 适宜建造栅格 = Con(坡度栅格, 10, 1, "VALUE < 15")
=
坡度栅格 适宜建造栅格
【地图代数工具】
整合了“数学函数”和“条件函数” 针对一个或多个栅格进行运算 使用
Python 语法构建和执行单个地图代数表达式
应用模式
Python
桌面程序
Web浏览器 ModelBuilder ArcGIS Server
ArcToolBox
移动设备
ArcGIS空间分析工具
ArcGIS空间分析工具内容
1. 2. 3. 4.
为新学校选址 修建最小成本道路 制作降雨分布图 河网提取
5.
6.
生态系统稳定性分布分析
空间计算
为新学校选址
总结
ArcGIS空间分析功能分类
数学 计算 条件 分析 地图 代数
局部 分析 邻域 分析 区域 分析
距离 分析 叠加 分析 插值 分析
表面 分析 栅格 重分 类 影像 分类
栅格 综合 水文 分析 密度 分析
地下 水分 析
……
太阳 辐射 分析
ArcGIS空间分析功能分类
数学 计算
条件 分析 地图 代数
的表达需要来确定。
平方千米
平方英尺
平方厘米
地理栅格数据的表达
值
分类：土壤类型、土壤质地、土地利用类型、水体类型、 道路类和居住类型等。 连续表面：高程、坡度、坡向、飞机场噪声污染和沼泽的 pH浓度都等。 图像：颜色或光谱反射率等。
地理栅格数据的表达
栅格数据集可以有一个与之关联的属性表。 理论上表中可包含无限多的属性字段。
气体经过呼吸入体，为什么症状只在消化道？ 令人惊愕的是，在流行爆发前面几个星期，霍乱居然可以跳 过好几个街区来传染？ ……
100多年前的一次空间分析
Demo：模拟斯诺的分析
吃水问题
使用空间分析建立Ban Phakeo（老挝）供水管线
数据：SRTM（90米）
村民接水的石罐
Ban Phakeo供水管道的走向
栅格 综合 水文 分析 密度 分析
地下 水分 析
工具 条
太阳 辐射 分析
工具（Toolbar）一瞥
• 输入 • 输出
• 参数
环境参数设置
• 输出坐标系 • 处理范围 • 分辨率 • 掩膜
空间建模思想
Modelbuilder是一个可视
化建模工具
Modelbuilder可将一系列
地理处理工具串联成一个 工作流，一个工具的输出 作为另一个工具的输入。