栅格空间分析

图层按显示坐标 系统Export Data
Euclidean Distance
Reclassify
3.3.1 直线距离
• 问题1 解决
设置显示 坐标系统
地理坐标数据依 据显示坐标系统
Export Data
设置栅格分析环
境（空间范围、 CellSize等）
Euclidean Distance
Raster Calculator
3.5.1 空间插值
• 5）克里格插值
掩 膜
有值
Nodata
3.2 栅格计算与重分类
• 问题：提供区域TM遥感数据，获取下表
植被指数 0-0.2 0.2-0.4 0.4-1
面积 XXXX XXXX XXXX
3.2.1 栅格计算
• 原理
43
2 12 324
22
13 42
x1
1
3 24
2 23 4 211
12 0
x2
y=f(x1,x2,….) =x1+x2 5
Nodata 40-50：5
3
11 23
3
22 5
3 11
2
1 32 5
2
28 27 8 15 20 35
3 31 2 3
• 实现
• 流程
3.2.3 问题解决
植被指数 0-0.2 0.2-0.4 0.4-1
面积 XXXX XXXX XXXX
3.2.3 问题解决
• 空间分析建模
GeoDatabase
112222
shape ID Point 1 Point 2
1 1 B1 2 2 2 111122 111122 1 A1 1 1 1 2
111111
3.3.4 区域分配
• 实现：Cost Allocation \ Path Distance Allocation\ Euclidean Allocation
Cost Distance
产 路径代价 生
方向矩阵
公路 起点
Cost Path
3.3.3 最短路径
• 关于成本GRID：坡度*0.6+土地利用*0.4
坡度
土地利用
0-5 5-10 10-15 15-25 >25
1
Agriculture
4
2
Barren land
6
3
Brush/transitional 5
Polygon To Raster
3.5.1 空间插值
• 3）自然邻点插值
The natural neighbors of any point are those associated with neighboring Voronoi (Thiessen) polygons. Initially, a Voronoi diagram is constructed of all the given points, represented by the olive-colored polygons. A new Voronoi polygon, beige color, is then created around the interpolation point (red star). The proportion of overlap between this new polygon and the initial polygons is then used as the weights.
2
2
2
2
2
Y cellsize
4
4
4
4
4
5
5
5
5
5
4
4
4
4
4
5
5
5
5
5
bottom
Left
X cellsize
Right
3.1 栅格分析基础
• ArcGIS的Grid
211 3 2 0 离散型 3 3 1 Grid
Value 0 1 2 3
Count 1 3 2 3
25.23 37.56 45.66
第三章 栅格空间分析
3.1 栅格分析基础 3.2 栅格计算与重分类 3.3 距离制图 3.4 密度制图 3.5 表面分析 3.6 邻域分析 3.7 统计分析 3.8 水文分析
CDIO教学改革教案
3.1 栅格分析基础
• 关于栅格数据
栅格图像
实际地面
3.1 栅格分析基础
• 栅格数据的空间位置表示
Top
3.5.1 空间插值
• 4）趋势面插值
– ArcGIS的Trend工具用于全局趋势面插值，使用n 阶（1至13）多项式方程模拟光滑曲面
1阶：Z=b0+b1*x+b2*y
2阶
3.5.1 空间插值
• 5）克里格插值
– 不仅考虑临近点的距离，还考虑临近点的空间分布
拱高 块金常数
变程 h
块金常数是由于观测误差造成的， 代表随机性部分。越小表示空间 相关性越强 拱高+块金常数=基台值，表示数 值最大变化幅度。当基台值一定 时，拱高越大，表示结构性变化 比重越大 变程：空间相关性变化的范围
商业繁华度指标： Fi=fi（1-di/d）；F=max（Fi） 其中：fi为某级商业中心功能分；d为某级商业中心的服务半 径；di为格网中心到该设施直线距离；F为所有商业中心对 该格网作用分最大值。现需要计算一级商业中心（fi取100； d取3500）对所有格网的F值？
3.3 距离制图
• 问题2：假设某地新建了一个小学。考虑到学生上 学放学交通问题，打算修建一条公路与已有公路 连接起来。在修建公路的时候需要考虑地形坡度 问题和公路经过地区的土地利用情况，从而减少 成本和工程难度
12
42
22
35.45 46.76 48.73
43
32
26
23.93 54.73 43.74
35
42
28
连续型Grid
3.1 栅格分析基础
• 栅格数据的Nodata
3.1 栅格分析基础
• 栅格分析环境
输出坐标系统 输出空间范围
CellSize和掩膜
3.1 栅格分析基础
• 掩膜原理
分 析 范 围
原理：计算每一个 格网中心到最近设 施(矢量或栅格)的 直线距离，以该距 离作为该栅格的
Cell Value
探索：如果设置离散型 Grid的分辨率为10米， 以图中两个点为设施， A、B栅格的值分别是？
3.3.1 直线距离
1A0 1B0
1B4
0A
3.3.1 直线距离
• 算法实现
28 22 20 22 28 36 22 14 10 14 22 32 20 10 0 10 20 22 22 14 10 14 10 14 28 22 20 10 0 10 36 32 22 14 10 14
Euclidean Distance——Raster Calculator或Reclassify
3.3.1 直线距离
• 应用举例2：对“省会城市地理坐标”图层 做0-100公里的栅格缓冲区分析
设置显示坐标系统为 投影坐标系统
设置栅格分析坐标系统Same As Display,
以及设置栅格分析范围和CellSize
源自文库
3.4 密度制图
• 功能描述
400
300
500
A 100
300w1+100w2+500w3除 以搜索半径的圆面积
距离近权重大 权重相等
3.4 密度制图
• 密度制图与空间插值的差异
Why map density? Density surfaces show where point or line features are
When added together, the population values of the cells equal the sum of the population of the original point layer.
3.4 密度制图
• 问题解决
人口统计数据
商业网点数据
密度功能
直线距离
公路起点 拟修建公路 学校
3.3 距离制图
• 3.3.1 直线距离 • 3.3.2 成本距离加权 • 3.3.3 最短路径 • 3.3.4 区域分配
3.3.1 直线距离
28 22 20 22 28 36 22 14 10 14 22 32 20 10 0 10 20 2B2 22 1A4 10 14 10 14 28 22 20 10 0 10 36 32 22 14 10 14
3.5.1 空间插值
• 空间插值分类
– 按插值计算方法：分块内插、部分内插和单点 移面内插
3.5.1 空间插值
• ArcGIS空间插值方法
插值方法 反距离加权 泰森多边形 自然邻点 趋势面 克里格 样条函数
描述 局部拟合、确定性、精确、单点移面 局部拟合、确定性、精确、部分内插 局部拟合、确定性、精确、部分内插 全局拟合、确定性、非精确 局部拟合、随机性、精确、单点移面 局部拟合、确定性、精确、分块内插
A：在计算每个栅格时， 遍历每个设施——基本 上不能实现（速度）
B：在计算每个栅格时， 逐步扩大的半径搜索设 施——勉强可以
C：先计算与设施相交栅 格值，再以栅格扩散 ——最优秀算法
3.3.1 直线距离
• 实现：Euclidean Distance
依据选择集
3.3.1 直线距离
• 应用举例：对“省会城市”图层做0-100公 里的栅格缓冲区分析
3.3.4 区域分配
• 应用案例:导入Bank.shp,得到某银行（ [Banks_ID]=559）在服务区域（最近直线距 离）内拥有的顾客数
Euclidean Allocation
3.4 密度制图
• 问题：商业连锁店选址
– 人口密度必须在每平方公里1000人以上 – 据最近商业点直线距离在500米以外
5 56
5
56
424 562
• 实现
• 原理
3.2.2 重分类
34 46 14 24 26 47
52 3 3 5
21 34 0 7 17 24 28 39 16 12 42 38 24 9 5 33 19 31 6 23 17 46 30 16
0-10： 1 10-20：2 20-30：3 30-40：
3.5.1 空间插值
• 1）反距离加权（IDW）
S3
S1 S0 S4
S2
S5
3.5.1 空间插值
• 2）泰森多边形插值（最近邻点插值）
使用最邻点 值填充栅格 像元值
待插值矢量点
Euclidean Allocation （依据FID）
Raster To Polygon
泰森多边形
Join（属性表连 接，分别依据 GRIDCODE和FID）
concentrated. For example, you might have a point value for each town representing the total number of people in the town, but you want to learn more about the spread of population over the region. Since all the people in each town do not live at the population point, by calculating density, you can create a surface showing the predicted distribution of the population throughout the landscape.
• 关键技术：Add Data Or Tool、Make Parameters
后模 使型 用保
存 到
3.2.3 问题解决
• 问题扩展：只统计县域范围内的植被情况
*3.2.4 基于GDAL的栅格数据操作
• 参见PPT：基于开源GIS库和C#
3.3 距离制图
• 问题1：城市所有位置上的商业繁华度指标
6
Built up
9
10
Forest
8
Water
10
Wetland
Nodata
3.3.3 最短路径
• 问题2解决
3.3.4 区域分配
• 原理：确定所有格网中心的最近设施，对于矢量格 式的设施，以某一整型字段值或FID作为Cell Value ；对于离散型栅格的设施，以像元值或整型字段值 作为Cell Value
Raster Calculator
3.5 表面分析
• 3.5.1 空间插值 • 3.5.2 表面分析功能
3.5.1 空间插值
• 空间插值：由已知点数据来估算其他点数据
• 空间插值分类
– 全局插值、局部拟合 – 精确插值、非精确插值
精确插值在样点处估算值与实际值相同 – 确定性插值、随机性插值
确定性插值不提供预测值的误差检验，随机性插 值则用估计变异提供估计误差的评价
3.3.2 成本距离加权
• 问题来源
沼 泽
3.3.2 成本距离加权
• 原理
3.3.2 成本距离加权
• 实现：Path Distance 或 Cost Distance
• 关于backlink raster:方向矩阵
3.3.3 最短路径
• 关于最短路径
公路起点 拟修建公路 学校
基本过程：
学校
输 成本Grid 入