栅格空间分析
栅格数据空间分析
栅格数据空间分析
栅格数据空间分析是一种地理信息系统（GIS）分析方法，用于对栅
格数据进行处理和分析。
栅格数据由等尺度的正方形单元组成，在地理空
间上形成一个网格。
每个栅格单元代表一个特定的地理区域，例如一块土地、一座建筑物或一个气象站。
接下来是数据变换，包括栅格数据融合、相似性度量和特征提取等。
栅格数据融合是将多个栅格数据集合并到一个单一的栅格数据中，以获取
更全面和准确的信息。
相似性度量用于比较不同栅格数据之间的相似性和
差异性，以支持空间分析和决策制定。
特征提取是从栅格数据中提取具有
特定意义和价值的特征，例如提取建筑物、道路或河流等。
最后是空间分析，包括空间统计、遥感应用和模拟建模等。
空间统计
用于分析和研究栅格数据中的空间分布和空间关联性，例如热点分析、空
间插值和时空分析等。
遥感应用利用栅格数据进行地物分类、土地利用变
化检测和资源管理等。
模拟建模是利用栅格数据构建地理模型，进行模拟
和预测，例如气候模拟、城市扩张和生态模拟等。
栅格数据空间分析的主要优势在于能够处理大量的空间数据和复杂的
空间关系，同时还能够考虑地球表面的不规则性和异质性。
然而，栅格数
据空间分析也存在一些限制，例如空间分辨率和数据量的限制，以及对数
据获取和预处理的要求较高。
总之，栅格数据空间分析是一种重要的GIS分析方法，能够有效地提取、分析和模拟栅格数据中的空间信息，为决策制定和问题解决提供支持。
在不同的应用领域中，栅格数据空间分析具有广泛的应用前景和发展潜力。
空间分析——栅格数据的空间分析(一)
重分类娱乐场所直线距离数据集
娱乐场所近～远 对应于 适宜度10～1
重分类现有学校直线距离数据集
新学校距离现有学校比较远时适宜性好，仍分 为10级，距离学校最远的单元赋值为10，距离学校 最近的单元赋值为1。得到重分类学校距离图。
重分类土地利用数据集
土地利用对新建学校的适宜性有一定的影响。 如在有湿地、水体分布区建学校的适宜性极差，于 是在重分类时删除这两类，然后对剩下的其它土地 利用类型重新赋值。 赋值如下：
（一）背景
合理的学校空间位置布局，有利于学生的上课
与生活。学校的选址问题需要考虑地理位置、学生
娱乐场所配套、与现有学校的距离间隔等因素，从
总体上把握这些因素能够确定出适宜性比较好的学 校选址区。
（二）目的
通过练习，熟悉ArcGIS栅格数据距离制图、
成本距离加权、数据重分类、多层面合并等空间 分析功能；熟练掌握利用ArcGIS空间分析功能， 分析类似学校选址等实际应用问题。
密度制图
密度制图根据输入的要素数据集计算整 个区域的数据聚集状况，从而产生一个连续 的密度表面。密度制图主要是基于点数据生 成的，以每个待计算格网点为中心，进行圆 形区域的搜寻，进而来计算每个格网点的密 度值。
表面分析
表面分析主要生成新的数据集，诸如等 值线、坡度、坡向、山体阴影等派生数据， 获得更多的反映原始数据集所暗含的空间特 征、空间格局等信息。
表面分析的功能有：查询表面值、从表 面获取坡度和坡向信息、创建等值线、面积 和体积、数据重分类、将表面转化为矢量数 据等。
统计分析
是基于栅格数据的一种空间统计分析，包括
基于单元的统计（cell statistics）、邻域统计、 分类区统计等内容。
栅格数据空间分析
此外，也可以根据某些成本因素找到A地到B地的最短路径或成本最低路径。本节就ArcGIS中距离制图的基本原理和实现过程进行详细阐述。
1
2
二、距离制图
二、距离制图
1. 距离制图基础 （1） 源 源即距离分析中的目标或目的地。如学校，商场，水井，道路等。表现在GIS数据特征上是一些离散的点、线、面要素。要素可以邻接，但属性必须不同。
三、密度制图
图8.20 密度制图
密度制图主要是根据输入的已知点要素的数值及其分布，以每个待计算格网点为中心，进行环形区域的搜寻，进而来计算每个格网点的密度值。
根据内插原理的不同，密度制图可以分为核函数密度制图（Kernal）和简单密度制图（Simple）。
01
核函数密度制图：在核函数密度制图中，落入搜索区内的点具有不同的权重，靠近格网搜寻区域中心的点或线会被赋以较大的权重，随着其与格网中心距离的加大权重降低。它的计算结果分布较平滑；
2
Range：统计各单元上出现数值的范围；
Sum：计算各单元上出现数值的和；
Mean： 计算各单元上出现数值的平均数；
2.等值线绘制 图8.27 某地区等高线图 图8.28 生成等高线对话框
四、表面分析
地形因子提取 因子分析方法是GIS空间分析，尤其GIS数字地形分析常用的基本分析方法。不同的地形因子从不同侧面反映了地形特征性，实际应用人们提出了各种各样的地形因子。从其所描述的空间区域范围，常用的地形因子可以划分为微观地形因子与宏观地形因子两种基本类型。按照提取地形因子差分计算的阶数，又可将地形因子分为一阶地形因子、二阶地形因子和高阶地形因子。
栅格插值也包括重采样，通过内插计算改变栅格大小。
栅格插值
四、表面分析
实验10、栅格数据空间分析基本操作
空间分析实际上是一个地理建模过程，它涉及：问题的确定、 使用哪些空间分析操作、评价数据、以合适的次序执行一系列 的空间分析操作、显示及评价分析结果。
实验数据：
• 实验数据包括：东莞2006年分类图（栅 格数据） • r5yield,emidalat • 街道图层AIOStreets和城市地籍图层： AIOZonecov • 气温.shp,YNBoundary.shp (云南省的边界)
• 空间分析 • 空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的 分析技术，其目的在于提取空间信息或者从现有的数 据派生出新的数据，是将空间数据转变为信息的过程。 • 空间分析是地理信息系统的主要特征。空间分析能力 （特别是对空间隐含信息的提取和传输能力）是地理 信息系统区别与一般信息系统的主要方面，也是评价 一个地理信息系统的主要指标。 • 空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库。 • 空间分析运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理 统计分析，代数运算等数学手段。 • 空间分析可以基于矢量数据或栅格数据进行，具体是 情况要根据实际需要确定。
spatialanaylstrastercalculater公式2006imgpolyclipimg栅格重分类rasterreclassify即通过栅格重分类操作可以将连续栅格数据转换为离散栅格数据栅格计算查询符合条件的栅格rastercalculator找出坡度在25度以下的区域分区统计zonalstatistic在arcmap中新建地图文档加载图层2008img东莞市镇区边界图仔细研究上面的数据表理解本操作的意义是什么
空间关系查询
Select By Location：根据位置选择 在上一步的基础上进行，找出与 街道“CYPRESS”的 50米缓冲区相交的地块。
栅格数据的空间分析报告
栅格数据的空间分析一、实验综述1、实验目的及要求实验目的：学习ARCGIS中栅格数据的空间分析基本方法，掌握ArcGIS9中栅格数据空间分析的基本方法和操作。
实验内容：运用ARCGIS的空间分析扩展模块进行空间分析。
Arcgis10的栅格数据的空间分析基本方法：栅格数据重分类、距离分析、采样点数据空间插值、栅格单元统计、交叉面积表、邻域分析、栅格计算器等。
2、实验仪器、设备ARCGIS软件、landuse和elevation等二、实验步骤1.栅格分析环境设置：首先在ArcMap中执行菜单命令<自定义>－<扩展模块>，在扩展模块管理窗口中，将“spatial analysis空间分析”前的检查框打上勾。
ArcGIS10栅格数据空间分析模块（Spatial Analyst），只能进行简单的等高线和直方图分析。
其它的分析工具要在Arctools工具中进行。
点击工具栏“”打开Arctools。
2. 高程数据生成坡度数据在Arctools-Spatial Analyst-表面分析中双击打开“坡度”。
按如下设置。
点击“确定”，生成坡度图。
3、高程数据生成坡向图在“Arctools-Spatial Analyst-表面分析”中双击打开“坡向”。
按如下设置。
点击“确定”，生成坡向图。
4、高程数据生成等高线图在“Arctools-Spatial Analyst-表面分析中”双击打开“等值线”。
按如下设置。
点击“确定”，生成等值线图。
5、视域分析在“Arctools-Spatial Analyst-表面分析”中双击打开“视域”。
按如下设置。
点击“确定”，生成视域分析图。
6、栅格数据重分类（Reclassify）重分类：将栅格图层的数值进行重新分类组织或者重新解释。
重分类的关键是确定原数据到新数据之间的对应关系。
在“Arctools-Spatial Analyst-重分类”中双击打开“重分类”。
栅格数据的空间分析
栅格数据的空间分析栅格数据的空间分析是地理信息系统（GIS）中常用的一种分析方法，它通过对栅格数据进行处理和分析，来研究和描述地理现象的空间分布和关系。
栅格数据通常以像元（Grid Cell）为单位，每个像元代表了一定大小的区域，其中包含了该区域的空间属性或特征。
首先，栅格数据的处理是栅格空间分析的基础。
栅格数据通常以图像的形式呈现，可以通过遥感技术获取或生成。
在进行空间分析前，需要对栅格数据进行预处理，包括数据清理、去噪、校正等。
同时，栅格数据还可以进行融合、重分类、裁剪等操作，以满足具体的分析需求。
其次，栅格数据的空间分析包括了众多的方法和技术。
其中最常用的是栅格地图代数运算，包括加、减、乘、除等运算，用于栅格数据的叠加、缩放、变换等操作。
此外，还可以进行基本的空间统计分析，如均值、方差、标准差等，用于描述栅格数据的中心趋势和分散程度。
另外，还可以进行栅格数据的分类、聚类、插值等操作，以识别和评估地理现象的空间分布规律。
最后，栅格数据的空间分析在各个领域都有广泛的应用。
在环境科学领域，可以使用栅格数据进行环境评估和监测，如水质分析、土地覆盖变化分析等。
在气象学领域，可以使用栅格数据进行气候模拟和预测，如降水量、温度等指标的空间分布分析。
在土地利用规划领域，可以使用栅格数据进行土地评价和优化布局，如农田布局、城市规划等。
总结起来，栅格数据的空间分析是GIS中一种重要的分析方法，它通过对栅格数据进行处理和分析，帮助我们更好地理解地理现象的空间分布和关系。
栅格数据的处理、空间分析方法和应用多样化，广泛应用于各个领域，对于地理信息的收集、管理和决策支持都具有重要意义。
在未来，随着遥感技术和计算机计算能力的不断提高，栅格数据的空间分析将得到更广泛和深入的应用。
arcgis栅格数据空间分析图文详解
3. 按照用地类型（landuse字段）符号化显示landuse
设置landuse图层 透明度为30%
立体效果图
顺序：Landuse放置在山体阴影图层之上
二 学校选址
学校要求：
• 新学校应该处于地势平坦（坡度小）处，与现有土 地利用类型结合，选择成本不高的区域
• 新学校应该与现有娱乐设施的距离越近越好；同时 离已有的学校尽可能远—越远越好；
据
生成成本方 向图
5 求取最短路径
spatial analy----distance----shortest path
目的地
距离和方 向成本
效果图：
SQL查询
6 . 将上页ppt得到的灰度值大于8.2的栅格数 据转换成矢量数据，命名为sites
7 在ArcCatalog里新建一个个人地理数据库，将刚才获得的 矢量图层sites导入到数据库中，以获得面积数据；
启动ArcCatalog
扩展名为mdb的个人地理数据库
8 根据属性提取（select命令）面积大于十万 的区域，再根据位置提取与公路相交的图斑， 作为建立学校的地点
一 立体效果显示
1 设置工作环境：
一 立体效果显示
： 1 设置工作环境 设置区域范围：
设置数据存储路径，保 存在自己的文件夹
same as layer landuse
设置象元大小： same as layer elevation
一定要进行设置后才能做分析！
2 生成elevation的山坡阴影图
4 加权和数据合并：
按照相应的权重比，合并图层，各层数据权重比：距 离娱乐设施占50% ，距离学校占25% 土地利用类型 占12% ，地势位置占13%
GIS空间分析第三章栅格数据分析
GIS空间分析第三章栅格数据分析栅格数据分析是GIS空间分析的重要组成部分，它是通过对栅格数据进行数学计算、空间统计和空间模型构建来揭示地理现象和解决实际问题的过程。
本文将围绕栅格数据的分类、栅格数据的操作、栅格数据的转换和栅格数据的模型构建展开阐述。
首先，栅格数据可以分为单波段栅格数据和多波段栅格数据。
单波段栅格数据是指只包含一个变量的栅格数据，如高程数据、遥感影像数据等；而多波段栅格数据则是指包含多个变量的栅格数据，如遥感影像的RGB波段数据。
栅格数据的操作包括栅格数据的重分类、栅格数据的代数运算和栅格数据的空间过滤。
栅格数据的重分类是指将栅格数据的属性值按照一定的标准进行重新划分，以便于后续的分析和应用；栅格数据的代数运算是指对栅格数据进行加、减、乘、除等数学运算，以获得新的栅格数据；栅格数据的空间过滤是指通过设定空间窗口大小和权重来对栅格数据进行平滑或者锐化处理，以揭示地理现象的模式和变化。
栅格数据的转换包括栅格数据的样本导出、栅格数据的统计和栅格数据的可视化。
栅格数据的样本导出是指从栅格数据中提取一部分样本数据，用于建立统计模型或者进行其他分析；栅格数据的统计分析是指对栅格数据进行均值、方差、标准差等统计指标的计算，以了解栅格数据的分布特征；栅格数据的可视化是指通过色彩、阴影和填充等方式将栅格数据以图像的形式展示出来，以便于人们对其进行直观的理解和分析。
最后，栅格数据的模型构建是指根据栅格数据的特征和空间关系建立数学模型，用于解决实际问题。
常见的栅格数据模型包括地形模型、遥感模型和景观模型。
地形模型是通过栅格数据的高程信息构建的，它可以用来进行地形分析、地形模拟和洪水预测等；遥感模型是通过栅格数据的反射率信息构建的，它可以用来进行植被分析、土地利用分类和环境监测等；景观模型是通过栅格数据的空间分布和格网图案构建的，它可以用来进行景观格局分析和景观生态研究等。
总之，栅格数据分析是GIS空间分析中一种重要的数据分析方法，它通过对栅格数据进行分类、操作、转换和模型构建来揭示地理现象和解决实际问题。
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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
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
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
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
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
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
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）
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
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
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：
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
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
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
3.5.1 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
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
3.5.1 空间插值
• 5）克里格插值
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
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
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
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
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