ArcGIS空间分析基本操作教材

实验七、空间分析基本操作

一、实验目的

1. 掌握Spatial Analyst模块的使用方法。

2. 掌握矢量数据转换成栅格数据的方法。

3. 掌握用任意多边形剪裁栅格数据的方法。

4. 掌握重分类的方法及应用。

5. 掌握缓冲区分析的原理与方法。

6. 掌握空间属性查询和空间关系查询的方法。

7. 掌握采样数据的空间内插方法。

8. 了解邻域统计的原理及方法。

二、实验准备

软件：ArcGIS Desktop

数据：

知识：

空间分析是从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、分布、形态、形成和演变等信息的分析技术，是地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息的提取、表现和传输的功能，是地理信息系统区别于一般管理信息系统的主要功能特征。在空间分析的研究和实践中，很多在应用领域具有一定普遍意义的、涉及空间位置的分析手段和方法被总结、提炼出来，形成了在GIS软件中均包含的一些固有的空间分析功能模块。这些功能具有一定的通用性质，故而称之为GIS基本空间分析，具体的有叠置分析、缓冲区分析、窗口分析和网络分析。了解GIS基本空间分析对于进一步掌握复杂空间分析方法，具有一定的指导意义。

利用空间分析模块（Spatial Analyst），你可以方便地对你的数据进行空间分析。有了空间分析模块，你既可以回答诸如“这个位臵的地形陡峭程度如何？”或“这个位臵面向什么方位？”之类的一些简单空间问题，也能够给更为复杂的空间问题如“一家新工厂的最佳位臵应该在哪儿？”或“从A到B的成本最小的路径是什么？”找到答案。当与ArcMap一起使用时，空间分析模块可以提供功能完备的工具集来浏览和分析空间数据，帮助你找到解决空间问题的方法。

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。

空间分析步骤

根据要进行的空间分析类型的不同，空间分析的步骤会有所不同。通常，所有的空间分

析都涉及以下的基本步骤，具体在某个分析中，可以作相应的变化。

空间分析的基本步骤:

a) 确定问题并建立分析的目标和要满足的条件

b) 针对空间问题选择合适的分析工具

c) 准备空间操作中要用到的数据。

d) 定制一个分析计划然后执行分析操作。

e) 显示并评价分析结果

理解栅格数据

栅格数据一般被分为两类：专题数据（thematic data）和图像数据（image data）。专题栅格数据的值表示了某种测量值或某个特定现象的分类，如高程、污染浓度或人口。例如，在一个土地覆被图上单元值5可能代表森林，7可能是水域。图像中单元的值代表了诸如卫星图像或扫描照片的反射或发射的光或能量。空间分析模块的分析工具主要是针对专题栅格数据的。

所有空间分析模块的函数，处理的是栅格数据集的第一波段。本节将概述栅格数据及其创建方法。

栅格数据集的组成

一个栅格数据集，就象一幅地图，它描述了某区域的位置和特征及其在空间上的相对位置。由于单个栅格数据通常只表达单一专题，如土地利用、土壤、道路、河流或高程，因此要完整描述一个区域必须创建多个栅格数据集。

单元（Cell）

栅格数据集由单元组成。每个单元（cell），或像元，是代表某个区域特定部分的方块。栅格中的所有单元都必须是同样大小的。栅格数据集中的单元大小可以是用户想要的任何值，但必须保证其足够小以便能完成最详细的分析。一个单元可代表一平方公里、一平方米，甚至一平方厘米。

行（Rows）与列（Columns）

单元以行和列的形式摆放，组成了一个笛卡尔矩阵。矩阵的行平行于笛卡尔平面的x 轴，列平行于y轴。每个单元有唯一的行列地址。研究区内的所有位臵都包含在此矩阵中。值（Values）

每个单元被分配一个特定的值以标识或描述单元归属的类，分类或组，或栅格所描述现象的大小或数量。这些值代表的属性包括土壤类型、土壤质地、土地利用类、水体类型、道路类和居住类型等。

值也可表示连续表面上单元的大小、距离或关系。高程、坡度、坡向、飞机场噪声污染和沼泽的pH浓度都是连续表面的实例。

表达图像或照片的栅格数据，其单元值代表的是颜色或光谱反射率。

空间分析模块既支持整型（integer）值,也支持浮点（floating-point）值。分类（categorical）数据用整型值表示最佳，浮点值则适宜表示连续（continuous）表面。

分类区（Zones）

两个或多个具有相同值的单元属于同一分类区（zone）。分类区可以由连续、不连续或同时由以上两种单元组成。由连接单元组成的分类区通常表示某区域的单一要素，如一个建筑物、一个湖泊、一条路或一条电力线。实体的集合，如某州的森林林段、某县的土壤类型或城镇的单家庭住宅等数据，最有可能用许多离散的组（组是由连续的单元构成）构成的分类区来表达。

栅格数据中的每个单元都归属于某个分类区。有些栅格数据集只包含很少的分类区，有些则包含很多。

区域（Region）

分类区内的每组相互连续的单元为一个区域（region）。如果一个分类区仅由一组连续单元构成，那么它就仅含一个区域。为表达一个要素，分类区可由所需要的足够多的区域