栅格数据法

实验七 栅格数据基本分析方法

1 实习目的

掌握基于栅格数据的空间分析基本方法，提高利用栅格数据解决地学空间问题的能力。具体实习内容如下：

(1) 学会使用栅格计算器进行栅格运算，体会栅格数据信息挖掘方法和应用的模式；

(2) 掌握栅格重分类方法，理解栅格重分类的基本思想和应用领域；

(3) 掌握距离运算与制图分析方法；

(4) 掌握栅格数据统计分析方法，包括单元统计、邻域统计、分区统计等运算方法。

2 实验环境与数据准备

(1) 软件环境准备：主要使用ArcGIS Desktop10.2平台，包

括ArcMap 、ArcCatalog 、ArcToolbox 等。

(2) Spatial Analyst 是ArcGIS 的外置扩展模块，需要单独进

行加载。点击ArcMap 【Tools 】菜单，选择【Extensions 】菜单项，

在弹出的“Extension ”对话框中选中Spatial Analyst ，即可使用该

扩展模块。

(3) 数据准备：河北省某区域模拟旅游景点的shapefile 格式

数据（Tourist ），河北省某区域GRID 格式的数字高程数据

（lsh_dem ）、土地利用栅格数据（lsh_dltb ），美国Ohio 州局部区

域GRID 格式的土地利用数据（ohio_landcut ）、数字高程数据

（ohio_demcut ）、Ohio

州土地利用数据的元数据

（ohio_FGDC.txt ）。 3 实验方法

3.1 栅格计算器的应用 栅格计算是栅格数据空间分析中最为常用的方法，是建立复杂应用数学模型的基本运算方法。ArcGIS 提供了图形化栅格计算器，可以方便的完成基于数学运算符和数学函数的栅格运算，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同时输入和运行。下面是提取Ohio 州土地利用类型中的“低密度住宅用地类型（Low Intensity Residential ）”的操作流程：

(1) 将Ohio 州土地利用类型数据ohio_landcut 、数字高程数据ohio_demcut 等相关数据，添加到一个新的空文档中。

(2) 栅格计算器启用。通过ArcToolbox 点击【Spatial Analyst 】→【Map Algebra 】→【Raster Calculator 】（图7-1），启动栅格计算器对话框（图7-2）。

(3) 计算条件公式的构建。将光标移入计算器表达式输入框，选择参与运算的图层和相关运算符构建计算公式（”ohio_landcut ”==21）。该公式表示提取土地利用数据中的低密度住宅用地类型（V alue=21）。

(4) 将输出结果栅格数据命名为“ohio_landcut_cal ”，点击OK 按钮即可完成栅格计算。

(5) 图7-3为部分土地利用数据，结果栅格中单元值为1的表示符合上述计算公式条件（Low Intensity Residential ），0表示其它用地类型。通过图层属性对话框中的“Symbology ”选项卡，为结果栅格图层定义单一值（Unique V alues ）渲染方式，以突出表达符合条件的运算结果（图7-4）。

图7-1空间分析工具的调用

3.2 数据重分类

重分类即基于原有栅格，对原有栅格单元值重新进行分类整理从而得到一组新值并输出。重分类一般包括四种常见的分类形式：新值取代、重新分类、旧值合并、空值设置。

例如，对河北省某区域的数字地形模型数据（lsh_dem ）进行重新分类，划分为5-7个高程范围等级，等级越高地形高度越大。具体的计算流程如下：

(1) 点击展开ArcToolbox 中的【Spatial Analyst Tools 】→【Reclass 】→【Reclassify 】，弹出栅格数据重分类对话框（图7-5）。

(2) 选择用于重分类的栅格数据集（Input dataset ），点击Reclassification 部分的“Classify ”按钮，弹出分类方法对话框（Classification ）（图7-6），选择合适的数据分类运算方法，在重分类对话框中，还可以对分类结果值进行重新定义（New values ）。

(3) 在“Output raster ”部分选择合适的存储位置并定义输出栅格文件名（lsh_dem_rec ）。

(4) 最后点击OK 按钮即可完成重分类运算。图7-7是重分类之前的数字地形图，图7-8是重分类之后的地形分带图，地形高度被分成7个等级，从1-7地形高度由低到高。

(5) 对重分类之后的结果属性表结构修改。在内容表中选择该栅格图层并打开其属性浏览表，

为其图7-3 部分原始土地利用数据 图7-4部分栅格计算结果（Low Intensity Residential ）

图7-2栅格计算器

构造的计算条件 选择参与计算的图层 逻辑运算符

增加新字段“ClassName ”（在非编辑状态下修改属性结构）（图7-9）。

(6) 重分类结果栅格的属性内容完善。利用Editor 工具条启用结果栅格数据（lsh_dem_rec ）的编辑状态，按照图7-10所示，为每一个高程带添加属性内容。

图7-6分类方法对话框

图7-5栅格数据重分类对话框

3.3 基于距离的运算

“距离”工具可用于以下方式的距离分析：欧氏（直线）距离、成本加权距离、用于垂直移动限制和水平移动限制的成本加权距离、源之间具有最小行程成本的路径和廊道等。通过 ArcGIS Spatial Analyst 扩展模块执行距离分析的两个主要方法是使用“欧氏”距离工具和成本加权距离工具。欧氏距离工具用于测量各像元与其最近源（源用于标识感兴趣的对象，如井、道路或学校）之间的直线距离。该直线距离通过从一个像元中心到另一个像元中心进行测量。不仅可以确定各像元到最近源的距离，还可以通过使用欧氏方向计算各个像元相对于源的方向，或通过使用欧氏分配确定哪个源是最近的源。

3.3.1 欧氏距离

欧氏距离（Euclidean Distance ）用于计算每个像元到最近源的欧氏距离，输入源数据可以是要素类或栅格。例如，利用欧式距离分析工具计算区域范围内各像元到旅游景点的距离，实验流程如下：

(1) 新建空地图文档，将Tourist.shp 要素类添加至当前文档。

(2) 在ArcToolbox 中点击【Spatial Analyst Tools 】，选择【Distance 】→【Euclidean Distance 】，打开欧式距离对话框（如图7-11所示）。

(3) 选择某个要素类或栅格为输入数据源（Tourist ），在Output distance raster 部分为输出栅格的选择合适的存放位置（文件夹AnalystResult ）并定义结果栅格数据文件名（TouristDist ）。

(4) 可选选项（Optional ）包括：定义最大距离的值（Maximum distance ），设定输出单元大小（

Output 图7-7重分类之前的数字地形图 图7-8重分类之后的地形分带图

图7-10重分类之后的添加新字段的栅格数据属性表

图7-9添加字段对话框