第10章 栅格数据空间分析
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。
栅格数据空间分析
找出消防栓配备不足的地 区；
定位超市连锁店服务不到 的区域。
2011-4-23 西北大学城市与环境学院 王雷 38
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西北大学城市与环境学院 王雷
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3）成本加权距离函数（Cost Weighted）
成本加权距离制图可以获得每一单元至距离最近、成本最 低源的最少累加成本。这里成本的意义较广泛，可以是金钱、 时间或其它。
数据源（Data Source）
栅格信息（Raster Information） 数据范围（Extent） 空间参考（Spatial Reference） 统计特征（Statistics）
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数据源（Data Source）
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成本栅格数据 a.确定影响成本因素 b.确定个因素影响权值
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c.权值合并
d.得到最终成本栅格数据
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成本方向栅格数据（Direction） 成本权重距离数据告诉用户从每一个单元到它最近源 的最小累积成本，却不能告诉用户通过哪一条路可以到达。 而方向栅格数据为用户提供了一幅路线图，可以找到从任一 点出发，沿着成本最低路径到达最近源的路线。
5）数据过滤与综合（Filtering or generalization）
6）水文分析（Water-based analysis） 7）重分类（Reclassify)
8）统计分析（Statistical analysis ）
9）条件查询（Conditional）
栅格数据空间分析
栅格数据空间分析GIS空间分析方法（第二部分栅格数据空间分析）一、知识点介绍1、邻域分析（1）目的掌握局部分析和邻域分析的基本方法和操作步骤。
（2）数据…\实验数据\栅格数据分析\知识点介绍\邻域分析（3）操作邻域分析：邻域统计的计算是以待计算栅格为中心，向其周围扩展一定范围，基于这些扩展栅格数据进行函数运算，从而得到此栅格的值。
ArcGIS 中的邻域统计提供了十种统计方法。
分别如下：Minimum：找出在邻域的单元上出现最小的数值；Maximum：找在邻域的单元上出现最大的数值；Range：在邻域的单元上数值的范围；Sum：计算邻域的单元内出现数值的和；Mean：计算邻域的单元内出现数值的平均数；Standard Deviation：计算邻域的单元内出现数值的标准差；Variety：找出邻域的单元内不同数值的个数；Majority：统计邻域的单元内出现频率最高的数值；Minority：统计邻域的单元内出现频率最低的数值；Median：计算邻域的单元内出现数值的中值；A.加载数据B.进行邻域分析1．在Spatial Analyst 的下拉菜单中选择Neighborhood Statistics；2．在Input data 的下拉菜单中选择要用来进行邻域分析的图层；3．在Field 栏的下拉菜单中选择进行邻域分析的字段；4．在statistic type 栏中选择你要运用的统计类型；5．在Neighborhood 的下拉菜单中选择你要运用的邻域类型；6．在Units 后的两个选项中选择一个邻域类型设置时各参数值的单位，可以是栅格单元或地图单位。
7．指定输出结果的栅格大小；8．为输出结果指定目录及名称；9．点击OK 按钮。
利用邻域统计可以进行边缘模糊等多种操作，如下图8.55所示，原图为一海岸线，经过邻域统计的均值运算可以进行海岸线光滑。
2、距离制图（1）目的掌握局部分析和邻域分析的基本方法和操作步骤。
栅格数据分析ppt课件
OutRas = MajorityFilter(InRas1)
二、常用栅格数据操作：焦点运算
二、常用栅格数据操作：分区运算
• 用于处理相同值或相似要素的像元分组。分区可以是连续 的或不连续的。其中连续分区包含的像元是空间上相连的， 而非连续分区包含像元的分隔区。
二、常用栅格数据操作：分区运算
• ZonalMax
二、常用栅格数据操作：分区运算
二、栅格数据操作：分区运算
二、栅格数据操作：全局运算
• 每个单元位置处的输出值都可能取决于各种输入 栅格数据集结合而成的所有单元。主要包括：欧 氏距离和加权距离。
二、常用栅格数据操作：全局运算
• 自然距离：量测直线距离或称为欧几里德 距离。
• 耗费距离：是指穿越自然距离的耗费。
一、栅格数据模型：存储模型
• 连续数据 • 定义：A continuous surface represents
phenomena where each location on the surface is a measure of the concentration level or its relationship from a fixed point in space or from an emitting source. Continuous data is also referred to as field, nondiscrete, or surface data.
六、数据分析环境
Mask Extent
Mask Extent
Result
课堂回顾
• 常用栅格分析操作（四种） • 重采样和聚合之间的区别？ • 地图代数 • NULL和零之间的区别？
栅格数据的空间分析
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。
b5E2RGbCAP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。
p1EanqFDPw2、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。
DXDiTa9E3dArcGIS10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。
RTCrpUDGiT2. 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。
5PCzVD7HxA3、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。
jLBHrnAILg4、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。
xHAQX74J0X5、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。
LDAYtRyKfE6、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。
空间分析-栅格数据分析
ArcView为局部运算提供的Arithmetic（算术 ）, logarithmic（对数）, trigonometric（三 角函数）, 和 power（幂） 函数
坡度格网可用百分数(a) 或度数(b)表示， 局部运算可用来进行这两种测度系统的转 换
重分类
通过分类运算创建一个新的栅格图， 通过分类运算创建一个新的栅格图， 也成为重编码 新创建的格网逐个像元的分配新值
配置格网
距离量测运算的应用
自然距离的应用
明尼苏达西北部大沙丘鹤潜在栖息地的栅格 模型，应用30m分辨率的TM遥感图像建立植 被专题图，量测植被、道路、建筑物、农田 等的连续距离带，将适宜栖息植被分为理想、 较理想、勉强和不适宜几类
（d） （c）
使用有两个源单元（a）的格网和成本格网（b），每个链接 的成本距离（c）和从每个单元到源单元的最小累积成本距离
最小累计成本格网生成
（a）
（b）
（c）
步骤一、搜索与源单元邻接的像元， 步骤一、搜索与源单元邻接的像元，把这些像元放在激 活集合中，计算每个单元的成本值，成本价值排列如下： 活集合中，计算每个单元的成本值，成本价值排列如下： 1.0、1.5、1.5、2.0、2.8、 1.0、1.5、1.5、2.0、2.8、4.2 步骤二、选择最低成本值的单元，搜索其邻接单元， 步骤二、选择最低成本值的单元，搜索其邻接单元，计 算该单元与其邻接单元的成本值（ 算该单元与其邻接单元的成本值（最低成本值加上邻接 成本），并与原结果比较， ），并与原结果比较 成本），并与原结果比较，选择最小值赋给该单元作为 其最小成本值。排列成本价值。 其最小成本值。排列成本价值。 步骤三、成本为1.5的两个单元被选中，并搜索其邻域， 1.5的两个单元被选中 步骤三、成本为1.5的两个单元被选中，并搜索其邻域， 计算最低成本， 计算最低成本，排列成本值
实验二栅格数据的空间分析
实验二栅格数据的空间分析栅格数据的空间分析是利用栅格数据进行空间统计和空间建模的过程。
栅格数据是用栅格单元组成的二维数组，每个栅格单元代表地理空间上的一个特定位置，栅格单元中的数值表示该位置的一些属性或现象。
栅格数据的空间分析可以帮助我们理解地理现象的空间分布、模式和关系，为决策提供空间参考。
栅格数据的空间分析可以包括以下几个方面的内容。
首先是栅格数据的空间统计。
栅格数据的空间统计可以通过计算栅格数据的均值、最大值、最小值、标准差等统计指标，来描述地理现象的空间变化和分布情况。
通过空间统计分析，我们可以揭示地理现象的空间模式、集聚程度和异质性等特征。
其次是栅格数据的空间插值。
栅格数据的空间插值是通过已有的离散栅格数据，推算出未知位置的栅格数值，从而建立连续的栅格表面。
在空间插值中，常用的方法有反距离加权插值法、克里金插值法、样条插值法等。
通过空间插值，我们可以填补数据缺失的区域，获得更加连续、光滑的栅格表面。
再次是栅格数据的空间分析。
栅格数据的空间分析可以通过栅格运算、栅格叠加、栅格筛选等操作，在栅格数据之间进行空间计算和图层叠加。
通过空间分析，我们可以识别地理要素之间的关系，进行空间查询和挖掘，得到新的地理信息。
最后是栅格数据的空间建模。
栅格数据的空间建模是指基于栅格数据进行地理模型的构建和分析。
在空间建模中，可以使用基于栅格数据的地理模型，如细胞自动机模型、物理模型、统计模型等，来模拟和预测地理现象的发展和变化。
通过空间建模，我们可以预测未来的地理状态、评估不同决策对地理系统的影响，并优化决策方案。
总的来说，栅格数据的空间分析是利用栅格数据进行地理信息的统计、插值、分析和模拟的过程。
通过空间分析，我们可以更好地理解地理现象的空间分布和变化规律，为决策提供科学依据，促进地理信息的应用和发展。
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%
第十章数据探查ppt课件
取决于应用对象，通常需要编程
V1 V2 V3 V…
V1
如，经济领域用经济模型；地质领域用地质模V2型
V3
V… V1=f(V2)+f(V3)+f(V…)
1. 数据位置在哪里？ 2. 数据点的属性值是什么？ 3. 数据位置和属性值是否有关?
如何解决上述提出问 题呢？
有三类方法可用
◦ 简单的描述性统计量Βιβλιοθήκη 果◦ 先高亮图形，再高亮属性
操作
◦ 由指针选择要素（普通操 作）
◦ 由图形选择要素（GIS简单 操作）
◦ 由空间关系选择要素（GIS 复杂操作）
◦ 属性数据和空间数据二者 结合查询
选择要素
◦ 用鼠标拖画出方形区域
选择要素
◦ 用图形（如圆形）选择要素
例如，力学小学的学区，以力学 小学为圆形，1公里为半径画圆， 选择与居民区相交的地块。处于 该居民区范围的孩子才能入学。
◦ 白色：全国平均值以下 ◦ 灰色：全国平均值以上
用均值和标准差表示各州失业率 情况
◦ 分五级
表示1990年美国各州人口变化率
◦ 颜色深，人口变化较大 ◦ 颜色浅，人口变化较小
表示2000年美国各州人口变化率
◦ 西部各州人口增长较快 ◦ 呈团状聚集的方式
比较鹿的迁徙
◦ 北部区域呈两极 ◦ 南部区域鹿的分布更广泛 ◦ 呈集聚方式
用于查询的空间关系
◦ 包含
选择完全落入A要素之内的B要素
如，查询天津市范围内所有的大 学
◦ 相交
选择与A要素相交的B要素 如，查询与地震板块相交的城市
◦ 邻近
选择落在A要素指定距离之内的B 要素
如， 查询天津大学1公里内的餐 馆
栅格数据空间分析
• 主要功能：查询表面值、从表面获取坡度和坡向信息、创
建等值线、分析表面的可视性、从表面计算山体的阴影、 确定坡面线的高度、计算面积和体积、数据重分类、将表
面转化为矢量数据等。
最短路径计算方法： 为源中每一单元点寻找一条成本最小路径 为每个源寻找一条成本最小路径 为所有源寻找一条成本最小路径
Spatial Analyst\Distance\Shortest Path
目标点 成本累积数据层 成本方向数据层
三、密度制图
密度制图主要基于点数据生成，以每个待计算格网点为中 心，进行圆形区域的搜寻，进而计算每个格网点的密度值。 本质上讲，密度制图是一个通过离散采样点进行表面内插 的过程。
与指定栅格数据集同栅格大小
• 设置分析区域 Spatial Analyst\options
1、设置最大分析范围（Extent标签） 与可视区域相同 输入栅格的交集 图层的并集
自定义
2、设置局部分析区域 空间分析过程中，分析只是在所选择的单元集或局部区域 进行，不需在整个单元集上进行，需设置分析掩码。 分析掩码表示了分析过程中需考虑到的分析单元即分析范 围。
等值线是将表面上相邻的具有相同值的点连接起来的线。
等值线 坡度 坡向 山体阴影
3、地形因子提取
• 坡度的提取
坡度（degree of slope），水平面与地表面之间夹角。 坡度百分比（percent slope），高程增量与水平增量之 比的百分数。
• 坡向的提取
坡向，地表面上一点的切平面的法线矢量在水平面的投影
第10章 栅格数据空间分析
什么是DEM
DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型）主要用于描述一个区域的 地貌形态的空间分布情况，同时通过高程测量点进行内插或模拟计算获得。我 们通过查询DEM的值，可以知道某点的高程是多少。
的单位为英尺，由于1英尺=0.3048米，则需要制定高程缩放系数为0.3084， 将英尺单位转换为米。
距离栅格
距离栅格不仅考虑栅格表面距离，还会考虑成本等各种耗费因素的影响。 通过距离分析，可以获取很多有用信息，指导人们进行资源的管理和规划，如 地震紧急救援震区到最近医院的距离；连锁超市的服务区域评估等。
导入栅格数据
如果是DEM数据，我们可以直接打开，然后进行栅格分析。如果是利用影 像计算的结果数据，如地表温度数据、NDVI指数等，我们需要将数据导入成栅 格数据。在数据的导入过程中，在数据集类型，我们需要选择栅格数据集。
查询栅格值
要想查看某个栅格的值，我们可以在【分析】—【栅格分析】—【栅格查 询】中进行查询。查询结果会显示该栅格单元所在的数据源、数据集、坐标值、 行列号以及栅格值。按住ESC键或者单击鼠标右键可以取消查询，且按住ESC键 可以同时清除地图窗口高亮的栅格点。
计算最短路径
计算最短路径需要使用目标数据、距离数据和方向数据。例如要计算从一 些位于郊区的点到最近的购物商场的最短路径，那么位于郊区的点就是我们的 目标点，也就是目标数据。距离数据和栅格数据是已经生成的距离栅格数据。 计算最短路径的类型有3种，分别是像元路径、单一路径和区域路径。 像元路径
栅格数据的空间分析
栅格数据的空间分析栅格数据是地理信息系统（GIS）中常用的数据类型之一，它以栅格单元（也称像元）的形式存储地理空间上的信息。
栅格数据的空间分析是利用栅格数据进行地理空间分析和建模的过程，旨在揭示地理现象的分布、关系和变化规律，以支持决策和规划。
栅格数据的空间分析主要包括以下几个方面：1. 空间插值与克里金插值算法空间插值是一种通过已知点的观测值推断未知点的值的方法，常用于填充不完整或缺失的空间数据。
克里金插值算法是一种常见的空间插值方法，它利用观测点之间的空间相关性进行预测，并生成连续的栅格表面。
2. 栅格叠加分析栅格叠加分析是指将多个栅格数据层叠加起来，计算各个像元的值或属性。
通过栅格叠加分析，可以在地理空间中对不同的栅格数据进行组合、计算和统计，得到新的栅格数据图层，从而揭示地理现象之间的相互关系。
3. 栅格转矢量栅格转矢量是将栅格数据转换为矢量数据的过程。
矢量数据以点、线、面等几何要素和属性表的形式描述地理要素，与栅格数据相比，具有更精确的几何表示和灵活的属性描述。
栅格转矢量可以帮助我们更好地理解和分析地理空间中的对象和现象。
4. 栅格分析和空间建模栅格数据的空间分析还包括栅格分析和空间建模。
栅格分析是指通过对栅格数据进行各种数学和统计运算，提取地理空间中的特征和规律。
空间建模是指利用栅格数据建立地理空间中的模型，模拟和预测不同因素对地理现象的影响。
5. 地形分析地形分析是栅格数据空间分析的重要组成部分，它利用高程数据进行地形表征、地形量化和地形分析。
通过对栅格高程数据进行地形分析，可以揭示地理空间中的地形特征和地貌变化规律，为地质、地貌、水文等科学研究提供支持。
6. 遥感图像分析栅格数据的空间分析还包括遥感图像分析，利用遥感数据获取的栅格图像进行地物提取、分类、变化检测等分析。
遥感图像分析可以提供大面积、高分辨率的地理信息，为土地利用规划、资源调查和环境监测等提供重要参考。
总之，栅格数据的空间分析是GIS中重要的分析手段之一，它利用栅格数据进行空间插值、叠加分析、转矢量、分析和建模等过程，揭示地理现象的分布、关系和变化规律，为决策和规划提供科学依据。
《栅格数据空间分析》课件
栅格数据的来源
遥感数据
通过卫星、飞机等遥感平 台获取的地球表面的信息。 可以用于地貌分析、环境 监测等应用。
摄影测量数据
通过航空摄影测量或地面 摄影测量获取的具有高精 度的地表数据。广泛应用 于地形建模、城市规划等 领域。
激光扫描数据
利用激光雷达技术获取的 地表高精度三维点云数据。 常用于地形测量、建筑物 立体表达等任务。
数据融合与融合质量评估
将多源栅格数据进行融合，并评估融 合质量，以提高数据的准确性和可信 度。
栅格数据分析技术
1 地形分析
2 空间插值
利用栅格数据进行地形高程、坡度、坡向 等分析，用于地质勘查、土地规划等领域。
使用栅格数据进行空间插值，根据已知样 本点推测未知位置的值。常用于气象、环 境监测等。
3 析栅格数据中的土地 利用和植被指数等信息，提 供农业决策支持，如灾害风 险评估和农作物适宜性分析。
基础设施规划应用
利用栅格数据分析城市交通 流量、人口密度等，辅助城 市道路、水源、绿地等基础 设施规划。
总结
栅格数据空间分析的优势与挑战
栅格数据空间分析具有灵活性、高时空分辨率和广泛应用的优势，但也面临数据质量、计 算复杂度等挑战。
《栅格数据空间分析》 PPT课件
栅格数据空间分析是一种强大的数据处理和分析技术。本课件将介绍栅格数 据的定义、来源和处理流程，以及栅格数据在不同领域中的实际应用。探讨 栅格数据空间分析的优势、挑战和发展方向。
什么是栅格数据？
栅格数据是由等大小的像元组成的网格状数据结构，用来表示地理空间上的离散信息。它可以是二维或 多维的，常见的栅格数据有遥感影像、数字地形模型等。
栅格数据空间分析的前景和发展方向
随着技术的发展和数据的积累，栅格数据空间分析将在地理信息科学、城市规划、环境保 护等领域发挥更大作用。
《栅格数据分析》课件
04
CHAPTER
栅格数据的应用领域
地理信息系统（GIS）是栅格数据分析的重要应用领域之一。栅格数据在GIS中用于表示地形、地貌、植被分布、土地利用等空间信息，帮助进行空间分析和决策。
GIS利用栅格数据分析进行地图制作、空间查询、地形分析、土地利用规划等任务，为城市规划、资源管理、环境保护等领域提供支持。
详细描述
总结词
栅格数据分析的基本流程包括数据预处理、空间分析、信息提取和结果输出等步骤。
详细描述
栅格数据分析的基本流程包括数据预处理、空间分析、信息提取和结果输出等步骤。数据预处理包括对原始数据进行格式转换、坐标系转换、噪声去除等操作，以保证数据的准确性和可靠性。空间分析包括对栅格数据进行重分类、叠加分析、缓冲区分析的数据中提取有用的信息，如地形起伏、植被分布等。最后，将分析结果进行可视化展示和输出，为用户提供直观的分析结果。
城市规划与管理是栅格数据分析的重要应用领域之一。栅格数据可以用于表示城市人口分布、建筑分布、交通流量等城市信息。
通过栅格数据分析，可以辅助城市规划设计，优化城市空间布局，提高城市管理效率，促进城市可持续发展。
VS
农业与土地资源管理也是栅格数据分析的重要应用领域之一。栅格数据可以用于表示土地利用类型、土壤类型、农作物生长状况等农业信息。
栅格数据分析是地理信息系统（GIS）和遥感领域的重要分支，对于地理信息处理、资源环境监测、城市规划等领域具有重要意义。
总结词
随着遥感技术的发展和地理信息系统（GIS）的广泛应用，栅格数据分析已经成为地理信息系统（GIS）和遥感领域的重要分支。栅格数据分析能够提供更准确、更全面的地理信息处理和资源环境监测手段，对于城市规划、环境保护、灾害监测等领域具有重要意义。
栅格数据的空间分析方法
8
被赋予空值的单元有两种处理方式：
如果在一个操作符或局域函数、邻域函数中的邻域 或分区函数的分类区中的输入栅格的任何位置上存在 空值，则为输出单元位置分配空值。
忽略空值单元并用所有有效值完成计算。 9
分类区(Zones)
3
4.1 栅格数据
栅格数据集的组成 一个栅格数据集（就象一幅地图），描述了某
区域的位置和特征。 单个栅格数据集只能代表单一专题，如土地利用、
土壤、道路、河流或高程， 必须创建多个栅格数据集来完整描述一个区域。
栅格数据集的组成
4
单元(Cell)
栅格数据集由单元组成。 每个单元(像元)是代表某个区域特定部分的方块。栅 格中的所有单元都是同样大小的。 栅格数据集中的单元大小可以是需要的任何值，但必 须保证其足够小，以便能完成最细致的分析。 —个单元可代表一平方公里、一平方米，甚至一平方 厘米。
聚类聚合分析 多层面复合叠置分析 窗口分析 追踪分析
2
GIS的旗舰产品ArcGIS提供了一套功能齐全的栅格数 据的空间分析工具，包括： 密度制图分析(Density)、 距离制图分析(Distance)、 栅格插值分析(Interpolate to Raster)、 栅格数据的统计分析(Statistics)、 重分类分析(Reclassify)、 表面分析(Surface Analysis)
线特征的栅格数据表示 20
多边形数据
表示多边形或面数据的最好方式是能够最佳描绘多 边形形状的一系列连接单元。
多边形要素包括建筑物、池塘、土壤、森林、沼泽 和田野等。多边形特征的栅格数据表示来自21多边形数据
栅格数据的空间分析
栅格数据的空间分析栅格数据结构简单、直观，非常利于计算机操作和处理，是GIS常用的空间基础数据格式。
基于栅格数据的空间分析是GIS空间分析的基础，也是ArcGIS的空间分析模块的核心内容。
栅格数据的空间分析主要包括：距离制图、密度制图、表面生成与分析、单元统计、领域统计、分类区统计、重分类、栅格计算等功能。
ArcGIS栅格数据空间分析模块（Spatial Analyst）提供有效工具集，方便执行各种栅格数据空间分析操作，解决空间问题。
本章将对ArcGIS中栅格数据空间分析的各模块从原理上和实现上作详细的说明，并附以具体实例，引导读者更好的应用。
8.1 设置分析环境基于ArcGIS进行空间分析首先要设置分析环境。
分析环境的设置会一定程度地影响空间分析结果。
它主要包括工作目录的选择、栅格单元大小的设定、分析区域的选定、坐标基准的配准模式、分析过程文件的管理等。
本节将逐一对各分析环境的设置作详细说明。
8.1.1工作路径缺省情况下分析结果将自动保存在操作系统的默认路径下，如c:\...\temp。
当然，通过栅格空间分析模块中的Option选项的设置，可以指定新的所有分析结果的默认存放位置。
图8.1 设置工作路径1．单击Spatial Analyst菜单下的Option命令，打开Option对话框。
2．在弹出的Option对话框中选择General标签（图8.1）；3．在Working栏中指定存放路径；4．点击确定按钮。
8.1.2 栅格大小此处栅格大指分析过程中系统默认的栅格数据的栅格单元大小（Cell Size），也有人把它称为分析解析度。
栅格数据的空间分析就是在每一个栅格单元的基础上进行的。
如果单1元过大则分析结果精确度降低，如果单元过小则会产生大量的数据，而且计算速度降低。
所以需要选择合适的单元大小。
可以通过如下方式来设置：1. 单击Spatial Analyst菜单下的Option命令，打开Option对话框。
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插值步骤
插值主要分为三步，进行插值的数据必须是点数据，而且要带有属性字段， 字段必须是数值型的。比如要得到降雨的表面，那么点数据要有降雨量字段。 然后根据数据，选择合适的插值方法，设置相关的参数，最后进行插值。
在【分析】—【栅格分析】—【插值分析】，弹出栅格插值分析对话框。 对于公共参数，我们不进行具体介绍了，下面我们重点介绍下不同的参数。
填挖方
填挖方用来统计一个地形表面所需要挖方或者填方的土方量。 填挖方有三种方式，一是填挖方，二是面填挖方，三是反算填挖方。 填挖方 填挖方用于描述两个栅格数据集（填挖方前和填挖方后栅格数据集）之间 体积和面积的变化，“填方”表示表面区域物质的增加，“挖方”表示表面区 域物质的减少。 面填挖方 我们可以通过指定高低起伏的区域以及夷为平地的面的高程，进行面填挖 方计算，得出填方面积，挖方面积、填方量以及挖方量。可以绘制面或绘制线 计算区域内的填挖方面积、填挖方量。 反算填挖方 反算填挖方用于解决这样一种实际问题：已知填挖前的栅格数据和该数据 范围内要填挖的体积，来推求填方或挖方后的高程值。例如，某建筑施工地的 一片区域需要填方，现得知某地可提供体积为V的土方，此时使用反算填挖方就 可以计算出将这批土填到施工区域后，施工区域的高程是多少。然后可判断是
距离分析在【分析】—【栅格分析】—【距离栅格】中进行。
生成距离栅格
我们先介绍下什么是“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。源可以是矢量数据，也可以是栅格数据。
距离栅格可以解决3个问题： （1）栅格数据中每个像元到最近源数据的距离，例如到最近学校的距离。 即距离栅格。 （2）栅格数据中每个像元到最近源数据的方向，例如到最近学校的方向。 即方向栅格。 （3）根据资源的空间分布，要分配给源数据的像元，例如最近的几个学 校位置。即分配栅格。
查询栅格值
要想查看某个栅格的值，我们可以在【分析】—【栅格分析】—【栅格查 询】中进行查询。查询结果会显示该栅格单元所在的数据源、数据集、坐标值、 行列号以及栅格值。按住ESC键或者单击鼠标右键可以取消查询，且按住ESC键 可以同时清除地图窗口高亮的栅格点。
设置栅格分析环境
在【分析】选项卡下，点击【栅格分析】组的右下角，会弹出栅格分析环 境设置。包括结果数据集的地理范围、裁剪范围、默认输出分辨率等。 结果数据地理范围
否达到施工需求，是否需要继续填方。 填挖方注意事项
两个栅格数据必须具有统一的坐标和投影系统；理论上，要求输入的两个 栅格数据集的空间范围也是一致的。如果不一致，那么只计算重叠区域表面填 挖方的结果。若参与计算的一个栅格数据集某处的像元值为空值，则结果数据 集中该处像元值也为空值。
表面量算
表面距离 表面距离是计算在栅格数据集拟合的三维曲面上沿指定的线段或折线段的
用来设置高程被拉伸的程度。数值越大表示拉伸越大，地形越夸张。当系 数为1表示不拉伸。数值单位为倍，即对高程相对于原始高度拉伸的倍数。
其他设置 其他设置包括湖数据和范围数据。可以单独设置湖面的高程，这里的湖也
包括洼地或冰川等。范围数据为确定生成的地形数据的地理范围。如果没有湖 数据和范围数据，那么不需要进行设置。
制作地形阴影
我们可以通过制作三维晕渲图，来展示地形阴影。三维晕渲图主要是用于 显示。通过将栅格与三维晕渲图叠加，然后对栅格图层的透明度进行设置，可 以轻松地创建出精美细致颇具立体感的地貌图。这里面我们需要了解三个参数： 方位角、高度角和高程缩放系数。 方位角
光源的方位角。用正角度表示，范围从0度到360度，由正北方开始顺时针 计算。 高度角
默认的范围为参加分析的数据集的交集。我们还可以通过下拉选项设置和 某一个数据集范围相同，或是自定义范围。 裁剪范围
裁剪数据集必须是一个矢量面数据集。面数据集中的栅格会被保留。 默认输出分辨率
默认的输出分辨率大小为栅格分析的数据集的最大分辨率。也可以通过其 他方式设置默认输出分辨率。其他设置方式包括，与参加分析的数据集的最大 分辨率保持一致，与当前选中的数据集的分辨率大小保持一致，或者通过输入 数值指定分辨率大小。
什么是DEM
DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型）主要用于描述一个区域的 地貌形态的空间分布情况，同时通过高程测量点进行内插或模拟计算获得。我 们通过查询DEM的值，可以知道某点的高程是多少。
构建DEM
地形数据是我们进行地形分析的基础。如我们可以利用地形数据提取坡度 坡向的基础地形因子，以及进行水文分析、可视性分析等较复杂的地形分析功 能。只有构建高质量的地形数据，才能保证我们后续分析结果的可靠。
曲面距离。表面量算所量算的距离是曲面上的，因而要比平面上的值要大。 表面面积
表面面积是计算所选多边形区域内的栅格数据集拟合的曲面的总的表面面 积。也是要比平面上的面积要大。 表面体积
表面体积是计算所选多边形区域内的栅格数据集拟合的三维曲面与一个基 准平面之间的空间上的体积。在计算过程中，要求设置基准高程，基准高程为 量算表面体积的起始高度。
光源照射时倾斜角度。用正角度表示，范围从0度到90度，垂直正上方为 90度。 高程缩放系数
源数据集中1个单位的X、Y坐标单位与长度单位(米)的换算值。如果 X，Y 单位与 Z 单位相同，则高程缩放系数为1，表示不缩放。
如果 X，Y 单位与 Z 单位使用不同的测量单位，则必须使用适当的高程缩 放系数，否则可能会得到错误的结果。例如，X，Y 方向上的单位是米，而Z方向
我们可以提取所有的等值线等值面，也可以提取指定的等值线等值面。
通视分析
通视分析在航海、航空以及军事方面有重要的应用价值。比如设置雷达站、 通信站、设置观察哨所都会用到通视分析。通视分析包括可视域分析和可视性 分析。 可视域分析
可视域分析是对于一个或多个观察点，给定长度范围和方向范围，所能看 到的区域。图中，定义了观察点、长度和方向范围，得到的结果。绿色的区域 是可视的范围。 可视性分析
构建DEM有3种方式。通过等高线数据生成DEM，可以强化一些地形特征， 如山脊线、山谷线等。通过高程点和等高线生成DEM，可以使DEM更具有立体 感，尤其是山顶、洼地、山脊点、山谷点等地区。选择【数据】—【栅格】— 【DEM构建】，打开DEM构建对话框。 插值类型
插值类型有3种，分别是不规则三角网、距离反比权重插值法和克吕金插 值法。如果要使用简单有效的插值方法，那么建议选择距离反比权重法；如果 是小区域地形计算，那么建议选择不规则三角网法；如果是大区域地形计算， 那么建议选择克吕金方法。 高程缩放比
第十章 栅格数据空间分析
主要内容
本章内容主要包括： 构建DEM 表面分析 插值分析 水文分析 栅格统计
导入栅格数据
如果是DEM数据，我们可以直接打开，然后进行栅格分析。如果是利用影 像计算的结果数据，如地表温度数据、NDVI指数等，我们需要将数据导入成栅 格数据。在数据的导入过程中，在数据集类型，我们需要用目标数据、距离数据和方向数据。例如要计算从一 些位于郊区的点到最近的购物商场的最短路径，那么位于郊区的点就是我们的 目标点，也就是目标数据。距离数据和栅格数据是已经生成的距离栅格数据。 计算最短路径的类型有3种，分别是像元路径、单一路径和区域路径。 像元路径
每一个栅格像元都生成一条路径，即每个目标像元到最近源的距离。 单一路径
所有像元只生成一条路径，即对于整个目标区域数据集来说所有路径中最 短的一条。 区域路径
每个栅格区域都生成一条路径，此处栅格区域指栅格值相等的连续栅格， 区域路径即每个目标区域到最近源的最短路径。
计算两点最短地表路径、计算两点最小耗费路径
计算两点最短地表路径 点击【分析】—【栅格分析】—【距离栅格】—【两点最短地表路径】，
坡度分析 坡度分析用于计算栅格数据集（通常使用DEM数据）中各个像元的坡度值。
坡度值越大，地势越陡峭；坡度值越小，地势越平坦。在计算坡度时，坡度的 单位类型常用的是角度。 坡向分析
坡向分析用于计算栅格数据集（通常使用DEM数据）中各个像元的坡度面 的朝向。坡向计算的范围是0到360°，以正北方0°为开始，按顺时针移动，回 到正北方以360°结束。平坦的坡面没有方向，赋值为-1。
表面分析
表面分析主要通过生成新数据集，如等值线、坡度、坡向等数据，获得更 多反映原始数据集中所暗含的空间特征、空间格局等信息。
表面分析的操作是在【分析】—【栅格分析】—【表面分析】中。
提取等值线、等值面
我们要提取地形图中等高线、天气预报中等温线和等压面、等深线、等降 水量线等内容，可以采用提取等值线、等值面的方法。
在源数据上点击两个点，然后弹出两点最短地表路径对话框，结果为线数据集。 计算两点最小耗费路径
耗费栅格用于确定经过每个单元格所需的成本。耗费栅格的单位可以是任 何单位类型，如长度、时间、金钱等，也可以无单位，如重分级后的坡度、坡 向、土地利用类型等。计算两点最小耗费路径是在【距离栅格】中选择【两点 最小耗费路径】，选择耗费数据，进行计算，结果为线数据集。
的单位为英尺，由于1英尺=0.3048米，则需要制定高程缩放系数为0.3084， 将英尺单位转换为米。
距离栅格
距离栅格不仅考虑栅格表面距离，还会考虑成本等各种耗费因素的影响。 通过距离分析，可以获取很多有用信息，指导人们进行资源的管理和规划，如 地震紧急救援震区到最近医院的距离；连锁超市的服务区域评估等。
剖面分析
剖面分析用于研究某个截面的地形剖面，概括研究区域的地势、地质和水 文特征，包括区域内的地貌形态、轮廓形状、绝对与相对高度、地质构造、斜 坡特征、地表切割强度和侵蚀因素等，非常有利于修筑道路的难度评定或对沿 指定路线铺设铁路线的可行性评估，也可作为计算土方量的依据。
剖面分析的结果是一个CAD数据集，展示了DEM上绘制的线的高程。
块查找：是对块内最多点数对数据集进行分块，然后使用块内的点进行插 值运算。 体力系数：张力系数是用来调整结果栅格数据表面的特性，张力越大，插值时 每个点对计算结果影响越小，反之越大。