第十二章栅格数据分析
栅格数据处理与分析的技巧与案例分析
栅格数据处理与分析的技巧与案例分析引言栅格数据是地理空间信息的一种重要形式，具有大规模、高分辨率和多时相的特点。
在地理信息系统（GIS）领域中，栅格数据处理和分析是非常重要的任务，可以帮助我们深入了解地球表面的变化和空间关系。
本文将介绍一些栅格数据处理和分析的技巧，并通过实际案例来展示其应用价值。
一、数据预处理在进行栅格数据处理和分析之前，首先需要进行数据预处理。
数据预处理包括数据导入、数据格式转换、数据投影转换等步骤。
数据导入是将原始数据导入到GIS软件中，一般可以通过导入文件的方式实现。
数据格式转换是将原始数据转换为GIS软件可识别的格式，常见的格式包括TIFF、GRID、IMG等。
数据投影转换是将原始数据转换为目标坐标系下的数据，以便进行后续分析。
二、栅格数据处理技巧1. 遥感影像预处理遥感影像是栅格数据的一种重要类型，常常用于地表覆盖分类、土地利用变化检测等分析。
在进行遥感影像处理之前，需要进行影像预处理。
预处理包括影像去噪、辐射定标、大气校正等步骤。
影像去噪可以通过滤波器等方法实现，以去除图像中的噪声。
辐射定标是将卫星影像中的数字值转换为辐射亮度值，为后续分析提供准确的数据。
大气校正是为了消除大气因素对卫星影像的影响，使得影像能够更好地反映地表信息。
2. 栅格数据融合栅格数据融合是将不同分辨率、不同传感器的栅格数据进行融合，以提高数据的空间分辨率和时相分辨率。
常见的栅格数据融合方法包括主成分分析法、波段融合法、小波变换法等。
主成分分析法通过主成分分析的方法将多波段影像降维，提取主要信息。
波段融合法通过将多个波段的信息进行线性组合，以获得融合后的影像。
小波变换法通过小波变换的方法将低频和高频信息融合在一起，得到融合后的影像。
3. 栅格数据裁剪和镶嵌栅格数据裁剪是将原始栅格数据裁剪为特定区域的数据，以便进行局部分析。
常见的裁剪方法包括矩形裁剪和多边形裁剪。
矩形裁剪是在GIS软件中指定一个矩形范围，然后将数据裁剪为该范围内的数据。
12.栅格数据分析和综合案例
中图地信 闫磊编写
栅格的重分类
选择Raster，和对应字段（ Values） 值的范围是含下不含上 右图是2000 – 2500 含义为value>=2000 <2500,“-”前后都有一个 空格
数据为:12\fx\dem.img
中图地信 闫磊编写
栅格的重分类NoData
①异常0值处理 ②异常空值处理
中图地信 闫磊编写
异常0值处理
使用数据:12\异常dem\dem.tif
中图地信 闫磊编写
异常空值处理
使用数据:\12\异常dem\demnull.tif
中图地信 闫磊编写
5、填挖土石方
数据：12\填挖方计算
中图地信 闫磊编写
数据：12\设置等高线样式.mxd
1、区分首曲线和计曲线 2、标注计曲线
中图地信 闫磊编写
提取路面
数据：12\提取道路面\提取到路面.mxd
中图地信 闫磊编写
中图地信 闫磊编写
空和0转换
把空变成0 Con(IsNull("tingrid"),0,"tingrid") 把0变成空 Con("tingrid2" <> 0,"tingrid2" ) 把某个值（2000）转换为空是类似的 Con("tingrid2" <> 2000,"tingrid2" )
中图地信 闫磊编写
函数说明
三角函数包括：Sin（正弦函数）、Cos（余弦函数）、 Tan（正切函数）、Asin（反正弦函数）、Acos（反余 弦函数）、Atan（反正切函数）。 对数函数（Logarithms）：对数函数可对输入的格网数 字做对数或指数的运算。指数部份包括：Exp (底数e) 、Exp10 (底数10)、Exp2 (底数2)三种；对数部份包 括：Log (自然对数)、Log10 (底数10)、log2 (底数 2)等三种。 幂函数（Powers）：幂函数可对输入的格网数字进行幂 函数运算。幂函数包括三种：Sqrt (平方根)、Sqr ( 平方)、Pow (幂)。
栅格数据分析的基本模式
算术运算 指两层以上的对应网格值经加、减运算，而得到新的栅格 数据系统的方法。这种复合分析法具有很大的应用范围。图 6-4给出了该方法在栅格数据编辑中的应用例证。
基于栅格数据结构的叠加分析
B A
标号 A B 地貌 阳坡 阴坡
1
3
2
标号 1 2 3 标号 A1 A2 A3 B1 B2
植被 林地 农地 牧地 综合属性 阳坡 林地 阳坡 农地 阳坡 牧地 阴坡 林地 阴坡 农地
A1 A2
B1 A3
B2
复合运算方法
数学运算复合法 指不同层面的栅格数据逐网格按一定的数学法则进行 运算,从而得到新的栅格数据系统的方法。其主要类型有以 下几种:
1耕地 2园地 3林地 4居民点 5独立工矿 6水域 7未利用地
图
某镇土地利用现状图
4
4
6
4 4 6 4
图 空间聚类分析输出图形
4.1.2聚合分析
概念 聚合分析是根据预先设定的聚合条件，在同一 图层上进行数据类别的合并或转换，以实现空间地 域的兼并，从而将复杂的空间数据合并成预定的类 别 空间聚合的结果往往是将复杂的类别转换为较简单 的类别，大多数以小比例尺图形输出。当从大比例 尺图形向小比例尺图形转换时，常使用这种方法。
题图或地形图进行视觉复合，就可以直觉地解决某些“异物同
谱”分类问题，从而大大提高遥感分类精度。
遥感影像与专题地图的复合
C 专题图和数字高程图视觉复合
专题图通常用平面图来表示，而数字高程模型（ DEM ）
的立体彩色显示是具有高度真实感的，如果把各种专题图和数
字高程图复合生成立体专题图，可以大大增强视觉效果，便于 人们认识和研究自然资源。例如，把旅游图和数字高程图结合 生成立体旅游景观图，有利于人们观察景点分布和旅游路线选 择；再如将野生动物分布图与数字高程图结合，生成立体野生
栅格数据基本分析方法
栅格数据基本分析方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)掌握距离运算与制图分析方法；(2)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；(3)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；(4)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.实验环境与数据准备(1)软件准备：ArcMap、ArcCatalog、加载空间分析模块（Spatial Analyst）（平台）(2)数据准备：河北省城市、县城、乡村位置点文件，河北省交通线要素，河北省湿地分布的多边形要素。
3.实验方法ArcGIS在空间分析模块（Spatial Analyst）中提供了一套用于栅格数据分析的工具集。
图7-1分析环境设置Spatial Analyst是ArcGIS的外置扩展模块，需要单独进行加载。
在ArcMap的【T ools】菜单下，点击【Extensions】，选中Spatial Analyst，即可加载此模块。
3.1.分析环境设置进行空间分析前，首先设置分析环境。
包括工作目录选择、栅格单元大小设定、分析区域选定、坐标系统模式、过程文件管理等。
点击【Spatial Analyst】，选择【Options】菜单项，弹出环境定义对话框，选择General、Extent、Cell Size进行切换，实现分析环境的自定义（图7-1）。
3.2.距离运算ArcGIS中的距离制图包括：直线距离函数（Straight Line）、分配函数（Allocation ）、成本距离加权函数（Cost Weighted）、最短路径函数（Shortest Path），可以实现常用的距离运算与制图分析。
直线距离分析计算：点击【Spatial Analyst】，选择【Distance】→【Straight Line】，打开直线距离制图对话框（如图7-2所示）。
栅格数据详解
栅格数据详解目录一简介二栅格结构的数据组织方法三栅格数据的获取途径与原则四栅格结构的编码方法一简介1基本知识栅格数据是按网格单元的行与列排列、具有不同灰度或颜色的阵列数据。
栅格结构是大小相等分布均匀、紧密相连的像元(网格单元)阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织。
是最简单、最直观的空间数据结构，它将地球表面划分为大小、均匀、紧密相邻的网格阵列。
每一个单元(象素)的位置由它的行列号定义，所表示的实体位置隐含在栅格行列位置中，数据组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性或指向其属性的指针。
对于栅格结构:点实体由一个栅格像元来表示;线实体由一定方向上连接成串的相邻栅格像元表示;面实体(区域)由具有相同属性的相邻栅格像元的块集合来表示。
2栅格结构的特点数据直接记录属性的指针或属性本身，而其所在位置则根据行列号转换成相应的坐标给出。
也就是说，定位是根据数据在数据集合中的位置得到的。
如图1(a)所示，数据1表示属性或编号位的一个点，其位置由所在的第3行、第5列得到。
因为栅格结构是按一定的规则排列的，因此所表示的实体位置很容易隐含在网格文件的存储结构中。
在网格文件中每个代码本身明确地代表了实体的属性或属性编码，如果为属性编码，则该编码可作为指向实体属性表的指针。
图1(a)中表示了代码分别为1，3，6的实体，图1(b)表示了一条代码为8的线实体，图1(c)表示了3个代码分别为4，7，9的面实体。
(a)点(b)线(c)区域000000000080000044447777000000000008000044444777000010000000800044449977000000000000080000499977000300000000080000099977000000000000080000099999000006000008800000009999000000000000000000000999图1二栅格结构的数据组织方法栅格地图数据栅格结构是用有限的网格逼近某个图形，因此用栅格数据表示的地表是不连续的，是近似离散的数据。
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？
GIS空间分析栅格数据分析
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名称(Name): 每个栅格数据集必须有一个名称以 便在数据库中相互区分。所有对栅格数据集的访 问都是通过它的名称进行的，数据集的名称在所 有表达式中必须一致。
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3.2 栅格数据分析的环境
在对栅格数据进行分析之前，需要设置分 析选项，主要包括：
结果输出的路径 分析范围 单元大小 在选择的单元上进行分析的分析掩膜
山体阴影是通过用2D显设置光源位置，并根据单元 相对于光源方向，或根据单元的坡度和坡 向，计算每个单元的光照值，依此来创建 一个假想的表面照明。
山体阴影经常用于制作视觉效果生动的地 图。以山体阴影为背景的地图，可以在地 势图上添加栅格或矢量数据。
观察点的要素类可以包含点或线。线的结 点或中间点将被看作是观察点。
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视域分析计算在可视表面上，从一个或多个观察点可 以看到的区域。通过参数的设置可以控制视场的水平 和垂直范围、观察者高度、目标单元和视场半径。
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视域选择参数
通过向观察图层中添加指定名称的数据项， 可以设置一系列视觉visibility参数。
在对降雨表面计算坡度时，它所表示的是降水 变化的区域，以及变化的快慢（“坡度”越陡， 表示变化越快）。
在侵蚀分析或建筑工地中也可以应用坡度计算。
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坡度是指每个单元与其相邻单元之间变率最大的 值。坡度既可以用度（如：45°），也可以用百 分比（如：50%）表示。通常度应用于科学研究， 而百分比则用于交通研究（如：“注意：前方有 6%的坡度！”）。
在将栅格转换为点要素时，Spatial Analyst模块给 每个非空值栅格创建一个点。点的坐标就是该单 元质心的位置。
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
第12章栅格数据分析
二、邻域运算
邻域运算得到的既可以是最小值、最大值、值 域、总和、平均值、中值、标准差等统计值，也可 以是众数、少数和种类数等测量值列表。
二、邻域运算
简化数据 图像处理 地形分析 选择像元
三、分区运算
分区运算用于处理相同值或相似要素的像元分
组。这些组称为分区。分区可以是连续的或不连续 的。
四、自然距离量测运算
配置栅格中的像元值对应于距该像元最 近的源像元。方向栅格中的像元值对应于距 它最近的源像元的方向值（以度为单位）。
四、自然距离量测运算
函数计算得到，或通过分类表对其赋值。
一、局域运算
以单一栅格为源数据，基于输入栅格的像元值， 局域运算通过空间数学函数计算输出栅格的每个像 元值。
一、局域运算
表达式[slop_d]=57.296×arctan([slope_p]/100)
一、局域运算
重新分类是通过分类生成一个新的栅格数据的 局域运算方法，也称再编码，或通过查找表的转换。
三、分区运算
单个输入栅格
三、分区运算
区几何特 征的测度对于景观生态学研究尤为重要。
两个栅格的分区运算可得出用于比较目 的的描述性统计值。
四、自然距离量测运算
自然距离是量测直线距离或称为欧几里得距
离。
耗费距离量测的是指穿越自然距离的耗费。
四、自然距离量测运算
一、局域运算
同时用多个输入栅格，而非仅用单一输入栅格。
一、局域运算
一、局域运算
二、邻域运算
邻域运算涉及一个焦点像元和一组环
绕像元。
二、邻域运算
环绕像元是按其相对于焦点像元的距
离和（或）方向性关系来选定的。
矩形邻域 圆形邻域 环形邻域 楔形邻域
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
栅格数据分析
#GRID_GEOMDESC_THICKNESS Characteristics of an ellipse that is fit to a zone :
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邻域运算
设计一个中心点单元和一组环绕其单元 的栅格数据分析技术
邻域运算要素
中心点 邻域大小与类型 邻域运算函数
邻域运算一般在单个图层上进行
通过所确定的邻域类型扫描整个格网。
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邻域运算：邻域大小与类型
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邻域运算函数
例：经管单元外形指数定义为 354乘以面积 的平方根 除以周长，则ArcView克表示为
((([ grid1].ZonalGeometry(# GRID _ GEOMDESC _ AREA)).Sqrt *354 ) /([grid1].ZonalGeometry(# GRID _ GEOMDESC _ PERIMETER )))
农作物产量与土壤类型分析 农作物产量与地形分析
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43
6.7
2/2/2020
ห้องสมุดไป่ตู้
31
最小累计成本计算示例
1221 1451 2376 1344
3.5 1.5 B
2.0 2.8 2.8 3.0
3 5.7 4.0 1
3.0 3.5 3.5 4.0
1.5 2.8 6.7 4.5 4.0 4.5
A 2 5.5
4.5 5.5 5.7 5.7
12.栅格数据分析
中国管理科学研究院人才战略研究所
使用数据:12\fx\slope,图斑为12\fx\slope\Data下nc_parcel 计算图斑图的坡度.exe
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属性关联
设置对应的字段
中国管理科学研究院人才战略研究所
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求一个地方的平均海拔 已有dem和行政区划图， 求各行政区划的平均海拔
重分类（Reclassify） 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。 � 重分类只能从（详）细到 粗（略），不能相反、可 逆操作。 Reclassify对多波段影像， 按第一个波段处理
中国管理科学研究院人才战略研究所
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3、栅格计算器使用(中级）
中国管理科学研究院人才战略研究所
栅格计算器Raster Calculator是栅格数据空 间分析中数据处理和分析中最为常用的方法， 应用非常广泛，能够解决各种类型的问题，尤 其重要的是：建立复杂的应用数学模型的基本 模块。 ArcGIS 提供了非常友好的图形化栅格计算 器，利用栅格计算器，不仅可以方便的完成基 于数学运算符的栅格运算，以及基于数学函数 的栅格运算，而且它还支持直接调用ArcGIS 自 带的栅格数据空间分析函数，并且可以方便的 实现多条语句的同时输入和运行。
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函数说明-其他重要函数（高级）
中国管理科学研究院人才战略研究所
1.Con 语法如下 Con(<Condition>, <true_expression>, _ {<Condition>, <true_expression>}, _ {<Condition>, <true_expression>}, _ {false_expression}) 如Con("tingrid" >= 2000,3,"tingrid">= 1900,2,1) 含义 if "tingrid" >= 2000 then 返回值3 else if "tingrid" >= 1900 then 返回值2 else 返回值1 使用Con可以实现栅格重分类，Con比较灵活，栅格重 分类比较直观，简单。
栅格数据分析方法
GIS中栅格数据的分析模式***（建筑与城乡规划学院湖南湘潭411201）摘要：数据是地理信息系统的基础，强大的地理信息分析功能对数据有很高的要求。
与矢量数据相比，栅格数据具有其独特的一面，尤其在空间辅助决策部分要求不高的情况下,采用栅格地理信息系统。
其信息更加全面、内容更加具体、开发速度较快，是地理信息系统进一步的延伸。
本文从栅格数据出发，对栅格数据的结构、表示以及空间分析机制进行了简单阐述，并探讨了栅格数据在地形中的表示方法。
关键词：地理信息系统，栅格数据，地形表示0 引言地理信息系统(Geographic Information System，GIS)是一种具有采集空间数据并存储、管理、分析与表现空间信息的计算机系统。
采用GIS技术使高效管理具有空间分布特征的原始数据及其制图输出成为可能，并逐步成为现代企业管理和政府决策的有力助手[1, 2]。
数据是地理信息系统的血液，在现有的系统开发设计中，投入成本最大的便是数据处理，其投入费用占系统建立和维护的70%以上。
从应用的角度来看，近几年GIS的应用领域不断扩大，出现了大量成熟的商业GIS平台，空间数据的建设越来越受到重视。
基于空间数据基础设施的建设，人们开始了空间数据共享和互操作的研究。
但是多种数据格式的互相转换，均需要以栅格图像矢量化为前提。
在矢量化过程中，必然导致部分细微信息的缺失，数据转换误差等空间数据的不确定性问题[3]。
如何解决数据处理的高成本，减少项目周期，更多的恢复数据固有信息，已成为地理信息系统发展的至关重要问题。
采用栅格图像，取消矢量化数据的步骤是对GIS数据发展的一个尝试，目前国内仍没有相关的技术及应用。
通过对计算机数据结构及遥感图像处理等多方面的经验借鉴，融合了其它领域内的相关技术，适时应用到地理信息系统方面进行开发研制，由此积淀了一些基于栅格数据的地理信息系统技术体系，并得到了应用实践。
1.GIS中的栅格数据1.1栅格数据的结构组织基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，是指将空间分割成有规则的格网，在各个格网上给出相应的属性值来表示地理实体的的一种数据组织形式。
上机十二 栅格数据分析
上机十二栅格数据分析一、目的与任务1. 熟悉并掌握ArcGIS环境下栅格数据分析的局部运算、邻域运算、分区运算等基本运算的操作。
2. 熟悉并掌握ArcGIS环境下数据查询中的自然距离量测运算基本操作。
二、实验准备1. 人员组织：以班为单位由教师进行操作上的讲解演示。
2. 仪器资料：计算机、多媒体、已安装的ArcGIS软件、上机实验指导书。
3. 数据：emidalat、slope_gd、aspect_gd、precipgd、hucgd、strmgd和elevgd等栅格文件。
三、内容与方法本节应用部分涉及栅格数据分析的基本运算。
习作1为局部运算；习作2用Combine函数进行局部运算；习作3为邻域运算；习作4为分区运算；习作5为数据查询中的自然距离量测运算。
栅格数据分析开始之前通常先设置分析环境，包括分析区域和输出像元大的设定。
然而，在以下的习作中省略了这一步骤，因为没有使用分析掩模，而且输出与输入的像元大小一致。
习作1：执行局域运算所需数据：emidalat，一个像元大小为30m的高程栅格。
习作1要求运行局部运算，将emidalat数据的高程值从m转化为英尺。
1.启动ArcCatalog，连接到Chap12数据库。
在Catalog目录树中，从emidalat的快捷菜单中选择Properties（属性）。
Raster Dataset Properties（栅格数据集属性）对话框显示出emidalat属性由186列、214行，像元大小为30m，值域为855-1337（m）。
还有，emidalat是浮点型的ESRI格网（grid）。
2.启动ArcMap，添加emidalat到图层，图层重命名为Task1&3。
打开ArcToolbox。
右击ArcToolbox，选择环境，设定第12章数据为当前工作空间和临时工作空间。
双击Spatial Analyst Tools/Math（空间分析工具/数学分析）工具集下的Times（乘）工具，在出现的对话框中，选择emidalat为输入栅格或常量值为1，输入3.28为输入栅格或常量值为2，在当前工作空间保存输出栅格为emidaft。
【精编】栅格数据的信息复合分析PPT课件
层次分析法(AHP)
AHP方法把相互关联的要素按隶属关系分为若干 层次，请有经验的专家对各层次各因素的相 对重要性给出定量指标，利用数学方法综合 专家意见给出各层次各要素的相对重要性权 值，作为综合分析的基础。例如要比较n个因 素 定 用 果 它y它 a可 应i＝j表们 用 满{示y在 矩 足l，y：阵zi中与yA2的y，＝J对比…(aZ重，ij的)n，y*影nn每}表响对次示之目取，比标两A，Z叫个的全成因影部对素响比比y，较i和矩确结y阵J，， aij>0,aji=1/aij (i,j=1,2,...n)
模型：所谓模型，就是将系统的各个要素，通过适当的筛选， 用一定的表现规则描写出来的简明的映象。通常表达了某 个系统的发展过程或发展结果。
地学模型：是用来描述地理系统各个要素之问相互关系和客 观规律的，它用信息的、语言的、数学的或其它表达形式， 通常反映地学过程及其发展趋势或结果。是在对系统所描 述的具体对象与过程，进行大量专业研究的基础上，总结 出来的客观规律的抽象或模拟。地学模型也称为专题分析 模型。
应用
跟踪某些地理分布的变 化，如人口变迁、土地 类型变化等。
简化复杂目标的模型建 立等
几何量算
几何量算对点、线、面、体4类目标物而言， 其含义不同的：
点状目标：坐标； 线状目标：长度、曲率、方向； 面状目标：面积、周长等； 体状目标：表面积、体积等。
几何量算
n 维匀质空间广义距离公式
空间分析技术发展及存在问题
空间分析技术发展
各种地图应用（医学应用） 定量分析空间对象的分布模式 地理空间本身特征、空间决策过程、时空演化过程等
空间分析发展存在问题
地图的直观性，忽视地图信息的解析性和复杂性，缺 少对地图应用的研究
GIS实验报告之栅格数据分析
使用的方法
分类的个数
采用等间距分级
最后的图形
(2).重分类娱乐场所直线距离数据.
只是这和上面的图层不一样
最后的图形
(3).重分类现有学校直线距离数据集.
方法和上面的一样，就不多说了。
(4).重分类土地利用数据集.
设置相应的值，把不需要的值为：NOData
显示的图形
8.适宜区分析
实验题目
栅格数据分析
成绩
一、实验目的：熟练掌握Spatial Analyst空间分析模块功能
二、实验内容：新校区选址和寻找最佳路径，包括操作步骤以及结果。
三、实验过程：
新校区选址
1、加载模块
选择加载的模块如图
2、加载实验数据
所要加载的数据
大开后，如图所示：
3.设置空间分析环境，如图：
设置路径
选择土地利用图层
Neighborhood Statistics按钮后显示的图形
得到的地形起伏成本数据图
（3）、河流成本数据集
和上面的一样打开如图所示的对话框
对其赋值
显示的图
5、加权合并单因素成本数据，生成最终成本数据集。
输入的表达式
得到的图
6、计算成本权重距离函数
做的路径
计算的对话框设置
生成的成本距离图
生成的成本方向图
选择土地利用图层
4.从DEM数据中提取坡度数据集.
不要忘了选择相应的图层后面的和这一样
生成坡度的方法
显示的坡度图
5.从娱乐场所数据”rec_sites”提取娱乐场所直线距离数据.
生成的方法
最后生成的图形如图：
6.从现有学校位置数据”School”提取学校直线距离数据集.
《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
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由单个或多个输入栅格生成一个新的栅格，新栅格 的像元值可以由输入与输出栅格的关系函数计算得 到，或通过分类表对其赋值。 局部 (local) 运算（或逐像元函数）计算栅格输出 数据集，其中每个位置（像元）的输出值取决于与 一个或多个栅格数据集上的该位置相关联的值。也 就是说，单个像元的值（不考虑相邻像元的值）对 输出值有直接的影响。可将逐像元运算应用到单个 栅格数据集或多个栅格数据集。
用于处理相同值或者相似要素的像元分组。 连续分区包含的像元是空间上相连的 非连续分区包含像元的分隔区
全局 (global) 运算（或逐栅格运算）会计算输出栅 格数据集，其中每个像元位置处的输出值都可能取 决于各输入栅格数据集组合而成的所有像元。全局 (global) 运算有两种主要类别：欧氏距离和加权距 离。
栅格计算器Raster Calculator是栅格数据空间分析中数 据处理和分析中最为常用的方法，应用非常广泛，能够解 决各种类型的问题，尤其重要的是：建立复杂的应用数学 模型的基本模块。 ArcGIS 提供了非常友好的图形化栅格计算器，利用栅 格计算器，不仅可以方便的完成基于数学运算符的栅格运 算，以及基于数学函数的栅格运算，而且它还支持直接调 用ArcGIS 自带的栅格数据空间分析函数，并且可以方便 的实现多条语句的同时输入和运行。
Nodata以为数据缺失 0表示有效像元值
ArcGIS Spatial Analyst 扩展模块中，基于像元的 可用分析运算可分成五类： 作用于单个像元的运算（局部 (local) 运算） 作用于邻域内的所有像元的运算（焦点 (focal) 运 算）——邻域运算 作用于区域内的所有像元的运算（分区 (zonal) 运 算） 作用于栅格内所有像元的运算（全局 (global) 运 算）——欧氏距离全局 (global) 运算 执行特定应用的运算（例如，水文分析运算）
Extract by Mask可以导出每个波段,不要输出扩展名
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Composite Bands
在ArcGIS中，使用栅格数据进行空间分析前，先要 设置分析环境。环境的设置主要包括 设置工作路径 栅格单元大小的设定 分析区域的选定 坐标基准的配置 管理过程文件
加载空间分析模块
栅格计算器由四部分组成，左上部Layers选择框为当前 Arcmap试图中已加载的所有栅格数据层名列表，双击任 一个数据层名，该数据层名便可自动添加到左下部的公 式编辑器中，中间部位上部是常用的算术运算符、0~10、 小数点.、关系和逻辑运算符面板，单击便可自动添加按 钮内容到公式编辑器中。右边可伸缩区域为常用的数学 运算函数面板，同样单击便可自动添加按钮内容到公式 编辑器中。
取整计算
=no data
Input raster
output raster
重分类即基于原有数 值，对原有数值重新进行 分类整理从而得到一组新 值并输出。根据用户需要 的不同，重分类一般包括 四种基本分类形式：数值 更新（用一组新值取代原 来值）、类别合并（将原 值重新组合分类）、 同标 准分类（以一种分类体系 对原始值进行分类），以 及特定值重分类（为指定 值设置空值）。
1. 设置工作路径
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。也可以通过 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。
设置工作路径
2. 设置栅格大小
栅格大小指分析过程 中系统默认的栅格数据的 栅格单元大小（Cell Size），又称为分析解析 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，且计算速 度降低。故而需要选择合 适的单元大小。
设置栅格大小
3. 设置分析区域 （1）利用坐标设置分析 区域
通过设定矩形四边坐标 值，定义一个用户需要的矩形 计算范围。
利用坐标设置分析区域
2）使用掩码设置分析区域
分析掩码标识分析过程中 需要考虑到的分析单元即分析 范围。首先预设分析掩码，并 对不需要进行分析的单元赋空 值，然后进行分析。
利用掩码设置分析区域
定义格格单元的大小时，我们需要平衡信息的精确 性和数据量之间的矛盾。 栅格单元代表的尺度越小CellSIZE，表达的信息就 越精确。 栅格单元代表的尺度越大，存储数据所需要的空间 就更少，同时，表达的信息也就不精确。 在ArcGIS中改变CellSIZE，使用Resample 重采样 Resample：可以处理单波段，也可以处理多波段
邻域统计对话框
分区运算的输出栅格数据集中每个像元的输出值取决于其自身的像 元值以及制图区域内所有与其相关联的像元的值。分区 (zonal) 运 算与邻域运算相似，不同点在于分区 (zonal) 运算中的邻域是区域 本身的结构，而非指定的邻域形状。一个区域可以是任意形状和大 小，而且各部分之间可以离散分布。区域可以定义为栅格数据或要 素数据。对于栅格数据，区域就是值相同的所有像元。对于要素数 据，区域就是属性值相同（例如，LandClass = 4）的所有要素。
（4）多语句的编辑
ArcGIS栅格计算器多表达式同时输入，并且先输入 的表达式运算结果可以直接被后续语句引用，如： d = [DEM]*100 e = d >= 2500 一个表达式必须在一行内输入完毕，中间不能回行。此 外，如果后输入的函数需要引用前面表达式计算结果， 前面表达式必须是一个完整的数学表达式，如“d = [DEM]*100”，等号左边为输出数据文件名，右边为计算 式。此外，引用先前表达式的输出对象时，直接引用输 出对象名称，对象名称不需要用中括号括起来，如“e = d >= 2500”中“d”。
图8.40 框
重分类对话
1. 数值更新
事物总是处于不断发 展变化中的，地理现象更是 如此，所以为了反映事物的 实时真实属性，需要不断地 去用新值代替旧值。例如， 气象信息的实时更新，土地 利用类型的变更等。
数值更新示意图
2. 类别合并
将一些具有某种共性的事物合并为一类。例如可以将商 场，超市，餐馆等同归并为服务场所，也可将麦地，水稻 地，菜地等同归并为耕地。
邻域统计计算过程 中，对于邻域的设 置有不同的设置方 法，常用的有四种 邻域分析窗口
邻域分析窗口类型
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 格数据进行统计函数运算， 从而得到此栅格邻域范围内 的数据统计值。邻域统计通 过窗口分析获得指定邻域的 数据统计信息。如右图红色 线范围就是一个3X3邻域统 计分析窗口。
邻域统计
邻域统计方法： 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。
涉及一个焦点像元和一组环绕像元，环绕像元是按 照其相对于焦点像元的距离和方向性关系来选定的。
焦点 (focal) 运算（或邻域运算）会生成一个输出栅格数据集，其中每个像 元位置的输出值取决于某个像元的输入值及其周围指定邻域中的像元值。 因为输入中的每个像元都会得到处理，所以邻域本质上是一个随像元平移 的移动窗口。邻域的结构（大小和形状）具体确定待处理像元周围的哪些 像元将应用于每个输出值的计算。最典型的邻域类型是 3 × 3 像元，包括 待处理的像元和最邻近的八个像元。
栅格计算器
（1）简单数学计算 在公式编辑器中先输入计算结果名称，再输 入等号（所有符号两边需要加一个空格），然后 在Layers栏中双击要用来计算的图层，则选择的 图层将会进入公式编辑器参与运算。其中“-”和 “^”为单目运算符，运算符前可以不加内容，而 只在运算符后加参与计算的对象，如a = [slope]等。在公式编辑器如果引用Layers选择框 的数据层，数据层名必须用[ ]括起来。
算数函数：abs, int, float, 三角函数： Sin（正弦函数）、Cos（余弦函数）、Tan（正切函数）、 Asin（反正弦函数）、Acos（反余弦函数）、Atan（反正切函数）。 指数函数：exp, exp2 , exp10 对数函数：log，log2, log10 幂函数：Sqrt (平方根)、Sqr (平方)、Pow (幂)。
201空间分析的基础，也是ArcGIS 的空间分析模块的核心内容。 栅格数据分析是基于栅格像元 和栅格的分析，较矢量数据更 为简单。 ArcGIS 栅格数据空间分析模块 （Spatial Analyst）提供了有 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。
注意事项： 1.图层名称前后加[ ] 2.运算符前后加空格 3.通过name=表达式 可以修改输出栅格图 层名称 4.一次可以输出多个结果，以回车作为标 志，上行的输出结果，可以直接后面的 使用 5.一行内容很长，使用“~” 放在上一行 行尾作为续行标志
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3*3矩形 平均值邻域计算
4. 设置坐标系统
在ArcGIS的空间分析中， 可以通过两种方式设定分析 结果的坐标系统配准方式： （1）分析结果以输入栅格 的坐标系统来存储(如果存 在多个输入栅格，则将以第 一个输入栅格坐标系统存 储)； （2）分析结果将以 “Active”数据的坐标系统 来存储。
设置坐标系统