ArcGISPro栅格数据的空间分析原理及简介

课程标题栅格数据的空间分析原理及简介目录CONTENTS栅格数据的空间分析简介密度分析栅格分析的环境设置插值分析01020304栅格统计05目录CONTENTS距离分析栅格计算器表面分析060708重分类09ModelBuilder空间建模简介1001栅格数据的空间分析简介

基于栅格数据的空间分析在ArcGIS中占有重要地位，空间建模的基本过程也是通过栅格数据的空间分析进行的。本文讲述栅格数据的基础知识、空间分析的环境设置、密度分析、距离分析、提取分析、栅格插值、重分类、条件分析、太阳辐射分析、表面分析、统计分析等基本概念和操作方面。栅格数据的空间分析简介栅格分析的环境设置022栅格分析的环境设置对地理处理环境进行设置是栅格分析前的先决条件，环境设置能够改变分析工具执行的附加参数，从而对分析结果造成影响。环境设置参数与常规工具参数的区别在于它们不会显示在工具对话框中（除例外情况）。ArcGISPro的环境设置有四个级别，分别为应用程序级别设置、工具级别设置、模型级别设置和模型流程级别设置。环境设置结构2.1为分析结果指定磁盘位置分析结果的缺省位置是系统的临时目录，可以为分析结果指定新的存放位置，操作步骤如下：（1）打开【环境】对话框，找到【工作空间】部分，如图2所示。（2）单击按钮输入【当前工作空间】【临时工作空间】的存放路径。（3〕单击【确定】按钮，完成设置。

工作空间设置2.2使用分析掩膜（1)在【环境】对话框中找到【栅格分析】部分，如图5所示。（2）分析结果的默认单元大小（或精度）为输入栅格数据中的最大单元尺寸，在实际应用中，用户可以根据分析需要，在【像元大小】栏的下拉框中选择合适的单元大小进行分析。（3）在【掩模】下拉框中输入已创建的掩膜。（4）单击【确定】按钮，完成设置。

栅格分析的掩膜设置2.3选择坐标系统在ArcGISPro的空间分析中，可以指定分析结果的坐标系统，操作步骤如下：（1）在【环境】对话框中找到【输出坐标】部分，如图6所示。（2）在【输出坐标系】下拉框中选择坐标系统。通常情况下，分析结果将使用第一个输入栅格数据集的坐标系统。（3）单击【确定】按钮，完成设置。输出坐标系统设置在栅格数据的空间分析中，分析范围由所使用的工具决定。例如，相交工具只处理彼此相交的要素，裁剪工具只处理裁剪要素范围内的要素。实际工作中有时需要自定义一个分析范围，操作步骤如下：（1）在【环境】对话框中找到【处理范围】部分，如图7所示。（2）在【范围】下拉框中选择空间分析的处理范围。（3）单击【确定】按钮，完成设置。分析结果的范围设置2.4设置分析结果的范围密度分析033密度分析密度分析是指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。通过计算密度，将每个采样点的值散布到整个研究区域，并获得输出栅格中每个像元的密度值。例如，每个城镇都可以用一个点值来表示该镇的人口总数，但是并非所有人都聚居在该点上，若想了解人口随地区分布的情况，可通过密度计算来得到一个显示地表人口分布状况的表面。ArcGISPro的密度分析主要分为核密度分析、线密度分析和点密度分析三种。3.1

核密度分析核密度分析用于计算要素在其周围邻域中的密度，既可计算点要素的密度也可计算线要素的密度。在核密度分析中，落入搜素区域内的点具有不同的权重，靠近格网搜索中心的点会被赋予较大的权重。核密度分析对话框如左图所示。【核密度分析】工具框3.2线密度分析线密度分析用于计算每个输出栅格像元邻域内的线状要素的密度，密度的计量单位为“长度单位/面积单位”。理论上，使用以各个栅格像元中心为圆心以搜索半径绘制一个圆，每条线上落入该圆内的部分长度与Population字段值相乘，对这些数值进行求和，然后将所得的总和除以圆面积就得到该栅格像元的密度。【线密度分析】工具框3.3点密度分析点密度分析用于计算每个输出栅格像元周围点要素密度。从理论上讲，每个栅格像元中心的周围都定义了一个邻域，将落入邻域内的样本点的Population字段值相加，然后除以邻域面积，即得到点要素的密度。【点密度分析】工具框3.4密度分析结果核密度分析线密度分析点密度分析04插值分析4.插值分析一般情况下采集到的数据都是以离散点的形式存在的，只有在这些采样点上才有较为准确的数值，而其他未采样点上都没有数值。然而，在实际应用中却很可能需要用到某些未采样点的值，这个时候就需要通过已采样点的数值来推算未采样点值。这样的一个过程也就是栅格插值过程。插值结果将生成一个连续的表面，在这个连续表面上可以得到每一点的值。栅格插值包括简单栅格表面的生成和栅格数据重采样。

ArcGISPro栅格分析模块中，通过栅格插值运算生成表面常用有多种实现方式：反距离权重插值、样条函数插值、克里金插值、自然邻域插值，以及趋势面插值等。4.插值分析反距离权重法插值样条函数法插值克里金法插值栅格统计055.1

像元统计

当用户要计算多层栅格数据间的统计关系时，可利用像元统计来完成此类操作，像元统计类型包括：众数、最大值、均值、中位数、最小值、少数、范围、标准差、总和、变异度等，通过像元统计可以对一些随时间而变化的现象进行分析。以总和为例，像元统计的原理如图1。总和像元统计原理图5.2邻域统计邻域统计是以输入数据的单元值为中心，向周围扩展一定的范围，基于扩展范围内的栅格数据进行函数运算，并将结果输出到相应的单元位置的过程。ArcGISPro中存在两种基本的邻域运算：一种针对重叠邻域，另一种针对非重叠邻域。焦点统计工具用来处理具有重叠邻域的输入数据集，为每个输入像元位置计算其周围指定邻域内的值的统计数据。块统计工具用来处理非重叠邻域的数据集，首先将输入分割放入非重叠块中，然后计算每个块中值的统计数据，并在输出中将值分配给每个块中的所有像元。邻域统计的统计类型同样包括：众数、最大值、均值、中位数、最小值、少数、范围、标准差、总和、变异度等，图3分别以总和和最大值为例演示了两种方法的原理。5.2邻域统计焦点统计块统计5.3

分区统计分区统计，即以一个数据集的分区为基础，对另一个数据集进行数值统计分析，包括计算数值的众数、最大值、均值、中位数、最小值、少数、范围、标准差、总和、变异度等。区域是指栅格中具有相同值的所有像元，无论这些像元连续与否。分类区统计是在每一个分类区的基础上运行操作，所以输出结果时同一分类区被赋予相同的单一输出值。以最小值方法为例的分区统计的原理如图5。分区统计原理图距离分析066.

距离分析距离分析是指根据每一个栅格相距其最邻近要素的距离分析结果，得到每一个栅格与其临近源的相互关系。通过距离分析，便于人们对资源进行合理的配置和利用。距离分析的两种主要方法是欧氏距离工具盒成本加权距离工具。表面分析077.

表面分析表面分析是为了获得原始数据中暗含的空间特征信息，如等值线、坡度、坡向、山体阴影等。ArcGISPro表面分析的主要功能有：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、确定坡面线的高度等。坡度分析栅格计算器088.

栅格计算器栅格计算是栅格数据空间分析中进行数据处理和分析最为常用的方法。利用栅格计算器，除了可以方便地完成基于数学运算符、基于数学函数的栅格运算，还支持调用ArcGISPro自带的栅格数据空间分析函数。栅格计算器的几种用途：

1）简单算术运算

2）数学函数运算

3）空间分析函数运算重分类099.

重分类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。根据用户不同的需要，重分类一般包括四种基本分类形式：新值替换（用一组新值取代原来值）、旧值合并（将原值重新组合分类）、重新分类（以一种分类体系对原始值进行分类），以及空值设置（把指定值设置空值）。ModelBuilder空间建模简介1010.1ModelBuilder和空间建模介绍

空间建模是在地理框架的基础上，通过地理建模工具将地理处理语言中的各个要素（即空间分析工具）按顺序连接在一起，建立合适的空间分析模型，从而快捷地将想法（即地理处理模型）转变为软件。相对于二次开发，最大的优势是编程语言的可视化。

ModelBuilder（模型构建器）是一个用来创建、编辑和管理空间分析模型的应用程序，是一种可视化的编程环境，通过对现有工具的组合完成新模型或软件的制作，为设计和实现空间处理模型（包括工具、脚本和数据）提供了一个图形化的建模框架。10.2ModelBuilder界面10.2ModelBuilder界面工具变量连接符一个完整的空间分析模型由工具、变量和连接符三种元素组成。（1）工具是模型中工作流的基本组成部分，