第10章 栅格数据空间分析.pdf

第十章第十章 栅格数据空间分析栅格数据空间分析 主要内容主要内容 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 结果数据地理范围结果数据地理范围 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 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 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 高程缩放比高程缩放比 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 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 表面分析表面分析 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 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 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 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 可视性分析可视性分析 可视性分析包括两点可视性分析和多点可视性分析 两点可视性分析是用 鼠标进行选择两个点 分别是观察点和被观察点 然后回显示分析结果 红色 的线表示不通视 绿色的线表示通视 同样 多点可视性分析也是一样 可以 导入点 也可以用鼠标添加点 然后设置观察点和被观察点 进而进行多点可 视性分析 坡度坡向分析坡度坡向分析 坡度分析坡度分析 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 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 填挖方填挖方 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 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 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 否达到施工需求 是否需要继续填方 填挖方注意事项填挖方注意事项 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 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 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 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 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 剖面分析剖面分析 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 制作地形阴影制作地形阴影 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 高度角高度角 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 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 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 距离分析在 分析 栅格分析 距离栅格 中进行 生成距离栅格生成距离栅格 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 计算最短路径计算最短路径 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 计算两点最小耗费路径 计算两点最短地表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 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 核密度分析核密度分析 核密度分析可用于计算人口密度 建筑密度 获取犯罪情况报告 旅游区 人口密度监测 连锁店经营情况分析等 我们只能对点或线数据进行核密度分析 点击 分析 栅格分析 核密度分析 弹出核密度分析对话框 密度字段要求是数值型的 输入查 找半径 然后进行核密度分析 插值分析插值分析 我们想将已知的样点数据生成一个表面 那么可以采用插值的方法 插值 成一个表面 内插是通过已知点的数据推求同一区域未知点的数据 外推是通 过已知区域 推求其他区域的数据 SuperMap iDesktop中提供三种插值方法 分别是 距离反比权重法 克吕金插值方法 样条插值法 在 分析 栅格分析 插值分析 进行插值分析 插值方法比较插值方法比较 选用何种方法进行插值 通常取决于样点数据的分布和要创建表面的类型 当点数据分布均匀时 建议选用距离反比权重插值法 当点数据分布密集时 建议选用样条插值法 克吕金插值法应用比较广泛 无论选择哪种插值方法 已知点的数据越多 分布越广 插值结果将越接近实际情况 插值步骤插值步骤 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 1 距离反比权重 距离反比权重 变长查找 使用最大半径范围内的固定数目的样点值进行插值 最大半径 默认为0 表示按最大半径进行查找 查找点数为用于变长查找的点数目 默认 点数为12 定长查找 查找半径范围内所有的点都要参与插值运算 默认查找半径为 参与插值分析的数据集的范围的长或者宽的较大值的1 5 查找点数默认为5 最大为12 幂次 可以是大于0的正整数值 幂次值越低 插值结果越平滑 幂次值 越高 插值结果细节越详细 2 样条 样条 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 光滑系数 光滑系数是指插值函数曲线与点的逼近程度 此数值越大 函 数曲线与点的偏差越大 反之越小 值域为0 1 3 克吕金 克吕金 克吕金插值中的其他参数包括半变异函数 旋转角度 阶数 基台值 自 相关阈值 块金效应值等 比较复杂 具体可以参考帮助进行查看 水文分析水文分析 水文分析模型能够帮助我们分析洪水的范围 定位径流污染源 预测地貌 改变对径流的影响等 广泛应用于区域规划 农林 灾害预测 道路设计等诸 多行业和领域 这里面我们要了解几个概念 水系水系 指流域内具有同一归宿的水体所构成的水网系统 水系以河流为主 还可 以包括湖泊 沼泽 水库等 流域流域 每个水系都从一部分陆地区域上获得水量的补给 这部分区域就是水系的 流域 也称作集水区或流域盆地 子流域子流域 水系由若干个河段构成 每个河段都有自己的流域 称为子流域 分水线分水线 两个相邻流域之间的最高点连接成的不规则曲线 就是两条水系的分水线 分水线两边的水分别流入不同的流域 分水线大多为山岭或者高地 也可能是 地势微缓起伏的平原或者湖泊 汇水点汇水点 流域内水流的出口 一般是流域边界上的最低点 在桌面软件里 我们将水文分析的过程集成了一个流程 只需要添加好相 应的数据 点击计算 一步完成 如何统计栅格图像中的最大值最小值如何统计栅格图像中的最大值最小值 有时候我们需要查看一幅栅格图像中的最大值 最小值 在进