No.7_栅格数据分析课件

1、第第7章章 栅格数据分析栅格数据分析 7.1栅格数据分析方法栅格数据分析方法 7.1.1数据分析环境数据分析环境 分析的区域范围 特定格网、或最小和最大的x、y坐标定义的区域； 格网的组合（union、intersect） 掩模格网（mask grid） 输出单元大小 按照任何合适的比例尺定义输出单元的大小。一般输出单元应等于或大于输入格网最大单元大小。 7.1.2局部运算局部运算 局部运算是一个单元接一个单元运算，构成栅格数据分析的核心。局部运算由单个或多个输入格网生成一个新格网，新格网单元值由输入与输出关系函数计算获得。 1单一格网局部运算 如果输入单一格网，局部运算以输入格网单元值的数学

2、函数计算输出格网的每个单元值。7.1.2局部运算局部运算 浮点型格网转换为整型格网 坡度格网测度的转化 把用百分数表示的slope_p（图7-2-a）转化成以度表示的slope_d （常数57.296=3602 ）slope_d=57.296*arctan (slope_p / 100)2 3 32 2 3 52 3 3 53 54 9 94 4 9254 9 925925grid2 = sqr(grid1) 2多格网局部运算：也涉及地图合成（compositing）、叠加（overlaying）或添加（superimposing）。 栅格数据的叠置分析 是典型的多格网局部运算。 叠加操作的输

3、出结果可能是： 各层属性数据的算术运算结果； 各层属性数据的极值； 逻辑条件组合； 其他模型运算结果。7.1.2局部运算局部运算12(,)nEf x xx叠置分析运算方法叠置分析运算方法 布尔逻辑运算 数学运算复合法 算术运算 函数运算 输入格网的单元值或其频率的量测 一些局部运算不涉及统计或计算。ArcGIS中的Combine局部运算，给每个惟一的输入值组合赋予一个惟一输出值。布尔逻辑运算布尔逻辑运算数学运算复合法数学运算复合法 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。表达式计算表达式计算+ - * / * ln逻辑操作符逻辑操作符= = AND

4、OR XOR2 3 32 2 3 52 3 3 53 54 9 94 4 9254 9 925925Grid: grid3 = grid1 * grid22 3 32 2 3 52 3 3 53 5x grid1 grid2 grid3Combine局部运算局部运算7.1.3邻域运算邻域运算 1邻域运算方法 邻域运算涉及一个中心点单元及其一组环绕单元。环绕单元是相对于中心点单元的距离或距离与方向关系而选定的。 邻域类型：邻域类型：四邻域和八邻域；其他有圆形、环形和楔形。 邻域运算：邻域运算：一般用邻城内的单元值与中心点的单元值作计算或仅用邻域内的单元值作计算，赋给中心点单元。 输出结果：输出结

5、果：可显示概要统计量，包括最大值、最小值、值域、总和、平均值、中值和标准差，以及多数、少数和种类的测度表格。 为了完成一个格网的邻域运算，中心点单元是从一个单元移到另一个单元，直至所有单元都被访问。邻域运算邻域运算2邻域运算应用邻域运算应用 邻域运算的一个重要用途是数据简化。滑动平均法滑动平均法在输入格网中减少了单元值波动水平 2邻域运算应用邻域运算应用 边缘增强边缘增强可用值域过滤器，即用值域统计的邻域运算，值域是所定义邻域内最大值和最小值之差的测度。2邻域运算应用邻域运算应用 与边缘增强相反的是基于多数测度的平滑运算多数测度的平滑运算，多数运算是把频率最高的单元值赋予邻域内的每个单元，这样

6、生成一个比初始格网更平滑的格网。栅格栅格GISGIS几何代数语言几何代数语言ARCINFO GRID Algebra + AML1) 是一门解释型语言(宏语言)， 类似IDL / SML/ Burne Shell等2) 用来实现用户自定义计算模型的工具3) 提供基本空间分析模块4) 提供一些成熟的专业模型分析模块，如：水文模型、Costpath等7.1.4分带运算分带运算 分带运算分带运算用于处理相同数值或相似要素的单元组，这些组称为地带。地带未必相连。 单个输入格网单个输入格网，分带运算用于描述地带的几何形状，如面积、周长、厚度和矩心。景观生态研究 两个格网两个格网（一个输入格网和一个分带格

7、网），分带运算产生输出格网，它对分带格网中的每个地带概括出输入格网的单元值。包括面积、最小值、最大值、总和、值域、平均值、标准差、中值、多数、少数和种类。ZonalFunction1112242411111224241101103312000232103322322322232331 1 0 01 2 24 0 0 24 0 1 10 00 002 22440 1 1 03 3 1 20 0 23 2 1 01 00 021 2232 22 222 2233ZoneGrid ValueGrid outgrid3 3 2 23 2 23 2 2 23 2 3 31 111 10 131 03 3

8、33 3outgrid = zonalmax(zonegrid,valuegrid)1 1 0 01 2 24 0 0 24 0 1 10 1 1 03 3 1 23 0 0 23 2 1 0ZoneGrid ValueGrid110.60.611.71.73.00.60.61.73.00.611练习：Zonalmean(ZoneGrid, ValueGrid)ZoneGrid ValueGrid)7.2距离量测运算距离量测运算 距离量测运算计算目标单元与源单元的距离。如，在一个河流格网中计算每个单元与最近河流的距离。 距离量测运算又称作扩展的邻域运算（Tomlin，1990）或全局运算。距离

9、量测与方向量测距离量测与方向量测 在格网中的距离量测遵循节点链接关系。节点代表单元的中心，链接把节点与其邻接单元连接起来。 格网中的方向量测遵循从一个中心单元到其八个相邻单元的八个基本方向。以0-8的编码。欧氏距离与成本距离欧氏距离与成本距离 自然或欧氏距离与成本距离。自然距离是通过将两个单元之间的链接累加并乘以单元的大小来量测距离的，而成本距离量测的是穿越自然距离的成本。7.2.1自然距离量测运算自然距离量测运算 以连续距离对源单元建立缓冲，如此在整个格网上创建一系列波状距离带（如图7-14所示）；第二种运算是对格网中的每个单元确定与其最近的源单元的自然距离成本距离量测运算成本距离量测运算

10、用经过每个单元的成本或阻抗作为距离单位。 成本距离量测运算需要另一个格网来定义经过每个单元的成本或阻抗。每个单元成本经常是几种不同成本之和。 量测运算目标不再是计算每个单元与最近源单元的距离，而是寻找一条最小累积成本的路径。7.3空间聚类与聚合空间聚类与聚合 空间聚类空间聚类：空间聚类是根据预先设定的聚类条件，使符合条件的区域输出在图上，不符合条件的区域为空白。 空间聚合空间聚合：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。空间聚类空间聚类空间聚合空间聚合 1、2类合并为b；3、4类合并为a。 2、3类合并为c；1、

11、4类合并为d7.4网络分析网络分析 经典经典GIS观点观点：叠置及三维分析方面，栅格数据具有优势，缓冲区分析是矢量栅格相当，而网络分析栅格数据则毫无办法。 栅格数据本身存储简单，其自身的连通管最短路径算法连通管最短路径算法充分发挥了栅格数据的长处，数据组织与最优路径是同步进行的，而无需先行，门槛低，初始化易行，十分有益于网络分析的广泛开展和取得成效。栅格数据的网络分析具有的独特优势、算法效率高、更科学，更适合动态变化，使它在网络分析问题上将有更全面的应用。 6.7 优化问题 最优路径DijkstraCostpathPathdistanceDijkstra最短路径分析最短路径分析乌鲁木齐乌鲁木齐

12、呼和浩特呼和浩特广州广州上海上海兰州兰州哈尔滨哈尔滨北京北京郑州郑州成都成都南昌南昌徐州徐州贵阳贵阳株洲株洲沈阳沈阳v0v1v2v3v4v55105010206010030Dijkstra是一种按照路径长度递增的次序产生最短路径的算法。源点 source终点 destinationdistj = min disti|vi V-SV 所有结点的集合S 已经求得最短路径的结点的集合v 起始结点 vi 标号为i的结点disti (v, vi)弧段上的权值distj (v, vj)弧段上的权值, 最短路径求求v0到其他所有结到其他所有结点的最点的最短路径？路径？始点终点 最短路径长度v0v2v0,v2

13、10v3v0,v4,v350v4v0,v430v5v0,v4,v3,v560终终点点从从v0到各终点的到各终点的dist值和最短路径值和最短路径V1 V210(v0,v2)V3 6050(v0,v2,v3)(v0,v4,v3)V43030(v0,v4)(v0,v4)V510010090 10060 90 100(v0,v5)(v0,v5)(v0,v4,v5) (v0,v5)(v0,v4,v3,v5) (v0,v4,v5) (v0,v5)v0v1v2v3v4v55105010206010030Euclidean Distance Based Proximity AnalysisWeighted Distance based Proximity Analysis134432462376587566145514752612213400 01 02 03 04 0510 11 12 13 14 1520 21 22 23 24 2530 31 32 33 34 3540 41 42 43 44 4550 51 52 53 54 551112cost-gridsource-grid7.0Grid: usage costpathUsage: COST