ArcGIS空间分析工具

1、 （Generalization）等工具集中提供的功能是在分析处理数据中经常会用到的。1.1 提取（Extraction）顾名思义，这组工具就是方便我们将栅格数据按照某种条件来筛选提取。Extract by Attributes：按属性提取，按照SQL 表达式筛选像元值。Extract by Circle：按圆形提取，定义圆心和半径，按圆形提取栅格。Extract by Mask：按掩膜提取，按指定的栅格数据或矢量数据的形状提取像元。Extract by Points：按点提取，按给定坐标值列表进行提取。 其中，提取的Value 可以使用像元中心值或者选择进行双线性插值提取。 以上工具用来提取

2、栅格中的有效值、兴趣区域点等很有用。 这组工具主要用来清理栅格数据，可以大致分为三个方面的功能：更改数据的分辨率、 对区域进行概化、对区域边缘进行平滑。这些工具的输入都要求为整型栅格。1. 更改数据分辨率 表示生成栅格的像元大小是原来的几倍。生成新栅格的像元值可选：新的大像元所覆盖的输入像元的总和值、最小值、最大值、 2. 对区域进行概化Expand：扩展，按指定的像元数目扩展指定的栅格区域。Shrink：收缩，按指定的像元数目收缩所选区域，方法是用邻域中出现最频繁的像元值 Nibble：用最邻近点的值来替换掩膜范围内的栅格像元的值。Thin ：细化，通过减少表示要素宽度的像元数来对栅格化的线

3、状对象进行细化。Region Group：区域合并，记录输出中每个像元所属的连接区域的标识。每个区域都将 被分配给唯一编号。3. 对区域边缘进行平滑Boundary Clean：边界清理，通过扩展和收缩来平滑区域间的边界。该工具会去更改X 或Y 方向上所有少于三个像元的位置。Majority Filter：众数滤波，根据相邻像元数据值的众数替换栅格中的像元。可以认为是 “少数服从多数”，太突兀的像元被周围的大部队干掉了。其中“大部队”的参数可设置， TIPS：这两个工具仅支持整形栅格输入。 通过多元统计分析可以探查许多不同类型属性之间的关系。有两种可用的多元分析：分类（监督分类和非监督分类分类

4、（监督分类和非监督分类 Supervised & Unsupervised）主成分分析（主成分分析（Principal Component Analysis PCA）2.1 波段集统计工具（BandCollectionStatistics） 算。默认情况下，像元大小为输入栅格的最大像元的大小；否则，将取决于栅格分析环境设 此工具计算每个图层的基本统计测量值（最小值、最大值、平均值和标准差），如果勾 选协方差和相关矩阵，还可以得到这两个值。2.2 创建特征（CreateSignatures）创建由输入样本数据和一组栅格波段定义的类和ASCII 特征文件。该工具可创建将用作 其他多元分析工具的输入

5、参数的文件。 1）所有类的常规信息，例如图层数、输入栅格名称和类别数。2）每个类别的特征文件，由样本数、平均值和协方差矩阵组成。2.3 编辑特征（EditSignatures）通过合并、重新编号和删除类特征来编辑和更新特征文件。输入特征重映射文件是ASCII 文件，其每一行有两列值与之对应，以冒号分隔。第一列 是原始类ID 值。第二列包含用于在特征文件中更新的新类ID。文件中的所有条目必须基于 第一列以升序进行排序。编辑特征文件的写法是固定的，如下：只需要编辑的类才必须被放入特征被放入特征重映射文件；任何在重映射文件中不存在 要删除一类特征，使用9999 作为该类第二列的值。要重新编号，将类I

6、D 重新编号为某个不存在于输入特征文件中的值。 2.4 树状图（Dendrogram）构造可显示特征文件中连续合并类之间的属性距离的树状图。2.5 最大似然法分类（MaximumLikelihoodClassification ）最大似然法分类工具所用的算法基于两条原则： 1）每个类样本中的像元在多维空间呈正态分布reject_fraction：将因最低正确分配概率而得不到分类的像元部分。 a_priori_probabilities：指定将如何确定先验概率。EQUAL所有类将具有相同的先验概率。SAMPLE先验概率将与特征文件内所有类中采样像元总数的相关的各类的像元数成 FILE先验概率将会

7、分配给输入的ASCII 先验概率文件中的各个类。2.6 Iso 聚类（IsoCluster） Iso 聚类工具对输入波段列表中组合的多元数据执行聚类。所生成的特征文件（*.gsg） 可用作生成非监督分类栅格的分类工具（例如最大似然法分类）的输入。 2.7 Iso 聚类非监督分类（Iso Cluster Unsupervised Classification）此工具为脚本工具，结合了Iso 聚类工具与最大似然法分类工具的功能。输出经过分类 2.8 类别概率（ClassProbability）如果发现分类中的某些区域被分配给某一类的概率不高，则说明可能存在混合类。 2.9 主成分分析（Princi

8、palComponentsAnalysis ）对一组栅格波段执行主成分分析（PCA ）并生成单波段栅格作为输出。此工具生成的波 段数与指定的成分烽相同的多波段栅格。主成分分析工具用于将输入多元属性空间中的输入波段内的数据变换到相对于原始空 析中对数据进行变换，主要是希望通过消除冗余的方式来压缩数据。 ArcGIS 的空间分析扩展中，提供了这样一组邻域分析工具： 3.1 块统计（BlockStatistics）分块统计，按照指定邻域类型计算区域统计值，输出区域为指定邻域类型的外接矩形。 NbrAnnulus（innerRadius，outerRadius，CELLMAP）NbrCircle（Ra

9、dius， CELLMAP）NbrRectangel（width，height，CELLMAP） NbrWedge（innerRadius，start_angle，end_angle ，CELLMAP） NbrIrregular（kernel_file）NbrWeight（kernel_file） 矩形邻域，平均值计算圆形邻域，平均值计算圆形邻域，平均值计算 3.2 滤波器（Filter）对栅格执行平滑（低通）滤波器或边缘增强（高通）滤波器。滤波器工具既可用于消除不必要的数据，也可用于增强数据中不明显的要素的显示。 3.3 焦点流（FocalFlow）焦点流工具使用直接的3*3 邻域来确定一个

10、像元的八个相邻点中哪一个流向此像元。焦 Threshold value=0Threshold value=100 3.4 焦点统计（FocalStatistics）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。 形范围，而焦点统计的输出，是邻域内焦点栅格。矩形邻域，平均值计算 圆形邻域，平均值计算圆形邻域，平均值计算 用于为每个输出栅格像元周围的圆形邻域内所有线的指定字段值计算统计量。可用的统 计量类型有：均值、众数、最大值、中位数、最小值、少数、范围、标准差以及变异度。只 有众数、少数和中位数统计量是根据线长度进行加权的。天津市部分道路中心线做线统计如下： 在于，即使点距离过近，在转

11、换成栅格点时也不会丢失。 ArcGIS 中，主要可以通过如下的几种方式进行距离分析： 2. 成本加权距离分析3. 用于垂直移动限制和水平移动限制的成本加权距离分析4. 获取最短路径使用ArcGIS 空间分析扩展实现距离分析，最主要的是欧氏距离分析和成本加权距离分 4.1 欧氏距离工具 欧氏距离（Euclidean Distance）求得每个像元至最近源的距离。欧氏方向（Euclidean Direction）求得每个像元至最近源的方向。欧氏分配（Euclidean Allocation）求得每个像元的最近的源。TIPS： 意：如果数据选用了栅格数据，数据中必须仅包含表示源的像元，其他像元需要是

12、Nodata。 如果选用 矢量，在执行工具之时，内部会将其先转成栅格。2. 欧氏距离的算法 距离以输出。其中，欧氏距离是像元中心与源像元的中心的直线距离。3. 欧氏距离输出栅格结果投影平面上，像元与最近源之间的最短直线距离。4. 欧氏方向输出栅格结果 东，从刻度1 顺时针增加。值0 供源像元使用。5. 欧氏分配输出栅格结果输出的每个像元都是距其最近源的值。4.2 成本加权距离工具成本加权距离工具可以看成是对欧氏直线距离的进一步修改，将经过某个像元的距离赋 较长，但是更节省时间和体力，那就后者的成本加权距离最短了。1. 成本距离（Cost Distance求得每个像元至最近源的成本距离。2. 成

13、本回溯链接（Cost Back Link求的一个方向栅格，可以从任意像元沿最小成本路 3. 成本分配（Cost Allocation求得每个像元的最近的源。4. 成本路径（Cost Patch求得任意像元到最近源的最小成本路径。TIPS：1. 成本栅格可以是整形或者浮点型，但是其值中不能含有负值或者 0。成本栅格中的 2. 成本距离输出栅格数据3. 成本距离回溯链接 Source（0） 4. 成本距离分配得到是的每个像元至最近源的成本距离。4.3 路径距离工具路径距离工具与成本距离相似，也可以确定从某个源到栅格上各像元位置的最小累积行 离，和影响到移动总成本的水平和垂直因子。主要包含这几个工具

14、：1. 路径距离（Path Distance） 3. 路径分配（Path Allocation）4.4 获得最短路径1. 成本距离路径任意像元到最近源的最小成本路径，需要引用到上面工具中生成的成本距离和成本回溯 2. 廓道（Corridor）用于计算两个成本栅格的累积成本栅格结果，为了求得从一个源到另一个源且经过该像 元位置的最小成本路径。输出栅格不是单个最小成本路径，但会得到源之间累积成本的范围。最后我们可以配合其他工具将小于某一阈值的结果提取出来，例如工具 Extract byAttribute 提取，或者通过Con 进行条件赋值等等方法，获取结果。 接收雨水的区域以及雨水到达出水口前所流

15、经的网络被称为水系。流经水系的水流只是 填洼（Fill通过填充表面栅格中的汇来移除数据中的小缺陷。流量（Flow Accumulation创建每个像元累积流量的栅格。可选择性应用权重系数。流向（Flow Direction创建从每个像元到其最陡下坡相邻点的流向的栅格。水流长度（Flow length计算沿每个像元的流路径的上游（或下游）距离或加权距离。汇（Sink创建识别所有汇或内流水系区域的栅格。捕捉倾泻点（Snap Pour Point将倾泻点捕捉到指定范围内累积流量最大的像元。河流连接（Stream Link向各交汇点之间的栅格线状网络的各部分分配唯一值。河网分级（Stream Orde

16、r为表示线状网络分支的栅格线段指定数值顺序。栅格河网矢量化（Stream to Feature将表示线状网络的栅格转换为表示线状网络的要 分水岭（Watershed确定栅格中一组像元之上的汇流区域。 5.1 流向（FlowDirection）流向工具的输出是值范围介于1 到255 之间的整型栅格，从中心出发的各个方向值为：5412 元的流向将被视为未定义。此时，该像元在输出流向栅格中的值将为这些方向的总和。例如，如果 z 值向右（流向1）和向下（流向4）的变化相同，则该像元的流向为 可以使用汇工具将具有未定义流向的像元标记为凹陷点。 5.2 汇（Sink）汇是指流向栅格中流向元法被赋予八个有效

17、值之一的一个或一组空间连接像元。汇被视 为具有未定义的流向，并被赋予等于其可能方向总和的值。 5.3 填洼（Fill）通过表面栅格中的汇来移除数据中的小缺陷。 的汇流区域高程最低的边界像元。如果凹陷点中充满了水，则水将从该点倾泻出去。 要填充的凹陷点与其倾泻点之间的最大高程差。如果把凹陷点与其倾泻点之间的Z 值差 5.4 流量（FlowAccumulation）创建每个像元累积流量的栅格。流量累积将基于流入输出栅格中的每个像元的像元数。 高点，可用于识别山脊。流量工具不遵循压缩环境设置。输出栅格将始终处于未压缩状态。 5.5 河流分级（StreamOrder）河流分级是一种将级别数分配给河流网

18、络中的连接线的方法。此级别是一种根据支流数 对河流类型进行识别和分类的方法。仅需知道河流的级别，即可推断出河流的某些特征。河流分级工具有两种用于分配级别的方法。这两种方法由 Strahler（1957）和 Shreve（1966）提出。在这两种方法中，始终将1 级分配给上游河段。 在Strahler 法中，所有没有支流的连接线都被分为1 级，它们称为第一级别。当级别相 同的河流交汇时，河网分级将升高。级连接线，依此类推。但是，级别不同的两条连接线相交不会使级别升高。例如，一条一级连接线和一条二级连接线相交不会创建一条三级连接线，但会保留高级连接线的级别。 连接线相交会创建一条三级连接线，而一条

19、二级连接线和一条三级连接线会创建一条五级连 因为级别可增加，所以Shreve 法中的数字有时指的是量级，而不是级别。连接线的量 级是指上游连接线的数量。5.6 栅格河网矢量化（StreamtoFeature）栅格河网矢量化工具使用的算法主要用于矢量化河流网络或任何表示方向已知的栅格 该工具使用方向栅格来帮助矢量化相交像元和相邻像元。可将两个值相同的相邻栅格河 这与栅格转折线（Raster to Polyline）工具相反，后者通常更倾向于将线折叠在一起。 5.7 河流连接（StreamLink）向各交汇点之间的栅格线状网络的各部分分配唯一值。 5.8 水流长度（FlowLength）水流长度工

20、具的主要用途是计算给定盆地内最长水流的长度。该度量值常用于计算盆地 的聚集时间。这可使用UPSTREAM 选项来完成。该工具也可通过将权重栅格用作下坡运动的阻抗，来创建假设降雨和径流事件的距离 5.9 捕捉倾泻点（SnappourPoint ）该工具用于确保在使用分水岭工具描绘流域盆地时选择累积量大的点。捕捉倾泻点将在指定倾泻点周围的捕捉距离范围内搜索累积流量最大的像元，然后将倾 5.10 分水岭（Watershed）确定栅格中一组像元之上的汇流区域。5.11 盆域创建描绘所有流域盆地的栅格。通过识别盆地间的山脊线，在分析窗口描绘流域盆地。通过分析输入流向栅格数据找出属于同一流域盆地的所有已连

21、接像元组。 泻点上的汇流区域，来创建流域盆地，这样就得到流域盆地的栅格。 坡向（Aspect获得栅格表面的坡向。示得每个像元到其相邻像元方向像元值的变化 等值线（Contour根据栅格表面创建等值线（等值线图）的线要素类。等值线序列（Contour List根据栅格表面创建所选等值线值的要素类。含障碍的等值线（Contour with Barriers根据栅格表面创建等值线。如果包含障碍要 素，则允许在障碍两侧独立生成等值线。曲率（Curvature计算栅格表面的曲率，包括剖面曲率和平面曲率。填挖方（Cut Fill计算两表面间体积的变化，常执行填挖操作。山体阴影（HillShade通过考虑照

22、明源的角度和阴影，根据表面栅格创建地貌晕渲。视点分析（Observer Point识别从各栅格表面位置进行观察时可见的观察点。坡度（Slope判断栅格表面的各像元中的坡度（梯度或z 值的最大变化率）。视域（Viewshed确定对一组观察点要素可见的栅格表面位置。 6.16.1 各种等值线工具1. 等值线（Contour）2. 等值线列表（Contour List） 可以指定等值线的值，如只输出196，188 的等值线3. 含障碍的等值线（Contour with Barriers根据栅格表面创建等值线。如果包含障碍要素，则允许在障碍两侧独立生成等值线。 TIPS：关于等值线的质量问题 等值线不

23、过是原样呈现数据而已。如果希望等值线更平滑，可行的方法包括对源数据进行平滑处理或调整起始等值线。6.2 表面特征相关工具 此工具求得每个像元到其相邻的各个像元方向的z 值上变化率最大的下坡方向。从概念上讲，坡向工具将根据要处理的像元或中心像元周围一个 3*3 的像元邻域的 z 值拟合出一个平面。该平面的朝向就是待处理像元的坡向。 准方向按顺时针进行测量。会为输入栅格中的平坦（具有零坡度）像元分配1 坡向。 2. 坡度（Slope） 6.3 填挖方（CutFill）计算两表面间体积的变化。 域绘制成蓝色，将被填的区域绘制成红色。没有变化的区域将显示为灰色。6.4 山影（HillShade）此工具考虑的主要因素是太阳（照明源）在天空中的位置。 方位角（Azimuth）指的是太阳的角度方向，是以北为基准方向在0 到360 度范围内按 高度（Altitude）指的是太阳高出地平线的角度或坡度。高度的单位为度，范围为0 （位 Model shadows：勾选，可计算局部照明度以及像元是否落入阴影内。阴影值为0，所 Z 因子（Z factorZ 单位与输入表面的X，Y 单位不同时，可使用Z 因子调整Z 单位 的测量单位。计算最终输出表面时，将用Z 因子乘以输入表面的Z 值。 米（1 英尺0.3048 米） 6.