空间分析三精品课件

1、空间分析三第1页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六目 录3.0 栅格数据3.1 栅格数据的聚类、聚合分析3.2 栅格数据的信息复合分析3.3 栅格数据的追踪分析3.4 栅格数据的窗口分析第2页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六栅格数据由于其自身数据结构的特点，在数据处理与分析中通常使用线性代数的二维数字矩阵分析法作为数据分析的数学基础，因此具有自动分析处理较为简单，分析处理模式化很强的特征。栅格数据的分析处理方法可以概括为聚类聚合分析、多层面复合分析、追踪分析、窗口分析、统计分析、量算等几种基本的分析模式。第3页，共77页，2022年，5月20日，2点1

2、3分，星期六3.0 栅格数据1.理解栅格数据集 1）栅格数据集的组成 一个栅格数据集，就象一幅地图，它描述了某区域的位置和特征及其在空间上的相对位置。由于单个栅格数据通常只表达单一专题，如土地利用、土壤、道路、河流或高程，因此要完整描述一个区域必须创建多个栅格数据集。 第4页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.0 栅格数据1.理解栅格数据集 2）单元（Cell） 栅格数据集由单元组成。每个单元（cell），或像元，是代表某个区域特定部分的方块。栅格中的所有单元都必须是同样大小的。栅格数据集中的单元大小可以是用户想要的任何值，但必须保证其足够小以便能完成最详细的分析。第5页

3、，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.0 栅格数据1.理解栅格数据集 3）行（Rows）与列（Columns） 单元以行和列的形式摆放，组成了一个笛卡尔矩阵。矩阵的行平行于笛卡尔平面的x轴，列平行于y轴。每个单元有唯一的行列地址。研究区内的所有位置都包含在此矩阵中。 第6页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.0 栅格数据1.理解栅格数据集 4）值（Values） 每个单元被分配一个特定的值以标识或描述单元归属的类，分类或组，或栅格所描述现象的大小或数量。这些值代表的属性包括土壤类型、土壤质地、土地利用类、水体类型、道路类和居住类型等。 第7页，共77页

4、，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.0 栅格数据1.理解栅格数据集5）分类区（Zones） 两个或多个具有相同值的单元属于同一分类区（zone）6）区域（Region）分类区内的每组相互连续的单元为一个区域（region）。第8页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.0 栅格数据1.理解栅格数据集7）空值（Nodata） 如果某单元被赋予空值，那么该单元所代表的位置要么没有特征信息，要么信息不足。被赋予空值的单元有两种处理方式： 1. 在一个运算符或局部函数中、邻域函数的邻域中或分区函数的分类区中，如果任何输入栅格的某个位置上存在空值，则输出单元位置上也为空值。

5、 2. 忽略空值单元并用所有的有效值完成计算。 第9页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.0 栅格数据1.理解栅格数据集 8）关联表 整型（分类型）栅格数据集通常伴有一个与之关联的属性表（attribute table）。表的第一项是值（Value），用来存储分配给栅格数据每个分类区的值。第二项是个计数（Count），存储数据集中属于每个分类区的单元总数。Value和Count都是强制性字段。 第10页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.0 栅格数据2.坐标空间和栅格数据集 坐标空间定义了栅格数据集中位置间的空间关系。对于栅格数据集，单元的方位由坐标

6、系统的x和y轴决定。单元边界平行于x轴和y轴，所有单元在地图坐标中都是正方形。在地图坐标中单元通过由x, y决定的位置来访问，而从不用指定行列位置来访问。 第11页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.0 栅格数据3.在栅格数据集上表示要素 1）点数据 点要素用栅格的最小单位（单元）来表示。单元是有面积属性的。单元越小，其面积越小，也就越接近其所代表的点要素。具有面积的点的精度为正负半个单元大小。这是基于单元的系统必须付出的代价。第12页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.0 栅格数据3.在栅格数据集上表示要素 2）线数据 线是没有面积的。在空间分析中

7、，线只需要用一系列连接的单元即可表示。与点数据的情况相同，线要素表达的精度也将随着数据的尺度和栅格数据集的精度的改变而改变。 第13页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.0 栅格数据3.在栅格数据集上表示要素 3）多边形数据 用一系列的方块单元来表达多边形的光滑边界确实会有一些问题，其中最棘手的问题就是“锯齿”，类似楼梯一样的效果。但由于空间分析能够处理单元数量以百万计的栅格数据集，“锯齿”问题就显得不那么重要了。第14页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.1 栅格数据的聚类、聚合分析栅格数据的聚类、聚合分析均是指将一个单一层面的栅格数据系统经某种变

8、换而得到一个具有新含义的栅格数据系统的数据处理过程。1. 聚类分析根据设定的聚类条件对原有数据系统进行有选择的信息提取而建立新的栅格数据系统的方法。第15页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.1 栅格数据的聚类、聚合分析1. 聚类分析1）单一层面的栅格数据聚类分析单一层面的栅格数据聚类分析是指根据设定的某种聚类条件对单一层面的栅格数据进行有选择的信息提取。第16页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.1 栅格数据的聚类、聚合分析第17页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.1 栅格数据的聚类、聚合分析1. 聚类分析2）多层面的栅格数

9、据聚类分析在实际应用过程中，常常利用多层面的栅格数据构成的栅格数据集进行聚类分析，每个栅格图层代表某个专题，或者遥感图像的某个波段的光谱值。第18页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.1 栅格数据的聚类、聚合分析2. 聚合分析根据空间分辨率和分类表，进行数据类型的合并或转换以实现空间地域的兼并。例如，由数字高程模型转换为数字高程分级模型便是空间数据的聚合，而从遥感数字图象信息中提取其一地物的方法则是栅格数据的聚类。 第19页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六根据空间分辨率和分类表，进行数据类型的合并或转换以实现空间地域的兼并。空间聚合的结果往往将较复杂

10、的类别转换为较简单的类别，并且常以较小比例尺的图形输出。当从地点、地区到大区域的制图综合变换时常需要使用这种分析处理方法。 1、2类合并为b，3、4类合并为a 2、3类合并为c，1、4类合并为d 3.1 栅格数据的聚类、聚合分析第20页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六Manual（手工分类）Equal Interval（等间距分类）Defined Interval（自定义间距分类）Quantile（分位数分类）Natural Breaks（自然间距分类）Standard Deviation（标准差分类） 3.1 栅格数据的聚类、聚合分析第21页，共77页，2022年，5月

11、20日，2点13分，星期六3.2 栅格数据的信息复合分析第22页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.2 栅格数据的信息复合分析能够极为便利地进行同地区多层面空间信息的自动复合叠置分析，是栅格数据一个突出的优点。 距现有中学距离 人口分布 土地利用类型第23页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.2栅格数据的信息复合分析1.视觉信息复合视觉信息复合是将不同专题的内容叠加显示在结果图件上，以便系统使用者判断不同专题地理实体的相互空间关系，获得更为丰富的信息。第24页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六视觉信息的叠加分析通常包括以下几类：(

12、1) 点状图、线状图和面状图之间的叠置；(2) 面状图区域边界之间或一个面状图和其它专题图边界之间的重叠；(3) 遥感图与专题图的叠加；(4) 专题图和数字高程模型叠加显示立体专题图；(5) 遥感影像与数字高程模型叠置生成真三维地物景观；(6) 遥感影像数据与GIS数据的叠置；3.2栅格数据的信息复合分析第25页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.2栅格数据的信息复合分析2.叠加分类模型简单视觉信息复合之后，参加复合的平面之间没有发生任何逻辑关系，仍保留原来的数据结构。叠加分类模型则根据参加复合的数据平面各类别的空间关系重新划分空间区域，使每个空间区域内各空间点的属性组合

13、一致。+=第26页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.2栅格数据的信息复合分析2.叠加分类模型第27页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.2栅格数据的信息复合分析2.叠加分类模型叠加结果产生新的数据平面，该平面图形数据记录了重新划分的区域，而属性数据库结构中则包括了原来的几个参加复合的数据平面的属性数据库中所有的数据项。第28页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.2 栅格数据的信息复合分析2.叠加分类模型（1）逻辑判断复合运算主要包括：和（And）、或（Or）、异或（Xor）、非（Not）。它是基于布尔运算来对栅格数据进行判断的

14、。经判断后，如果为“真”，则输出结果为1，如果为“假”，则输出结果为0。第29页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.2栅格数据的信息复合分析2.叠加分类模型例如，以过去及现在的地表类型为基础，说明用“和”来提取从未被沙漠化过的地表的方法，（其中沙漠为0，其它数值代表了不同的地表类型）。第30页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.2栅格数据的信息复合分析2.叠加分类模型（2）数学运算复合法算术运算例如，以今年与去年的降水量数据为基础，用公式（今年降水量-去年降水量）/去年降水量，可以计算出去年降水量的变化程度。第31页，共77页，2022年，5月20日

15、，2点13分，星期六3.2栅格数据的信息复合分析2.叠加分类模型（2）数学运算复合法函数运算对数函数：第32页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.2 栅格数据的信息复合分析2.叠加分类模型（2）数学运算复合法函数运算有一个森林地区融雪经验模型：M=（0.19T+0.17D）式中，M是融雪速度（厘米/天），T是空气温度，D是露点温度。根据此方程，使用该地区的气温和露点温度分布图层，就能计算该地区融雪速率分布图。计算过程是先分别把温度分布图乘以0.19和露点温度分布图乘以0.17，再把得到的结果相加。 第33页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.3 栅格

16、数据的追踪分析所谓栅格数据的追踪分析是指对于特定的栅格数据系统，由某一个或多个起点，按照一定的追踪线索进行追踪目标或者追踪轨迹信息提取的空间分析方法。栅格所记录的是地面点的海拔高程值，根据地面水流必然向最大坡度方向流动的基本追踪线索，可以得出在以上两个点位地面水流的基本轨迹。此外，追踪分析法在扫描图件的矢量化、利用数字高程模型自动提取等高线、污染源的追踪分析等方面都发挥着十分重要的作用。 第34页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.3栅格数据的追踪分析由GIS 显示追踪的河流图第35页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.4 栅格数据的窗口分析窗口分析

17、是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与其它层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据有效的水平方向扩展分析。（1） 矩形窗口：以目标栅格为中心，分别向周围八个方向扩展一层或多层栅格。 （2） 圆型窗口：以目标栅格为中心，向周围作等距离搜索区，构成圆型分析窗口。 （3） 环型窗口：以目标栅格为中心，按指定的内外半径构成环型分析窗口。 （4） 扇型窗口：是以目标栅格为起点，按指定的起始与终止角度构成扇型分析窗口。 第36页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.4 栅格数据的窗

18、口分析统计分析的目的是为了解数据分布的趋势或者通过趋势的了解回归拟合出某些空间属性之间的关系，以把握空间属性之间的关系和规律。栅格数据常规的统计分析主要指对数据集合的最大值、最小值、均值、中值、总和、方差、频数、众数、范围等参数进行分析。第37页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.4 栅格数据的窗口分析计算不同年份的栅格数据其单元间的土地利用类型的变化，以确定变化大于1（灰色阴影地区）的地区。这表明了这一地区在这一时间段内其土地利用类型已发生的变化，在这本例中，高亮显示地区是城市延伸的地区（用红色阴影表示）。 第38页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六

19、3.4 栅格数据的窗口分析一个土地覆被的栅格数据并计算了在每一邻域内不同土地覆被类型的变化。 第39页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.5 ArcGIS栅格数据空间分析1，环境设置2，距离制图3，密度制图4，表面分析5，统计分析6，重分类7，栅格计算器第40页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.5.1 栅格型数字高程模型的生成（1）栅格插值3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第41页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六4.1 栅格数据生成、显示3.5.1 栅格型数字高程模型的生成（1）栅格插值第42页，共77页，2022年，5月2

20、0日，2点13分，星期六4.1 栅格数据生成、显示反距离权重插值样条函数插值克里格插值第43页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六4.1 栅格数据生成、显示反距离权重插值规则样条插值张力样条插值克里格插值第44页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六密度制图分析通过计算密度可以将点值散布于整个表面。一个数量的样点位置（线或点）分布在一个场景里，可利用密度函数计算输出栅格数据中每一单元的密度值。 3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第45页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六例：生成人口密度图3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第46页，共77

21、页，2022年，5月20日，2点13分，星期六 临近分配分配功能依据最近距离来计算每个格网点归属于哪个源，也就是将所有栅格单元分配给离其最近的源，输出格网的值被赋予了其归属源的值。分配功能可以完成：超市服务区域划分寻找最邻近学校找出医疗设备配备不足的地区等分析3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第47页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六临近分配例如：按距离最近为每个消防站分配邻近单元3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第48页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.5.4 统计分析1） 单元统计当进行多层面栅格数据叠加分析时，经常需要以栅格单元为单位来进行

22、单元统计（Cell Statistics）分析。ArcGIS提供了十种统计方法：求最小值3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第49页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.5.4 统计分析2） 邻域统计 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函数运算，从而得到此栅格的值。ArcGIS中的邻域统计提供了十种统计方法。3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第50页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六利用邻域统计可以进行边缘模糊等多种操作，如调查土地利用时，邻域统计可以获得邻域范围内土地变化和确定土地利用的稳定性，利用邻域

23、统计的平均值可以进行边缘模糊等多种操作。 3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第51页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3）分类区统计 分类区统计即以一个数据集为基础在它所包含的不同类别中对另一个被分类数据集进行统计。用来作为基础进行分类的分类区就是分类区数据中拥有相同值的所有栅格单元，而不考虑他们是否邻近。在此基础上对同一分类区所对应的被分类数据集进行统计，所以输出结果时同一分类区被赋予一个单一的输出值。分类区图层结果图层统计图层3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第52页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六分类区图层被统计数据统计结果，淡蓝色值为分类区

24、代码第53页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第54页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.5.5 栅格距离图（1）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。在空间分析中，用来参与计算的源一般为栅格数据，源所处的栅格赋予源的相应值，其他栅格没有值。如果源是矢量数据则需要先转成栅格数据。（2）成本成本即到达目标、目的地的花费，包括金钱、时间、人们的喜好等等。影响成本的因素可以只有一个，也可以有多个。如学校选址，不仅要考虑位置的适宜性，还要考虑土地利用现状、交通是否便捷等。 3.5 ArcGIS栅格数据

25、空间分析第55页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六（3）成本距离加权函数 通过成本距离加权功能可以计算出每个栅格到距离最近、成本最低的最少累加成本。成本距离加权考虑到了事物的复杂性，对于基于复杂地理特性的分析非常有用。 成本距离图层 成本方向图层 方向说明图层3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第56页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六（4）距离方向函数 距离方向函数表示了从每一单元出发，沿着最低累计成本路径到达最近源的路线方向。3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第57页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六例：计算公路建设成本例：在栅

26、格范围内要建设从“起点”出发，分别到终点“A”、“B”的公路。3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第58页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六计算公路建设成本公路建设成本和两个因素有关：一是公路的长度，和起点之间的距离越远，建设费用越高；二是地形坡度，坡度越大，需要付出的额外建设费用越大。3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第59页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六计算公路建设成本（1）生成通行成本图层3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第60页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第61页，共77页，2

27、022年，5月20日，2点13分，星期六3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第62页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六（2）计算成本距离3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第63页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六成本栅格每个单元的取值是公路起点到达该位置的最小累计成本，也就是相对的最低建设费用。3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第64页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六方向栅格该栅格记录了成本距离计算中最小成本的方向，用数值1-8表示8个方向。3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第65页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六（3）计算公路建设的最佳路径3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第66页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六（3）计算公路建设的最佳路径3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第67页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六3.5 ArcGIS栅格数据空间分析公路建设成本最小的路径图第68页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六（4）成本距离和直线距离的比较3.5 ArcGIS栅格数据空间分析第69页，共77页，2022年，5月20日，2点13分，星期六实例一 中学选址1 目的熟悉ArcGIS 栅格数据距离制