GIS空间分析第三章栅格数据分析.ppt

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1、第三章第三章 栅格数据分析栅格数据分析3.1 3.1 引言引言4.34.3 栅格数据分析的环境栅格数据分析的环境4.4 4.4 表面分析表面分析4.5 4.5 了解基于单元的建模方法了解基于单元的建模方法4.64.6单元、邻域和分区统计运算单元、邻域和分区统计运算3.1 引言l l栅格数据模型采用规则的格网覆盖到一定的地域空间，每个单元值表示与该单元所在位置相对应的空间现象的特征。l l栅格数据分析以单元和格网为基础。这种分析既可以对单个单元或单元组，也可以对整个格网的所有单元进行。l l在栅格分析中最重要的考虑是单元值的类型。栅格的基本概念l l单元（单元（cellcell）l l行与列行与

2、列l l值（值（ValuesValues）l l空值（空值（NoDataNoData）了解栅格数据集了解栅格数据集l l一个栅格数据集描述了某一地域的位置和特征，一个栅格数据集描述了某一地域的位置和特征，及其在空间中的相对位置。及其在空间中的相对位置。l l单一的栅格通常表示单一的主题，多个栅格组成单一的栅格通常表示单一的主题，多个栅格组成的数据集可以充分描述一个地域。的数据集可以充分描述一个地域。l l栅格数据通常包括两类：栅格数据通常包括两类：l l专题数据：栅格值代表了某一特定现象的数量专题数据：栅格值代表了某一特定现象的数量或分类。或分类。l l高程、污染物的集中程度高程、污染物的集中

3、程度l l影像数据：单元值表示反射或吸收的光或能量影像数据：单元值表示反射或吸收的光或能量l l卫星影像、扫描图像卫星影像、扫描图像l l分类区（分类区（ZonesZones）:任何两个或多个同值单元属于任何两个或多个同值单元属于同一分类区。分类区可由连接、不连接或同时由同一分类区。分类区可由连接、不连接或同时由以上两种单元组成。以上两种单元组成。l l区域（区域（RegionsRegions）：分类区内的每组连接单元为一）：分类区内的每组连接单元为一个区域。个区域。l l空值（空值（NoDataNoData）：该单元所在位置没有特征信息）：该单元所在位置没有特征信息/信息不足。信息不足。l

4、l关联表关联表(associatedtable)(associatedtable)：整型（类别型）：整型（类别型）栅格数据栅格数据集通常伴有一个属性表。表的第一项是值集通常伴有一个属性表。表的第一项是值（ValueValue），），存储栅格的每个分类区所分配的值。第二项个数存储栅格的每个分类区所分配的值。第二项个数(Count)(Count)存储数据集中属于每个分类区的单元总数。存储数据集中属于每个分类区的单元总数。l l值与个数都是强制性的字段。值与个数都是强制性的字段。l l表中可插入本质上无限数量的可选项以表示分类区表中可插入本质上无限数量的可选项以表示分类区的其它属性。的其它属性。l

5、l名称名称(Name):(Name):每个栅格数据集必须有一个名称以每个栅格数据集必须有一个名称以便在数据库中相互区分。所有对栅格数据集的访便在数据库中相互区分。所有对栅格数据集的访问都是通过它的名称进行的，数据集的名称在所问都是通过它的名称进行的，数据集的名称在所有表达式中必须一致。有表达式中必须一致。3.2 3.2 栅格数据分析的环境栅格数据分析的环境l l在对栅格数据进行分析之前，需要设置分析选项，主要包括：l l结果输出的路径结果输出的路径l l分析范围分析范围l l单元大小单元大小l l在选择的单元上进行分析的分析掩膜在选择的单元上进行分析的分析掩膜分析环境的设置Settingthe

6、analysisenvironmentl l多数的SpatialAnalyst操作会创建一个新的输出栅格，并且通常为格网。在分析的选择对话框中可以通过设置来控制输出格网的几何特征（单元大小、范围、处理掩模和投影），也可以设置输出格网默认的工作目录。输输入入入入栅栅格格格格分析范围分析范围 单元大小单元大小 掩模掩模(空值)输出栅格输出栅格 数据转换（Convertingdata）l l要素转换为栅格要素转换为栅格ConvertingfeaturestoarasterConvertingfeaturestoarasterl l任何来源的点、线、面要素都可以通过字符串或任何来源的点、线、面要素都可

7、以通过字符串或数值属性字段将其转换为栅格文件。数值属性字段将其转换为栅格文件。l l在转换点要素时，每个单元被赋予在其中所发现在转换点要素时，每个单元被赋予在其中所发现的点要素的属性值。没有点的单元被赋予空值。的点要素的属性值。没有点的单元被赋予空值。如果一个单元中有多个点，则该单元被赋予所遇如果一个单元中有多个点，则该单元被赋予所遇到的第一个点的属性值。到的第一个点的属性值。l l在转换线要素时，每个单元被赋予与之相交的线在转换线要素时，每个单元被赋予与之相交的线要素的属性值。没有与线相交的单元被赋予空值。要素的属性值。没有与线相交的单元被赋予空值。如果一个单元中有多个线，则该单元被赋予所遇

8、如果一个单元中有多个线，则该单元被赋予所遇到的第一个线的属性值。到的第一个线的属性值。l l在转换面要素时，每个单元被赋予单元质心的多在转换面要素时，每个单元被赋予单元质心的多边形要素的属性值。边形要素的属性值。l l由栅格转换为要素（Convertingarastertofeatures）l l在将栅格转换为点要素时，在将栅格转换为点要素时，SpatialAnalystSpatialAnalyst模块给模块给每个非空值栅格创建一个点。点的坐标就是该单每个非空值栅格创建一个点。点的坐标就是该单元质心的位置。元质心的位置。l l在将表示线状特征的栅格转换为线要素时，在将表示线状特征的栅格转换为线

9、要素时，SpatialAnalystSpatialAnalyst模块用具有相同值，并彼此连接的模块用具有相同值，并彼此连接的单元链创建线，并使该线通过相关单元的中心。单元链创建线，并使该线通过相关单元的中心。l l在进行面状栅格转换时，在进行面状栅格转换时，SpatialAnalystSpatialAnalyst模块利用模块利用相连的同值单元组创建多边形。其界线由外部单相连的同值单元组创建多边形。其界线由外部单元的边界来创建。元的边界来创建。栅格数据的再分类（栅格数据的再分类（Reclassifying raster dataReclassifying raster data）输输入离散型入离

10、散型入离散型入离散型栅栅格格格格 再分再分再分再分类栅类栅格格格格 类别类别类别类别数据的再分数据的再分数据的再分数据的再分类类类类需要用新需要用新需要用新需要用新值值值值代替原来的代替原来的代替原来的代替原来的值值值值。例如，土地利。例如，土地利。例如，土地利。例如，土地利用用用用类类类类型可以根据适宜性的状况分型可以根据适宜性的状况分型可以根据适宜性的状况分型可以根据适宜性的状况分为为为为：低适宜：低适宜：低适宜：低适宜 (1)(1)、中适宜、中适宜、中适宜、中适宜 (2)(2)、高适宜、高适宜、高适宜、高适宜(3)(3)。与适宜性无关的用地。与适宜性无关的用地。与适宜性无关的用地。与适宜

11、性无关的用地类类类类型表示型表示型表示型表示为为为为空空空空值值值值。输输入入入入连续连续型型型型栅栅格格格格 再分再分再分再分类栅类栅格格格格 连续连续连续连续型数据的再分型数据的再分型数据的再分型数据的再分类类类类需要用新需要用新需要用新需要用新值值值值代替一定范代替一定范代替一定范代替一定范围围围围的的的的值值值值。例如，。例如，。例如，。例如，描述距离公路描述距离公路描述距离公路描述距离公路远远远远近的近的近的近的栅栅栅栅格可以被分格可以被分格可以被分格可以被分为为为为三个距离三个距离三个距离三个距离带带带带。练习一：将矢量数据转换为栅格数据练习一：将矢量数据转换为栅格数据l l将矢量

12、转换为栅格就象将一个网盖到矢量地图上一样，每个网格都会得到一个值，没有要素的网格被赋予空值。l l在本练习中将操作从矢量到栅格的转换，同时也将了解设置分析范围和掩模的效果。练习二：高程格网的再分类练习二：高程格网的再分类l l在空间分析中，进行再分类的目的包括：l l基于新的信息替代值；基于新的信息替代值；l l将值相近的数据分组以简化数据；将值相近的数据分组以简化数据；l l将值根据某一共同标准重新分类；将值根据某一共同标准重新分类；l l将值设为空值、将空值设为不同的值。将值设为空值、将空值设为不同的值。l l本练习将高程栅格重新分为四个高程带。其中将尝试两种不同的分类方法。并观察地图的变

13、化。练习三：利用映射表对栅格再分类练习三：利用映射表对栅格再分类l l在对栅格再分类时，可以选择保存分类表以备后用。这些映射表（remaptable）对采用相同分类标准的多重数据的再分类非常有用。l l本练习将利用现有的映射表对栅格进行再分类，并将再分类的栅格转换为矢量数据。练习四：根据共同标准对数据再分类练习四：根据共同标准对数据再分类l l再分类对依据某一共同标准，对多重栅格数据，确定其适宜性、敏感性和优先性程度的适宜性模型非常有意义。对原始值赋值越高表示重要性越强，反之越弱。空值表示不存在重要性或约束。l l在本练习中，将根据对干旱的敏感性，对植被类型栅格图进行再分类，并将结果仅限于研究

14、区的范围内。3.3表面分析l l在二维环境下，最常用的可视化表现三维数据的在二维环境下，最常用的可视化表现三维数据的方式是山体阴影、等高线。方式是山体阴影、等高线。l l山体阴影根据处在想象位置的光源照射到表面要山体阴影根据处在想象位置的光源照射到表面要素上，形成使表面特征容易识别的阴影。素上，形成使表面特征容易识别的阴影。l l等高线是最常用的表示表面数据的方式。它并不等高线是最常用的表示表面数据的方式。它并不像山体阴影那样从视觉上表示现实的地形要素，像山体阴影那样从视觉上表示现实的地形要素，而是通过充分的解译，提供丰富的信息。而是通过充分的解译，提供丰富的信息。山体阴影（Hillshade

15、）l l山体阴影是通过用2D显示方式表现3D表面，形成地形真实视野的技术。l l山体阴影通过设置光源位置，并根据单元相对于光源方向，或根据单元的坡度和坡向，计算每个单元的光照值，依此来创建一个假想的表面照明。l l山体阴影经常用于制作视觉效果生动的地图。以山体阴影为背景的地图，可以在地势图上添加栅格或矢量数据。山体阴影根据指定山体阴影根据指定山体阴影根据指定山体阴影根据指定罗罗罗罗盘盘盘盘方向的方位角和高方向的方位角和高方向的方位角和高方向的方位角和高度角，按照度角，按照度角，按照度角，按照0-2550-255计计计计算表面的照射算表面的照射算表面的照射算表面的照射值值值值。在地图上创建山体阴

16、影时，光源被置于地图的西北（左上角）方向，在对象（如：山体）的脚下投下阴影。从该视角观察对象效果比从其脚下投射要好；将光源置于其它位置所产生的视觉效果会是山体象洞一样，也不符合人的习惯。这这这这幅圣海幅圣海幅圣海幅圣海伦伦伦伦斯火山的地斯火山的地斯火山的地斯火山的地图显图显图显图显示了将高程与山体阴影示了将高程与山体阴影示了将高程与山体阴影示了将高程与山体阴影结结结结合合合合创创创创建同建同建同建同时时时时可以可以可以可以显显显显示高程和地表形示高程和地表形示高程和地表形示高程和地表形态态态态的地的地的地的地图图图图的方式。的方式。的方式。的方式。等高线（Contours）l l等高线是由具有

17、相同表面值的点连接而成的线。l l等高线揭示了在空间上连续的现象，通过某一地域数值变化率。l l等高线越密（近），这种变化越迅速。等高线越密（近），这种变化越迅速。l l高程和大气压是等高线制图最常用的对象。l l等高线按照所指定的间隔绘制。等高距是两条等高等高线按照所指定的间隔绘制。等高距是两条等高线之间线之间z z值的变化。值的变化。l l以以1010毫米为等高距的降雨等值线图，其中的等值线可能毫米为等高距的降雨等值线图，其中的等值线可能包括了包括了10,20,3010,20,30等。等。等高等高等高等高线线线线可以用可以用可以用可以用来表示表面。来表示表面。来表示表面。来表示表面。一条等

18、高一条等高一条等高一条等高线线线线就就就就是一条等是一条等是一条等是一条等值线值线值线值线l l等高距决定了地图上等高线的数量和它们之间的距等高距决定了地图上等高线的数量和它们之间的距离。等高距越小，地图上所创建的等高线越多。离。等高距越小，地图上所创建的等高线越多。l l可以指定一条基础等高线（可以指定一条基础等高线（basecontourbasecontour），作为），作为位置的起点。基础等高线不是最小等高线，但它是位置的起点。基础等高线不是最小等高线，但它是等高线按照等高距由此向上、向下算起的起始点。等高线按照等高距由此向上、向下算起的起始点。l l基础等高线设置为基础等高线设置为0

19、0，等高距设置为，等高距设置为1010，则等高线的值，则等高线的值可能是可能是-20,-10,0,10,20,30-20,-10,0,10,20,30等。等。l l等高线可以表示各种类型的等值线数据：等高线可以表示各种类型的等值线数据：l l等压线（等压线（IsobarIsobar）、等时线（）、等时线（IsochronIsochron）、等日照线）、等日照线（IsohelIsohel）、等雨量线（）、等雨量线（IsohyetIsohyet）、等震线）、等震线（IsoseismalIsoseismal）、等温线（）、等温线（IsothermIsotherm）、等偏角线）、等偏角线（Isogon

20、icIsogonic）练习五：计算山体阴影练习五：计算山体阴影l l添加阴影后的地势图是视觉上最生动的地图产品。阴影效果深化了地图的表现力，使数据所反映的地形可视化效果更好。l l本练习将实践利用高程栅格创建山体阴影，并在其上叠加其它图层的方法。练习六：创建等高线练习六：创建等高线l l在上一个练习中，为在上一个练习中，为ShastaShasta山创建的山体阴影，山创建的山体阴影，了解了在二维环境中表现三维数据的方式。创建了解了在二维环境中表现三维数据的方式。创建等高线是在二维环境中表现高程的另一种方式。等高线是在二维环境中表现高程的另一种方式。l l等高线是由具有相同高程值，或在多数情况下，

21、等高线是由具有相同高程值，或在多数情况下，z z值相等的点连接而成的线。其中，值相等的点连接而成的线。其中，z z值可以是降值可以是降雨量、空气污染物含量或噪声。等高线最适合于雨量、空气污染物含量或噪声。等高线最适合于表现地形的地图，很少用其进行分析。本练习将表现地形的地图，很少用其进行分析。本练习将学习从高程表面创建等高线的方法。学习从高程表面创建等高线的方法。利用表面推导数据(Derivingdatafromsurfaces)l l如何确定陡坡的位置以预测雪崩的风险？l l如何确定朝北或朝南的山坡以预测季节性的融雪？l l从一个防火了望塔上所能够看到的森林总面积是多少？l l这些问题的答案

22、都可以通过从表面数据生成的坡度、坡向和视域栅格中找到答案。坡度（Slope）l l坡度是一个表面或其一部分的倾斜程度。坡度通常用于地形中，也可以用于分析其它类型的表面。l l在对降雨表面计算坡度时，它所表示的是降水在对降雨表面计算坡度时，它所表示的是降水变化的区域，以及变化的快慢（变化的区域，以及变化的快慢（“坡度坡度”越陡，越陡，表示变化越快）。表示变化越快）。l l在侵蚀分析或建筑工地中也可以应用坡度计算。在侵蚀分析或建筑工地中也可以应用坡度计算。l l坡度是指每个单元与其相邻单元之间变率最大的坡度是指每个单元与其相邻单元之间变率最大的值。坡度既可以用度（如：值。坡度既可以用度（如：454

23、5），也可以用百分），也可以用百分比（如：比（如：50%50%）表示。通常度应用于科学研究，）表示。通常度应用于科学研究，而百分比则用于交通研究（如：而百分比则用于交通研究（如：“注意：前方有注意：前方有6%6%的坡度！的坡度！”）。）。本例中，本例中，本例中，本例中，红红红红色表色表色表色表示陡坡，示陡坡，示陡坡，示陡坡，绿绿绿绿色表色表色表色表示平地。示平地。示平地。示平地。l l以百分比表示的坡度是用两点之间的高程差（升以百分比表示的坡度是用两点之间的高程差（升高的高度）除上两点之间的水平距离，再乘高的高度）除上两点之间的水平距离，再乘100100即即是。是。l l以角度表示的坡度是升高

24、高度与水平距离组成的以角度表示的坡度是升高高度与水平距离组成的三角形所形成的夹角。坡地的度数等于垂直升高三角形所形成的夹角。坡地的度数等于垂直升高/水平距离的正切函数（水平距离的正切函数（tangenttangent），它也可以计算），它也可以计算为垂直升高为垂直升高/水平距离的反正切函数水平距离的反正切函数（arctangentarctangent）。）。l l以度数量测的坡度可接近以度数量测的坡度可接近9090，以百分比量，以百分比量测测的坡的坡度度可接近无限（可接近无限（infinityinfinity）。）。以度数和百分比以度数和百分比以度数和百分比以度数和百分比计计计计算坡度的示意算

25、坡度的示意算坡度的示意算坡度的示意图图图图坡向（Aspect）l l坡向是指坡度的朝向，即某一单元对朝坡下的相坡向是指坡度的朝向，即某一单元对朝坡下的相邻单元的方向。邻单元的方向。l l在坡向栅格中的单元值是由在坡向栅格中的单元值是由0-3600-360表示的方向。其表示的方向。其中，北为中，北为0 0，按顺时针的方向，按顺时针的方向，9090为东，为东，180180为南，为南，270270为西。坡度为为西。坡度为0 0（平地）的栅格单元，其坡向（平地）的栅格单元，其坡向值为值为-1-1。n n坡向值为坡向值为9090的单元朝向的单元朝向东方。由此顺坡而下，东方。由此顺坡而下，就是向东而行。早

26、晨太就是向东而行。早晨太阳升起时，该单元充满阳升起时，该单元充满阳光。晚上太阳西下，阳光。晚上太阳西下，则缺少阳光。则缺少阳光。视域（Viewshed）l l视域判别输入栅格中能够从一个或多个观察点或线上可以看到的单元。在输出栅格上，每个单元的值表示可以看到该点的观察点的数量。l l如果只有一个观察点，则能够被看到的栅格单元被赋值为1。其它无法看到的栅格单元被赋值为0。l l观察点的要素类可以包含点或线。线的结点或中间点将被看作是观察点。视域分析计算在可视表面上，从一个或多个观察点可视域分析计算在可视表面上，从一个或多个观察点可视域分析计算在可视表面上，从一个或多个观察点可视域分析计算在可视表

27、面上，从一个或多个观察点可以看到的区域。通过参数的设置可以控制视场的水平以看到的区域。通过参数的设置可以控制视场的水平以看到的区域。通过参数的设置可以控制视场的水平以看到的区域。通过参数的设置可以控制视场的水平和垂直范围、观察者高度、目标单元和视场半径。和垂直范围、观察者高度、目标单元和视场半径。和垂直范围、观察者高度、目标单元和视场半径。和垂直范围、观察者高度、目标单元和视场半径。视域选择参数视域选择参数l l通过向观察图层中添加指定名称的数据项，可以设置一系列视觉visibility参数。l lSPOTSPOT定义观察者的绝对高度定义观察者的绝对高度（例如，飞机（例如，飞机3,0003,0

28、00米的飞行高度）。如果没有米的飞行高度）。如果没有SPOTSPOT项，观项，观察点的高程就是观察者的高度。察点的高程就是观察者的高度。l lOFFSETAOFFSETA定义观察点的偏移高度。定义观察点的偏移高度。l lOFFSETBOFFSETB定义对所有非观察者单元进行视觉定义对所有非观察者单元进行视觉分析时的偏移高度分析时的偏移高度。l lAZIMUTH1AZIMUTH1与与AZIMUTH2AZIMUTH2按顺时针方向设置分按顺时针方向设置分析限制的起始与终止水平角。取值范围为析限制的起始与终止水平角。取值范围为 0-0-360360度，其中，度，其中，0 0度表示正北方向。度表示正北方

29、向。默认值为默认值为0 0和和360360（整个输入栅格）。（整个输入栅格）。AZIMUTH1AZIMUTH1值为值为0 0、AZIMUTH2AZIMUTH2值为值为9090所定义的观察视域为东北方所定义的观察视域为东北方向。向。l lVERT1VERT1与与VERT2VERT2设置水平之上与之下的视觉限设置水平之上与之下的视觉限制角。水平之上取正值，水平之下取负值。制角。水平之上取正值，水平之下取负值。VERT1VERT1的默认值为的默认值为9090，VERT2VERT2的默认值为的默认值为-90-90。l lRADIUS1RADIUS1与与RADIUS2RADIUS2约束从观察点的可视距约

30、束从观察点的可视距离。离。RADIUS2RADIUS2搜索距离外和搜索距离外和RADIUS1RADIUS1搜索距搜索距离内的区域无法看到。默认值是离内的区域无法看到。默认值是0-0-无限远。无限远。练习七：计算坡度和坡向练习七：计算坡度和坡向l l坡度和坡向是量测表面形状或形态的指标。坡度是某一单元上一定距离内z值的变化；坡向是单元最陡路径相对正北的方向（或单元朝向）。本练习将学习计算这两种参数的方法。练习八：计算视域练习八：计算视域l l视域分析检验每个单元，以确认对一个或多个观视域分析检验每个单元，以确认对一个或多个观察点来说，是否有清晰的视线。察点来说，是否有清晰的视线。这种视线的确认这

31、种视线的确认以该单元与观察者之间是否有障碍视线的中间单以该单元与观察者之间是否有障碍视线的中间单元为基础。视域分析回答的是能够看到该单元的元为基础。视域分析回答的是能够看到该单元的各观察者的单元个数。各观察者的单元个数。l lGISGIS中进行视域分析的应用有：在农场隐匿不雅中进行视域分析的应用有：在农场隐匿不雅的储油罐；为防御工事确定发射线；为移动电话的储油罐；为防御工事确定发射线；为移动电话天线选址。天线选址。l l在本练习中，将为适合架设无线电转发器塔的区在本练习中，将为适合架设无线电转发器塔的区域。新塔的位置必须保证在研究区内域。新塔的位置必须保证在研究区内“看到看到”现现有的转发器塔

32、。有的转发器塔。3.4 地图代数地图代数l l地图代数利用运算符和函数建立类似于数学公式一样的数地图代数利用运算符和函数建立类似于数学公式一样的数学表达式，通过关系运算符、布尔运算符、逻辑运算符、学表达式，通过关系运算符、布尔运算符、逻辑运算符、组合运算符、位运算符，连接一个或多个输入值，计算得组合运算符、位运算符，连接一个或多个输入值，计算得出新值。函数能够完成一些系统定义的专业性计算，例如出新值。函数能够完成一些系统定义的专业性计算，例如利用高程计算坡度，返回值类型通常为数值型。利用高程计算坡度，返回值类型通常为数值型。l l它是在栅格计算器中输入地图代数表达式然后进行计算。它是在栅格计算

33、器中输入地图代数表达式然后进行计算。本节将了解怎样在栅格计算器中利用逻辑运算符和各种函本节将了解怎样在栅格计算器中利用逻辑运算符和各种函数建立数学表达式，学习怎样完成地图代数中一些常用的数建立数学表达式，学习怎样完成地图代数中一些常用的功能和任务，如：条件处理、测试空值单元，为单元赋值功能和任务，如：条件处理、测试空值单元，为单元赋值等。等。l l大家不必像程序员一样去学习怎样有效地运用运算符和函大家不必像程序员一样去学习怎样有效地运用运算符和函数，知道怎样使用就可以了。数，知道怎样使用就可以了。什么是地图代数？什么是地图代数？l l地图代数是一种用于栅格数地图代数是一种用于栅格数据空间分析的

34、较高水平的计据空间分析的较高水平的计算机语言。它是基于算机语言。它是基于DanaDanaTomlinTomlin地理信息系统与地地理信息系统与地图建模图建模一书中的地图代数一书中的地图代数而提出来的。而提出来的。l l地图代数应用于栅格数据中，地图代数应用于栅格数据中，栅格数据是带有地理参考系栅格数据是带有地理参考系统的数值序列。如果将栅格统的数值序列。如果将栅格数据像三明治一样一层一层数据像三明治一样一层一层的叠置起来，可以按照运算的叠置起来，可以按照运算法则对其进行简单的运算。法则对其进行简单的运算。地图代数可以对同一坐标系下的栅格数据进行计算地图代数运算符地图代数运算符l l地图代数运算

35、符通常建立在科学计算器的运算符基础之上，地图代数运算符通常建立在科学计算器的运算符基础之上，与其大体相同。最简单、最常用的运算符有算术运算符、与其大体相同。最简单、最常用的运算符有算术运算符、关系运算符、布尔运算符和逻辑运算符，组合运算符和位关系运算符、布尔运算符和逻辑运算符，组合运算符和位运算符位列次之。运算符位列次之。l l地图代数运算符的算子包括加、减、乘、除。例如：三个地图代数运算符的算子包括加、减、乘、除。例如：三个不同类型的火险栅格图层叠加在一起能够构造出一个综合不同类型的火险栅格图层叠加在一起能够构造出一个综合险的栅格分析图层。算术运算符也可以用于度量单位的转险的栅格分析图层。算

36、术运算符也可以用于度量单位的转换（例如：英尺换（例如：英尺*0.3048=0.3048=米）。米）。算术运算符l l关系运算符能够进行逻辑关系运算符能够进行逻辑检验，计算结果的返回值检验，计算结果的返回值为真（为真（1 1）或假（）或假（0 0）。例）。例如：运用关系运算符查找如：运用关系运算符查找植被类型等于塞拉利昂型植被类型等于塞拉利昂型混合针叶林。混合针叶林。l l布尔运算符布尔运算符“andand”、“oror”、“notnot”对逻辑检对逻辑检验的表达式进行一连串的验的表达式进行一连串的限制，同关系运算符相似。限制，同关系运算符相似。布尔运算符的返回值为真布尔运算符的返回值为真和假。

37、例如：查找和假。例如：查找“所有所有坡度坡度4545度度andand高程高程5000m5000m”的区域。的区域。关系运算符布尔运算符l l逻辑运算符逻辑运算符DIFF,INDIFF,IN和和 OVEROVER对逐个象元进行逻辑测试，对逐个象元进行逻辑测试，但在特殊的条件规则下才生效。但在特殊的条件规则下才生效。l lADIFFBADIFFB：如果在：如果在A A栅格图层上某位置的象元值同栅格图层上某位置的象元值同B B栅格上同一位栅格上同一位置的象元值不同，那么返回值为置的象元值不同，那么返回值为A A栅格图层上该位置的象元值；如栅格图层上该位置的象元值；如果两层同一位置的象元值相同，则返回

38、值为果两层同一位置的象元值相同，则返回值为0.0.l lAINvaluelist)AINvaluelist)：如果：如果A A栅格图层上某位置的象元值在返回值列表栅格图层上某位置的象元值在返回值列表中，那么返回值为该象元的象元值，否则返回中，那么返回值为该象元的象元值，否则返回NoDataNoData。l lAOVERBAOVERB：如果：如果A A栅格图层上某位置的象元值不等于栅格图层上某位置的象元值不等于0 0，那么返，那么返回值为回值为A A栅格图层该象元的象元值，否则返回栅格图层该象元的象元值，否则返回B B栅格图层上该位置栅格图层上该位置的象元值。的象元值。逻辑运算符l l组合运算符

39、连接多个栅格图层的属性表，对所有唯一的组组合运算符连接多个栅格图层的属性表，对所有唯一的组合值赋予一个合值赋予一个IDID值，然后将值，然后将IDID值返回到输出的栅格图层中，值返回到输出的栅格图层中，并且生成一个值的字段。并且生成一个值的字段。l l在本讲中不使用位运算符，在此不列举出来。关于位运算在本讲中不使用位运算符，在此不列举出来。关于位运算符的使用在符的使用在ArcGISArcGIS在帮助中有详细的讲解。在帮助中有详细的讲解。组合运算符地图代数函数地图代数函数l l“函数函数”这个词常为程序员的专业术语，不管你是否意识这个词常为程序员的专业术语，不管你是否意识到这个问题，其实在前面的

40、表面分析中生成过山体阴影、到这个问题，其实在前面的表面分析中生成过山体阴影、坡度、坡向的栅格数据等，已经用过一些函数了。这些选坡度、坡向的栅格数据等，已经用过一些函数了。这些选项其实是运行地图代数函数的一些简单的对话框。项其实是运行地图代数函数的一些简单的对话框。l l通过空间分析的用户界面可以完成很多工作，地图代数的通过空间分析的用户界面可以完成很多工作，地图代数的一些函数在此都是可用的。函数是地图代数语言的主要元一些函数在此都是可用的。函数是地图代数语言的主要元素，因此有上百个数函数。素，因此有上百个数函数。l lArcGISArcGIS的联机帮助系统列出了一系列的函数列表，并对每的联机帮

41、助系统列出了一系列的函数列表，并对每一个函数都有解释说明。在此对函数的功能以及句法分析一个函数都有解释说明。在此对函数的功能以及句法分析进行了描述。进行了描述。l l以下按照字母顺序列出了一些函数以供课后使用：以下按照字母顺序列出了一些函数以供课后使用：l lASPECTASPECT：从一个栅格表面中提取坡向。：从一个栅格表面中提取坡向。l lBOUNDARYCLEANBOUNDARYCLEAN：平滑展开或者收缩面积的边界。：平滑展开或者收缩面积的边界。l lCONCON：在分析窗口中逐单元中执行一次或者多次：在分析窗口中逐单元中执行一次或者多次If/ElseIf/Else条件赋值。条件赋值。

42、l lEQUALTOEQUALTO：计算这组栅格和基于网格的栅格相等的次数。：计算这组栅格和基于网格的栅格相等的次数。l lGREATERTHANGREATERTHAN：计算这组栅格超过基于网格的栅格的次数。：计算这组栅格超过基于网格的栅格的次数。l lHILLSHADEHILLSHADE：通过考虑照明角度和阴影为一个栅格表面计算山体：通过考虑照明角度和阴影为一个栅格表面计算山体阴影的值。阴影的值。l lINTINT：通过切割方法把栅格的每个单元值转换成整型。：通过切割方法把栅格的每个单元值转换成整型。l lISNULLISNULL：如果输入的栅格单元值为空值则返回：如果输入的栅格单元值为空值

43、则返回1 1，否则返回，否则返回0 0。l lLESSTHANLESSTHAN：计算这组栅格低于基于网格的栅格的次数。：计算这组栅格低于基于网格的栅格的次数。l lMEANMEAN：计算分析窗口中或者某一范围内栅格单元的平均值。：计算分析窗口中或者某一范围内栅格单元的平均值。l lMERGEMERGE：基于栅格图层的输入顺序合并输入的不邻接的栅格图层。：基于栅格图层的输入顺序合并输入的不邻接的栅格图层。l lMOSAICMOSAIC：合并相邻接的连续的栅格图层并且对重叠的区域进行：合并相邻接的连续的栅格图层并且对重叠的区域进行处理。处理。l lNIBBLENIBBLE：重置栅格单元来适应一个掩

44、膜，使用最近相邻单元的值。：重置栅格单元来适应一个掩膜，使用最近相邻单元的值。l lREGIONGROUPREGIONGROUP：在分析窗口内，记录每个输入单元所属于的关：在分析窗口内，记录每个输入单元所属于的关联区域的身份，每一个区域分配一个唯一的值。联区域的身份，每一个区域分配一个唯一的值。l lSETNULLSETNULL：如果输入条件的赋值是：如果输入条件的赋值是truetrue返回一个空值。如果是返回一个空值。如果是falsefalse返回一个被栅格指定的值或者分析范围内的逐单元的数目。返回一个被栅格指定的值或者分析范围内的逐单元的数目。l lSLICESLICE：通过等间距或等面积

45、区域切割栅格输入单元值的范围。：通过等间距或等面积区域切割栅格输入单元值的范围。l lSLOPESLOPE：从一个栅格表面总提取坡度。：从一个栅格表面总提取坡度。l lZONALAREAZONALAREA：计算输入数据每个区域的面积。：计算输入数据每个区域的面积。了解逻辑值了解逻辑值l l逻辑值与逻辑值与“真真”和和“假假”密切相关。在地图代数中，任何密切相关。在地图代数中，任何一个非零的输入值被认为是逻辑真值，一个非零的输入值被认为是逻辑真值，0 0被认为是逻辑假被认为是逻辑假值。地图代数运算符和函数计算输入的象元值，返回逻辑值。地图代数运算符和函数计算输入的象元值，返回逻辑值值1 1（真）

46、和逻辑值（真）和逻辑值0 0（假）。关系运算符和布尔运算符同（假）。关系运算符和布尔运算符同此都返回逻辑值。此都返回逻辑值。这个例子计算每个象元值是否大于15。象元值15的象元被赋予1（真）；否则象元值被赋予0（假）。练习：使用函数l l在在ArcGISSpatialAnalystArcGISSpatialAnalyst中，函数提供了栅格处理能力的中，函数提供了栅格处理能力的核心。除了利用传统地图代数表达式访问这些函数外，它核心。除了利用传统地图代数表达式访问这些函数外，它们的大多数还可以通过们的大多数还可以通过geoprocessinggeoprocessing框架进行访问。本框架进行访问。

47、本练习将通过命令行和地图代数表达式使用函数。练习将通过命令行和地图代数表达式使用函数。l l本练习中，假设你要在本练习中，假设你要在TahoeTahoe湖区的滑雪胜地需要最佳位湖区的滑雪胜地需要最佳位置。作为一个较大模型的一部分，需要找出那些在降雪月置。作为一个较大模型的一部分，需要找出那些在降雪月份（份（11-411-4月）大部分处在阴影下的坡地。所用的方法是将月）大部分处在阴影下的坡地。所用的方法是将太阳置于恰当的位置，得到太阳置于恰当的位置，得到6 6个月平均日照量，计算每个个月平均日照量，计算每个月中的山体阴影。月中的山体阴影。冬季6个月太阳照射参数Month Azimuth Alti

48、tude November186.637.2December183.132.8January179.335.2February177.643.7March179.254.3April184.366.1练习：运算符的使用l l地图代数通过简单的类似代数的表达式来简化复地图代数通过简单的类似代数的表达式来简化复杂的分析任务。杂的分析任务。l l本练习通过地图代数运算符和函数的组合来模拟本练习通过地图代数运算符和函数的组合来模拟种植用于恢复造林的松树和杉树的最佳位置。这种植用于恢复造林的松树和杉树的最佳位置。这些树种最适合于海拔些树种最适合于海拔2,4002,400米以上的高度。同样，米以上的高度。

49、同样，还要有同美国林业部的协议允许在其土地上开发还要有同美国林业部的协议允许在其土地上开发林场。林场。地图代数的应用地图代数的应用l l在前面所讲的内容中，大家会发现用运算符和函数建立地图代数表达式很容易，现在将创建好的地图代数表达式应用于实践中。l l本讲包括怎样完成一些常见的地图代数工作：空值的处理、条件处理和多层栅格数据的合并。条件处理条件处理l l条件处理可以让我们依照条件指定完成什么样的功能。在条件处理可以让我们依照条件指定完成什么样的功能。在没执行条件之前，写出一条可以估计其计算结果为真的条没执行条件之前，写出一条可以估计其计算结果为真的条件语句，同时也写出预测结果为假的条件语句。

50、传统的件语句，同时也写出预测结果为假的条件语句。传统的If-If-Then-ElseThen-Else语句就是条件语句的典型例子。语句就是条件语句的典型例子。l l条件处理在制作分析掩膜功能时特别有用。例如：在野外条件处理在制作分析掩膜功能时特别有用。例如：在野外或火灾预防和控制分析研究中，高火险区域（真）可以赋或火灾预防和控制分析研究中，高火险区域（真）可以赋值值100100，低火险区域（假）赋空值。，低火险区域（假）赋空值。在这个例子中，按照“坡度15度”这个条件对每个输入的象元进行判断，坡度15度的象元在输出图层上赋空值。输出结果可用于分析掩膜以除掉不想进行分析研究的区域。空值的处理空值