太原理工大学地理信息系统软件与应用-第八-九章课件资料.ppt

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1、GIS GIS 空间分析空间分析-使用使用ArcGISArcGIS4.2 空间分析基本操作v4.2.1 4.2.1 矢量数据空间分析矢量数据空间分析v4.2.2 4.2.2 栅格数据空间分析栅格数据空间分析4.2.1 矢量数据空间分析v1 空间关系查询v2 缓冲区分析4.2.1 4.2.1 矢量数据空间分析矢量数据空间分析v问题:在某条公路100m范围内都有些什么类型的林木最近发生的滑坡影响到的土地是哪些？面积有多少？某个区域内高速公路的通车里程有多少？v根据空间关系选择要素间的关系 v（相邻关系）Proximityv（包容关系）Containmentv（叠加关系）Overlapv空间关系连接

2、（Spatial Join）1.空间关系查询v图层间要素素空间关系分析图层间要素素空间关系分析查询距一条线段最近的点查询距一条线段最近的点(proximity)(proximity)查询相邻的要素查询相邻的要素 (proximity)(proximity)Line-on-polygon selection(containment)Line-on-polygon selection(containment)Polygon-on-line selection(overlap)Polygon-on-line selection(overlap)Point-in-polygon selection(c

3、ontainment)Point-in-polygon selection(containment)Polygon-on-point selection(overlap)Polygon-on-point selection(overlap)Polygon-on-polygon selection(overlap)Polygon-on-polygon selection(overlap)v定义定义目标层目标层:从其中查询满足条件从其中查询满足条件的要素的要素选择层选择层:比较此图层中要素与比较此图层中要素与目标层中的关系目标层中的关系我想从我想从 中选择符合条件中选择符合条件 与与 中的中的要素

4、符合要素符合 的要素的要素v空间关系空间关系查询距某条线段最近的点(proximity)v查询某条水系附近的所有地块选择层目标层v查询距一条线段最近的点（邻近分析）v查询相邻要素(proximity)v查询相邻要素(proximity)v根据多边形与线段的关系查询(包容关系)v查询位于多边形中的点(包容关系)v查询包含点的多边形(叠加)空间关系连接：Spatial joinv根据图层间的关系连接属性表基于要素的几何关系比较要素间的包容关系、距离，然后将属性表连接 Spatial joinv根据空间位置连接图层属性表Spatial join:包容关系v将包含点的多边形的属性连接到点的属性表rel

5、ated fields can be used for displaySpatial join:邻近v将距离线段最近的点的属性连接到线段属性表distance used asdisplay field2.2.缓冲区分析缓冲区分析v距离或邻近分析v缓冲距离参数可以是常数或变量缓冲区分析缓冲区分析缓冲区分析vArcToolbox 界面缓冲区分析缓冲区分析v创建的缓冲区保存为一个要素类或Coverage（矢量格式）4.2.2 栅格数据空间分析v1.了解栅格数据v2.栅格分析环境v3.栅格数据重分类v4.采样点数据空间插值v5.栅格单元统计 v6.交叉面积表v7.分区统计v8.距离分析v9.邻域分析v

6、10.栅格计算器1.了解栅格数据v查看图层属性可以了解栅格数据的相关信息栅格数据属性栅格数据属性v从ArcCatalog中拖放数据到ArcMap加载栅格数据在ArcMap中添加栅格数据图层v根据栅格单元数值分类根据栅格单元数值分类v可以修改图例可以修改图例显示栅格数据v通过直方图了解栅格单元数值的分布情况Y轴：栅格个数X轴：栅格单元值查看栅格数据统计信息查询栅格数据v栅格单元的属性可以通过查询按钮获取v离散栅格可以通过常规的方式查询属性表根据表达式查询栅格v通过ArcCatalog管理栅格数据源v复制v移动v更名v删除管理栅格数据文件2.栅格分析环境v栅格分析的大部分功能都被集成到“空间分析”

7、模块中空间分析扩展模块v分析选项工作目录掩模分析范围分析栅格大小v一经设定将保持到下一次修改 空间分析选项设置决定经空间分析得到的栅格数据的空间属性设置栅格分析环境v分析范围分析派生的数据的空间属性v是矩形区域 设置分析范围设置分析范围v使用范围捕捉，使多个栅格图层正确匹配v分析栅格的尺寸决定了输出栅格的栅格尺寸要进行多个栅格数据集 间的分析时使用一致 的栅格大小 小栅格 大文件小栅格 较长的计算时间设置栅格大小v分析掩模定义了输出栅格的范围v掩模是根据已存在的 栅格的“有效数据”区域生成的，而不是矩形区域(分析范围中指定的 是矩形区域)设置分析掩模设置分析掩模v分析掩模定义了输出栅格的形状v

8、Next Class3.栅格数据重分类重分类（Reclassify）v将栅格图层的数值进行重新分类组织或者重新解释。v重分类的关键是确定原数据到新数据之间的对应关系产生新的栅格图层连续栅格数据重分类后转换为离散栅格数据4.采样点数据空间插值问题：问题：v根据气象观测站点数据，生成某一区域内降雨量等值线及空间分布图v通过地下水位高度采样点数据，制作一个城市的地下水位分布图。遍历研究区域中的每个位置以测量该位置的高度、大小或某种特性通常都是困难的，或者是昂贵的，因而一般都是采用抽样的方法，按照一定原则，选出一些样点进行测量，然后使用插值函数，估计出所有其它位置的值。v应用：根据水质采样点数据生成滇

9、池水面水质分布图v表面中的每一个栅格的值表示为Z=f(X,Y)，vZ值可以是高程值、浓度值或应用领域的其它量值，例如：污染、噪音等主要的内插方法有：v权重距离递减（Inverse Distance Weighted）v样条函数内插（Spline）v克里金（Kriging）内插基于统计方法v趋势面内插（Trend）v采样点经过空间插值得到连续表面连续表面离散的采样点数据 v两种基本的插值方法(spline and IDW)样条函数(minimized curvature)距离权重倒数(local influence is strong)5.栅格单元统计v数据：v1990年2000年降雨量观测点数

10、据v通过空间插值生成降雨量分布图v通过局部统计功能计算多年平均降雨量分布图栅格单元统计栅格单元统计Cell StatisticalCell Statistics(栅格单元统计）可以基于栅格单元对多个栅格主题进行统计。栅格主题之间的局部统计要求输入多个栅格主题来计算输出主题中每一个栅格的统计值。例如：用此功能可以根据1990年到2000年间某地区降水量栅格数据计算这个地区多年平均降水栅格6.交叉面积表-面积制表 v数据：县界;土地利用;交叉面积表v设定交叉表中的行和列行列泸水勐海耕地林地交叉面积表v输出结果：表格7.分区统计对每个分区内的数据进行汇总统计。Summarize Zones要求输入两

11、个图层v（1）进行汇总统计的数据，数据类型既可是连续型也可是离散型。v（2）分区数据，用以确定每个栅格属于哪个分区，数据类型必须是离散型。例子：汇总统计各地区的降雨量v“每个区”是一组具有相同属性值的栅格单元(或多边形)分区汇总原理for zone 1:(53+57+33+78+31+12+32+9+9+33+76)=423 v分区统计参数定义从分区数据属性表中指定一个字段，字段值相同的为同一个区域选择需要进行汇总统计的栅格图层定义输出表格选择统计图表的类型v生成分区汇总表和直方图基于于分区数据对要进行统计的栅格进行计算 8.邻域分析v邻域分析也称为窗口分析，主要应用于栅格数邻域分析也称为窗口

12、分析，主要应用于栅格数据模型。据模型。v地理要素在空间上存在着一定的关联性。对于地理要素在空间上存在着一定的关联性。对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的栅格数据所描述的某项地学要素，其中的(I(I，J)J)栅格往往会影响其周围栅格的属性特征。栅格往往会影响其周围栅格的属性特征。v窗口分析是指对于栅格数据中的一个、多个栅窗口分析是指对于栅格数据中的一个、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，并在分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算等一系列统计计算，从而实现栅格数据有效的，从而实现栅格数据有

13、效的水平方向扩展分析。水平方向扩展分析。ArcGIS支持以下几种统计算法ToolToolDescriptionBlock Statistics（块统计）Calculates statistics for a non-overlapping neighborhood.Filter（过滤）Performs a preset focal filter on a raster.Focal Flow（焦点流）Determines the flow of the values in the input raster within each cells immediate neighborhood.Foca

14、l Statistics（焦焦点统计）点统计）Calculates a statistic on a raster over a specified neighborhood.Line Statistics（线统计）Calculates a statistic on the attributes of lines in a circular neighborhood around each output cell.Point Statistics（点统计）Calculates a statistic on points over a specified neighborhood outputt

15、ing a raster.邻域分析：焦点统计v统计函数:vMinimum，最小值最小值vMaximum，最大值最大值vMean，平均，平均值值vMedian，中，中值值vSum（和）（和）vRange（范围）（范围）vStandard Deviation（标（标准差）准差）vMajority（主要（主要值）值）vMinority（次要（次要值）值）vVariety（种类）（种类）邻域统计:焦点统计v焦点统计：标准差焦点统计：标准差找出高程变化较大的区域邻域统计：滤波v高通滤波(focal process)v高通滤波用于边界增强9.距离分析基于栅格数据基于栅格数据概念：源概念：源距离分析中的目标

16、，距离分析中的目标，是离散的要素，要素是离散的要素，要素可以邻接，但属性必可以邻接，但属性必须不同须不同源可由栅格数据或矢源可由栅格数据或矢量数据来定义量数据来定义距离分析计算一距离分析计算一定区域内的栅格单元定区域内的栅格单元到源的距离到源的距离ToolDescriptionCorridorCalculates the sum of accumulative costs for two input accumulative cost rasters.Cost AllocationIdentifies for each cell the zone of each source cell tha

17、t could be reached with the least accumulative cost.Cost Back LinkDefines the neighbor that is the next cell on the least-accumulative-cost path from a cell to a set of source cells.Cost DistanceCalculates for each cell the least accumulative cost distance to the nearest source over a cost surface.C

18、ost PathCalculates the least cost path from a source to a destination.Euclidean AllocationCalculates for each cell its nearest source based on Euclidean distance.Euclidean DirectionCalculates for each cell the direction,in degrees,to the nearest source.Euclidean DistanceCalculates for each cell the

19、Euclidean distance to the closest source.Path DistanceCalculates,for each cell,the least-accumulative-cost distance over a cost surface from a source cell or a set of source cells while accounting for surface distance and horizontal and vertical cost factors.Path Distance AllocationIdentifies for ea

20、ch cell the zone of each source cell that could be reached with the least accumulative cost while accounting for surface distance and horizontal and vertical cost factors.Path Distance Back LinkDefines the neighbor that is the next cell on the least-accumulative-cost path from a cell to a set of sou

21、rce cells defines the neighbor that is the next cell on the least-accumulative-cost path from a cell to a set of source cells.表面距离v左图：表面距离左图：表面距离v下图：直线距离下图：直线距离线要素直线距离分析邻近分配v哪些像元距离给定的设施（城市）较近？v右图基于路径距离的邻近分配output cells have the value of the closest input feature10.栅格计算器v栅格查询栅格查询v图层叠加分析图层叠加分析栅格查询v同时查

22、询多个栅格图层构造查询表达式得到的临时栅格数据（符合表达式的栅格赋值为1）栅格叠加分析v栅格数据基于相同坐标系统v基于栅格单元（像元）进行;v多个栅格图层中具有相同的X,Y的像元进行运算 v输出结果为单一栅格图层，复合了参与运算的各栅格图层的信息栅格分析vSpatial AnalystSpatial Analyst 工具栏（需要启用空间分析扩展模块）v栅格计算器Raster Calculator栅格分析：基于栅格单元使用数学方法栅格分析：基于栅格单元使用数学方法vRaster Calculator可完成各种地图代数运算栅格图层数学运算（算术、布尔、关系）表达式输入框表达式输入框函数运算（算术、三角、对数、幂）栅格分析v更多的功能集成在更多的功能集成在ArcToolboxArcToolbox中中v更复杂的栅格分析功能可以通过使用更复杂的栅格分析功能可以通过使用 Grid Grid Map AlgebraMap Algebra（栅格地图代数运算）完成（栅格地图代数运算）完成