2016gis空间分析-栅格数据叠置

第4章栅格数据叠置分析Raster/image1栅格数据叠置分析定义2栅格数据的表达参数3数据分析环境设置4栅格窗口操作第四章

栅格数据的叠置分析1栅格数据叠置分析的定义2栅格数据的表达参数3数据分析环境设置4栅格窗口操作第四章

栅格数据的叠置分析1栅格数据叠置分析的定义：具有统一地理空间（即统一的空间参考：椭球体、基站面、坐标原点、地图投影），统一比例尺以及统一的分辨率（像元大小），统一的栅格数据格式（grid）的各栅格数据之间进行的各种栅格操作。1月月总降水量（mm）2月月总降水量（mm）3月月总降水量（mm）1栅格数据叠置分析的定义2栅格数据的表达参数3数据分析环境设置4栅格窗口操作3.2.4栅格数据的叠置分析2栅格数据的表达参数坐标原点：对应于国家基本比例尺公里网左下角坐标方位：公里网的纵横坐标轴格网大小：像元属性值类型:数值型与类别型

决定vat表、统计类型及运算方式数值型：Maximum,Minimum、mean、sum、Medium、Standarddeviation类别型与数值型：Range,Variety,Majority,Minority1栅格数据叠置分析的定义2栅格数据的表达参数3数据分析环境设置4栅格窗口操作3.2.4栅格数据的叠置分析3栅格数据分析环境设置（Arctoolbox或spatialAnalyst中）（通常用于多层栅格分析时）输出像元大小不一致？区域范围设置类型不一致？栅格原点不一致？空值设定？3栅格数据分析环境设置（Arctoolbox或spatialAnalyst中）（通常用于多层栅格分析时）输出像元大小：通常≥栅格图层中的最大像元区域范围设置类型特定栅格图层或要素图层或由最大和最小x、y坐标确定区域或多个栅格叠置（intersect

或union）区域分析掩膜（analysismask）捕捉栅格snapraster空值设定分析掩膜的操作原理掩膜内部的数据运行操作捕捉栅格snapraster的操作原理空值设定的操作原理ELEV_Grid

SETZEROS=CON(ELEV>1000,ELEV)FILLZEROS=CON(ISNULL(ELEV_Grid

),0,HIGH_ELEV)HIGH_ELEV设置环境1——spatialanalyst创建临时栅格输入和输出数据放入的工作空间自动生成文件名称的执行结果存放空间输出结果的显示范围图层在执行过程中用于捕捉或将范围吻合的栅格。结果输出栅格大小为snapraster大小，左下角与snapraster重合，右上角通过栅格单元调整设置环境2——ArcToolbox创建永久性栅格，可自主决定使用对话框、脚本、命令还是模型等1栅格数据叠置分析的定义2栅格数据的表达参数3数据分析环境设置4栅格窗口操作Tip：进行栅格数据的空间分析时，查看数据的相关参数，并进行分析环境设置。第四章

栅格数据的叠置分析栅格的独立像元、像元组、整个栅格全部像元局域、邻域、区域、全局栅格操作表面、水文、多变量等复杂空间分析地图代数语言提供命令、函数、操作符、变量与语句等第四章

栅格数据的叠置分析（GRID格式）栅格窗口操作1、CellStatistics/rastercalculator

——局域Localfunction2、NeighborhoodStatistics——邻域Focalfunction3、ZonalStatistics——区域Zonalfunction4、全局Globalfunction5、块操作Blockfunction局域操作Localfunction邻域操作

Focalfunction区域操作

Zonalfunction全局操作

Globalfunction块操作Blockfunction局域操作Localfunction邻域操作

Focalfunction块操作Blockfunction全局操作

Globalfunction区域操作

Zonalfunction栅格窗口操作1、CellStatistics/rastercaculator——局域Localfunction

（栅格数据分析的核心）2、NeighborhoodStatistics——邻域Focalfunction3、ZonalStatistics——区域Zonalfunction4、全局Globalfunction5、块操作Blockfunction1局域操作Localfunction1）应用2）定义3）研究对象的栅格数据提取4）单层栅格的聚类聚合5）多层栅格的复合分析6）多层栅格的统计分析7）量算分析1）应用1、提取需要的栅格单元（值为0）？2、现有某个区域的坡度数据slope_gd，坡向数据aspect_gd，想知道坡度为10～20度的区域？10～20度在南坡的区域面积所占整个区域的多少？3、%单位的坡度向度单位坡度的转换？如何将单位为m的高程栅格，转化为单位为feet（3.28m/feet）的栅格？4、如何将浮点型栅格转换成整型栅格？5、遥感图像处理中某种地物的提取过程？以及进行某类现象的动态变化分析与预测？6、数字高程模型显示中从渐变色到分带表示过程？7、Chuvieco和Congalton（1989）为西班牙地中海海岸的研究区构建了森林火灾指数模型。在模型中考虑了5个因子：根据可燃性类型、立地条件和点位分类的植被种类（v）、海拔（e）、坡度（s）、坡向（a）、与道路/小道/宿营地或住宅群的邻近度（r），即

H=1+100v+30s+10a+5r+2e怎样运用该模型？如何准备数据和进行数据的处理？8、通用土壤流失方程（RUSLE）可以用于评估研究区的土壤侵蚀量，即A(土壤平均流失量，t)=R(降水侵蚀)K(土壤可侵蚀)L(坡长)S(坡度)C(作物管理)P(水保措施)9、分析10年来中国年降水量变化最大区域？土地利用变化变率最大的区域？10、胡杨林分布于干旱区的河流两岸。现有河流栅格strmgd，高度分带栅格elevgd。胡杨林的潜在栖息地必须满足高程分带为2，且与河流距离在200m之内。请确定胡杨林在该区域的栖息地。像元的分辨率都是100m。1局域操作Localfunction1）应用2）定义3）研究对象的栅格数据提取4）单层栅格的聚类聚合5）多层栅格的复合分析6）多层栅格的统计分析7）量算分析本质：点变换方法操作对象：单个栅格单元。只以其本身的值为基础，并不参考其它相邻单元的值，即与邻域点的属性值无关，也不受区域内一般特征的影响。生成的新栅格图：依赖于对输入栅格所采用的函数2)定义1局域操作Localfunction1）应用2）定义3）研究对象的栅格数据提取4）单层栅格的聚类聚合5）多层栅格的复合分析6）多层栅格的统计分析7）量算分析ConCON(ISNULL…)函数将NODATA转换为其它值testB=CON(条件语句，满足时返回值<原值或常数>，不满足时返回值<不设定nodata或常数>)CONHIGH_ELEV=CON(ELEV_Grid,ELEV>1000,1,0)

ELEV_Grid

HIGH_ELEV=CON(ELEV_Grid

,ELEV>1000,ELEV)

FILLZEROS=CON(ELEV_Grid，ISNULL(HIGH_ELEV),0,HIGH_ELEV)TEST

网格如符合某逻辑表达规则返回1值，否则返回0值。

eg.有一土地覆盖类型的栅格，1=水体，2=针叶林，3=阔叶林，4=混交林，5=沼泽，请统计林地的面积！土地覆盖栅格

LandCoverGrid林地栅格ForestGrid

林地属性值表ForestValueAttributeTable

Forest=TEST(Land_Cover,‘ValueNE1andValueNE5’)

Forest=con(Land_Cover,ValueNE1andValueNE5，1,0)

1局域操作Localfunction1）应用2）定义3）研究对象的栅格数据提取4）单层栅格的聚类聚合5）多层栅格的复合分析6）多层栅格的统计分析7）量算分析4）单层栅格的聚类聚合定义聚类聚合分析是将一个单层栅格经某种变换而得到另外一种具有新含义的栅格数据系统的处理过程。有人称之为栅格数据单层的派生处理。eg.遥感图像处理中，提取地物方法实际上就是聚类过程，数字高程模型的分级或分带处理。重分类：基于原有数值，对通过分类整理或通过查找表转换得到新数据的运算方法，称再编码。是针对值属性进行的转换。重分类的类型内容10、请从空间上确定某土地利用类型的图斑数有多少？各种图斑在空间上如何分布？(景观生态学问题)问题？REGIONGROUP

从左上角的网格开始从左至右,从上到下进行处理，以相邻同值的网格为基础，将相邻同值的网格组合归类。1局域操作Localfunction1）应用2）定义3）研究对象的栅格数据提取4）单层栅格的聚类聚合5）多层栅格的复合分析6）多层栅格的统计分析7）量算分析5）多层栅格的复合分析复合分析：建立各层面信息关系模式，通过信息模式进行多层栅格逐栅格的函数运算自动处理的方法。3、布尔运算1、算术运算2、关系运算数学运算函数运算Arithmetic算术函数：绝对值函数、整型函数、向上舍入函数、浮点函数、向下舍入函数、输入数据中的nodata赋值为1，否则为0输出Trigonometric三角函数（弧度为默认单位）：Logrithms对数函数：Powers幂函数：平方根、平方、幂公式编辑区域已加载图层列表22131114411144133343334332211122111331113330033400

GRID3=GRID1/GRID2

GRID1

GRID2

Grid5=Grid1+Grid2

栅格代数运算中需要注意的问题栅格进行加减乘除代数运算，NODATA网格的输出？栅格可进行加减乘除代数运算，NODATA一直保持为NODATA被0除后的格网值？被0除时被赋予“NODATA”为了使代数运算表达式返回小数值，至少需其中一个输入栅格是浮点型数据类型或者可以用FLOAT函数将整型栅格数据转换浮点型栅格数据GRID4=FLOAT（GRID1）/FLOAT（GRID2）运用CON函数可将NODATA值变换为任意有效值栅格数据复合分析的应用A单位换算，标准化等问题的解决如：通过加上或乘上一个恒量来改变每个单元的值。当一个单元没有数据时，输出栅格中相应的单元仍保持空。？现有某个区域的坡度数据slope_gd，坡向数据aspect_gd，想知道坡度为10～20度的区域？10～20度在南坡的区域面积所占整个区域的多少？B查询问题C多层运算问题

（eg.离中心市场的距离与道路的路况花费时间~运输阻抗）D多要素建模分析等在高海拔区域，由于气象站点非常稀少，采用一般的插值方法很难得到理想的空间化气象数据，通常采用地理回归法来进行空间化数据，即

P=ax＋by＋ch＋d，如何来实现？1局域操作Localfunction1）应用2）定义3）研究对象的栅格数据提取4）单层栅格的聚类聚合5）多层栅格的复合分析6）多层栅格的统计分析7）量算分析5）、多层栅格的统计分析——

CellStatistics基于多层栅格图层进行的统计Maximum单元值中的最大数值Minimum单元值中的最小数值Range单元值的数值范围Sum单元值的总和Mean单元值的平均值StandarddeviationVariety单元值中不同数值的个数Majority单元值中出现频率最高的值MinorityMedium单元值中的中央值……了解数据分布趋势，拟合空间属性之间的回归关系，把握属性之间的关系与规律5363888595136131818185993638815991361318181859MaximumMedium？若为奇数层，Med＝a(n+1)/2

偶数层，Med＝½(an/2+a（n＋2）/2)536388859513613181818595936388159Medium？若为奇数层，Med＝a(n+1)/2

751361318181859936388159536388859Medium？偶数层，Med＝½(an/2+a（n＋2）/2)936388159分析10年来中国年降水量变化最大区域？土地利用变化变率最大的区域？问题？1局域操作Localfunction1）应用2）定义3）研究对象的栅格数据提取4）单层栅格的聚类聚合5）多层栅格的复合分析6）多层栅格的统计分析7）量算分析直线距离（量测距离）又称为欧几里得距离耗费距离欧几里得距离EUCDISTANCE计算此函数计算的是从源栅格中心到离其最近的栅格中心的距离规定：任何源栅格得欧几里得距离都是0，对于其他栅格，输出值是它与其最近源栅格的距离（即与任何源栅格在行或列上相邻栅格的输出值都等于1，斜相邻栅格的值是1.414）。

Allocation栅格：运用该像元最近的源像元值填充；Direction栅格：对应于距它最近的源像元的方向（度为单位。）胡杨林分布于干旱区的河流两岸。现有河流栅格strmgd，高度分带栅格elevgd。胡杨林的潜在栖息地必须满足高程分带为2，且与河流距离在200m之内。请确定胡杨林在该区域的栖息地。像元的分辨率都是100m。问题？二栅格窗口操作1、CellStatistics/rastercaculator——局域Localfunction

（栅格数据分析的核心）2、NeighborhoodStatistics——邻域Focalfunction3、ZonalStatistics——区域Zonalfunction4、全局Globalfunction5、块操作Blockfunction如重力喷灌系统的安装，需要在0.5米距离内具有130米的落差，在经济上才是可行的。请确定符合标准的安装栅格位置？图像处理中的滤波、卷积或视窗移动？地形分析中坡度等地形因子的提取？从DEM如何来提取山顶点？问题？1）邻域形状及其所对应的处理范围2）相关操作3）NeighborhoodStatistics4）实质2、邻域FocalfunctionNeighborhood选项FOCALMAX(<grid>,<RECTANGLE>,<width>,<height>,{DATA|NODATA})FOCALMAX(<grid>,<CIRCLE>,<radius>,{DATA|NODATA})FOCALMAX(<grid>,<ANNULUS>,<inner_radius>,<outer_radius>,{DATA|NODATA})FOCALMAX(<grid>,<WEDGE>,<radius>,<start_angle>,<end_angle>,{DATA|NODATA})FOCALMAX(<grid>,<IRREGULAR>,<kernel_file>,{DATA|NODATA})Kernel-file格式54111000011100111111001）邻域形状Wedge要素：起始角度、终止角度、半径角度从x轴的正方向0度开始，逆时针增加邻域形状所对应的处理范围图示MovingWindows2）相关操作FunctionDescriptionoffunctionTypefocalflow(grid,thresh_value)determinestheflowintoacellfromitsimmediateneighborhoodIfocalmajority(grid,neighborhood)determinesthemajorityofthevaluesinagridforthecellsinitsspecifiedneighborhood*focalmax(grid,neighborhood)determinesthemaximumofthevaluesinagridforthecellsinitsspecifiedneighborhood*focalmean(grid,neighborhood)determinesthemeanofthevaluesinagridforthecellsinitsspecifiedneighborhoodFfocalmedian(grid,neighborhood)determinesthemedianofthevaluesinagridforthecellsinitsspecifiedneighborhood*3）邻域统计NeighborhoodStatistics34501683153402138051

6

7

5575

8

8

588

5

varietymaxMovingwindowsNeighborhoodStatistics本质：

邻域变换方法操作对象：当前单元及其周围单元的值在计算新图层相应栅格属性值时，不仅考虑原图层对应栅格及其属性值，而且还要顾及该栅格相关联的邻域或影响半径范围内的栅格属性值的影响。生成的新栅格图：依赖于对输入栅格所采用的函数和邻域（影响半径）的影响用途用于局部统计和边缘探测4）邻域Focalfunction实质如重力喷灌系统的安装，需要在0.5米距离内具有130米的落差，在经济上才是可行的。请确定符合标准的安装栅格位置？图像处理中的滤波、卷积或视窗移动？地形分析中坡度等地形因子的提取？从DEM如何来提取山顶点？问题？(b)中的像元值是（a）中阴影像元的3*3邻域的邻域平均值。如1.56=（1+2+2+1+2+2+1+2+1）/9遥感中的边缘增强通过值域统计确定有边缘存在的区域。(b)中的像元值是（a）中阴影像元的3*3邻域的邻域range值。如100=（200-100）e5e2e6e1ee3e8e4e7计算坡度和坡向的3*3窗口坡度和坡向计算从DEM如何来提取山顶点和凹陷点？山顶点：邻域范围内dem点与邻域范围内max点相同的点；凹陷点：邻域范围内dem点与邻域范围内min点相同的点；从DEM如何来提取山顶点？凹陷点？二栅格窗口操作1、CellStatistics/rastercaculator——局域Localfunction

（栅格数据分析的核心）2、NeighborhoodStatistics——邻域Focalfunction3、ZonalStatistics——区域Zonalfunction4、全局Globalfunction5、块操作Blockfunction举例：高程图与土地利用图MaximumMinimumRangeSumMeanStandarddeviationVarietyMajorityMinorityMedium（3）分区图层所包含值栅格的统计参数问题？1.中国干旱半干旱区域分布着多个流域，在利用水文模型进行中国干旱半干旱区域的流域模拟时需要知道每个流域的年降水量值，如何获得？2.请统计在流域上各种土地利用类型的高程分布特征有哪些？3.在探索遥感影像分类时，可以试着将不同植被DN值平均值的方式确定后，回到遥感影像上进行对比分析和提取。这样，在研究区内会有多片相同植被的生长，在每片植被中由于植被生长状况不同，其DN值也有差异。如何来处理得到每种植被类型的DN均值？1)、相关概念2)、分区函数变量3)、操作函数3、区域Zonalfunction1）分区运算概念

1）分区运算概念

本质区域变换方法即用于处理相同值或相似要素的像元分组，这些组称为分区。定义指在计算新图层相应栅格的属性值时，不仅与原图层对应栅格的属性值有关，而且要顾及原图层栅格所在区域的几何特性（区域长度、面积、周长、形状等）或原图层同名栅格的个数。意义区域的几何形状的测度对于景观生态学研究非常有用分区图层（栅格或矢量）：或称为带状栅格或带状区域确定各区的形状、属性值与位置分区原则：相邻或者不相邻的相同属性或一定数量相同栅格数据值单元栅格数值：整型栅格值栅格：用以分析处理的对象2)、分区函数变量3)、操作函数分区图层（栅格或矢量）中各区的形态参数分区图层（栅格或矢量）中各区所包含值栅格属性最小值分区图层所包含值栅格的统计参数（1）分区图层（polygon或栅格）各区的形态参数

（zonalgeometry）请确定以下各土地利用类型（矢量/栅格）的面积、周长、几何中心等参数）？面积：分区的像元数与像元大小的乘积（或polygon面积）；周长：连续分区的为边界长度，不连续分区的为每个区的长度之和。厚度：计算在每个分区内可画的最大圆的半径中心：分区的几何中心，即最匹配椭圆的长短轴交点。（2）分区栅格中各区轮廓边缘中所包含值栅格属性最小值（zonalfill）DEM上的洼地与所构成的汇水区洼地深度阈值确定MaximumMinimumRangeSumMeanStandarddeviationVarietyMajorityMinorityMedium（3）分区图层所包含值栅格的统计参数问题？1.中国干旱半干旱区域分布着多个流域，在利用水文模型进行流域模拟时需要知道每个流域的年降水量值，请计算每个流域的年降水量统计值？2.请统计在流域上每种植被类型的高程分布特征有哪些？3.在探索遥感影像分类时，可以试着将不同植被DN值平均值的方式确定后，回到遥感影像上进行对比分析和提取。这样，在研究区内会有多片相同植被的生长，在每片植被中由于植被生长状况不同，其DN值也有差异。如何来处理得到每种植被类型的DN均值？二栅格窗口操作1、CellStatistics/rastercaculator——局域Localfunction

（栅格数据分析的核心）2、NeighborhoodStatistics——邻域Focalfunction3、ZonalStatistics——区域Zonalfunction4、全局Globalfunction5、块操作Blockfunction1）某地的降水量如图所示，根据面积占优法，确定栅格矩阵；2）将以上属性矩阵四周分别补一行或一列0值，构成6×6矩阵，运用一个3×3移动窗口求最大值进行平滑处理，请写出以上属性值对应处的4×4平滑结果矩阵；3）将2）的结果通过一个局部功能转化，调整为0～1之间的调整栅格矩阵，要求2）的栅格矩阵中的5、4、3、2和1分别调整成栅格矩阵中的1、0.75、0.50、0.25和0。请分别写出局部功能转化矩阵和调整后的栅格矩阵；4）将3）题的结果进行重新分类生成区域栅格，分类标准是：将值小于等于0.5的栅格值改为0；将大于0.5的栅格值改成1，请写出该栅格矩阵；

某区域的降水量图5）将题目给出的降水量栅格看作是值栅格，运用4）题的区域栅格进行区域最大值的区域操作，请写出操作结果；6）将4）题中值为0的栅格作为源栅格，请计算出每个规则栅格单元到源栅格的最短欧几里得距离，并以栅格矩阵形式写出。二栅格窗口操作1、CellStatistics/rastercaculator——局域Localfunction

（栅格数据分析的核心）2、NeighborhoodStatistics——邻域Focalfunction3、ZonalStatistics——区域Zonalfunction4、全局Globalfunction5、块操作Blockfunction4、全局Globalfunction定义针对一整幅栅格，输出栅格中每个单元的值都是整个栅格的一个函数，需要利用输入栅格的所有单元网格才能完成运算。典型的全局操作包括水文分析等应用：求累积流量等55552231315555223131474721161634341211115555223131555522313147472116163434121111填洼DEM124144114流向栅格矩阵010013038累积水流栅格矩阵流向定义:高程落差/距离二栅格窗口操作1、CellStatistics/rastercaculator——局域Localfunction2、NeighborhoodStatistics——邻域Focalfu