城市地理信息系统栅格空间分析公开课获奖课件

都市地理信息系统旅游与都市管理学院

马国斌（）.2第1页栅格数据加载操作1、打开ArcCatalog查看栅格2、导入栅格到Personalgeodatabase3、加载栅格与矢量图层4、创立阴影背景图5、选择与查看栅格数据6、记录栅格第2页栅格数据分析一、数据分析环境二、栅格数据重采样三、聚合分析与聚类分析四、叠加分析五、表面分析六、记录分析七、距离量测第3页一、数据分析环境1、设置工作途径2、设置像元大小3、设置分析范围与分析掩膜4、选择坐标系统第4页一、数据分析环境像元大小不对旳、数据寄存位置错误等一系列问题，从而导致空间分析成果不符合规定。栅格像元未对齐不对旳分析区域对旳分析区域第5页ArcGIS空间分析中，系统使用两种方式控制分析成果坐标系统（AnalysisCoordinateSystem）。☆一是采用输入栅格数据坐标系统；☆二是采用目前活动数据框坐标系统。☆系统默认为第一种坐标系统获取方式。设置坐标系统

设置工作空间

☆工作空间（WorkingSpace），也称工作途径（WorkingDirectory）是用于保留分析成果默认目录。☆若设置了工作空间，则分析成果文献将会自动保留到指定工作目录，否则将会保留到系统临时目录下。☆要永久保留这些文献，右击数据层Data>ExportData…或Data>MakePermanent…以保留数据。第6页一、数据分析环境1、设置工作途径2、选择坐标系统3、设置分析掩膜4、设置分析范围5、设置栅格大小☆若设置了工作空间，则分析成果文献将会自动保留到指定工作目录，否则将会保留到系统临时目录下。☆要永久保留这些文献，右击数据层Data>ExportData…或Data>MakePermanent…以保留数据。第7页☆设置分析掩膜（AnalysisMask）

☆设置分析范围（AnalysisExtent）

分析范围与分析掩膜

一、数据分析环境第8页设置像元大小☆一般状况下，假如不设定栅格像元大小（CellSize），ArcGIS则默认输出像元大小为所有输入数据层中像元最大值。☆像元格大小至少应考虑如下几种原因：输入数据精度；成果数据库大小；磁盘容量；期望响应时间；将进行分析和应用所需数据精度等。一、数据分析环境第9页试验打开并查看栅格环境设置对话框第10页栅格数据重采样：对栅格重新划分行列号并确定各像元值过程.双线性内插法

BilinearInterpolation

立方卷积法CubicConvolution

近来邻法NearestNeighborAssignment二、栅格数据重采样可用于持续或离散数据仅用于持续数据第11页可以采用（ArcToolbox>DataManagementTools>Raster>RasterProcessing>Resample），对栅格数据单独进行重采样。栅格数据重采样工具试验第12页栅格数据聚合分析是指根据栅格数据分类表，进行数据类型合并或转换以实现空间地区吞并。聚合成果：较复杂类别转换成较简朴类别.三、聚合分析与聚类分析第13页栅格数据聚类分析是根据设定聚类条件对原有数据系统进行有选择信息提取并生成新栅格数据措施。栅格数据聚类分析

三、聚合分析与聚类分析属性值为2等于1其他属性值等于0第14页重分类（Reclassify）：实现聚合分析与聚类分析措施新值替代（NewValues）旧值合并（GroupEntries）重新分类（Reclassify）空值设置（Setnull）

试验第15页栅格数据叠加分析：对具有相似空间位置、相似栅格像元大小多层栅格数据进行逻辑运算、关系运算、算术运算等操作，以揭示特定空间现象或空间演变过程

栅格数据叠加分析四、叠加分析第16页☆逻辑或（OR）☆逻辑与（AND）☆逻辑非（NOT）☆逻辑异或（XOR）逻辑或（）逻辑与（）逻辑非（）逻辑异或

布尔逻辑算子文氏图四、叠加分析第17页☆关系运算符重要包括六种：=、<、>、<>、>=、<=。关系运算叠加算术运算叠加☆代数运算：加、减、乘、除等。

☆数学变换函数：三角函数、对数函数、指数函数、幂函数等。

四、叠加分析第18页试验栅格数据叠加与矢量数据叠加有很大不一样样，首先，它不会对要素产生切割，不会产生大量破碎多边形，结合更合理。另一方面，它不一定要继承用于叠加数据信息。第19页表面（Surface）是指物体外围或最上层边界线。它通过记录某种值（高程、气温）在地理空间上分布状况，反应地理事物或现象在空间上起伏状态。（TIN，DEM）可以通过空间分析工具（SpatialAnalyst）和三维分析工具（3DAnalyst）进行表面分析。

五、表面分析1、等值线

2、坡度分析3、坡向分析

4、山体阴影提取

5、可视性分析

6、地表侵蚀与堆积分析第20页生成等值线（环节）1）在栅格DEM(数据高层模型）每个像元点或TIN每条边上内插等值点；2）按照内插等值点，追踪等值线；3）标识等值线；4）对等值线进行平滑处理并输出。五、表面分析第21页☆坡度提取表面上任一点坡度（Slope）是指过该点切平面与水平地面夹角，或该点切平面法向量与垂直方向之间夹角其表达措施有两种：坡度角（DegreeofSlope)坡度比例（PercentofSlope)坡度两种表达方式坡度与坡向

五、表面分析第22页☆坡向提取坡向定义：表面上一点切平面法线矢量在水平面上投影与过该点正北方向这间夹角。坡向示意图五、表面分析第23页试验1、等值线2、坡度分析3、坡向分析4、山体阴影提取第24页1、记录分析措施：叠加记录：对多种栅格数据中同一位置各个像元记录。窗口记录：对某一栅格数据一定窗口记录。2、常用记录模式像元记录（CellStatistics）邻域记录（NeighborhoodStatistics）分区记录（ZonalStatistics）3、记录类型包括：众数、极值（最大值、最小值）、均值、中值、寡数、范围、原则差、总和、种类数

对于不一样样数据类型栅格，进行记录分析类型也有所不一样样。例如，ArcGIS中，对于浮点类型栅格数据，只能进行Maximum、Minimum、Mean、Range、Standarddeviation、Sum计算，而整数类型栅格数据，则可以进行所有类型记录分析。六、记录分析第25页计算多层栅格数据中具有相似空间位置多种像元记录值。可用于反应数年土地运用变化状况.像元记录(Cellstatistics)单元记录求不一样样数值个数（Variety）空值像元记录示意图像元记录过程六、记录分析第26页每个输出像元值是该位置一定邻域范围内像元值函数邻域形状：长方形、圆形、环、楔形邻域记录(Neighborhoodstatistics)默认窗口圆形窗口矩形窗口环形窗口扇形窗口邻域记录分析示意图六、记录分析第27页分区记录(ZonalStatistics)在另一种数据集基础上记录分类区数据集每一种分类区分类区：可以是多边形矢量数据，也可以是栅格数据分区数据层

记录数据层成果数据层（Sum）分区登记表分区记录直方图六、记录分析第28页

像元记录、邻域记录、分区记录分别属于局域（Local）分析、邻域（Neighborhood）分析、分区（Zonal）分析中记录分析。除了可以运用ArcMap空间分析工具条中记录工具外，还可以使用ArcToolbox空间分析工具箱中有关工具。局域分析工具箱

邻域分析工具箱

分辨别析工具箱六、记录分析第29页1、定义：测量每一单元到近来源之间最短距离。2、类型：直线距离（欧式距离）和成本加权距离。3、应用：选址分析、途径分析七、距离量测第30页3、距离量测有关术语☆源（Source）:距离分析中目旳或起点。（点、线或面）☆成本（Cost）:对某一分析目旳而言在某一空间位置上所需要开销。(费用成本、时间成本等)☆累积成本（AccumulativeCost）:指每一种像元到距离近来、成本最低源至少累加成本.☆成本方向（CostDirection）：根据累积最低成本栅格数据，确定每一种像元沿最低成本，回到近来邻源方向。☆成本分派（CostAllocation）:确定每个像元属于哪个近来源信息，像元值与所对应源相似。七、距离量测第31页☆成本（Cost）：对某一分析目旳而言在某一空间位置上所需要开销。(费用成本、时间成本等)土地利用图（Landuse）坡度图（Slope）成本栅格数据七、距离量测综合成本第32页合计成本链接途径☆累积成本（AccumulativeCost）:指每一种像元到距离近来、成本最低源至少累加成本。合计成本必须考虑连接途径。横向连接成本距离是所连接像元成本平均值斜向连接成本距离是平均成本乘以1.4142七、距离量测第33页源像元

成本栅格

激活像元1

合计成本栅格1合计成本栅格2激活像元2

最小合计成本成本方向

最小累积成本栅格生成过程

成本累积计算过程

成本1:(2+(1+2)/2=4.5)成本2:((3+4)*1.414/2=4.949)成本1:((2+8)*1.414/2=7.07)成本2:(4+(6+8)/2=11)成本3:(4.5+(7+8)/2=12)第34页根据累积最低成本栅格数据，确定每一种像元沿最低成本途径，回到近来邻源方向。☆成本方向（CostDirection）

加权成本

方向编码

加权方向最小合计成本成本方向

七、距离量测第35页确定每一种像元属于哪一种近来源信息，像元值与所对应源相似。☆成本分派（CostAllocation）成本分派ArcToolbox距离量测工具七、距离量测第36页试验1、直线距离第37页试验2、成本距离第38页试验成本分派第39页试验3、最短途径:从目旳点到对应源最短途径。ForEachCell：为源中每个像元寻找一条成本最小途径。ForEachZone：为每个源寻找一条成本最小途径。ForBestSingle：为所有源寻找一条成本最小途径。第40页§4DTM与三维分析创立表面表面分析三维可视化第41页创立表面表面：指由无数具有不一样样数值点集拟合而成一种面域。（高程、温度、降水量）表面表达方式：等值线、TIN、栅格数字地面模型(digitalterrainmodel,DTM)：是指运用一种任意坐标系中大量已知坐标点集对地表特性表达.A、地貌信息(高程、坡度等)B、基当地物信息（水系、交通网）C、自然资源与环境(土壤，植被等)D、社会经济信息(人口分布等)数字高程模型(digitalelevationmodel,DEM):地表属性特性为高程时数字地面模型。某区域大气污染指数表面模型第42页☆DEM获取数据源和采集措施地面测量地形图数字摄影测量和遥感影像还可以运用GPS，结合雷达和激光测高仪等进行DEM数据采集☆DEM表达模型规则格网模型不规则三角网（TIN）模型等高线模型☆DEM应用DEM应用非常广泛，在DEM多种应用中，地形分析是最基本应用，其他应用都可以看作是地形分析扩展和推广。创立表面第43页创立表面规则格网（栅格模型）表面模型最常用一种DEM表达模型,它将离散数据点所在区域划分为一系列规则网格，每个单元代表一种高程点，并赋于高程值。生成栅格DEM措施---空间插值原理：相近有关1、反距离权重插值(inversedistanceweighted,IDW)2、样条函数插值(Spline)3、克里格插值(Kriging)第44页一般计算公式为：ArcGIS几种插值函数IDW插值对话框IDW插值成果在ArcGIS中通过3DAnalyst>Interpolateto>IDW工具,设置参数。创立表面反距离权重插值(inversedistanceweighted,IDW)第45页☆样条函数（Spline）插值Spline插值对话框Spline插值成果创立表面第46页☆克里格（Kriging）插值地记录学措施一种；建立在记录模型基础上包括空间自有关等理论一种插值措施;Kriging插值对话框

Kriging插值成果创立表面第47页试验第48页基于TIN表面模型（Delaunay狄劳内三角形）最小角最大空外接圆准则三角形边长之和最小.构成TIN元素(节点(node)，边(edge)，面(Face))创立表面第49页Tin可以从点、线、面中提取创立点：三角网中结点（Masspoints)线：点集(MassPoints)、硬隔断线(hardline)、软隔断线(softline)面:除线外，尚有裁剪(clip)、擦除(Erase)、替代(Replace)、填充(valueFill)裁剪:用于定义插值边界，多边形以外数据不参与计算。擦除：用于定义插值边界，多边形以内数据不参于计算。替代：可以将边界和内部高度设置为相似值，可用于湖泊表面。填充：对落于多边形内三角形赋于整数属性值，不影响表面高度也不进行裁剪与删除.创立表面第50页CreateTINFromFeature，打开CreateTINFromFeatures对话框，TIN建好后，可以向TIN中添加矢量数据，AddFeaturestoTIN从矢量数据创立TIN对话框向TIN添加矢量数据对话框创立表面第51页由等高线和高程点创立TIN表面裁剪多边形\擦除多边形\替代多边形第52页☆栅格数据创立TINCovertRastertoTIN对话框栅格表面与TIN表面转换TIN与栅格DEM互相转换第53页在ArcGIS中，TIN表面转换成栅格表面操作过程如下：1）选择3DAnalyst工具→Covert→TINtoRaster；2）打开CovertTINtoRaster对话框，进行参数设置。CovertTINtoRaster对话框

TIN与栅格DEM互相转换第54页☆通视性分析分为两个：通视性（Intervisibility）分析和视域（Viewshed）分析。应用：森林火灾监测点布设、设置观测哨所、铺设通信线路、设置雷达站点和电视台信号发射站等。在ArcMap中加入高程表面数据，在3DAnalyst工具条上点击观测视线（CreateLineofSight）图标工具，打开设置参数。观测视线工具对话框两点通视性分析图三维表面分析第55页☆视域分析

视域分析原理图1）SPOT：观测点所处表面高度2）OFFSETA（OF1）：观测点在垂直方向偏移值3）OFFSETB（OF2）：可见目旳点在垂直方向上偏移值4）AZIMUTH1（AZ1）：观测区域水平起始方位角5）AZIMUTH2（AZ2）：观测区域水平终止方位角第56页在ArcGIS中实现可视域分析过程如下：1）选择3DAnalyst工具>SurfaceAnalysis>Viewshed；2）打开Viewshed工具，设置参数。偏移示意图方位角示意图垂直角度示意图搜索半径示意图可视域工具对话框可视域分析结果第57页☆切割与填充足析（Cut/Fill）切割与填充应用示例图h＞0时，高程减少，表达挖方；h＜0时，高程升高，表达填方；h=0时，高程不变。在ArcGIS中，这三种状况h变化可以通过代码表达为1（高程不变）、2（高程升高）、3（高程减少）。栅格DEM中，体积变化重要取决于高程属性变化（高差）：h=H原DEM-H新DEM第58页切割与填充计算原理示意图切割与填充工具对话框ArcGIS中，1）选择3DAnalyst工具>SurfaceAnalysis>Cut/Fill；2）打开Cut/Fill工具，设置参数。第59页☆表面积与体积记录（AreaandVolume）表面积计算原理图设二维平面上有一种1×1单位像元，该像元对应坡面坡度角为θ，斜面面积=1×1/COSθ=1/COSθ单位像元平面面积=1×1=1地表粗糙度系数=1/COSθ在GIS中，计算体积原理措施概括为：生成DEM；计算高差；计算每个像元体积；求区域总体积。第60页ArcGIS9.2、9.3版本中，直接提供了可用于表面积与体积计算工具，实现过程如下：选择3DAnalyst工具>SurfaceAnalysis>AreaandVolume；进行参数设置：平面面积（2Darea）表面面积（Surfacearea）和体积（Volume）

表面积与体积计算对话框第61页剖面是一种假想垂直于海平面，并与地形表面相交，延伸于海平面之间部分。用于分析区域地貌形态、轮廓形状、地势变化、地质构造和地表切割强度等。ArcGIS中绘制工具CreateProfileGraph工具，实现如下：1.在ArcMap中加载入表面数据；2.点击3DAnalyst工具条上InterpolateLine工具按钮，在表面上依次单击画一条线，双击完毕；3.选中刚刚画好线，点击3DAnalyst工具条上CreateProfileGraph