栅格数据分析

地理信息系统原理北京师范大学资源学院张锦水联系方式:[e-mail]手机:189109703922问题•有一组事先设定的输入条件对某开发项目的最适宜区域进行了定义：地形陡峭度最小且距离公路最近的空置土地。根据这组条件，下图用绿色表示最适宜的位置，用黄色表示适宜度为中等的位置，用棕色表示适宜度最低的位置。确定适宜位置3问题•在考虑经济、环境和其它条件因素的前提下，为道路规划、管线铺设或动物迁移确定最佳路径或最适宜的廊道。4问题•通过计算某邻域内包含的物种种类等特性对该邻域进行研究。确定每个区域的平均值，例如，分水岭的平均高程值。5学校择址问题（示例）要求：新学校应位于地势较平坦处新学校的建立应结合现有土地利用类型综合考虑，选择成本不高的区域新学校应该与现有服务设施相配套，学校距离这些设施应越近越好新学校应避开现有的学校，保证合理的分布6空间数据数据模型投影数据采集空间数据库查询制图空间分析矢量数据分析栅格数据分析空间插值视域、流域分析GeoProcessing二次开发课程设置78目录•一、GRID模型•二、常用栅格数据操作•三、其他栅格运算•四、栅格与矢量之间数据分析比较•五、数据分析环境9线状地物多边形地物点状地物一、栅格数据模型1011一、栅格数据模型：存储模型格网值和个数12一、栅格数据模型：存储模型•离散数据•Discretedata,whichissometimescalledcategoricalordiscontinuousdata,mainlyrepresentsobjectsinboththefeatureandrasterdatastoragesystems.13一、栅格数据模型：存储模型•连续数据•定义：Acontinuoussurfacerepresentsphenomenawhereeachlocationonthesurfaceisameasureoftheconcentrationleveloritsrelationshipfromafixedpointinspaceorfromanemittingsource.Continuousdataisalsoreferredtoasfield,nondiscrete,orsurfacedata.1415二、常用栅格数据操作：局部运算•局部运算是一个像元接一个像元运算，建立栅格数据分析的核心。局部运算由单个或多个输入栅格生成一个新的栅格，新栅格的像元值可以由输入与输出栅格的关系函数计算得到，或通过分类表对其赋值。16二、常用栅格数据操作：局部运算•（二）多个栅格的局部运算•求取像元的平均值17•（一）单一格网的局部运算：假定以单一栅格为源数据，基于输入栅格的像元值，局部运算通过空间数学函数计算输出栅格的每个像元值。二、常用栅格数据操作：局部运算18二、常用栅格数据操作：局部运算•（二）多个栅格的局部运算19二、常用栅格数据操作：局部运算•（二）多个栅格的局部运算OutRas=CellStatistics([InRas1,InRas2,InRas3],SUM,DATA)20二、常用栅格数据操作：局部运算•（三）多个栅格的局部运算（Combine）21二、常用栅格数据操作：局部运算•用途–土地利用类型变化–狼的适宜栖息环境的预测•（Logit(p)=-0.5988+14.6189R）22二、常用栅格数据操作：焦点运算焦点运算【Focal】–涉及一个焦点像元和一组环绕像元。环绕像元是按其相对于焦点像元的距离和方向之间的关系来选定的。邻域类型有矩形、圆形、环形和楔形。23二、常用栅格数据操作：邻域运算OutRas=FocalStatistics(InRas1,NbrRectangle(3,3,MAP),SUM,)24•主滤波可根据像元邻域内的众数值来替换像元表面。OutRas=MajorityFilter(InRas1)二、栅格数据操作：焦点运算7725二、常用栅格数据操作：焦点运算26二、常用栅格数据操作：分区运算•用于处理相同值或相似要素的像元分组。分区可以是连续的或不连续的。其中连续分区包含的像元是空间上相连的，而非连续分区包含像元的分隔区。27二、常用栅格数据操作：分区运算•ZonalMax28二、常用栅格数据操作：分区运算29二、栅格数据操作：分区运算30二、栅格数据操作：全局运算•每个单元位置处的输出值都可能取决于各种输入栅格数据集结合而成的所有单元。主要包括：欧氏距离和加权距离。31二、常用栅格数据操作：全局运算•自然距离：量测直线距离或称为欧几里德距离。•耗费距离：是指穿越自然距离的耗费。32二、常用栅格数据操作：自然距离•自然距离：量测直线距离或称为欧几里德距离。22)13()13(cellsize33二、常用栅格数据操作：自然距离•从一个河网的连续距离量测34二、常用栅格数据操作：自然距离•距离点位乡镇的直线距离35欧式距离Euc_Dist=EucDistance(Source_Ras)二、栅格数据操作：自然距离36二、常用栅格数据操作：自然距离•配置与方向–配置栅格中的像元值对应于距该像元最近的源像元。–方向栅格中的像元值对应于距它最近的源像元的方向值。37二、常用栅格数据操作：自然距离•配置与方向方向图配置图38二、常用栅格数据操作：自然距离39成本距离：像元距离最近源位置的最短加权距离（或者说是累积行程成本）二、栅格数据操作Cost_Dist=CostDistance(Source_Ras,Cost_Ras)40成本分配：根据最小累积成本计算每个像元的最近源二、栅格数据操作Cost_Alloc=CostAllocation(Source_Ras,Cost_Ras)41•核密度分析【全局运算】显示出点要素或线要素较为集中的地方。例如，每个城镇都可能有一个点值，这个点值表示该镇的人口总数，但是您想更多地了解人口随地区的分布情况。由于每个城镇内并非所有人都住在聚居点上，通过计算密度，您可以创建出一个显示整个地表上人口的预测分布状况的表面。二、栅格数据操作42三、其他的栅格数据操作•栅格数据管理–裁剪（clip）：可以通过使用矩形框来提取输入栅格的一部分，生成一个新的栅格。–镶嵌（Mosaic），将多个输入栅格拼接成一个：栅格。43三、其他的栅格数据操作•栅格数据提取–是指从一个现有栅格提取数据生成一个新的栅格或一个新的字段。–提取方式：属性值、多边形、长方形、圆形、点、掩膜。44三、其他的栅格数据操作•综合归纳–重采样（resampling）：输出栅格的像元值是通过最邻近法、双线性插值法或三次卷积法计算。–聚合（aggregate）：计算落入输出像元中的输入像元的平均值、中值、总和、最小值或最大值，作为输出像元值。从而使其具有更为粗糙的分辨率45三、其他的栅格数据操作将输出栅格数据集中单元中心的位置定位到输入栅格后，最邻近分配法将确定输入栅格上最近的单元中心位置并将该单元的值分配给输出栅格上的单元。46三、其他的栅格数据操作OutRas=Aggregate(InRas1,3,Max,Expand,Data)聚合分析47三、其他的栅格数据操作重分类：通过多种方法将像元值重分类或更改为替代值48四地图代数•地图代数（MapAlgebra）•建立一套数学公式，可以用来进行代数运算。•便于操作自定义模型的实现。49四地图代数•outgrid=zonalsum(zonegrid,valuegrid)•outgrid=zonalmin(zonegrid,valuegrid)•output=zonalstats(ingrid1,ingrid2)•Output=ingrid1*ingrid250四地图代数•SpatialAnalyst-RasterCalculator51五、栅格与矢量之间数据分析比较•（一）地图叠置–（1）输入图层的几何特征与属性合并在一起，基于矢量的地图叠置运算必须计算要素和插入点之间的相交部分。对于栅格的局部运算可以用各种数学函数生成输出数据，而基于矢量的地图叠置计算只能对各输入图层的属性进行合并，对于属性的任何计算都必须遵循地图叠置运算。52五、栅格与矢量之间数据分析比较•（一）地图叠置–（2）地图叠置运算可以将个输入图层的多种属性合并在一起。53五、栅格与矢量之间数据分析比较•（二）建立缓冲区–（1）建立缓冲区的运算基于制定的缓冲距离或多个距离来生成缓冲区，而基于栅格的运算则生成连续的距离量测值。–（2）矢量缓冲区运算比基于栅格的运算有更多的选择。–（3）建立缓冲区运算使用X和Y坐标计算距离，而基于栅格的运算使用行和列进行自然距离量测。因此，矢量的更为准确。54六、数据分析环境•Everycelllocationinarasterhasavalueassignedtoit.Wheninadequateinformationisavailableforacelllocation,thelocationcanbeassignednodata.Nodataand0arenotthesame.0isavalidvalue.•重命名中NODATA的赋值–ISNULL（）–SetNull（）55•Theanalysisextent•Whenperforminganalysis,theareaofinterestmaybeaportionofalargerrasterdataset.Iftheareaofinterestisaportionofalargerrasterdataset,theanalysisextentcanbesettoencompassonlythedesiredcells.Settingtheextentforresultsdescribesthisprocess.Allsubsequentresultsfromanalysiswillbetothisextent.Theanalysisextentisarectangleandisspecifiedbyidentifyingthecoordinatesofthewindowinmapspace.六、数据分析环境56•AnalysisMask用于确定分析的有效区域（任意形状）。掩膜可以是一个栅格或一个要素类。分析中不会考虑所有落在掩膜外的输入像元，并会在结果中为其分配NoData值。六、数据分析环境57•Mask•identifiesthosecellswithintheanalysisextentthatwillnotbeconsideredwhenperforminganoperationorafunction.Allidentifiedcellswillbemaskedoutandassignedtothenodatavalueonallsubsequentoutputrasterdatasets.六、数据分析环境58MaskExtentMaskExtentResult六、数据分析环境59课堂回顾•常用栅格分析操作（四种）•重采样和聚合之间的区别？•地图代数•NULL和零之间的区别？60学校选址要求：•新学校应位于地势较平坦处•新学校的建立应结合现有土地利用类型综合考虑，选择成本不高的区域•新学校应该与现有娱乐设施相配套，学校距离这些设施应越近越好•新学校应避开现有学校，合理分布61条件设置：（1）距离娱乐设施占0.5，距现有学校距离占0.25，土地利用类型和地势因素各占0.125。（2）地形坡度分为10级，平坦地方适宜性好，陡峭的地区赋比较小的值，得到坡度适宜性数据。（3）娱乐场所直线距离采用等间距分级分为10级，距离娱乐场所最近适宜性最高，赋值为10；距离最远的地方赋值为1.（4）重分类现有学校直线距离，距离最远为10级，距离最近的单元赋值为1。（5）水体、湿地、草地不适于建造学校，其他土地利用类型依次为：荒地（1）、林地（2）、城市中心（3）、植被（4）、农业用地（5）、城乡接合部（7）、公共场所（10）。最适