arcgis 栅格数据邻域计算_地理信息系统导论学习笔记（12）——栅格数据分析...

我就是我 2023-01-05 05:15 404阅读 0赞

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上面这本书就是学习的教材，大家需要一起学习的可以点击购买。 一共十八章(第一章绪论、第二章坐标系统、第三章矢量数据模型、第四章栅格数据模型、第五章GIS数据获取、第六章几何变换、第七章空间数据准确度和质量、第八章属性数据管理、第九章数据显示与地图编制、第十章数据探查、第十一章矢量数据分析、 **第十二章栅格数据分析**、第十三章地形制图与分析、第十四章视域和流域、第十五章空间插值、第十六章地理编码和动态分段、第十七章最小耗费路径分析和网络分析、第十八章GIS模型与建模。) **第十二章栅格数据分析** **本章概览** **数据分析环境** **局域运算** **领域运算** **分区运算** **自然距离量测运算** **其他的栅格数据运算** **地图代数运算** **基于矢量与基于栅格的数据分析的比较** **栅格数据模型**使用一种规则格网来覆盖整个空间，该格网的每个 **像元值**对应于该像元位置上空间现象的特征。栅格数据分析基于 **栅格像元**和 **栅格**，栅格数据分析能在独立像元、像元组或整个栅格全部像元的不同层次上进行。栅格数据分析中应着重考虑的是像元数值类型。 **数据分析环境，**因为可能涉及两个或两个以上的栅格，栅格操作需要通过指定它的区域范围和输出单元尺寸来定义数据分析环境。用于分析的区域范围是指特定栅格，或者是由最小和最大的x、y坐标定义的区域，还可能是多个栅格叠置生成的区域。栅格叠置分析的命令是 **联合**(union)或 **求交**(intersect)。Union命令生成所有输入栅格的并集区域，而intersect用输入栅格的重叠部分生成共同的叠置区域。分析掩膜的数据源可以是要素图层或栅格数据。 **局域运算**介绍内容为： 单一栅格的局域运算、 重新分类、 多个栅格的局域运算、 局域运算的应用。局域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。局域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。 **单一栅格的局域运算，**假定以单一栅格为源数据，基于输入栅格的像元值，局域运算通过空间函数计算得到输出栅格的每个像元值。

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**重新分类，** **重新分类**是通过分类生成一个新的栅格数据的局域运算方法，也称再编码，或通过查找表的转换。重新分类方法有两种：第一种方法是一对一改变，即输入栅格中的一个像元值在输出栅格中被赋予一个新值。第二种方法是在输入栅格中对一系列像元值赋予新值。 **整型的栅格数据**可以利用以上两种方法中的任意一种进行重新分类，但是 **浮点栅格数据**则只能利用第二种方法进行重新分类。 进行重新分类有三个目的：1、创建简化的栅格数据；2、生成包含惟一类别或数值的新栅格；3、生成表示输入栅格像元值排序结果的新栅格。 **多个栅格的局域运算，**多个栅格的局域运算涉及图层合成(composting)、地图叠置(overlaying)或叠加地图(superimposing)等操作。由于可以用多个栅格图层进行运算，所以局域运算相当于基于矢量的地图叠置操作。最大值、最小值、值域、总和、平均值、中值和标准差等统计值都是应用于数值型栅格的度量。对于每个像元，众数表示输出频率最高的像元值，少数则为输出频率最低的像元值，类别型栅格则输出不同像元值得数目。 **局域运算的应用，**局域运算是栅格数据分析的核心，用途也很多。修正版的通用土壤流失方程式(RUSLE)在公式中用了6个环境因子：  
A=R K L S C P式中，A为土壤预测流失量(t)；R为降水侵蚀因子；K为土壤侵蚀因子；L为坡长因子；S为坡度因子；C为作物管理因子；P为保土措施因子。将每个因子制备为输入栅格，通过多栅格局域运算，得出土壤预测流失量的输出栅格。 **邻域运算** 介绍内容为： 邻域统计值 、 邻域 运算的应用 。 **邻域运算**又称为焦点操作(focal operation)，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(或)方向性关系来选定的。 *邻域运算的一个必需参数是邻域类型*。 **邻域类型一般包括** 矩形、 圆形、 环形和 楔型。 **矩形邻域**是以像元为单位由宽度和高度定义的，如以焦点像元为中心的3\*3窗口。 **圆形邻域**则以焦点像元为圆心，以指定半径向外扩展。 **环形或炸面圈形邻域**是由以焦点像元为中心的一个小圆和一个大圆共同围成的环形区域组成。 **楔型领域**是以焦点像元为圆心的圆的一片扇形。一般处理原则是：如果该像元的中心是在该邻域内，则将其包括。 **邻域统计值，**邻域运算通常用邻域内的像元值进行计算，然后将计算值赋予焦点像元。要完成一个栅格的邻域运算，需要将焦点像元从一个像元移到另一个像元，直到所有像元都被访问过。邻域运算使用定义邻域的像元值，而不是用不同输入栅格的像元值。从输出栅格看，邻域运算得到的既可以是最小值、最大值、值域、总和、平均值、中值、标准差等统计值，也可以是众数、少数和种类数等测量值列表。块状运算(block operation)是一种使用矩形(块状)的邻域运算，它将计算值赋予输出栅格数据中的所有块状像元。块状运算与普通邻域运算不同，即运算不是从一个像元移到另一个像元，而是从块到块。 **邻域运算的应用，**邻域运算的一个重要应用是 **简化数据**。如滑动平均(moving average)、以种类数为测度的邻域运算。图像处理中经常用到邻域运算，且不同情况下有不同的名称，如滤波(filtering)、卷积(convolution)、视窗移动(moving window)。值域是量测定义邻域内最大值和最小值之差。因此，高的值域指示邻域内有边缘(edge)存在。边缘增强的反面是基于众数(majority)度量的平滑运算。众数运算是把频率最高的像元赋予邻域内的每一个像元，因而生成一个比初始栅格更为平滑的栅格。 **地形分析**是十分依赖于邻域运算的另外一个研究邻域。一个像元所代表的 **坡度**、 **坡向**和 **表面曲率**的测算，都来自紧邻的邻近像元(比如3\*3矩形)高程值的邻域运算。 **分区运算** 介绍内容为： 分区统计量 、 分区运算的应用 。分区运算用于处理相同值或相似要素的像元分组。这些组称为分区。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。如流域栅格为连续分区；土地利用栅格为非连续分区。 **分区统计量，**分区运算可对一个或两个栅格进行处理。若为单个输入栅格，分区运算测量每个分区的几何特征，如面积、周长、厚度(thickness)和重心。 **面积**为分区的像元数与像元大小的乘积。 **周长**：连续分区的周长就是其边界长度，而不连续分区的周长为每个部分的长度之和。 **厚度**是计算在每个分区内可画的最大圆的半径(以像元为单位)。 **重心**是分区的几何中心，即与分区最匹配的椭圆长、短轴的交点。 **分区运算的应用，**面积、周长、厚度和重心等分区几何特征的测度对于 **景观生态学研究**尤为有用。两个栅格的分区运算可得出用于比较目的的描述性统计值。 **自然距离量测运算**介绍内容为： 配置与方向、 自然距离量测运算的应用。在GIS项目中，距离可以表达为自然距离和耗费距离。 **自然距离**是量测直线距离或称欧几里得距离，而 **耗费距离**量测的是指穿越自然距离的耗费。 **自然距离量测运算** 是计算 与 源像元 的直线距离。 **配置与方向，**自然距离量测运算还可以产生配置(allocation)和方向(direction)栅格。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(以度为单位)。该方向值基于罗盘仪方向：90°为东，180°为南，270°为西及360°为北(0°为源像元预留的)。 **自然距离量测运算的应用，**1、从一幅河网或者区域断层线图创建等间隔距离分区；2、应用距离量测运算作为模型实现工具。 **其他的栅格数据运算**介绍内容为： 栅格数据管理、 栅格数据提取、 栅格数据的综合归纳。栅格运算除了以上讨论的局域、邻域、分区和距离量测运算等主要的栅格数据运算，还有一些不属于上述分类方案的运算。 **栅格数据管理，** **剪取(clip)** ，可以通过指定分析掩膜或者由x和y的最小、最大值定义矩形的研究区域范围，然后使用较大的栅格作为输入栅格。 **镶嵌(mosaic)**可以将多个输入栅格拼接成一个栅格。 **栅格数据提取，** **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，其操作与栅格数据查询相似。 **栅格数据的综合归纳，** **重新采样** (resampling)可综合归纳或简化栅格数据——将巨大的栅格数据集建成不同的金字塔层级(不同的分辨率)。 **聚合**(aggregate)与重新采样技术类似，都是创建一个像元大小比输入数据大(较低分辨率)的输出栅格。重新采样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而得。聚合法则不然，它是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，作为各输出像元值。 **地图代数运算，**地图代数运算是一种非正式的语言，语法类似于代数，可以用来促进栅格数据的处理和分析。 **基于矢量与基于栅格的数据分析比较**介绍内容为： 地图叠置、 建立缓冲区。矢量数据分析和栅格数据分析是GIS分析的两种基本类型。 **地图叠置(overlay)，**将多个栅格的局域运算与基于矢量的地图叠置运算做比较。这两种运算的相似点在于都以多个数据集作为输入数据，但是二者却有重要的区别。 首先，如果要将输入图层得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。而对于基于栅格的局域运算来说，这种计算式不必要的，因为各输入栅格数据都有相同的像元大小和区域范围。即使输入栅格需要先进行重新采样为相同的像元大小，其计算仍比计算线的交集简单。 其次，基于栅格的局域运算可以用各种数学工具和计算生成输出数据，而基于矢量的地图叠置运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。因此>>基于栅格的叠置运算常用于涉及较多图层和大量运算的项目。尽管基于栅格的局域运算在计算上要比基于矢量的地图叠置运算效率更高，但后者仍有其优点。使用地图叠置运算将两个图层的属性合并为单一图层的属性，其所有属性都可以被查询和分析。相比之下，局域运算中的各输入栅格则是与一组像元值(如单一属性)联系。换言之，对与上述同样的林分和土壤属性进行查询和分析，基于上恶的局域运算对每个属性需要一个栅格。因此， 当要分析的数据集有很多个几何特征相同的属性时，基于矢量的地图叠置运算比基于栅格的局域运算效率要高。 **建立缓冲区(buffer)，**基于矢量的建立缓冲区运算和基于栅格的自然距离量测运算的 **相似之处**， 在于二者都对选择的要素进行距离测量。不同之处至少包括以下两个方面： **1、**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像元进行自然距离量测。建立缓冲区的运算可以创建比基于栅格的运算更为准确的缓冲区。2、建立缓冲区的运算更加灵活并且有更多选择。

**其他，**每章最后均有名词解释以及相应的练习题(原理理论回顾以及实际操作应用)。**建议课后复习题、应用可以学习实操。**

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▼   **往期精彩回顾**   ▼ 1、玩转ArcGis(专辑) 2、 ArcGis汇总(1安装篇、2基础篇、3技术篇、4ESRI视频分享篇) 3、 ArcGis中的地理坐标系和投影坐标系？ 4、 如何制作封面图？(鹰眼图制作)

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