arcgis栅格数据空间分析图文详解
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ARCGIS空间分析操作步骤演示教学
ARCGIS空间分析基本操作一、实验目的1. 了解基于矢量数据和栅格数据基本空间分析的原理和操作。
2. 掌握矢量数据与栅格数据间的相互转换、栅格重分类(Raster Reclassify)、栅格计算－查询符合条件的栅格(Raster Calculator)、面积制表（Tabulate Area）、分区统计(Zonal Statistic)、缓冲区分析(Buffer) 、采样数据的空间内插(Interpolate)、栅格单元统计（Cell Statistic）、邻域统计（Neighborhood）等空间分析基本操作和用途。
3. 为选择合适的空间分析工具求解复杂的实际问题打下基础。
二、实验准备预备知识：空间数据及其表达空间数据（也称地理数据）是地理信息系统的一个主要组成部分。
空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。
它是GIS所表达的现实世界经过模型抽象后的内容，一般通过扫描仪、键盘、光盘或其它通讯系统输入GIS。
在某一尺度下，可以用点、线、面、体来表示各类地理空间要素。
有两种基本方法来表示空间数据：一是栅格表达; 一是矢量表达。
两种数据格式间可以进行转换。
空间分析空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取空间信息或者从现有的数据派生出新的数据，是将空间数据转变为信息的过程。
空间分析是地理信息系统的主要特征。
空间分析能力（特别是对空间隐含信息的提取和传输能力）是地理信息系统区别与一般信息系统的主要方面，也是评价一个地理信息系统的主要指标。
空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库。
空间分析运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段。
空间分析可以基于矢量数据或栅格数据进行，具体是情况要根据实际需要确定。
空间分析步骤根据要进行的空间分析类型的不同，空间分析的步骤会有所不同。
通常，所有的空间分析都涉及以下的基本步骤，具体在某个分析中，可以作相应的变化。
第八章栅格数据空间分析
二、距离制图
1. 距离制图基础
（ 1） 源
源即距离分析中的目 标或目的地。如学校，商场， 水井，道路等。表现在GIS 数据特征上是一些离散的点、 线、面要素。要素可以邻接， 但属性必须不同。
图8.6 源分布图
二、距离制图
（2） 距离制图函数
1）直线距离函数
直线距离函数用于量 测每一栅格单元到最近源 的直线距离。它表示的是 每一栅格单元中心到最近 源所在栅格单元中心的距 离。
n zi z 2 i 1 d i n 1 2 i 1 d i
在每一个格网点周围搜索若干已 知离散点，用以内插格网点值，既可 生成一个新的格网。这种算法的前提 是离散点均匀分布，点集的密集程度 足以满足在分析中反映局部表面变化 时可以使用IDW。
图8.16 成本距离加权函数对话框
二、距离制图
A 成本方向数据
B 区域分配数据
C 成本累计数据
图8.17
成本距离加权计算结果示意
二、距离制图
5. 最短路径
最短路径功能是来计算并显示从目标点到源的最 短路径或最小成本路径。
图8.18 最短路径对话框
图8.19 最短路径示意图
三、密度制图
密度制图主要是根据 输入的已知点要素的数值 及其分布，以每个待计算 格网点为中心，进行环形 区域的搜寻，进而来计算 每个格网点的密度值。
图8.4 利用掩码设置分析区域
一、设置分析环境
4. 设置坐标系统
在ArcGIS的空间分析中，可 以通过两种方式设定分析结果 的坐标系统配准方式： （1）分析结果以输入栅格的坐 标系统来存储(如果存在多个输 入栅格，则将以第一个输入栅 格坐标系统存储)； （2）分析结果将以“Active” 数据的坐标系统来存储。
精选栅格数据分析讲义文稿演示
栅格和影像的区别
栅格在一种特殊的影像格式，一般影像 格式有JPG，BMP，TIF，PNG等，在ArcGIS中 一般表现为Grid,.img,.TIF，具体的应用为 DEM，DOM等，最直观表现栅格为单个波段 RasterBand，影像分析也是基于单个波段 RasterBand，所以在ArcGIS影像分析也成栅 格分析。
True），反之返回0
函数说明
三角函数包括：Sin（正弦函数）、Cos（余弦函数）、 Tan（正切函数）、Asin（反正弦函数）、Acos（反余 弦函数）、Atan（反正切函数）。
对数函数（Logarithms）：对数函数可对输入的格网数 字做对数或指数的运算。指数部份包括：Exp (底数e)、 Exp10 (底数10)、Exp2 (底数2)三种；对数部份包括： Log (自然对数)、Log10 (底数10)、log2 (底数2)等 三种。
栅格计算器Raster Calculator
在Spatial Analyst下
3、栅格计算器Raster Calculator使用
注意事项：
1.图层名称前后加[ ] 2.运算符前后加空格 3.通过name=表达式 可以修改输出栅格图
层名称 4.一次可以输出多个结果，以回车作为标
志，上行的输出结果，可以直接后面的 使用 5.一行内容很长，使用“~” 放在上一行 行尾作为续行标志
使用上个幻灯片的数据
2、栅格的重分类
重分类（Reclassify） 将栅格图层的数值进行重新分类组 织或者重新解释。
❖ 重分类的关键是确定原数据到新数 据之间的对应关系。
❖ 重分类只能从（详）细到粗（略）， 不能相反、可逆操作。
❖重分类在Spatial Analyst和3D Analyest下都有，是完全一样。
第四章_栅格数据的空间分析
1 2 2 2 2 2 3 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
2
栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化 数值。在栅格数据中，地表被分割为相互邻接、规则 排列的地块，每个地块与一个象元相对应。因此，栅 格数据的比例尺就是栅格(象元)的大小与地表相应单 元的大小之比，当象元所表示的面积较大时，对长 度、面积等的量测有较大影响。每个象元的属性是地 表相应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生属 性方面的偏差。
18
1 2 3 4 1 0 4 4 7 2 4 4 4 4 3 4 4 4 4 4 0 0 4 8 5 0 0 8 8 6 0 0 0 8 7 0 0 0 0 8 0 0 0 0
5 6 7 8 7 7 7 7 4 7 7 7 8 8 7 7 8 8 7 7 8 8 7 8 8 8 8 8 8 8 8 8 0 8 8 8
h为栅格单元边长 Ai为区域所有多边形的面积。
7
栅格数据的定位
位置由栅格行、列号定义 绝对定位
– 基准点 左下点 左上点 – 行号、列号 – 分辩率
y col row (x0, y0)
(row, co
x’ = x0 + col * resolution y’ = y0 - row * resolution
12
一些常用的栅格排列顺序
13
按行编码的栅格数据结构的实现
数据可以使用指针或者二维数组实现 数据的类型由实际情况决定：byte, int, float, double, RGB等 class Raster { int rows; // 行数（高） int cols; // 列数（宽） type* data; // 数据，type可以是byte, int, float, double, RGB 等 // 或者 type data[256][256]; double resolution; // 分辩率，也可能是int等类型的 type getValue(int r, int c) { type value = data[r*cols+c]; return vlaue; } };
2
栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化 数值。在栅格数据中，地表被分割为相互邻接、规则 排列的地块，每个地块与一个象元相对应。因此，栅 格数据的比例尺就是栅格(象元)的大小与地表相应单 元的大小之比，当象元所表示的面积较大时，对长 度、面积等的量测有较大影响。每个象元的属性是地 表相应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生属 性方面的偏差。
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1 2 3 4 1 0 4 4 7 2 4 4 4 4 3 4 4 4 4 4 0 0 4 8 5 0 0 8 8 6 0 0 0 8 7 0 0 0 0 8 0 0 0 0
5 6 7 8 7 7 7 7 4 7 7 7 8 8 7 7 8 8 7 7 8 8 7 8 8 8 8 8 8 8 8 8 0 8 8 8
h为栅格单元边长 Ai为区域所有多边形的面积。
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栅格数据的定位
位置由栅格行、列号定义 绝对定位
– 基准点 左下点 左上点 – 行号、列号 – 分辩率
y col row (x0, y0)
(row, co
x’ = x0 + col * resolution y’ = y0 - row * resolution
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一些常用的栅格排列顺序
13
按行编码的栅格数据结构的实现
数据可以使用指针或者二维数组实现 数据的类型由实际情况决定：byte, int, float, double, RGB等 class Raster { int rows; // 行数（高） int cols; // 列数（宽） type* data; // 数据，type可以是byte, int, float, double, RGB 等 // 或者 type data[256][256]; double resolution; // 分辩率，也可能是int等类型的 type getValue(int r, int c) { type value = data[r*cols+c]; return vlaue; } };
第九章_ArcGIS中的栅格分析
（3）栅格数据转换为点要素
把代表点信息的栅格数据转换为点状要素时， 输入栅格数据中的每个单元都将生成矢量数据中的 点。每个点要素的位置都在单元的中心，空值不转 换为点。
（七）重分类
重分类是输入的栅格数据因某种原因不适应分 析要求时，使用新值取代输入栅格数据的单元值并 输出为栅格数据的过程。
1、对数据进行重分类的主要原因
根据数据单元发生变化的信息用新值取代栅格 数据单元原有的值。 为了简化或合并某些类别将栅格中不同的值归 为一类； 将多个栅格数据按照敏感度、优先权等标准的 或统一的等级体系重新归类。 将指定值设置为空值或根据变化将空值赋予指 定值。
如何寻找最小成本路径
栅格数据重分类
一、ArcGIS栅格分析概述
（一）ArcGIS空间分析模块
栅格数据和非栅格数据的复合应用是GIS应用 中的一个趋势，随着GIS、遥感和DEM的不断发展， 栅格数据在GIS中越来越重要。
在ArcGIS中，基于栅格数据的处理通过空间分 析模块完成。该模块可以创建基于栅格的数据，并 对其进行查询、分析和制图。可应用的数据包括影 像、Grid和其他栅格数据集。在该模块中有多种空 间分析工具，尤其适合进行表面分析。概括地说， 主要完成以下4类工作。
第九章 ArcGIS中的栅格分析
本章主要讲述如何通过ArcGIS的空间分析扩展 工具进行栅格数据的生成与处理、表面分析、密 度分析、距离分析等；
学习地图代数、数学函数和运算符等与栅格 计算器的应用；学习栅格模型的建立并为ArcGIS其 他扩展模块的应用打好基础。
使用ArcGIS空间分析操作符和函数完成基 本 于格网单元模型的基本操作 章 生成坡度、坡向和山体阴影 学 对点数据进行插值生成表面 习 将矢量数据转换成栅格数据 内 执行局域、邻域和分区统计分析 容 生成直线和成本权重距离表面
栅格数据的空间分析
栅格数据的空间分析一、实验综述1、实验目的及要求实验目的：学习ARCGIS中栅格数据的空间分析基本方法，掌握ArcGIS9中栅格数据空间分析的基本方法和操作。
b5E2RGbCAP实验内容：运用ARCGIS的空间分析扩展模块进行空间分析。
Arcgis10的栅格数据的空间分析基本方法：栅格数据重分类、距离分析、采样点数据空间插值、栅格单元统计、交叉面积表、邻域分析、栅格计算器等。
p1EanqFDPw2、实验仪器、设备ARCGIS软件、landuse和elevation等二、实验步骤1.栅格分析环境设置：首先在ArcMap中执行菜单命令<自定义>－<扩展模块>，在扩展模块管理窗口中，将“spatial analysis空间分析”前的检查框打上勾。
DXDiTa9E3dArcGIS10栅格数据空间分析模块<Spatial Analyst），只能进行简单的等高线和直方图分析。
其它的分析工具要在Arctools工具中进行。
点击工具栏“”打开Arctools。
RTCrpUDGiT2. 高程数据生成坡度数据在Arctools-Spatial Analyst-表面分析中双击打开“坡度”。
按如下设置。
点击“确定”，生成坡度图。
5PCzVD7HxA3、高程数据生成坡向图在“Arctools-Spatial Analyst-表面分析”中双击打开“坡向”。
按如下设置。
点击“确定”，生成坡向图。
jLBHrnAILg4、高程数据生成等高线图在“Arctools-Spatial Analyst-表面分析中”双击打开“等值线”。
按如下设置。
点击“确定”，生成等值线图。
xHAQX74J0X5、视域分析在“Arctools-Spatial Analyst-表面分析”中双击打开“视域”。
按如下设置。
点击“确定”，生成视域分析图。
LDAYtRyKfE6、栅格数据重分类<Reclassify）重分类：将栅格图层的数值进行重新分类组织或者重新解释。
第6章_栅格数据空间分析
▪ 栅格数据结构为空间分析提供了最强的建模环境及空间 运算。ESRI® ArcGIS® Spatial Analyst扩展模块为ArcGIS 增加了全面广泛的基于栅格单元的GIS运算。
2020/4/10
栅格数据模型空间分辨率
1 Pixel
1 pixel = 10m×10m 分辨率 = 10m
10M 10M
1、2 类合 并为b， 3、4 类合 并为a
2020/4/10
2、3 类合 并为c， 1、4 类合 并为d
Ⅲ
ⅢⅠ
Ⅰ
Ⅱ Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ
ⅡⅢ
Ⅲ Ⅰ
Ⅱ
示例：空间聚合
Ⅰ 农用地 Ⅱ 建设用地 Ⅲ 未利用土地
2020/4/10
Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅲ
聚类、聚合分析应用 栅格数据的聚类聚合分析处理法在数字地 形模型及遥感图象处理中的应用是十分普遍 的。 例如，由数字高程模型(DEM)转换为数字高 程分级模型便是空间数据的聚合，而从遥感 数字图象信息中提取某一地物的方法则是栅 格数据的聚类。
第五章 栅格数据的空间分析
1. 栅格数据的聚类分析 2. 栅格数据的聚合分析 3. 栅格数据的信息复合分析 4. 栅格数据的追踪分析 5. 栅格数据的窗口分析 6. 栅格数据的再分类
2020/4/10
§4 栅格数据的空间分析
▪ 地理信息系统（GIS）的一个主要优势在于能够对GIS数 据进行空间运算以派生新的信息。这些工具构成了所有 空间建模和地理处理的基础。
视觉信息复合是将不同专题的内容叠加显示在结果图件上， 参加复合的平面之间没发生任何逻辑关系，仍保留原来的 数据结构；
叠加分类模型则根据参加复合的数据平面各类别的空间关系 重新划分空间区域，使每个空间区域内各空间点的属性组 合一致。叠加结果生成新的数据层，该数据层图形数据记 录了重新划分的区域，而属性数据库结构中则包含了原来 的几个参加复合的数据层的属性数据库中所有的数据项。
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栅格数据模型空间分辨率
1 Pixel
1 pixel = 10m×10m 分辨率 = 10m
10M 10M
1、2 类合 并为b， 3、4 类合 并为a
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2、3 类合 并为c， 1、4 类合 并为d
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ⅢⅠ
Ⅰ
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Ⅲ Ⅰ
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示例：空间聚合
Ⅰ 农用地 Ⅱ 建设用地 Ⅲ 未利用土地
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聚类、聚合分析应用 栅格数据的聚类聚合分析处理法在数字地 形模型及遥感图象处理中的应用是十分普遍 的。 例如，由数字高程模型(DEM)转换为数字高 程分级模型便是空间数据的聚合，而从遥感 数字图象信息中提取某一地物的方法则是栅 格数据的聚类。
第五章 栅格数据的空间分析
1. 栅格数据的聚类分析 2. 栅格数据的聚合分析 3. 栅格数据的信息复合分析 4. 栅格数据的追踪分析 5. 栅格数据的窗口分析 6. 栅格数据的再分类
2020/4/10
§4 栅格数据的空间分析
▪ 地理信息系统（GIS）的一个主要优势在于能够对GIS数 据进行空间运算以派生新的信息。这些工具构成了所有 空间建模和地理处理的基础。
视觉信息复合是将不同专题的内容叠加显示在结果图件上， 参加复合的平面之间没发生任何逻辑关系，仍保留原来的 数据结构；
叠加分类模型则根据参加复合的数据平面各类别的空间关系 重新划分空间区域，使每个空间区域内各空间点的属性组 合一致。叠加结果生成新的数据层，该数据层图形数据记 录了重新划分的区域，而属性数据库结构中则包含了原来 的几个参加复合的数据层的属性数据库中所有的数据项。
ArcGIS教程：第8章 栅格数据空间分析
1.环境设置
4
相关类与接口
IRasterAnalysisEnvironment接口的属性和方法主要有以下5种： (1)SetCellSize方法--设置输出栅格数据的像元大小 (2)SetExtent方法--设置栅格分析的处理范围 (3)Mask属性--使空间分析只对选定的数据进行处理 (4)OutSpatialReference属性--输出数据的空间参考，默认为输入数据的空间参考 (5)OutWorkspace属性--空间分析的输出工作空间，默认为系统临时工作空间
2.空间插值
21
趋势面法Trend
2.空间插值
22
自然邻域法NaturalNeighbor
(1)通过算法找到距查询点最近的输入样本子集，并根据区域的大小对这些 样本运用权重进行插值 (2)自然邻域插值方法仅使用查询点周围的样本子集，且保证插值高度在所 使用的样本范围之内，不会推断表面趋势且不能生成输入样本中未表示出 的山峰、凹地、山脊或山谷等地形 (3)函数原型： public IGeoDataset NaturalNeighbor (
IRasterAnalysisEnvironment接口和IInterpolationOp2接口
(4)IInterpolationOp2接口实现了所有空间插值的方法，主要有以下7种： IDW(反距离权重法) NaturalNeighbor(自然邻域法)
Krige(克里金法） TopoToRasterByFile(通过文件实现地形转栅格)
栅格数据
2
简介
在ArcGIS中，栅格数据空间分 析是扩展模块。同样，要使用 ArcGIS Engine实现栅格数据的空间 分析功能，需使用ArcGIS Engine Runtime的Spatial Analyst许可。
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2 生成起伏度成本数据集 ,将其按 照成本大小重分类；
选择领域 统计方法 及形状
3 坡度数据和起伏度数据按照0.6：0.4的权重合并， 生成成本数据集；
4
计算成本权重距离函数 spatial analy----distance----cost weighted
选出来的学 校图斑 第3步生成 的成本数 据
将坡度、学校直线距离、娱乐设施直线距离 平均划分为十个级别，即进行重新打分，1分 -10分 比如说：地形要求越平坦越好，则坡度小的 地方赋值为10，十个级别从10到1以此递减；
等间隔划分为10级
选择数据 原来的值 （坡度）
定义重分类 方法和级数
定义重分类 分值（10-1）
效果图
同类原理，重分类学校和娱乐设施直线 距离；到学校的距离越小得分越低，到 娱乐设施的距离越小得分越高！
(3) rec_sites （娱乐场所分布图） (4) school （现有学校分布图）
(5) Destination（目的地）
1 设置工作环境：
一 立体效果显示
1 设置工作环境：
设置数据存储路径，保 存在自己的文件夹
一 立体效果显示
设置区域范围： same as layer landuse 设置象元大小： same as layer elevation
构建表达式：面积大于10万
与公路（roads图层）相交的区域：通过位置查询得到
新建学校的位置
END！
三 寻找目的地到学校的最短路径
要求：
新建路径成本最少，且为较短路径； 新建路径的成本数据计算时，坡度数据 和起伏度数据按照0.6：0.4的权重合并；
过 程：
1
重分类坡度数据，原则：等间距分为10级， 因为坡度小的地方修建公路成本低，所以坡 度最小一级赋值为1，最大一级赋值为10；
重分类landuse图层 对landuse而言， 土地利用数据删 除water 和 wetlands（水上 无法建学校）， 其余的重新赋值： agriculture：9 built up：3 barren land:10 forest：4
勾选！ 删除字段 显示字段
bursh / transitional：5
•
各层数据权重比：距离娱乐设施占50% 距离学校
占25% 土地利用类型12% 地势位置各占13%
步骤： 1 通过elevation，生成坡度数据
2 提取学校和娱乐设施的直线距离数据集
此处为30
娱乐设施直线距离 效果图
学校直线距离 效果图
3. 重分类坡度、学校直线距离、娱乐设施直线 距离和landuse数据(reclassify)
一定要进行设置后才能做分析！
2 生成elevation的山坡阴影图
通过elevation图层生成
3. 按照用地类型（landuse字段）符号化显示landuse
设置landuse图层 透明度为30%
顺序：Landuse放置在山体阴影图层之上
立体效果图
二 学校选址
学校要求：
• 新学校应该处于地势平坦（坡度小）处，与现有土 地利用类型结合，选择成本不高的区域 • 新学校应该与现有娱乐设施的距离越近越好；同时 离已有的学校尽可能远—越远越好；
学校选址分析
----栅格数据空间分析
实验目的： 熟悉栅格数据距离制图、成本距离加
权、数据重分类、多层面合并、最短路径
分析等空间分析功能
实验内容：
一． 立体效果图的显示；
二． 基于： (1) Landuse（土地利用图）
(2) elevation （地面高程图）
4 加权和数据合并：
按照相应的权重比，合并图层，各层数据权重比：距 离娱乐设施占50% ，距离学校占25% 土地利用类型 占12% ，地势位置占13%
运算符号左右两侧带空格！
效果图：
得分一定是3.37-8.88之间！
5 提取灰度值大于8.2的图斑
上页ppt得到的计算图层
CON命令——提取value=1的图斑，生成一个新图层
SQL查询
6 . 将上页ppt得到的灰度值大于8.2的栅格数 据转换成矢量数据，命名为sites
7 在ArcCatalog里新建一个个人地理数据库，将刚才获得的 矢量图层sites导入到数据库中，以获得面积数据；
扩展名为mdb的个人地理数据库
启动ArcCatalog
8 根据属性提取（select命令）面积大于十 万的区域，再根据位置提取与公路相交的图斑， 作为建立学校的地点
生成成本方 向图
5 求取最短路径
spatial analy----distance----shortest path 目的地
距离和方 向成本
效果图：