GIS栅格空间分析和查询
Arcgis第四章 空间分析
质心量算：它是描述地理目标空间分布的最有用的单一量算量
☆求取目标的重心位置，用于跟踪某些地理分布的变化，如人口重心的变化、 土地利用重心的迁移等 ☆对目标坐标值进行加权平均（ARCGIS中需要使用calculate geometry工具）
XG
• 形状量算
W X W
i i i i
i
YG
W Y W
☆ 缓冲区：空间对象在一定半径或一定条件下的邻域。 ☆ 缓冲区分析：指以点、线、面实体为基础，在其周 围建立一定宽度范围内的缓冲区多边形，用以分析 实体的邻近性或对周围的影响，从而实现空间数据 在水平方向得以扩展的空间分析方法
点的缓冲区
线的缓冲区
面的缓冲区
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建立缓冲区的算法
• 缓冲区的种类 ☆点：圆形、三角形、矩形、环形。 ☆线：单侧、双侧对称、双侧不对称 ☆面：内侧、外侧 • 缓冲区的建立——中心线扩张法 主要包括：角平分线法 凸角圆弧法
定向网络（据ESRI）
连通性管理 网络属性（权重） 存在位置
非定向网络（据ESRI）
网络模式
Network Analyst扩展模块
几何网络分析工具 28
• 讨论
☆是否有所的空间网络都有分析的必
要性？
判断标准：网络中是否能够进行物质、
能量、信息的传输。
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• 网络的基本组成
☆基本组成要素
链（Link）：网络中的管线，资源传输的通道，构成网络的骨 架。如街道、河流、水管等。 结点（Node）：链的端点或两（多）条链的交点。如道路叉 口、河流的交汇点等。 障碍（Barrier）：禁止网络中资源流动的点 。如道路网中 施工的路段、供水网络中的水阀等。 拐角点（Turn）：指网络中状态属性有阻力的结点 。如对拐 弯方向或时间有限制的路口。 中心（Center）：网络中接受或分配资源的结点。如水库、 商业中心、电站等。 站点（Stop）：在网络中资源增减的站点。如库房、汽车站 等。
栅格数据处理与分析的技巧与案例分析
栅格数据处理与分析的技巧与案例分析引言栅格数据是地理空间信息的一种重要形式，具有大规模、高分辨率和多时相的特点。
在地理信息系统（GIS）领域中，栅格数据处理和分析是非常重要的任务，可以帮助我们深入了解地球表面的变化和空间关系。
本文将介绍一些栅格数据处理和分析的技巧，并通过实际案例来展示其应用价值。
一、数据预处理在进行栅格数据处理和分析之前，首先需要进行数据预处理。
数据预处理包括数据导入、数据格式转换、数据投影转换等步骤。
数据导入是将原始数据导入到GIS软件中，一般可以通过导入文件的方式实现。
数据格式转换是将原始数据转换为GIS软件可识别的格式，常见的格式包括TIFF、GRID、IMG等。
数据投影转换是将原始数据转换为目标坐标系下的数据，以便进行后续分析。
二、栅格数据处理技巧1. 遥感影像预处理遥感影像是栅格数据的一种重要类型，常常用于地表覆盖分类、土地利用变化检测等分析。
在进行遥感影像处理之前，需要进行影像预处理。
预处理包括影像去噪、辐射定标、大气校正等步骤。
影像去噪可以通过滤波器等方法实现，以去除图像中的噪声。
辐射定标是将卫星影像中的数字值转换为辐射亮度值，为后续分析提供准确的数据。
大气校正是为了消除大气因素对卫星影像的影响，使得影像能够更好地反映地表信息。
2. 栅格数据融合栅格数据融合是将不同分辨率、不同传感器的栅格数据进行融合，以提高数据的空间分辨率和时相分辨率。
常见的栅格数据融合方法包括主成分分析法、波段融合法、小波变换法等。
主成分分析法通过主成分分析的方法将多波段影像降维，提取主要信息。
波段融合法通过将多个波段的信息进行线性组合，以获得融合后的影像。
小波变换法通过小波变换的方法将低频和高频信息融合在一起，得到融合后的影像。
3. 栅格数据裁剪和镶嵌栅格数据裁剪是将原始栅格数据裁剪为特定区域的数据，以便进行局部分析。
常见的裁剪方法包括矩形裁剪和多边形裁剪。
矩形裁剪是在GIS软件中指定一个矩形范围，然后将数据裁剪为该范围内的数据。
GIS数据的输入、编辑、显示与查询详解
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表的新建
在Project窗口中,点击Tables的图标 ,点击New按钮, 根据New Table对话框,选择建立表状数据文件(dbf)的 路径,输入文件名(File Name)为ld_far.dbf。
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添加字段 选择菜单Edit/Add Field…,在出现的字段自
程序,完成上述四种类型以外的功能.
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2.GIS显示与查询
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激活Landuse.dwg专题,选择菜单 Theme/Conver to Shape file…,,并将生成的 Shapefile Name命名为“Landshp”。
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激活专题Landshp,打开该专题的属性表,查 看属性表。
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d.用MAPGIS进行扫描矢量化输入与编辑（专题） 该部分内容已经在前面相关专题完成。
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b.独立表的加载
独立表加载、打开的过程: (1)在Project窗口中,单击Tables Document的
图标,再单击窗口中的Add按钮,弹出Add Table 对话框; (2)在Add Table对话框左下侧的数据类型中 (List Files of Type:),选择dBASE(*.dbf)、 INFO或Delimited Text(*.txt);
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字段设定为不可见后,对操作所起的变化: (1)查询时不再显示; (2)不能用于专题地图分类显示控制; (3)不作为地图注记; (4)不参与条件组合查询; (5)不用于热连接.
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使用字段假名(Alias) 在Table Propertie对话框中,可以修改或添加每一
个字段名的假名,以便让用户直观易懂。
a.在ArcView中看USGS数字高程模型数据 启动系统，加载栅格空间分析模块。
矢量数据和栅格数据的比较
矢量数据和栅格数据的比较矢量数据和栅格数据是地理信息系统（GIS）中常用的两种数据表示方式。
它们分别具有不同的特点和适用范围。
本文将对矢量数据和栅格数据进行比较，以便更好地了解它们的优势和劣势。
一、定义和特点1. 矢量数据：矢量数据是由点、线和面等几何要素及其属性信息组成的数据。
它使用坐标系来表示地理位置，通过点、线和面的组合来描述地理现象。
矢量数据可以精确表示地理对象的形状、大小和位置关系，适用于具有明确边界和几何形状的地理要素。
2. 栅格数据：栅格数据是由像素或单元格组成的网格状数据。
每个像素或单元格代表一个地理位置，具有相同的大小和形状。
栅格数据以像元为基本单位，通过像元的属性值来表示地理现象。
栅格数据适用于连续分布的地理现象，如高程、温度和降雨等。
二、数据结构和表示方式1. 矢量数据：矢量数据使用几何要素来表示地理对象的形状和位置关系。
常见的几何要素包括点、线和面。
点表示一个离散的地理位置，线表示由多个点连接而成的线段，面表示由多个线段围成的封闭区域。
矢量数据还可以包含属性表，用于存储与几何要素相关的属性信息。
2. 栅格数据：栅格数据使用像素或单元格来表示地理位置。
每个像素或单元格都有一个固定的大小和形状，并且具有属性值来表示地理现象的特征。
栅格数据以网格状的方式存储和表示，每个像素或单元格都有一个唯一的位置索引。
栅格数据的属性值可以是离散的或连续的，取决于所表示的地理现象。
三、数据精度和精确性1. 矢量数据：矢量数据可以非常精确地表示地理对象的形状和位置关系。
由于使用几何要素来描述地理现象，可以通过增加点、线和面的数量来提高数据的精度。
矢量数据适用于需要高精度和准确性的地理分析和空间查询。
2. 栅格数据：栅格数据的精度取决于像元的大小和形状。
较小的像元可以提供更高的精度，但会增加数据的存储和处理成本。
栅格数据适用于需要连续分析和模型建立的地理现象，如地形分析、遥感影像处理等。
四、数据存储和处理1. 矢量数据：矢量数据以几何要素和属性表的形式存储。
GIS习题及参考答案(2)
“地理信息系统教程”习题及参考答案第一章绪论1.什么是数据和信息？它们有何联系和区别？定义：数据是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能够转换成的数据等形式。
信息是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。
联系和区别：信息与数据是不可分离的。
信息由与物理介质有关的数据表达，数据中所包含的意义就是信息。
信息是对数据解释、运用与解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息；就本质而言，数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。
数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其中包含的信息内容不会改变。
即不随载体的物理设备形式的改变而改变。
信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在；而数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。
数据是原始事实，而信息是数据处理的结果。
不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息。
2.什么是地理信息系统（GIS）?与地图数据库有什么异同?与地理信息的关系是什么?GIS定义：GIS是一个发展的概念。
不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有完全统一的被普遍接受的定义。
定义①：是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科，它将地理环境的各种要素，包括它们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题信息以及这些信息之间的联系等进行获取、组织、存储、检索、分析，并在管理、规划与决策中应用。
定义②：是在计算机软硬件支持下，以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据，并回答用户问题为主要任务的计算机系统。
定义③：是为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。
定义④：地理信息系统是一种决策支持系统。
GIS空间数据处理与分析
栅格单元(i,j)四角点坐标的计算:
X(i1,i2)=(j-1)*DX和J*DX Y(i1,i2)=(i-1)*DY和i*DY I,j:栅格单元行列值; DX,DY:栅格单元边长
⑴:识别内边界,并将内边界端点坐标置零. 判别方法: 判断与栅格单元某条边相邻的另一栅 格单元的值,若值小于零,则该边为内边界. 内边界端点坐标置零: 边界起点和终点坐标置零.
分区数据的方法就称为空间数据的内插。
第五节 空间数据的内插方法
1、点的内插：研究具有连续变化特征现象 的数值内插方法。
步骤： 数据取样；数据处内插；数据记录
第五节 空间数据的内插方法
2、区域的内插
研究根据一组分区的已知数据来推求
同一地区另一组分区未知数据的内插方法。
区域内插方法：
2.1 叠合法：认为源和目标区的数据是均匀 分布的，首先确定两者面积的交集，然后 计算出目标区各个分区的内插值。
1、遥感与GIS数据的融合：
遥感技术的优势 融合必要性 GIS技术的优势 遥感图像与图形的融合 融合方法： 遥感数据与DEM的融合 遥感数据与地图扫描图像的融合第三节 多源 Nhomakorabea间数据的融合
2、不同格式数据的融合
不同格式数据的融合方法主要有：
2.1基于转换器的数据融合：
一种软件的数据格式输出为交换格式，然后用于另
P3
P
0
x
判断点是否在多边形内，从该点向左引水平扫描线，计算此 线段与区域边界相交的次数，若为奇数，该点在多边形内；若为 偶数，在多边形外。利用此原理，直接做一系列水平扫描线，求 出扫描线和区域边界的交点，对每个扫描线交点按X值的大小进 行排序，其两相邻坐标点之间的射线在区域内。
第二节
矢量数据与栅格数据
矢量数据与栅格数据矢量数据和栅格数据是地理信息系统（GIS）中常用的两种数据类型。
它们在数据存储、数据结构、数据处理和数据分析等方面有着不同的特点和应用场景。
本文将详细介绍矢量数据和栅格数据的定义、特点、应用以及它们之间的转换方法。
一、矢量数据矢量数据是由一系列点、线和面等几何要素构成的数据类型。
每个要素都有其特定的位置和属性信息。
常见的矢量数据格式包括Shapefile、GeoJSON和KML等。
1. 定义和特点矢量数据以几何要素为基础，通过坐标点的位置和属性信息来描述地理现象。
它具有以下特点：- 精确性：矢量数据可以精确地表示点、线和面等几何要素的位置和形状。
- 拓扑关系：矢量数据可以描述要素之间的拓扑关系，如相邻、相交和包含等关系。
- 属性信息：矢量数据可以附加属性信息，用于描述要素的属性特征，如名称、面积和人口等。
2. 应用场景矢量数据广泛应用于各个领域，如地理空间分析、城市规划、环境保护和交通管理等。
具体应用场景包括：- 空间查询：通过矢量数据可以进行空间查询，如查找某一区域内的所有建筑物或道路等。
- 空间分析：矢量数据可以进行空间分析，如计算两个区域的重叠面积或计算两条道路之间的最短路径等。
- 地图制图：矢量数据可以用于地图制图，通过绘制点、线和面等要素来展示地理现象。
3. 矢量数据的转换矢量数据可以与其他数据类型进行转换，如栅格数据和CAD数据等。
常见的矢量数据转换方法有：- 矢量到栅格：将矢量数据转换为栅格数据，可以通过栅格化操作实现。
这样可以方便进行栅格分析和栅格制图等操作。
- 矢量到CAD：将矢量数据转换为CAD数据，可以通过CAD软件进行转换。
这样可以方便进行CAD软件中的编辑和设计操作。
二、栅格数据栅格数据是由像元（像素）组成的二维网格数据。
每个像元都有其特定的位置和属性信息。
常见的栅格数据格式包括TIFF、JPEG和PNG等。
1. 定义和特点栅格数据以像元为基础，通过像元的位置和属性信息来描述地理现象。
ArcGIS空间分析基本操作教材
实验七、空间分析基本操作一、实验目的1. 掌握Spatial Analyst模块的使用方法。
2. 掌握矢量数据转换成栅格数据的方法。
3. 掌握用任意多边形剪裁栅格数据的方法。
4. 掌握重分类的方法及应用。
5. 掌握缓冲区分析的原理与方法。
6. 掌握空间属性查询和空间关系查询的方法。
7. 掌握采样数据的空间内插方法。
8. 了解邻域统计的原理及方法。
二、实验准备软件：ArcGIS Desktop数据：知识：空间分析是从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、分布、形态、形成和演变等信息的分析技术，是地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息的提取、表现和传输的功能，是地理信息系统区别于一般管理信息系统的主要功能特征。
在空间分析的研究和实践中，很多在应用领域具有一定普遍意义的、涉及空间位置的分析手段和方法被总结、提炼出来，形成了在GIS软件中均包含的一些固有的空间分析功能模块。
这些功能具有一定的通用性质，故而称之为GIS基本空间分析，具体的有叠置分析、缓冲区分析、窗口分析和网络分析。
了解GIS基本空间分析对于进一步掌握复杂空间分析方法，具有一定的指导意义。
利用空间分析模块（Spatial Analyst），你可以方便地对你的数据进行空间分析。
有了空间分析模块，你既可以回答诸如“这个位臵的地形陡峭程度如何？”或“这个位臵面向什么方位？”之类的一些简单空间问题，也能够给更为复杂的空间问题如“一家新工厂的最佳位臵应该在哪儿？”或“从A到B的成本最小的路径是什么？”找到答案。
当与ArcMap一起使用时，空间分析模块可以提供功能完备的工具集来浏览和分析空间数据，帮助你找到解决空间问题的方法。
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。
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作者：罗年学 李振
武汉大学测绘学院 2009.4
实习目标和内容
•实习目标： 以地形分析为例，让大家了解GIS栅格空间分析的基本内容。 •实习内容： （1）计算坡度Slope （2）计算坡向Aspect （3）计算山体阴影HillShade （4）创建等值线Contours （5）制作地形剖面图 （6）测量面积和体积 （7）可视性分析
五、制作地形剖面图
在工程方面(如在公路、铁路、管线等的设计过程中)，常常需要制作剖 面图。剖面图的制作是以DEM数据(GRID数据)或TIN数据为基础的 • 基于DEM数据进行“线插值” ，得到一条具有高程值的线段 • 计算具有高程值的线段的剖面图
六、测量表面面积和体积
使用三维分析可以测量表面面积和体积，同时还可以测量两个表面之间 容积的差异-进行开挖、填埋分析。 • 表面面积是沿表面的曲面进行测量，计算出的面积总要大于二维平面 测量的面积。 • 体积是计算TIN表面和某一指定高程所在的水平面之间的立体空间， 可以是平面之上的，也可以是平面之下的。测量体积，在实际应用中 一般用来计算土石方量
一、计算坡度Slope
• 地面上某点的坡度表示了地表在该点的倾斜程度
• 坡度与坡向的计算通常在3× 3的DEM栅格窗口（如图）中进行 • 坡度有两种表示方法：度或百分比
坡度应用
坡度的应用非常广泛，例如： • 根据坡度起伏变化，确定崩塌、泥石流区域或严重的土壤侵 蚀区，作为灾害防治与水土保持工作的基础。 • 提取平坦区域，为大型商业中心或房屋建筑选址。 坡度可在DEM或TIN的基础上提取。
坡向应用
• 在一个区域内提取所有朝南的坡面，为房地产建设选址提供 最佳位置。 • 计算研究区域内的每一点的太阳光照量，从而测定每一点的 生物量。 坡向可在数字高程模型DEM或TIN数据的基础上提取。
• 基于DEM 计算坡向 分布图， 坡向栅格 单元中的 值表示当 前栅格相 对正北方 向的的坡 向（从0360变化）
通视性分析
• 两点间的可视情况
可视域分析
• 可视域分析显示了在一个区域内从一个或多个观察点可以观 察到的区域范围 • 在输出的Viewshed数据中，属性Value表示了对于一个可视 位置，有多少观察点可以看到此位置。
谢 谢！
•
根 据 DE M 计 算 得 到 的 山 影 图
注意事项
Create a hillshade or slope using data in Geographic coordinates
Summary: When performing a hillshade or slope function in ArcGIS, the Z units are presumed to be the same as the horizontal (x,y) units. When working with data in geographic coordinates, this is a problem because the linear distance of a degree of latitude varies. In some cases, a value of 0.00003 was suggested as the Z factor to account for the actual Z unit in meters. While that value can still be used, this article presents a more accurate method of determining the Z factor when the Z units are in meters. Procedure: The following procedure assumes the Z units of the raster being used to generate the hillshade or slope are meters. If the Z units of the data being used is feet, first use the raster calculator to multiply the raster by the conversion factor 0.3048, so that the z units are meters. (1)Determine what the middle latitude of the area of interest is. (2)Convert that degree value to radians. 1 degree = 0.0174532925 radians (3)Use the value in radians in the following equation: Z factor = 1.0 / (113200 * cos(<input latitude in radians>)) (4)Use this calculated Z factor in the hillshade or slope tool.
• 根据 DEM 计算 得到 的坡 度栅 格
二、计算坡向Aspect
• 坡向定义为坡面法线在水平面上的投影与正北方向的夹角。 • 在ArcGIS中Aspect表示每个栅格与它相邻的栅格之间沿坡面向下最陡 的方向。 • 在输出的坡向数据中，坡向值有如下规定：正北方向为0度，正东方 向为90度，以次类推。
三、计算山体阴影HillShade
• 分析或模拟地面的光照情况，产生地形表面的阴影图。 Hillshade 可测定研究区域中给定位置的太阳光强度和光照 时间，并且对实际地面进行逼真的立体显示，增强地面的 起伏感。 • 要计算山影，需要给定太阳方位角和太阳高度角
山体阴影应用
• 山体阴影的应用有： – 对地形起伏进行生动的表示，从而显示不同土地利用类型 在地形上的分布情况。 – 研究阳光的照射位置与公路上发生的车祸事件发生率之间 的相关性。 – 分析农作物与太阳光照的关系
四、创建等值线Contours
• • 在ArcGIS中Contours功能生成一个新的矢量图层，每条线表示了 具有相同高度、数量或者浓度的连续的位置的集合。生成的等值线 经过平滑处理，真实地再现了表面等值线。 有三种方法： （1）将DEM或Tin生成为线要素矢量主题 （2）创建一个新的线主题 ，并从Dem主题或Tin中提取等值线，提 取的等值线成为新主题中的要素 （3）提取单条等值线
• 给定一条等高线，计算其上或以下的的表面面积和体积
挖填分析
• 通过分析比较两个表面模型前后的变化，还可以计算填埋及挖掘土石 方量。
七、可视性分析
• 可视性分析实质上属于对地形进行最优化处理的范畴。例如：设置雷 达站、电视台的发射站、道路选择、航海导航等、移动电话基站选址， 在军事上如布设阵地（炮兵阵地、电子对抗阵地）、设置观察哨所、 铺架通信线路等。 • 主要的两可视性分析： – 通视性分析Line of sight，通过此功能可以显示两点之间的通视情 况，从而判断从一个观察点是否可以看到目标物，回答了“从这里 我可以看到哪个目标？” 。 – 可视域分析Viewshed Analysis，确定了从一个或多个观察点可以 观测到的区域。回答了“从这里我可以看到什么？”的问题。
地形分析步骤
•实习步骤 （1）调用ArcToolBox。 （2）3D Analyst Tools->Raster Surface>Aspect/Contour/Contor List/Curvature/Cut file/Hillshade/Observaer Points/Slope/Viewshed