第三章 栅格数据分析的基本模式.ppt
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《栅格数据模型》PPT课件
3. 栅格数据构造
〔５〕四叉树编码
根本思想：
是根据栅格数据二维空间分布的特点，将 空间区域按照4个象限进展递归分割〔 2n×2 n，且n>1〕，直到子象限的数值 单调为止，最后得到一棵四分叉的倒向 树。
➢P为游程
➢K为游程序号
➢适用于二值图像的表示
3. 栅格数据构造
〔２〕游程压缩编码构造 游程长度编码方法，数据多，且有重叠时，用游程压缩
编码可压缩数据量 游程编码能否压缩数据量，主要决定Байду номын сангаас栅格数据的性质
，通常可通过事先测试，计算图的数据冗余度Re
3. 栅格数据构造
〔２〕游程压缩编码构造
游程长度压缩编码步骤：
2. 常用栅格数据类型
❖其他图形文件
▪ TIFF、GeoTIFF、GIF、JPEG
❖特定软件的栅格数据
▪ Eadrs Image ▪ ArcGIS grid
3.栅格数据构造
〔１〕直接编码法 〔２〕游程长度编码 〔３〕块码 〔４〕链码 〔５〕四叉树
3. 栅格数据构造
〔１〕直接栅格编码构造 直接栅格编码构造，也可以理解为栅格矩阵构
栅格数据构造
4
栅格数据压缩
5
栅格数据转换与综合
1.栅格数据模型要素
一、概述 栅格数据模型是基于空间划分或铺盖的 空间被划分成大量规那么的或不规那么的
空间单元，称为象素(Cell或Pixel)，依行 列构成的单元矩阵叫栅格(Grid)
三角形 方格
CSUST
2.栅格数据模型
栅格数据模型
1.栅格数据模型要素
3. 栅格数据构造
〔３〕块码例如
02255555 22222555 22223355 00233355 00333353
栅格数据分析的基本模式
算术运算 指两层以上的对应网格值经加、减运算，而得到新的栅格 数据系统的方法。这种复合分析法具有很大的应用范围。图 6-4给出了该方法在栅格数据编辑中的应用例证。
基于栅格数据结构的叠加分析
B A
标号 A B 地貌 阳坡 阴坡
1
3
2
标号 1 2 3 标号 A1 A2 A3 B1 B2
植被 林地 农地 牧地 综合属性 阳坡 林地 阳坡 农地 阳坡 牧地 阴坡 林地 阴坡 农地
A1 A2
B1 A3
B2
复合运算方法
数学运算复合法 指不同层面的栅格数据逐网格按一定的数学法则进行 运算,从而得到新的栅格数据系统的方法。其主要类型有以 下几种:
1耕地 2园地 3林地 4居民点 5独立工矿 6水域 7未利用地
图
某镇土地利用现状图
4
4
6
4 4 6 4
图 空间聚类分析输出图形
4.1.2聚合分析
概念 聚合分析是根据预先设定的聚合条件，在同一 图层上进行数据类别的合并或转换，以实现空间地 域的兼并，从而将复杂的空间数据合并成预定的类 别 空间聚合的结果往往是将复杂的类别转换为较简单 的类别，大多数以小比例尺图形输出。当从大比例 尺图形向小比例尺图形转换时，常使用这种方法。
题图或地形图进行视觉复合，就可以直觉地解决某些“异物同
谱”分类问题，从而大大提高遥感分类精度。
遥感影像与专题地图的复合
C 专题图和数字高程图视觉复合
专题图通常用平面图来表示，而数字高程模型（ DEM ）
的立体彩色显示是具有高度真实感的，如果把各种专题图和数
字高程图复合生成立体专题图，可以大大增强视觉效果，便于 人们认识和研究自然资源。例如，把旅游图和数字高程图结合 生成立体旅游景观图，有利于人们观察景点分布和旅游路线选 择；再如将野生动物分布图与数字高程图结合，生成立体野生
栅格数据分析ppt课件
7 7
OutRas = MajorityFilter(InRas1)
二、常用栅格数据操作：焦点运算
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。
二、常用栅格数据操作：分区运算
• ZonalMax
二、常用栅格数据操作：分区运算
二、栅格数据操作：分区运算
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。
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。
一、栅格数据模型：存储模型
• 连续数据 • 定义：A continuous surface represents
phenomena where each location on the surface is a measure of the concentration level or its relationship from a fixed point in space or from an emitting source. Continuous data is also referred to as field, nondiscrete, or surface data.
六、数据分析环境
Mask Extent
Mask Extent
Result
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？
OutRas = MajorityFilter(InRas1)
二、常用栅格数据操作：焦点运算
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。
二、常用栅格数据操作：分区运算
• ZonalMax
二、常用栅格数据操作：分区运算
二、栅格数据操作：分区运算
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。
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。
一、栅格数据模型：存储模型
• 连续数据 • 定义：A continuous surface represents
phenomena where each location on the surface is a measure of the concentration level or its relationship from a fixed point in space or from an emitting source. Continuous data is also referred to as field, nondiscrete, or surface data.
六、数据分析环境
Mask Extent
Mask Extent
Result
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？
第三章 栅格数据分析的基本模式.ppt
面状图、线状图和点状图之间的复合
面状图与专题区域边界之间的复合
B 遥感信息和专题图的视觉复合
遥感信息和非遥感信息结合是地理信息系统和遥感相结合 的基础，遥感和地理信息系统所处理问题具有互补性。遥感图 上信息丰富，但缺乏行政区划界线等非遥感信息，这样不利于 区域分析。另外，在遥感分类中常常出现比较麻烦的“异物同 谱”现象。如荒草和牧草，果园和灌木等，从遥感角度看，因 为具有相同的光谱特性而无法区分，这时如把遥感分类图和专 题图或地形图进行视觉复合，就可以直觉地解决某些“异物同 谱”分类问题，从而大大提高遥感分类精度。
下面以工业厂址适宜性分析为例，来说明栅格叠置分析过程。
（1）选址分析： ①工业设施不允许位于自然保护区内；②起伏地形会增 加建筑造价，陡坡更不合适；③未利用用地或农用地相对 便宜；④购买居民区或现存工业区不可取，因为这不仅带 来高的代价，同时，还带来移民安置等问题，故尽可能选 择人口稀少地区；⑤交通便利。
1 1 1
E=|A-B|
11 1 11 1 11 1
C
11 1 13 1 11 1
F=D-E
复合运算方法
函数运算 指两个以上层面的栅格数据系统以某种函数关系作为复
合分析的依据进行逐网格运算，从而得到新的栅格数据系统 的过程。
这种复合叠置分析方法被广泛地应用到地学综合分析、 环境质量评价、遥感数字图像处理等领域中。
(b) 提取要素“2”的聚类结果
聚类分析示意图
下图是一幅某镇土地利用现状栅格图，设定条件可以 是：
E=（属性=“水域”）∧（面积≥1公顷）∧（水域邻接 居民地）
其输出的结果图如图4-2所示。 这类聚类条件的设定常用于位址规划。
1耕地 2园地 3林地 4居民点 5独立工矿 6水域 7未利用地
ArcGIS学习课件11.栅格数据分析
中国科学院计算技术研究所教育中心
在Arcmap文件，加载地图，使用（File）中export map，格式有PNG，emf，eps，pdf，jpg，bmp， svg，gif，tif等，自己设置大小和格式，write world file是自动配准，可以调整分辨率，pdf， svg，emf默认是300，其他为96，数字越高，输出 的文件越大，清晰度越高，图片大小地图窗口的尺 寸*分辨率，该工具只是针对当前地图窗口的内容
用Zonal Statistics函数 或则raster转为feature。
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5.2统计25度以上耕地的面积
中国科学院计算技术研究所教育中心
① 使用grid，slope([tingrid]) >= 25 计算符号后 面一定要有空格，空格有全角空格（中文下，全 角）、半角空格一定是半角
对输出的图层重命名（名字 = 后面是表达式）
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5.1影像面积统计
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统计高程1900以下，1900-2000，和2000以上的 面积
1. 按上面的对栅格重分类Reclassfy
使用数据:11\fx\tingrid,操作看影像面积统计.exe
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5.1影像面积统计
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值的范围是含下不含上 右图是365 – 400 含义为value>=365 <400,“-”前后都有一
个空格
数据为:11\resample\tingrid
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2、栅格的重分类NoData
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NoData是空，什么也没有（NULL）， 空不等于0，设置为nodata，输出为空
GIS空间分析第三章栅格数据分析
名称(Name): 每个栅格数据集必须有一个名称以 便在数据库中相互区分。所有对栅格数据集的访 问都是通过它的名称进行的，数据集的名称在所 有表达式中必须一致。
3.2 栅格数据分析的环境
在对栅格数据进行分析之前，需要设置分 析选项，主要包括：
结果输出的路径 分析范围 单元大小 在选择的单元上进行分析的分析掩膜
栅格数据的再分类（Reclassifying raster data）
输入离散型栅格
再分类栅格
类别数据的再分类需要用新值代替原来的值。例如，土地利
用类型可以根据适宜性的状况分为：低适宜 (1)、中适宜 (2)、 高适宜(3)。与适宜性无关的用地类型表示为空值。
•输入连续型栅格
•再分类栅格
连续型数据的再分类需要用新值代替一定范围的值。例如， 描述距离公路远近的栅格可以被分为三个距离带。
视域（Viewshed）
视域判别输入栅格中能够从一个或多个观 察点或线上可以看到的单元。在输出栅格 上，每个单元的值表示可以看到该点的观 察点的数量。
如果只有一个观察点，则能够被看到的栅 格单元被赋值为1。其它无法看到的栅格单 元被赋值为0。
观察点的要素类可以包含点或线。线的结 点或中间点将被看作是观察点。
坡向（Aspect）
坡向是指坡度的朝向，即某一单元对朝坡下的相 邻单元的方向。
在坡向栅格中的单元值是由0-360表示的方向。其 中，北为0，按顺时针的方向，90为东，180为南， 270为西。坡度为0（平地）的栅格单元，其坡向 值为-1。
坡向值为90的单元朝向 东方。由此顺坡而下， 就是向东而行。早晨太 阳升起时，该单元充满 阳光。晚上太阳西下， 则缺少阳光。
等高线（Contours）
GIS课件栅格数据模型
3.3 游程编码
游程编码是栅格数据的一种比较简单的保真压缩编 码方法。编码中，将栅格阵列中具有相同属性值的 邻近单元合并在一起，构成一个游程。
每个游程使用一对数字来表示(A,P)，其中A代表属
性值或属性值的指针，P 表示该游程最右端栅格的 列号。(注:还有一种游程编码P是行程的长度即重 复单元的个数)。
4
栅格像元赋值规则: 中心点法 面积优先法 重要性优先法
B O C
A
栅格像元大小确定: 大->粗，混合像元 小->冗余，数据量大、处理慢
5
大地坐标 空间数据参考:
地图投影 仿射变换(矩阵行列坐标到平面坐标的映射):
△x, 0, 0, -△y, x0, y0 分辨率(△x, △y) 矩阵左上角像元的坐标(x0, y0)
1 栅格数据模型的基本要素 2 栅格数据类型 3 栅格数据结构 4 常见栅格文件格式（GRID、TIFF） 5 矢量到栅格转换 6 栅格到矢量转换
1
源自 - 地理所鲁学军研究员 2
栅格数据(grid)支持地图几何代 数运算(map algebra)。包括:
数学运算 逻辑运算 关系运算 布尔运算 ……
0
00 04 04 44
4
48 0 4 88 8
2 44
24
8222400 04 0 04 44 4
48
0
4 88 8
44
2
24
8
2
2
010 011 100 101
000
110
012 013 102 103
120 121
020
030
130 122 123
210 211 200
212 213 300
矢量和栅格数据处理和分析教程PPT课件
5. 镶嵌至新栅格(MosaicToNewRaster)
2020年9月28日
1、merge 合并
merge可以合并点、线、面等要素类和 表，但必须是相同类型的。merge不处理 要素，只简单地把要素放到一个要素类里， 因此输出的要素类可能会有重叠或缝隙。
merge处理属性表时会把相同名字的字 段合成一个，不同名字的字段按原名字、 顺序全部加入输出要素类属性表中，原fid
2020年9月28日
工具箱
❖属性连接
2020年9月28日
空间连接
2020年9月28日
属性连接（join） excel
数据：10.数据
处理和分析\属 性连接.mxd
2020年9月28日
操作Excel三种情况
➢全部为空 ➢个别为空 ➢很多为空
数据: 10.数据处理和分析\宗地信息全部为空.xls\zd$ 10.数据处理和分析\宗地信息.xls\zd$
点
线
面
点
最近距离 最近距离 点在面内
线
最近距离 部分重合 线在面内
面
-
-
面在面内
可以用来计算点到直线（点）最小距离
2020年9月28日
二.裁剪
1. 单个裁剪 (CLIP) 2. 批量裁剪 (自己工具) 3. MXD文档裁剪（自己做的工具) 4. 影像的单个裁剪 5. 影像的批量裁剪（自己做的工具)
2020年9月28日
给零星地物赋所在图斑号
数据：10.数据处理和分析\空间连接.mxd
2020年9月28日
点的属性赋给ZD
数据:10.数据处理和分析\点的属性赋给面.mxd
2020年9月28日
看一个宗地内有几个地名点
数据:10.数据处理和分析\点的属性赋给面.mxd
2020年9月28日
1、merge 合并
merge可以合并点、线、面等要素类和 表，但必须是相同类型的。merge不处理 要素，只简单地把要素放到一个要素类里， 因此输出的要素类可能会有重叠或缝隙。
merge处理属性表时会把相同名字的字 段合成一个，不同名字的字段按原名字、 顺序全部加入输出要素类属性表中，原fid
2020年9月28日
工具箱
❖属性连接
2020年9月28日
空间连接
2020年9月28日
属性连接（join） excel
数据：10.数据
处理和分析\属 性连接.mxd
2020年9月28日
操作Excel三种情况
➢全部为空 ➢个别为空 ➢很多为空
数据: 10.数据处理和分析\宗地信息全部为空.xls\zd$ 10.数据处理和分析\宗地信息.xls\zd$
点
线
面
点
最近距离 最近距离 点在面内
线
最近距离 部分重合 线在面内
面
-
-
面在面内
可以用来计算点到直线（点）最小距离
2020年9月28日
二.裁剪
1. 单个裁剪 (CLIP) 2. 批量裁剪 (自己工具) 3. MXD文档裁剪（自己做的工具) 4. 影像的单个裁剪 5. 影像的批量裁剪（自己做的工具)
2020年9月28日
给零星地物赋所在图斑号
数据：10.数据处理和分析\空间连接.mxd
2020年9月28日
点的属性赋给ZD
数据:10.数据处理和分析\点的属性赋给面.mxd
2020年9月28日
看一个宗地内有几个地名点
数据:10.数据处理和分析\点的属性赋给面.mxd
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遥感影像与专题地图的复合
C 专题图和数字高程图视觉复合
专题图通常用平面图来表示，而数字高程模型（DEM） 的立体彩色显示是具有高度真实感的，如果把各种专题图和数 字高程图复合生成立体专题图，可以大大增强视觉效果，便于 人们认识和研究自然资源。例如，把旅游图和数字高程图结合 生成立体旅游景观图，有利于人们观察景点分布和旅游路线选 择；再如将野生动物分布图与数字高程图结合，生成立体野生 动物分布图，可以帮助动物学家对野生动物群体生存环境的研 究。
A 点、线和面状图之间的复合
通过点线和面状图的相互复合，寻求特征信息在空间上的 关联性。在这里强调的是复合图之间的关系，而不是强调生成
新的目标。如要了解居民点与污染区空间位置关系，就可以把 居民点图和污染分区图进行点与面的视觉复合。直觉上可以看 到各个居民点的污染轻重。
又如旅游者在确定旅游线路时，可把该地区的旅游景点图、 地形、交通和旅游者位置进行信息复合，从而帮助旅游者确定 旅游线路等。
叠加分类模型用于多要素综合分类，以划分最小地理景观单 元，进一步可进行综合评价以确定各景观单元的等级序列。
叠加分析的定义
• 叠加是把分散在不同层上的空间、属性信息按 相同的空间位置叠加到一起，合为新的一层。 叠合过程往往是对空间信息和对应的属性信息 作集合的交、并、差、余运算，也可再进一步 对属性作其他的数学运算。
(b) 提取要素“2”的聚类结果
聚类分析示意图
下图是一幅某镇土地利用现状栅格图，设定条件可以 是：
E=（属性=“水域”）∧（面积≥1公顷）∧（水域邻接 居民地）
其输出的结果图如图4-2所示。 这类聚类条件的设定常用于位址规划。
1耕地 2园地 3林地 4居民点 5独立工矿 6水域 7未利用地
图 某镇土地利用现状图
专题地图与数字高程模型复合
遥感影像与DTM复合
3.2 栅格数据的信息复合分析
3.2.2 叠加分析模型
根据参加复合的栅格数据层不同类别的空间关系重新划分空 间区域，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。
OR关系：结果将土层厚度大于50厘米，或者土壤 为红壤的土壤单元显示出来；
XOR：结果将土层厚度小于50厘米，或者土壤不是 红壤的土壤单元显示出来；
NOT:如结果是将土层厚度大于50厘米，但土壤不 是红壤的土壤单元显示出来；
基于栅格数据B
地貌 阳坡 阴坡
1 3
a: >=3 b: <3
(a)
(b)
栅格数据的聚合
C: 2,3 D: 1,4
(a)
(b)
栅格数据的聚合
1耕地 2园地 3林地 4居民点 5独立工矿 6水域 7未利用地
耕地、园地、林地、水域农用地；居民点、独立工矿建设用地 未利用地未利用土地
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 其一地物的方法则是栅格数据的聚类
面状图、线状图和点状图之间的复合
面状图与专题区域边界之间的复合
B 遥感信息和专题图的视觉复合
遥感信息和非遥感信息结合是地理信息系统和遥感相结合 的基础，遥感和地理信息系统所处理问题具有互补性。遥感图 上信息丰富，但缺乏行政区划界线等非遥感信息，这样不利于 区域分析。另外，在遥感分类中常常出现比较麻烦的“异物同 谱”现象。如荒草和牧草，果园和灌木等，从遥感角度看，因 为具有相同的光谱特性而无法区分，这时如把遥感分类图和专 题图或地形图进行视觉复合，就可以直觉地解决某些“异物同 谱”分类问题，从而大大提高遥感分类精度。
3.2 栅格数据的信息复合分析
3.2.1视觉信息复合
1、概念 视觉信息复合是将统一地区的统一比例尺的不
同含义的图形图像进行叠合显示在屏幕上或结果图件上， 以便判断不同地理实体的空间关系，从而获取更多的空间
信息。
视觉信息复合中，不改变各图层数据结构，也不形成新的 数据，只给用户带来视觉效果，用于目视分析。
逻辑判断复合法 设有A、B、C三个层面的栅格数据，一般可以用布尔逻
辑算子以及运算结果的文氏图（见图6-3）表示其一般的运 算思路和关系
逻辑关系运算例
例：有土壤厚度（大于50厘米）和土壤类型（红壤 和其他类型）两个二值化图层，不同的逻辑运算结 果如下：
AND关系：结果是将土层厚度大于50厘米，且土 壤为红壤的土壤单元显示出来；
复合运算方法
逻辑判断复合法
• 空间逻辑运算
为讨论方便将空间图层A，B定义为二值图象 1、空间逻辑并（或）运算； A∪B =X X∈A 或 X∈ B 2、空间逻辑交（与）运算； A∩B = X X∈A 且 X∈B 3、空间逻辑差运算； A - B =X X∈A 且 X∈B 4、空间包含； AB
复合运算方法
4
4
6
4
46
4
图 空间聚类分析输出图形
4.1.2聚合分析
概念 聚合分析是根据预先设定的聚合条件，在同一 图层上进行数据类别的合并或转换，以实现空间地 域的兼并，从而将复杂的空间数据合并成预定的类 别
空间聚合的结果往往是将复杂的类别转换为较简单 的类别，大多数以小比例尺图形输出。当从大比例 尺图形向小比例尺图形转换时，常使用这种方法。
2
A1 B1 B2 A2 A3
标号 1 2 3
植被 林地 农地
牧地
标号 A1 A2 A3 B1 B2
综合属性 阳坡 林地 阳坡 农地 阳坡 牧地 阴坡 林地 阴坡 农地
复合运算方法
数学运算复合法 指不同层面的栅格数据逐网格按一定的数学法则进行
运算,从而得到新的栅格数据系统的方法。其主要类型有以 下几种:
第3章 栅格数据分析的基本模式
3.1 栅格数据的聚类、聚合分析 3.2 视觉信息复合分析 3.3 追踪分析 3.4 栅格数据的窗口分析
3.1栅格数据的聚类、聚合分析
3.1.1聚类分析
概念 空间聚类是根据预先设定的聚类条件，使符合 条件的区域输出在图上，不符合条件的区域为空白。
（a） 栅格数据系统样图