12.栅格数据分析和综合案例
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。
栅格数据分析
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二、常用栅格数据操作：局部运算
•（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。
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二、常用栅格数据操作：局部运算 • （二）多个栅格的局部运算
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二、常用栅格数据操作：局部运算 • （二）多个栅格的局部运算
点状地物
线状地物 多边形地物
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一、栅格数据模型：存储模型
格网值和个数
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一、栅格数据模型：存储模型
• 离散数据 • Discrete data, which is sometimes called
categorical or discontinuous data, mainly represents objects in both the feature and raster data storage systems.
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。
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三、其他的栅格数据操作
OutRas = Aggregate(InRas1, 3, Max, Expand, Data) 聚合分析
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三、其他的栅格数据操作
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欧式距离
二、栅格数据操作：自然距离
Euc_Dist = EucDistance(Source_Ras)
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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。
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第四章_栅格数据的空间分析
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
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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; } };
gis实验报告之栅格数据分析
西北师范大学学生实验报告选择加载的模块如图2、加载实验数据所要加载的数据大开后，如图所示：选择土地利用图层选择土地利用图层生成坡度的方法不要忘了选择相应的图层后面的和这一样生成的方法路线使用的方法采用等间距分级分类的个数只是这和上面的图层不一样把上面的结果大于8。
求出最终结果试验的数据4创建成本数集(1).坡度成本数据集激活的数据创建的方法对其重分类的对话框显示相应的图形（3）、河流成本数据集和上面的一样打开如图所示的对话框对其赋值输入的表达式四、试验总结：下面总结范文为赠送的资料不需要的朋友，下载后可以编辑删除！祝各位朋友生活愉快！员工年终工作总结【范文一】201x年就快结束，回首201x年的工作，有硕果累累的喜悦，有与同事协同攻关的艰辛，也有遇到困难和挫折时惆怅，时光过得飞快，不知不觉中，充满希望的201x年就伴随着新年伊始即将临近。
可以说，201x年是公司推进行业改革、拓展市场、持续发展的关键年。
现就本年度重要工作情况总结如下：一、虚心学习，努力工作(一)在201x年里，我自觉加强学习，虚心求教释惑，不断理清工作思路，总结工作方法，一方面，干中学、学中干，不断掌握方法积累经验。
我注重以工作任务为牵引，依托工作岗位学习提高，通过观察、摸索、查阅资料和实践锻炼，较快地完成任务。
另一方面，问书本、问同事，不断丰富知识掌握技巧。
在各级领导和同事的帮助指导下，不断进步，逐渐摸清了工作中的基本情况，找到了切入点，把握住了工作重点和难点。
(二)201x年工程维修主要有：在卫生间后墙贴瓷砖，天花修补，二栋宿舍走廊护栏及宿舍阳台护栏的维修，还有各类大小维修已达几千件之多!(三)爱岗敬业、扎实工作、不怕困难、勇挑重担，热情服务，在本职岗位上发挥出应有的作用二、心系本职工作，认真履行职责，突出工作重点，落实管理目标责任制。
(一)201x年上半年，公司已制定了完善的规程及考勤制度。
201x年下半年，行政部组织召开了年的工作安排布置会议年底实行工作目标完成情况考评，将考评结果列入各部门管理人员的年终绩效。
栅格数据空间分析——学校最佳选址
栅格数据空间分析的综合应用——学校选址一、实验背景与目的背景：随着网络时代的到来，网络信息变得越来越丰富，地理空间信息无疑是越来越占据较大的分量，在当今社会，地理信息数据越来越受到人们的重视。
空间分析技术日趋于成熟，在处理地理信息空间数据时发挥着越来越重要的作用。
基于栅格数据的空间分析在空间分析中占有重要地位，空间建模制作的基本过程也是通过栅格数据的空间分析进行的。
空间分析是GIS的核心和区别于其他信息系统处理数据的本质所在，并且为生活中的很多决策提供数据依据，在其中，学校选址就是一个很好的例子。
学校的选址问题需要考虑各种因素，总体上分为自然因素和人文因素，例如地理位置、学生娱乐场所配套、土地利用类型、交通状况以及现有学校的距离间隔等因素，从总体上把握这些因素，能够确定出适宜性比较好的学校选址区域，合理的学校位置有利于方便学生的学习与生活。
目的：通过这次实验练习，从而帮助熟悉ArcGIS栅格数据的欧氏距离制图、数据重分类等空间分析功能，通过栅格计算器进行加权计算，得到适宜性最高的区域，即是最佳选址区域。
能够通过选址处理解决类似选址的其他实际问题。
欧氏距离根据直线距离描述每个像元与一个源（分析目标）或一组源的关系。
二、实验步骤(一)数据准备（1）土地利用现状数据（landuse）；（2）地面高程数据（elevation）；（3）娱乐场所分布数据（rec_sites）；（4）现有学校分布数据（schools）。
(二)操作步骤A.方法一1. 运行Arcmap，如果Spacial Analyst 模块未能激活，单击菜单【自定义】——【拓展模块】——选择Spacial Analyst——【单击关闭】。
2.打开地图文档。
在ArcMap主菜单上选择【文件】——【打开】——【EX1】。
3.设置空间分析环境。
ArcToolbox右键选择【环境】，打开环境设置对话框，设置相关参数：①展开【工作空间】，设置路径（设为平时实验的目录，不要有中文或中文符号）②展开【处理范围】，在范围下拉框中选择“与图层landuse相同”③展开【栅格分析】，在像元大小下拉框选择“与图层landuse相同”。
空间分析-栅格数据分析
ArcView为局部运算提供的Arithmetic（算术 ）, logarithmic（对数）, trigonometric（三 角函数）, 和 power（幂） 函数
坡度格网可用百分数(a) 或度数(b)表示， 局部运算可用来进行这两种测度系统的转 换
重分类
通过分类运算创建一个新的栅格图， 通过分类运算创建一个新的栅格图， 也成为重编码 新创建的格网逐个像元的分配新值
配置格网
距离量测运算的应用
自然距离的应用
明尼苏达西北部大沙丘鹤潜在栖息地的栅格 模型，应用30m分辨率的TM遥感图像建立植 被专题图，量测植被、道路、建筑物、农田 等的连续距离带，将适宜栖息植被分为理想、 较理想、勉强和不适宜几类
（d） （c）
使用有两个源单元（a）的格网和成本格网（b），每个链接 的成本距离（c）和从每个单元到源单元的最小累积成本距离
最小累计成本格网生成
（a）
（b）
（c）
步骤一、搜索与源单元邻接的像元， 步骤一、搜索与源单元邻接的像元，把这些像元放在激 活集合中，计算每个单元的成本值，成本价值排列如下： 活集合中，计算每个单元的成本值，成本价值排列如下： 1.0、1.5、1.5、2.0、2.8、 1.0、1.5、1.5、2.0、2.8、4.2 步骤二、选择最低成本值的单元，搜索其邻接单元， 步骤二、选择最低成本值的单元，搜索其邻接单元，计 算该单元与其邻接单元的成本值（ 算该单元与其邻接单元的成本值（最低成本值加上邻接 成本），并与原结果比较， ），并与原结果比较 成本），并与原结果比较，选择最小值赋给该单元作为 其最小成本值。排列成本价值。 其最小成本值。排列成本价值。 步骤三、成本为1.5的两个单元被选中，并搜索其邻域， 1.5的两个单元被选中 步骤三、成本为1.5的两个单元被选中，并搜索其邻域， 计算最低成本， 计算最低成本，排列成本值
栅格数据空间分析
• 主要功能：查询表面值、从表面获取坡度和坡向信息、创
建等值线、分析表面的可视性、从表面计算山体的阴影、 确定坡面线的高度、计算面积和体积、数据重分类、将表
面转化为矢量数据等。
最短路径计算方法： 为源中每一单元点寻找一条成本最小路径 为每个源寻找一条成本最小路径 为所有源寻找一条成本最小路径
Spatial Analyst\Distance\Shortest Path
目标点 成本累积数据层 成本方向数据层
三、密度制图
密度制图主要基于点数据生成，以每个待计算格网点为中 心，进行圆形区域的搜寻，进而计算每个格网点的密度值。 本质上讲，密度制图是一个通过离散采样点进行表面内插 的过程。
与指定栅格数据集同栅格大小
• 设置分析区域 Spatial Analyst\options
1、设置最大分析范围（Extent标签） 与可视区域相同 输入栅格的交集 图层的并集
自定义
2、设置局部分析区域 空间分析过程中，分析只是在所选择的单元集或局部区域 进行，不需在整个单元集上进行，需设置分析掩码。 分析掩码表示了分析过程中需考虑到的分析单元即分析范 围。
等值线是将表面上相邻的具有相同值的点连接起来的线。
等值线 坡度 坡向 山体阴影
3、地形因子提取
• 坡度的提取
坡度（degree of slope），水平面与地表面之间夹角。 坡度百分比（percent slope），高程增量与水平增量之 比的百分数。
• 坡向的提取
坡向，地表面上一点的切平面的法线矢量在水平面的投影
栅格数据分析
•提取分析
•信息复合分析
•追踪分析
•窗口分析
1.聚类分析
根据设定的聚类条件对原有数据系统进行有选择 的信息提取而建立新的栅格数据系统的方法。
在四种类型要素中提取其中要素2的聚类
2.聚合分析
根据空间分辨力和 分类表，进行数据 类型的合并或转换 以实现空间地域的 兼并。
1、 2 类合 并为b， 3、 4 类合 并为a 2、3 类合 并为c， 1、4 类合 并为d
9
32 30 25
33
9 32 21
32
3 24 15
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25 3 12
20
14 11 3
16
19
20
25
10
对栅格数据开辟一个有固定分析半径的分析窗口， 并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计 计算，或与其它层面的信息进行必要的复合分析。 窗口类型如下： •矩形窗口 •圆形窗口 •环形窗口 •扇形窗口
3.信息复合分析
1)视觉信息复合分析 将不同侧面的信息内容叠加显示在结果图件或屏幕上， 以便研究者判断其相互空间关系，获得更为丰富的 空间信息。视觉信息叠加包括以下几类： 点状图，线状图和面状图之间的叠加显示。 面状图区域边界之间或一个面状图与其他专题区域 边界之间的叠加。 遥感影像与专题地图的叠加（融合）。 专题地图与数字高程模型（DEM）叠加显示立体专 题图。 遥感影像与DEM复合生成三维地物景观。
4.追踪分析
对于特定的栅格数据系 统，由某一个或多个 起点，按照一定的追 踪线索进行追踪目标 或者追踪轨迹信息提 取的空间分析方法。
3 4 4 2 9 13 9 9 9 8 12 20 12 18 25 17 23 28 18 23 26 17 20 20
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中图地信 闫磊编写
栅格的重分类
选择Raster，和对应字段（ Values） 值的范围是含下不含上 右图是2000 – 2500 含义为value>=2000 <2500,“-”前后都有一个 空格
数据为:12\fx\dem.img
中图地信 闫磊编写
栅格的重分类NoData
①异常0值处理 ②异常空值处理
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异常0值处理
使用数据:12\异常dem\dem.tif
中图地信 闫磊编写
异常空值处理
使用数据:\12\异常dem\demnull.tif
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5、填挖土石方
数据：12\填挖方计算
中图地信 闫磊编写
数据：12\设置等高线样式.mxd
1、区分首曲线和计曲线 2、标注计曲线
中图地信 闫磊编写
提取路面
数据：12\提取道路面\提取到路面.mxd
中图地信 闫磊编写
中图地信 闫磊编写
空和0转换
把空变成0 Con(IsNull("tingrid"),0,"tingrid") 把0变成空 Con("tingrid2" <> 0,"tingrid2" ) 把某个值（2000）转换为空是类似的 Con("tingrid2" <> 2000,"tingrid2" )
中图地信 闫磊编写
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。 幂函数（Powers）：幂函数可对输入的格网数字进行幂 函数运算。幂函数包括三种：Sqrt (平方根)、Sqr ( 平方)、Pow (幂)。
中图地信 闫磊编写
二、栅格计算器使用(中级）
栅格计算器Raster Calculator是栅格数据空 间分析中数据处理和分析中最为常用的方法，应用 非常广泛，能够解决各种类型的问题，尤其重要的 是：建立复杂的应用数学模型的基本模块。 ArcGIS 提供了非常友好的图形化栅格计算器， 利用栅格计算器，不仅可以方便的完成基于数学运 算符的栅格运算，以及基于数学函数的栅格运算， 而且它还支持直接调用ArcGIS 自带的栅格数据空 间分析函数，并且可以方便的实现多条语句的同时 输入和运行。
中图地信 闫磊编写
二、栅格计算器Raster Calculator使 用
中图地信 闫磊编写
二、栅格计算器Raster Calculator使 用
注意事项： 1.图层名称前后加 双引号,9.3是中括号 2.运算符前后加空格 9.3时必须 3.大小写含义是不一样的，arcgis10新 4.通过name=表达式 可以修改输出栅格图层名称 9.3时使用 5.一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 9.3时使用 6.一行内容很长，使用“~” 放在上一行行尾作为 续行标志 9.3时使用
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函数说明-其他重要函数（高级）
1. Con 语法如下 Con(<Condition>, <true_expression>, _ {<Condition>, <true_expression>}, _ {<Condition>, <true_expression>}, _ {false_expression}) 如Con("tingrid" >= 2000,3,"tingrid">= 1900,2,1) 含义 if "tingrid" >= 2000 then 返回值3 else if "tingrid" >= 1900 then 返回值2 else 返回值1 使用Con可以实现栅格重分类，Con比较灵活，栅格重分类比较 直观，简单。
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函数说明-算术函数
1、Ceil函数返回参数不小于num 的最小整数（返回值大于 等于原始数据） y = 6.04; x = ceil( y ); x为7.0. y = 5; x = ceil( y ); x为5.0. 2、Floor() 小于或等于传入参数的整数（返回值大于等于 原始数据）。 y = 6.04; x = floor( y ); x为6.0. y = 5; x = floor( y ); x为5.0. 3、Float（转换为浮点数） 4、Int取整数 5、Abs 取绝对值 6、IsNull（raster）如果为空，条件成立：返回值1（表示 True），反之返回0
数据:\12\fx\dem.img
中图地信 闫磊编写
5.2统计25度以上耕地的面积
中图地信 闫磊编写
数据:\12\fx\, 25坡度.mxd
5.3计算省平均海拔,类似计算图斑图的坡度
1.以表格显示分区 统计 2.输出属性表，获 得每个省的海拔 3.属性关联
栅格数据分析和综合案例
闫磊 EMail:gisworld@
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栅格数据分 析
一、栅格的重分类
本章内 容
二、栅格计算器使用
三、栅格和矢量转换
四、水文分析 五、综合分析应用
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流域盆地
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结果
中图地信 闫磊编写
地形起伏度
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五.影像（栅格）分析（高级）
使用影像分析以下几个应用 1. 分类统计区段面积 2. 统计25度以上耕地的面积 3. 求一个省平均海拔 4.DEM中某个点修改 5. 填挖方计算 6. 设置等高线样式 7. 提取路面 8. 提取道路和河流中心线
NoData是空，什么也没有（NULL），空不等于0，设 置为nodata，输出为空白（默认是透明的），从表面上 颜色和背景色一样，使用信息查询Info查询对应位置数 据返回的是Nodata
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两个不同的概念
重分类Reclassify：是对单个波 段，改变值的分布 重采样 Resample，是改变影像 分辨率（每个像素点代表的矢 量大小=cellsize），可以用于 多波段
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函数说明-其他重要函数
2. SetNull 满足条件设置为空 SetNull("tingrid">= 2000, "tingrid") 含义 If tingrid" >= 2000 then 返回空Nodata Else 返回自己"tingrid",返回小于2000的数据 SetNull ("tingrid" - 2000, "tingrid")，不 等于2000.设置为空，只取值为2000的数据。
一、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。 Reclassify对多波段影像， 按第一个波段处理
中图地信 闫磊编写
中图地信 闫磊编写
5.1影像面积统计
统计高程2000以下，2000-2500，和 2500以上的面积
使用数据 :\12\fx\dem.img 中图地信 闫磊编写
5.1影像面积统计
用重分类,以表格显示分区统计。
提取面形道路和河流中心线，上面的数据
中图地信 闫磊编写
本章掌握内容
1.重采样， 重分类区别 2.栅格计算器使用方法 3.要素转栅格 4.栅格转要素 5.分区表格统计
中图地信 闫磊编写
中图地信 闫磊编写
比较两幅影像的不同
1.SetNull("tingrid" == "tingrid2" ，"tingrid") 比较("tingrid"， "tingrid2"相同取空，不同的取 "tingrid“ 2.直接相减"tingrid" - "tingrid2"
中图地信 闫磊编写
获得水系2
中图地信 闫磊编写
中图地信 闫磊编写
河网分级
中图地信 闫磊编写
中图地信 闫磊编写
数据：12\省份DEM.mxd
中图地信 闫磊编写
属性关联
设置对应的字段
中图地信 闫磊编:12\25坡度.mxd
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5.4 DEM中某个点修改
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三.矢量和栅格相互转换
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四、水文分析
1.DEM提取水系 2.河网分级
使用数据：\12\水文分析
中图地信 闫磊编写
获得水系1 分辨率不能太小