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图6-1
图6-2
(2)在Extensions菜单中,勾选SpatialAnalyst,然后单击Close按钮。
3.1.2打开空间分析界面
在ArcMAP中打开空间分析用户界面有两种操作方法。
(1)在ArcMAP菜单栏中选择View→toolbars→SpatialAnalyst命令,如图6-3所示。
图6-3
(2)在菜单栏或工具栏上右击,在弹出的快捷菜单中选择SpatialAnalyst命令,如图6-4所示。
图6-4
最后将弹出如图6-5所示的空间分析工具。
图6-5
3.1.3空间分析工具
在弹出的SpatialAnalyst工具栏中,单击SpatialAnalyst右下侧的三角按钮,打开SpatialAnalyst下了菜单,在其中选择相应的命令,即开始空间分析的操作,具体见图6-6所示。
转换
栅格计算器
选项
重分类
区域统计
邻域统计
表面分析
像素统计
内插成栅格
密度
距离
直方图
图6-6
3.2设置栅格分析环境
基于ArcGIS进行空间分析首先要设置分析环境。
分析环境的设置会一定程度地影响空间分析结果。
它主要包括工作目录的选择、栅格单元大小的设定、分析区域的选定、坐标基准的配准模式、分析过程文件的管理等。
下面将逐一对各分析环境的设置作详细说明。
3.2.1创建临时或永久性计算结果
默认情况下,栅格数据分析的结果大多数是临时性的,而其他一些转换函数和不创建输出栅格数据的方式在默认情况下将创建永久性数据,所有其他函数的分析结果可以通过两个方式转换为永久性结果。
(1)在函数对话框中输入结果数据集的输出路径和名称。
(2)先创建临时结果,然后再目录表中右击临时结果并选择MakePermanent命令,打开想要保存的目录并指定文件名,单击Save按钮,保存为永久性文件。
3.2.2设置工作目录
通常情况下,栅格数据分析的结果将自动保存在操作系统的默认路径下,如C:
\DocumentsandSettings\Administrator\LocalSettings\Temp\。
然而通过栅格空间分析模块中的Option选项的设置,可以指定新的所有分析结果的默认存放位置。
(1)单击SpatialAnalyst菜单下的Option命令,打开Option对话框,如图6-7所示。
图6-7
(2)在弹出的Option对话框中选择General标签,在Working栏中指定存放路径,如图6-8所示。
图6-8
(3)点击确定按钮。
3.2.3使用分析掩码
在进行空进分析是,用户可以通过设置分析掩码来屏蔽某些部分,分析掩码标识了在执行某个操作或函数时需要考虑的单元。
所有分析掩码中的非空值单元被屏蔽,并且在输出结果中赋予空值。
用户在使用分析掩码之前,必须首先创建分析掩码,然后才能够在分析中使用分析掩码。
3.2.3.1创建分析掩码通过重分类
具体操作步骤如下:
(1)单击SpatialAnalyst工具栏上的下拉三角形,选择Reclassify菜单命令,弹出如图6-9所示的Reclassify对话框。
图6-9
(2)在Reclassify对话框中,在Inputraster下拉列表框中,选择用于创建分析掩码的栅格数据层;
在ReclassField下拉列表框中,选择创建分析掩码需要使用的字段;
在SetValuetoReclassify选项组中,选择在创建分析掩码时需要排除的值;
单击deleteEntries按钮,选中ChangemissingvaluestoNoData复选框,刚才被删除的值将出现在输出栅格中,并被设置为空值;
单击Outputraster右边的
按钮,选择用于存储分析掩码的路径和文件名。
(3)单击OK按钮,创建分析掩码。
3.2.3.2在空间分析中使用分析掩码
在ArcGIS中,具体操作步骤如下:
(1)单击SpatialAnalyst工具栏右边的下拉三角形,选择Options菜单命令,弹出如图6-10所示的Options对话框。
图6-10
(2)在Options对话框中,单击General标签,切换到General选项卡。
(3)单击Analysismask右边的下拉列表框,选择已经创建的分析掩码文件,单击OK按钮,用户在进行空间分析时,空间分析将受限于分析掩码,操作仅仅在选择集上进行,分析掩码起到了掩码的作用。
图6-11
3.2.4坐标系统
坐标系统是GIS图形显示、数据组织分析的基础,建立完善的坐标投影系统对于GIS来说是非常重要的,GIS的坐标系统大致有三种:
PlannarCoordinateSustem(平面坐标系统,或者Custom用户自定义坐标系统)、GeographicCoordinateSystem(地理坐标系统)、ProjectionCoordinateSystem(投影坐标系统)。
这三者并不是完全独立的,而且各自都有各自的应用特点。
如平面坐标系统常常在小范围内不需要投影或者坐标变换的情况下使用,在ArcGIS中,默认打开的数据在不知道坐标系统信息的情况下都当做CustomCS处理,也就是平面坐标系统。
而地理坐标系统和投影坐标系统又是相互联系的,地理坐标系统是投影坐标系统的基础之一。
在进行空间分析时,用户能够对当前正在使用的坐标系统进行修改。
(1)单击SpatialAnalyst菜单下的Option命令,打开Option对话框。
在弹出的Options对话框中选择General标签,如图6-12所示。
图6-12
(2)在AnalysisCoordinateSystem栏中选择你所需要的坐标系统,单击OK按钮,改变当前输出坐标系统。
系统默认使用第一个选项,采用与第一个具有坐标系统的栅格数据一致的坐标系统,这使栅格重投影工作量减少至最少;
当选择第二个时,它使用数据框(Dataframe)的坐标系统作为输出栅格的坐标系统。
3.2.5设置分析范围
在默认情况下,空间分析的范围是全部数据层的重叠位置部分,就是全部输入数据层的交集。
用户可以通过Options对话框设置坐标指定范围,通常情况下,选择等同于某个数据层的空间范围或当前视图窗口显示范围。
(1)单击SpatialAnalyst工具栏右边的下拉三角形,选择Options菜单命令,弹出如图6-13所示的Options对话框。
图6-13
(2)在Options对话框中,单击Extent标签,切换到Extent选项卡。
图6-14
(3)单击Analysisextent右边的下拉列表框,选择用于设置分析范围的选项,单击确定按钮,完成相应参数的设置。
图6-15
(4)在选择某些选项之后,还可以为指定栅格数据集设置捕捉范围,是输出栅格数据单元能与指定的栅格数据单元配准。
方法就是在Extent选项卡中使用Snapextentto下拉列表框指定栅格数据集,如图6-15所示。
3.2.6设置单元大小
用户在进行栅格数据空间分析时,默认情况下单元的大小为输出栅格数据最大单元的大小。
用户可以通过Options对话框设置单元的大小,或指定输出单元等同于输入的某个山歌数据的单元大小。
(1)单击SpatialAnalyst工具栏右边的下拉三角形,选择Options菜单命令,弹出Options对话框。
(2)在Options对话框中,单击CellSize标签,切换到CellSize选项卡,如图6-16所示。
图6-16
(3)单击Analysiscell右边的下拉列表框,选择用于设置空间分析单元大小的选项,单击OK按钮,完成相应参数的设置。
3.3数据转换
通过ArcGIS提供的矢量数据转换为栅格数据的转换工具,可以将任何格式的数据文件(如AutoCAD格式、Coverage格式、Shapefile格式、GeoDatabase格式)中的点、线、多边形要素转换为栅格数据,也能够通过山歌数据转为矢量数据的转换工具将山歌数据转换为点、线、多边形要素数据。
3.3.1矢量数据转换为栅格数据
点要素矢量数据转换为栅格数据时,包含点的单元值设置为该点的属性值,没有包含点的单元值为NoData。
同时,点要素转换后通过一个有面积的位置来表示点的数据。
线要素转换为栅格数据时,转换过程中用与单元相交的线的属性值给对应的单元赋值。
多边形要素转换为栅格数据时,转换过程中将使用通过单元中心的要素的值赋予输出栅格数据集上的每个单元。
具体转换示意图,如图6-176-18、6-19和6-20所示。
图6-17转换前的点状矢量要素图6-18转换后的点状栅格数据
图6-19转换前的线状矢量要素图6-20转换后的线状栅格数据
通过ArcGIS将矢量数据转换为栅格数据的具体操作步骤如下:
(1)单击SpatialAnalyst工具栏中的SpatialAnalyst右边的下三角按钮,选择Convert→FeaturesToRaster菜单命令,如图6-21所示。
图6-21
(2)弹出如图6-22所示的FeaturesToRaster对话框,单击InputFeatures右边的下拉列表框或者单击
按钮,选择需要转换的矢量数据文件;
单击Field右边的下拉列表框选择,用于数据转换的字段;
在Outputcellsize文本框中输入输出栅格数据的单元大小;
在Outputraster右边的下拉列表或单击
按钮,选择输出栅格数据的路径、名称。
图6-22
(3)单击OK按钮,执行矢量数据转换为栅格数据的操作,结果图如图6-23所示。
图6-23
3.3.2栅格数据转换为矢量数据
通过ArcGIS将栅格数据转换为矢量数据的具体操作步骤如下:
(1)单击SpatialAnalyst工具栏中的SpatialAnalyst右边的下三角按钮,选择Convert→RasterToFeatures菜单命令,如图6-24所示。
图6-24
(2)弹出如图6-25所示的RasterToFeatures对话框,单击Inputraster右边的下拉列表框或者单击
按钮,选择需要转换的栅格数据文件。
图6-25
(3)单击Field右边的下拉列表框选择,用于数据转换的字段,单击Outputgeometrytype右边的下拉列表框,选择生成矢量数据的类型;
(4)单击OK按钮,执行栅格数据转换为矢量数据的操作。
操作结果图如图6-26所示。
图6-26
3.4数据准备
本次实习所使用的矢量数据为building,运用ArcToolbox中DataManagementTools中Features工具中的FeatureToPoint将building转化为点状要素。
具体操作结果如下:
图6-27
(1)选择FeatureToPoint工具,出现如图6-28所示的FeatureToPoint对话框,在InputFeature中输入要转化的要素类,在OutputFeatureClass中输入输出的要素名称。
图6-28
(2)点击OK,结果如图6-30所示。
图6-29
图6-30
图6-31
3.5距离分析
3.5.1直线距离
源:
感兴趣目标的位置。
如源是栅格数据,栅格中只有源的单位有值,其他单元为空值。
如果源是矢量数据,使用前要将其转化为栅格数据。
②直线距离函数:
描述每一个单元和一个源或一组源的相互关系。
其运算结果计算出栅格数据集中每个单元到最近源的直线距离。
可以选择是否进行邻近分析,生成直线分配数据,给出单位的最近源,还可以选择生成直线方向数据,给出每个单元到最近源的方向。
③直线距离栅格数据:
包含生成的每一个单元到最近源的测量距离。
距离使用投影单位来度量,测量的是一个单元中心到另一个单元中心的距离。
④直线分配栅格数据:
是直线距离函数的选择输出,生成数据的每个单元都被赋予其到最近源的值,最近源是有直线距离决定的。
⑤直线方向栅格数据:
是直线距离函数的选择输出,生成书记的每个单元都被赋予其道最近源的方位角。
方位角用度来表示,正北方向为0度。
直线距离功能计算了每个栅格与最近源之间的欧氏距离,并按距离远近分级。
利用直线距离功能可以实现空气污染影响度分析,寻找最近医院,计算据最近超市的距离等操作。
操作过程如下为:
(1)在SpatialAnalyst下拉菜单中选择Distance,在弹出的下一级菜单中点击StraightLine,出现StraightLine对话框,如图6-32所示。
图6-32
(2)在Distanceto栏的下拉菜单中选择需要测算距离的图层;
在Maximumdistance栏中输入一个最大距离。
则计算值在此距离范围内进行,此距离以外的地方被赋于空值,如未设定此项,则计算在整个图层范围内进行;
Outputcellsize:
指定输出结果的栅格大小;
(3)Createdirection:
可选项,如选择则生成相应的直线分配数据,如图6-33所示;
图6-33直线方向数据
(4)Createallocation:
可选项,如选择则生成相应的直线方向数据,如图6-34所示;
在照片那个Outputraster中,指定输出结果的路径、名称。
图6-34直线分配数据
(5)点击OK按钮。
则生成每一位置到其最近源的直线距离图,如图6-35所示。
图6-35直线距离数据
3.5.2分配函数
分配函数依据最近距离来计算每个格网点归属于哪个源,也就是将所有栅格单元分配给离其最近的源,输出格网的值被赋予了其归属源的值。
使用分配可以完成许多分析,如:
识别一系列商店各自服务顾客的分布;
寻找最邻近学校、银行;
找出医疗设备配备不足的地区等分析。
操作过程如下:
(1)在SpatialAnalyst下拉菜单中选择Distance,在弹出的下一级菜单中点击Allocation,出现Allocation对话框,如图6-36所示。
图6-36
(2)在Assignto下拉菜单中选择需要分配单元的源图层;
则计算值在此距离范围内进行,此距离以外的地方被赋予空值,如未设定此项,则计算在整个图层范围内进行;
在Outputcellsize文本框中,指定输出结果的栅格大小;
在Outputraster中,为输出结果指定目录及名称;
(6)点击OK按钮,则生成分配数据。
结果如图6-37所示。
图6-37
3.6密度制图
密度制图主要根据输入的已知点要素的数值及其分布,来计算整个区域的数据分布状况,从而产生一个连续的表面。
它主要是基于点数据生成的,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。
利用密度制图可以通过密度表面显示点的聚集情形,例如可以制作人口密度图反映城市人口聚集情况,或根据污染源数据来分析城市污染的分布情况。
密度制图从本质上讲,是一个通过离散采样点进行表面内插的过程,根据内插原理的不同,可以分为核函数密度制图(Kernal)和简单密度制图(Simple)。
1)核函数密度制图:
在核函数密度制图中,落入搜索区内的点具有不同的权重,靠近格网搜寻区域中心的点或线会被赋以较大的权重,随着其与格网中心距离的加大权重降低。
它的计算结果分布较平滑;
2)简单密度制图:
在简单密度制图中,落在搜寻区域内的点或线有同样的权重,先对其进行求和,然后用其合计总数除以搜索区域的大小,从而得到每个点的密度值。
在ArcGIS中,密度图的制作过程如下:
(1)在SpatialAnalyst下拉菜单中选择Density命令。
出现如图6-38所示的Density对话框。
图6-38
(2)在Inputdata的下拉菜单中选择用来进行分析的点要素图层;
在Populationfield的下拉菜单中选择要加入的字段;
选择密度计算类型,Kernel或Simple,在此分别用两种方法计算密度;
在Searchradius中设置密度计算的搜索半径;
在Areaunits中,选择密度值的度量单位;
在Outputcellsize中,确定输出栅格密度图的栅格大小;
在Outputraster,设置输出栅格密度图的图名;
(9)点击OK按钮,完成密度图制作,结果如图6-39所示。
图6-39
3.7插值分析
当进行雨量、污染物浓度、高度变化等分析时,不可能对该现象分布范围内的每个点都进行测量,只能对研究区内进行采样测量,然后使用这些样点数据推导整个区域。
插值是这种推导过程的一种方法。
空间插值应用的原理是地理学第一定律,即任何事物之间都是相关的,距离越近相关性越大。
在多数插值方法中,近的样本点比远的样本点有更大的重要性。
常用的空间插值方法有反距离权重插值、样条插值和克里格插值。
无论选择哪一种方法,样本点越多,样本点分布越广,插值结果越接近实际值。
3.7.1反距离权重插值(IDW)
反距离权重插值就是根据数据点的空间距离的远近加权插值字段进行的插值方法,距中心越近的点,其估算值越受影响,中心点的影响随着离它的距离越远而减少。
3.7.1.1反距离权重插值的相关概念
(1)幂。
在反距离权重插值中,可以调整样本点的相对影响大小,即根据预测单元中心距离样本的距离来控制已知样本点在插值过程中的作用。
指定较高的幂值,将增强最近样本点的作用,随着距离增大,其作用迅速降低。
预测结果的表面更细致,减少了平均程度。
指定较低的幂值,可以得到较为平滑的表面,远处的点将得到较大的影响值。
系统幂值默认为2。
(2)收索半径。
插值表面特征也受所选收索半径的的控制,收索半径限制了用于计算每个内插单元值的输入样本点的数目。
(3)固定收索半径。
需要规定插值时样本点的最小数目和距离,距离指搜索邻域的半径,是一个常数。
对每个插值单元来说,用于寻找输入样本点的邻域半径都是一样的,而最小数目是指邻域内已知样本点的最小数目,所有落入搜索区内的样本点都将用于插值。
当邻域内样本点的数目少于指定数目时,搜索半径将扩大以便能够包含更多的样本点以达到规定的最小数目。
因此,如果已知点分布不均匀,很容易出现不同领域有数目不等的已测样本点来预测结果。
(4)可变搜索半径。
使用可变搜索半径时,计算插值使用的已知样本的数目是给定的,而获得样本点的半径距离是可变的,因此,有些邻域可能较小而有些较大,这取决于插值单元周围样本点的密度。
可以指定一个搜索半径不超出的最大距离。
如果某一邻域的搜索半径在获得指定数目的样本点之前已到达了最大距离,这一处的插值运算就通过最大距离内的样本点来完成。
一般情况下,如果样本点的数量充足、空间分布较为规范,就选用固定搜索半径。
如果输入样本点数量较小且随机分布,就选择可变搜索半径。
(5)中断线。
在景观中存在一些物理或者地理障碍,特征信息在障碍粗突然中断,障碍两边的值截然不同。
中断线是指用来限制搜索样本点的线性数据集。
中断线可以代表悬崖、山脊或其他障碍物,在处理过程中,只能使用与插值单元在中断线两侧的样本点。
3.7.1.2反距离权重插值操作过程
下面以一组楼房的层数的插值来逐一说明在SpatialAnalyst中三种插值的实现过程。
(1)在SpatialAnalyst下拉菜单中选择InterpolatetoRaster,在弹出的下一级菜单中点击InverseDistanceWeighted命令,弹出IDW对话框,如图6-40所示。
图6-40
(3)在Inputpoints的下拉菜单中选择被用来进行插值的离散点数据;
在Zvaluefield的下拉菜单中选择要加入的字段;
在Power栏中填入进行插值计算的幂值,幂值就是距离的指数。
如幂指数为2时则进行反向距离平方插值。
幂指数是一个正实数,其缺省值为2;
(4)在Searchradiustype栏中选择一种搜索半径设置类型;
1)Variable:
当选择此项时,搜索半径由下面个量来控制,Numberofpoints和Maximumdistance。
首先在Numberofpoints中输入搜索的最近点的个数(缺省值为12),然后在Maximumdistance中输入一个控制距离。
如果最近点的个数超出控制距离,则将会以控制距离为限制来选取较少的点,如图6-41所示。
图6-41
2)Fixed:
当选择此项时,搜索半径有下面两个量来控制,Distance和Minimumnumberofpoints。
首先在Distance中输入搜索半径距离(缺省值是输出栅格大小的五倍),然后在Minimumnumberofpoints中输入控制插值点个数的最小整数值。
如果搜索半径距离内的点个数小于插值点个数的最小整数值,则搜索半径自动增大,如图6-42所示。
图6-42
(6)Usebarrierspolyline为可选项,输入中断线文件。
barriers是在插值中,如有某些地方出现异常,(如某些断裂带),而要求插值时考虑到这样的因素,所设置的选项。
它是一个打断表面的线特征。
这一线特征没有Z值。
悬崖,峭壁,堤岸或某些障碍都是典型的barriers。
barriers限制了插值计算,它使得计算只在线的两侧各自进行
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