《矢量数据的空间分析.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矢量数据的空间分析.ppt（86页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、,矢量数据的空间分析,黄林松08测绘一班0810050104,提纲,缓冲区分析,所谓缓冲区就是地理空间目标的一种影响范围或服务范围。从数学的角度看，缓冲区分析的基本思想是给定一个空间对象或集合，确定他们的邻域，而邻域的大小由邻域的半径或缓冲区建立条件来决定。,一、缓冲区分析,Company Logo,一、缓冲区分析,在ArcGIS中缓冲区建立有如下三种不同的方式：1）以一个给定的距离建立缓冲区（At a specified distance）2）以分析对象的属性值作为权值建立缓冲（Based on a distance from an attribute）3）建立一个给定环个数和间距的分级缓冲
2、区（An multiple buffer rings）,图7.2 缓冲区建立的三种方式,点状要素的缓冲区,线状要素的缓冲区,面状要素的缓冲区几种形式：1）inside and outside（内外缓冲区之和）2）only outside（仅仅只有外缓冲区）3）only inside（仅仅只有内缓冲区）4）outside and include inside（外缓冲区和原有图形之和）如右图7.6为建立缓冲区之前的原始面状要素：,原始面状要素,缓冲区分析,Inside and outside,only outside,only inside,Outside and include inside,图
3、7.7 四种不同的面状要素的缓冲区,一、缓冲区分析,除此之外，缓冲区还可以利用距离制图的方法来获得，但是距离制图方法是基于栅格数据形式来进行缓冲区的建立，它的过程和结果都是栅格数据，与矢量的缓冲区建立的方法有着本质的区别,二、叠置分析,叠置分析的基础 叠置分析是将有关主题层组成的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，其结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时叠置分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。叠置分析是对新要素的属性按一定的数学模型进行计算分析，其中往往涉及到逻辑交、逻辑并、逻辑差等的运算。,二、叠置分析,2.叠置分析操作方法
4、分类1）图层擦除（Erase）2）识别叠加（Identity）3）交集操作（Intersect）4）均匀差值（Symmetrical difference）5）图层合并（Union）6）修正更新（Update）,二、叠置分析,3.叠置分析的操作对象 在ArcGIS中叠置分析可以对多个格式的图层进行操作具体如下：1）shape file文件2）coverage文件3）GeoDatabase里面的要素注：对coverage文件操作需要安装ArcGIS Workstaion才行。,二、叠置分析,3.叠置分析方法1）图层擦除（Erase）图层擦除是指输入图层根据擦除图层的范围大小，将擦除参照图层所覆盖
5、的输入图层内的要素去除，最后得到剩余的输入图层的结果。从数学的空间逻辑运算的角度来说，即（即 且，A为输入图层，B为擦除层）,二、叠置分析,点与多边形,线与多边形,多边形与多边形,二、叠置分析,2）识别叠加（Identity）识别叠加是指输入图层和另外一个图层进行识别叠加，在图形交迭的区域，识别图层的属性将赋给输入图层在该区域内的地图要素，同时也有部分的图形的变化在其中。,二、叠置分析,点与多边形,线与多边形,多边形与多边形,二、叠置分析,3）交集操作（Intersect）交集操作是得到两个图层的交集部分，并且原图层的所有属性将同时在得到的新的图层上显示出来。在数学运算上表现如:（A,B分别是
6、进行交集的两个图层）。,二、叠置分析,点与点,点与线,点与多边形,线与线,二、叠置分析,二、叠置分析,线与多边形,多边形与多边形,点、线面混合,二、叠置分析,4）均匀差值（Symmetrical difference）在矢量的叠置分析中也有为了获得两个图层去掉它们之间的公共部分，而只需要剩下的部分，同时对原有图层的空间上的分布也进行一定区域内的调整，新生成的图层的属性也是综合两者的属性而产生的。利用数学的空间逻辑运算的方式表示就是：（A,B分别是进行交集的两个图层）。,二、叠置分析,4）均匀差值（Symmetrical difference）在矢量的叠置分析中也有为了获得两个图层去掉它们之间的
7、公共部分，而只需要剩下的部分，同时对原有图层的空间上的分布也进行一定区域内的调整，新生成的图层的属性也是综合两者的属性而产生的。利用数学的空间逻辑运算的方式表示就是：（A,B分别是进行交集的两个图层）。,二、叠置分析,在ArcGIS中，在均匀差值操作时，无论是输入图层或差值图层都必须是多边形图层，虽然在理论上，点和线与其依然可以进行此类叠置分析，但从层面的角度来考虑，不同维数的几何形态如线和多边形进行均匀差值的叠置分析，最后会得到同一层面内会存在不同的几何形态如一部分是多边形而另一部分是线的情况，即一种层面出现两种形态，故而在ArcGIS规定了只能对多边形进行此类操作,图7.11 均匀插值操作
8、,二、叠置分析,5）图层合并（Union）图层合并是通过把两个图层的区域范围联合起来而保持来自输入地图和叠加地图的所有地图要素。在布尔运算上用的是or关键字，即输入图层or叠加图层，因此输出的图层应该对应于输入图层或叠加图层或两者的叠加的范围。从数学角度来表示就是：（A,B分别是进行交集的两个图层）。,二、叠置分析,在图层合并的同时要求两个图层的几何特性必须全部是多边形。图层合并将原来的多边形要素分割成新要素，新要素综合了原来两层或多层的属性。多边形图层合并的结果通常就是把一个多边形按另一个多边形的空间格局分布几何求交而划分成多个多边形，同时进行属性分配过程将输入图层对象的属性拷贝到新对象的属
9、性表中，或把输入图层对象的标识作为外键，直接关联到输入图层的属性表中。,图7.12 图层合并操作,二、叠置分析,6）修正更新（Update）修正更新是指首先对输入的图层和修正图层进行几何相交的计算，然后输入的图层被修正图层（一般为多边形）覆盖的那一部分的属性将被修正图层而代替。而且如果两个图层均是多边形要素的话，那么两者将进行合并，并且重叠部分将被修正图层所代替，而输入图层的那一部分将被擦去。,二、叠置分析,点与多边形,线与多边形,多边形与多边形,二、叠置分析,另外，在叠置分析中最常见的误差是破碎多边形，也就是在两个输入地图的相关或共同边界，相交的地方会出现非常细小的多边形区域。这时就需要设置
10、一定的容错量来消除这种细小多边形。,栅格数据的空间分析,栅格数据结构简单、直观，利于计算机操作和处理，是GIS常用的空间基础数据格式。ArcGIS空间分析模块（Spatial Analyst）提供了一个范围广阔且功能强大的空间分析和建模工具集，允许用户从GIS数据中快速获取所需信息，并以多种方式进行分析操作。,一、设置分析环境,加载空间分析模块 ToolsExtentions 添加Spatial Analyst 工具,设置工作路径 Spatial AnalystoptionsGeneral,设置单元大小栅格数据有单元组成，所有的单元是同样大小的。单元大小（Cell Size），也称分析解析度，
11、指栅格数据 空间分析中分析结果的缺省栅格单元大小。栅格数据的空间分析就是在每一个栅格单元的基础上进行的。选择合适的单元大小，对实现空间分析非常重要。,设置单元大小 Spatial AnalystoptionsCell Size最大单元值最小单元值自定义单元大小 输入单元大小 输入栅格数据集的行、列数 与指定栅格数据集同栅格大小,设置分析区域 Spatial Analystoptions1、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
12、示了分析过程中需考虑到的分析单元即分析范围。,选择坐标系统 Spatial AnalystoptionsGeneral取用第一个具有坐标系统的栅格数据集的坐标系统取用当前活动数据集的坐标系统,管理过程文件 空间分析过程中，大多数分析的过程文件和结果文件时临时的，可通过下面三种方法进行保存。在函数对话框中输入结果全名通过目录表永久保存计算结果 选择需要保存的数据层，鼠标点击右键，选择DataMake Permanent.通过保存地图文档永久保存计算结果,二、距离制图,距离制图（Distance）根据每一栅格相距其最邻近要素（源）的距离分析制图，从而反映每一栅格与其最邻近源的相互关系。通过距离制图
13、可以获得很多相关信息，指导人们进行资源的合理规划和利用。,基本概念及约定源，距离分析中的目标或目的地（如学校、道路等），表现在GIS数据特征上就是一些离散的点、线、面要素。可以用栅格数据表示，也可以用矢量数据表示。成本，到达目标、目的地的花费。影响成本的因素可以只有一个，也可以有多个。成本栅格数据记录了通过每一单元的通行成本。成本数据的制作一般是基于重分类功能完成的。成本距离加权数据（成本累计数据），记录每个栅格到距离最近、成本最低的源的最少累加成本。距离方向数据，表示从每一单元出发，沿着最低累计成本路径到达最近源的路线方向。,分配数据，记录每一单元点隶属的最近源信息，单元值就是其最近源的值。
14、距离制图函数 成本距离加权函数 成本方向加权函数 成本分配加权函数 直线距离函数 直线方向函数 直线分配函数 最小成本路径函数 分配函数,1 直线距离 计算每个栅格与最近源之间的欧氏距离，并按距离远近分级。Spatial AnalystDistanceStraight Line,直线方向数据表明该位置按照这个方向到目标点距离最短直线距离数据,2 区域分配 通过分配函数将所有栅格单元分配给离其最近的源。单元值存储了归属源的标示值。Spatial AnalystDistanceAllocation,3、成本距离加权 通过成本距离加权函数，计算出每个栅格到距离最近、成本最低源的最少累加成本。Spat
15、ial AnalystDistanceCost Weighted,方向数据,4、最短路径 通过最短路径函数获取从一个源或一组源出发，到达一个目标地或一组目标地的最短直线路径或最小成本路径。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 AnalystDistanceShortest Path,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。核函数密度制图（Kernal）落入搜索区内的点具有不
16、同的权重，靠近格网搜寻区域中心的点或线赋以较大的权重。计算结果分布较平滑。简单密度制图（Simple）落在搜寻区域内的点或线有同样的权重，先对其进行求 和，再除以搜索区域的大小，从而得到每个点的密度值。,四、表面分析,表面分析主要通过生成新数据集，注入等值线、坡度、坡向、山体阴影等派生数据，获得更多的反应原始数据集中所暗含的空间特征、空间格局等信息。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。,1、栅格插值通过已采样点的数值来推算未采样点值。栅格插值包括简单栅格表面的生
17、成和栅格数据重采样。三种实现方式：反距离权重插值、样条函数插值和克里格插值。,反距离权重插值（IDW）它以插值点与样本点间的距离为权重进行加权平均，离插值点越近的样本点赋予的权重越大。要求离散点均匀分布，并且密集程度足以满足在分析中反映局部表面变化。,数据重采样处理栅格分辨率匹配问题由于数据资料的来源不同，经常会出现不同的栅格大小问题，为便于分析，需要做统一栅格大小的转换处理，即栅格数据的重采样过程。栅格数据重采样方法：最邻近法采样：输入栅格数据中最邻近栅格值作为输出值。双线性采样：取内插点周围四个邻近点，在x、y方向分别内插。三次卷积采样：进一步提高内插精度，取周围16个点,工具：ArcTo
18、olboxData management toolsRaster Raster ProcessingResample,Cellsize=5,Cellsize=20,2、等值线绘制等值线是将表面上相邻的具有相同值的点连接起来的线。,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与过该点的正北方向的夹角。坡向值规定：正北方向为零度，按顺时针方向旋转计算，取值0-360度。,平面曲率、剖面曲率的提取地面曲率是对地形表面一点
19、扭曲变化程度的定量化度量因子，在垂直和水平方向上分量分别为剖面曲率和平面曲率。坡面曲率是对地面坡度的沿最大坡降方向地面高程变化率的度量。平面曲率指过地形表面上一点的水平方向切地形表面所得的曲线在该点的曲率值。描述了该点所在的等高线的弯曲程度。,ArctoolboxSpatial Analyst toolsSurfaceCurvature,4、山体阴影根据假想的照明光源对高程栅格图的每个栅格单元计算照明值。表达地形立体形态，方便提取地形遮蔽信息。太阳方位角：正北方向为0度，按顺时针方向增加。默认315度。太阳高度角：光线与水平面之间的夹角。默认为45度。,五、统计分析,1、单元统计单元统计分析（
20、Cell Statistics）以栅格单元为单位进行单元统计分析，属于多层栅格数据叠置分析。单元统计方法：单元值中的最小、最大值，数值范围，总和，平均数，标准差，不同数值的个数，中值，出现频率最高与最低的数值。常用于同一地区多时相数据的统计。,2、邻域统计以待计算栅格为中心，向周围扩展一定范围，基于这些扩展栅格数据进行函数运算，从而得到此栅格的值。统计结果记录在该中心所在的网格位置上。邻域统计方法同单元统计统计范围及邻域分析窗口：矩形（Rectangle），需设置矩形窗口长和宽，默认为 3*3；环形（Annulus），设置邻域内半径和外半径；圆形（Circle），只需输入圆的半径；楔形（Wed
21、ge），需输入起始角度、终止角度和半径三项。,原始数据,临域统计后数据,3、分类区统计以一个数据集的分类区为基础，对另一个数据集进行数值统计分析。一个分类区就是在栅格数据中拥有相同值的所有栅格单元，而不考虑他们是否邻近。十种统计方法同上,被统计栅格,10个分类区的统计平均值,六、重分类,基于原有数值，对其重新进行分类整理从而得到一组新值并输出。新值替代，更改某一类型的具体数值，用一组新值取代原来值。旧值合并，将具有某种共性的事物合并为一类。重新分类，以一种分类体系对原始值进行分类。空值设置，将分析区域内不需要参与分析的数值设置为空值来控制栅格计算。,七、栅格计算,数学运算 算术运算（加减乘除）布尔运算（and,or,xor,not）关系运算（=，,=,=)函数运算 算术函数（Abs,Int,Float,Ceil,Floor,IsNul）三角函数（Sin,Cos,Tan,Asin,Acos,Atan）对数函数（Exp,Exp10,Exp2;log,log10,log2）幂函数（Sqrt,Sqr,Pow）栅格数据空间分析函数,栅格计算器1）启动栅格计算器,2）编辑计算公式表达式之间要有空格每个表达式都要用括弧3）检查计算公式 在检查准确无误后，单击Evaluate执行运算，计算结果自动加载到ArcMap视图窗口。,谢谢你的关注！,黄林松08测绘一班0810050104,再见！,
