空间分析基本操作.docx

试验空间分析基本操作一、试验目的1 . 了解基于矢量数据和栅格数据基本空间分析的原理和操作。2 .把握矢量数据与栅格数据间的相互转换、栅格重分类(RaSterReClaSSify)、栅格 计算一查询符合条件的栅格(RaSter Calculator) 面积制表(Tabulate Area)分区统 计(Zonal Statistic)、缓冲区分析(BUffer) 、采样数据的空间内插(InterPolate)、 栅格单元统计(Cell Statistic)、邻域统计(Neighborhood)等空间分析基本操作和用途。3 .为选择合适的空间分析工具求解简单的实际问题打下基础。二、试验预备预备学问：空间数据及其表达空间数据(也称地理数据)是地理信息系统的一个主要组成部分。空间数据是指以地 球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格 和数字等。它是GIS所表达的现实世界经过模型抽象后的内容，一般通过扫描仪、键盘、 光盘或其它通讯系统输入GISo在某一尺度下，可以用点、线、面、体来表示各类地理空间要素。有两种基本方法来表示空间数据：一是栅格表达；一是矢量表达。两种数据格式间可以 进行转换。空间分析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。空间分析力量(特殊是对空间隐含信息的提取和 传输力量)是地理信息系统区分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。空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库。空间分析运用的手段包括各种几何的规律运算、数理统计分析，代数运算等数学手段。 空间分析可以基于矢量数据或栅格数据进行，详细是状况要依据实际需要确定。空间分析步骤依据要进行的空间分析类型的不同，空间分析的步骤会有所不同。通常，全部的空间分 析都涉及以下的基本步骤，详细在某个分析中，可以作相应的变化。空间分析的基本步骤：a)确定问题并建立分析的目标和要满意的条件b)针对空间问题选择合适的分析工具c)预备空间操作中要用到的数据。d)定制一个分析方案然后执行分析操作。e)显示并评价分析结果空间分析实际上是一个地理建模过程，它涉及：问题的确定、使用哪些空间分析操作、评 价数据、以合适的次序执行一系列的空间分析操作、显示及评价分析结果。试验数据：试验数据包括：Slopel （栅格数据），Landuse （栅格数据）Janduse92,r5yield,emidalal 街道图层AIOStreets和城市地籍图层：AlOZonecov气温.shp,YNBoundaryshp （云南省的边界）三、试验内容及步骤空间分析模块本章的大部分练习都会用到空间分析扩展模块，要使用“空间分析模块”首先在ArcMap 中执行菜单命令<tools>-< extensions >,在extensions模块管理窗口中，将“Spatial Analys"前的检查框打勾。（特别重要，否则无法正常使用空间分析功能）然后，在ArCM即工具栏的空白区域点右键，在消失的右键菜单中找到“空间分析” 项，点击该项，在ArCMaP中显示“空间分析”工具栏。执行“空间分析”工具栏中的菜单命令 < 空间分析 >一<选项 > 设定与空间分析操作有关 的一些参数。这里请在常规选项中设定一个工作名目。由于在空间分析的过程种会产生一些 中间结果，默认的状况下这些数据会存储在Windows系统的临时路径下（C:temp）,当设 置了工作名目后，这些中间结果就会保存在指定的路径下。空间分析工具栏1 . 了解栅格数据在ArCMaP中，新建一个地图文档，加载栅格数据：Slopel,在TOC中右键点击图层 Slopeb查看属性在图层属性对话框中，点击“数据源”选项，可以查看此栅格图层的相关属性及统计信 息。新建ArCM叩地图文档：加载离散栅格数据：Landuse,在ToC中右键点击LandUSe , “打开属性表”01-294 BnjshAransitionaI1262187Water2328Barren land3436034Built up4585054Agriculture56671722Forest6一12241WetlandsOecHD I ValUe CoUetLarKklSe记录H臼厂FJ刊 显示J所有的选中的 记录：二。/二，一选中的Jlanduse_ r×.查看字段“Count”可以看到每种地类所占栅格单元的数目在ArCCatalog下新建一个要素类（要素类型为:多边形），命名为：CIipPoly.shp 在ArCM叩中，加载栅格数据：Landusex和CIiPPOly.shp2 .用任意多边形剪切栅格数据（矢量数据转换为栅格数据）打开编辑器工具栏，开头编辑CIipPoIy ,依据要剪切的区域，绘制一个任意外形的 多边形。打开属性表，修改多边形的字段“ID”的值为1,保存修改，停止编辑。打开空间分析工具栏执行命令： 空间分析一转换-要素到栅格Features to Raster? ×OK | Cancel指定栅格大小：查询要剪切的栅格图 层Landuse的栅格大小，这里指定为 25指定输出栅格的名称为路径执行命令: 空间分析-栅格计算器第 Raster Calculatorf×Layers:9G3landuse * polyClip4About Building ExpressionsEvaluate Cancel »构造表达式:Landuse*polyClip41 ,执行 栅格图层：Landusc和用以剪切的栅格polyClip4之间的相乘运算 （polyClip4是上一步得到的图层）得到的结果即是以任意多边形剪切的LandUSe数据3 .栅格重分类(RaSter Reclassify)通过栅格重分类操作可以将连续栅格数据转换为离散栅格数据在ArCMaP中，新建地图文档，加载栅格数据SlOPel,打开“空间分析”工具栏，执行 菜单命令“重分类”02度875度1525度25-35 度)35度空间分析重分类空间分析® 图层:F距离(D)密度©内插成栅格表面分析像素统计 邻域统计但区域统计2)栅格计篁器.转换©选项©.手动添加5个条目(AddEnlry),值如上图所示，将坡度栅格重新分为5类：0-8、8 -15、15-25、25-35、35 度以上。4.栅格计算一查询符合条件的栅格(RaSter Calculator)找出坡度在25度以下的区域在上一步的基础上进行，执行“空间分析”工具栏上的命令： 空间分析一栅格计算 器构造表达式Slope 1=25满意条件的栅格赋值为1,其余的栅格赋值为O5.面积制表(TabulateArea)在上一步的基础上进行。加载LandUSe92栅格图层，打开ArCToolbQXArcTooIbox× ArcTooIboxGeostatistical AnaIystToc 人 | Linear Referenang ToolsEiE-i Ei i -S - Ei<1Spabal AnaIystTooIs Conditional 电 Density 电 Distance 电 Extraction 电 Generalization 电 Groundwater Hydrology收藏夹索引搜索+不二 +日H区区区区区面积制表表 到表 到收藏夹：索引搜索J在 ArCToOlboX 中，执行VSPalialAnaIySlToOlS>-<Zonal> 下的"面积制表”工具二旦X输入栅格或要素区域数据o Ianduse 92IZ域字段 I Value-输入栅格或要素类数据MeCIaSS Of笑字段 I Value输出表格 ：课程GlS软件应用TeGlS2DD5第?课-空间分析基本操 同叨Ul r<B SL - I . I 一tU、福一I取消环境设置隐藏帮助A按上图所示，指定分区数据和输入栅格数据打开得到的交叉面积数据表，观查其中的纪录，理解本操作的意义是什么？6 .分区统计(ZOlIal Statistic)在ArCMaP中新建地图文档，加载栅格图层r5yiekl （粮食产区分类图）、栅格OrganiC（土 壤有机质含量分布图）在r5yield中，依据产量不同分为5个粮食产区-Ir5yi1低产量区2中产量区3中产量区4中产量区5高产量区Map Algebra Math Multivariate Neighborhood Overlay Raster Creation区域统计到表收藏夹索引搜索ArcToolbox BSSSSB-BReelaSUrfazorWWA打开ArcTlbox,执行<Spatial Analyst ToOlS>-<Zonal>下的“区域统计到表”分析工具, 按上图所示指定参数，确认后得到如下一个数据表：认真讨论上面的数据表，理解本操作的意义是什么？点击上面数据表中的选项按钮，执行“创建图形”命令依据向导提示，设定参数，生成不同粮食产区土壤有机质含量（平均值）的统计图表ZStat7的图表从统计图中可以看出，产量最低区有较低的有机质含量，中产区有机质含量较高，这表 明较高的有机质含量会带来较高的产量。最高产量区有机质含量较低可能是其他因素的影 响。7 .缓冲区分析(BlIffer) 添加缓冲区向导到菜单中在ArCMaP中，执行命令： 工具-定制 在消失的对话框中的“命令”选项页。工具窗口宜帮助®:幺编辑工具栏。图表报表地理编码©)内添加XY数据 和添加路径事件笛 卜I 冲区向导.工具条切命令二选项;QIXTooIs检 ArcCataIoQ 宏M 定制© 扩展 样式 选项Q-器 标编参困编 >:辑注面局单人寸理理图贫级 所编标表布菜插尺地地命令(d):¢) ArcCataIogViSUal Basic 编辑器 M：幺编相工具栏1宏时.M缓冲区皂导区0绘图工栏0快照视窗输出地图样式EC刷新视图 之添加XV数据内说明(P：保存：I NonnaLmxt盘的|从文件添加(A)|关闭米)在左边栏中，名目列表框中，选择“工具”在右边栏中，命令列表框中，选择“缓冲区向导”拖放“缓冲区向导”图标到菜单工具中，或者拖放到一个已存在的工具栏上。关闭“定制”对话框创建街道的线状缓冲区新建地图文档，加载街道图层AK)StreetS和城市地籍图层：AlOZOneCov (地图单位为:执行菜单命令：选择 一 通过属性选择构造表达式：（STR-NAME1=,CYPRESS,从图层AloSlreeS中，选择街道名称为CYPRESS的街道执行“工具”菜单中的“缓冲区向导”命令，或点击“缓冲区向导”图标，打开缓冲区 向导对话框：通过缓冲区向导，建立所选择街道的0.05 km缓冲区（一个多边形图层），名字命名为: 缓冲-AIOSlreeis得到沿街道“CYPRESS”的50米缓冲区8 .空间关系查询 Select By Location：依据位置选择在上一步的基础上进行，找出与街道“CYPRESS”的50米缓冲区相交的地块。9 .采样数据的空间内插(IllterPOIate)空间插值常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分 布模式进行比较，它包括了空间内插和外推两种算法。空间内插算法是一种通过已知点的数 据推求同一区域其它未知点数据的计算方法：空间外推算法则是通过已知区域的数据，推求 其它区域数据的方法。数据：气温.shp中有两个字段YOl Y02纪录的是16个气象观测站，2001年和2002 年的年平均气温，下面要通过空间内插的方法将点上的数据扩展到连续的空间上，得到气温 空间分布图。YNBoundaryshp是云南省的边界新建地图文档，加载图层：气温.shp、YNBOUndary,打开“空间分析”工具栏，执行 菜单命令V空间分析 >-< 内插成栅格 >-< 样条>空间分析l 第 * I内插成糊格距离权重倒数样条克里金表面分析 像素统计 邻域统计 区域统计 重分类 栅格计算器 转换© 选项9).在样条函数内插对话框中，按下图所示指定参数确定后，得到如下的气温空间分布图（通过修改图例propenies在左边框内选择 SlreIChed得到相同的效果）11.802001年平均气温样条函数空间内插参考以上操作，生成2002年的平均气温空间分布图:2002年平均气温样条函数空间内插执行菜单命令V空间分析>y选项>,在general选项页的Working栏选任一个工作区，在 analysis mask 栏选 YNBOUndary.shp。切换至IJ extent 选项页,在 analysis extent 栏下拉选择 same as layer YNBoundary,切换到 cell size 在 analysis cell 栏下拉选择 maximum of inputs 或 minimum of inputs,最终“确定"。然后重新进行空间插值（空间分析VSPatialanaIysis>内插成栅格Vinierpolaie to raster> 距离权.重倒数inverse distance weighted，在 input point 选气温.shp,在 ZVaIUefiekl 选 Y02,在 SearChradiUSlyPe 下拉选 VariabIe,其余默认，确定）， 得到如下的结果。10 .栅格单元统计(CeHStatiStiC)在上一步的基础上进行现在我们要依据2001年和2002年的年平均气温得到多年平均气温空间分布图,打开“空 间分析”工具栏，执行菜单命令空间分析-像素统计11 .邻域统计(Neighborhood)邻域分析也称为窗口分析，主要应用于栅格数据模型。地理要素在空间上存在着肯定的 关联性。对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的(I, J)栅格往往会影响其四周栅格的 属性特征。精确 而有效地反映这种事物空间上联系的特点，是计算机地学分析的 重要任务。窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据，开拓一个有 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，从而实现 栅格数据有效的水平方向扩展分析。支持的几种分析窗口类型：ArcMap rI1,邻域统计功能所支持的各类算子 多数(Majority) 最大值(MaXirnUrn ) 均值(Mean ) 中值(Median ) 最小值(MinimUm ) 少数(MinOrity ) 范围(Range ) 标准差(Standard Deviation ) 总数(SUm ) 变异度(Variety ) 高通量(High Pass ) 低通量(LOW Pass ) 焦点流(Focal Flow)InputproaBung rutarTIgjJ2302 T 0 ¾ 12112 m =5 3 1 TH 2 I 3 I 4 3原始栅格(总数SUm)邻域统计栅格在ArCMaP中新建地图文档，加载栅格数据：emidalat,打开“空间分析”工具栏，执行 “邻域统计”命令，按如下所示指定参数，将得到一个经过邻域运算操作后的栅格：NbrMeanofemidalat ,这是以3X3的格网， 对emidalal栅格中的单元运用“均值”（Mean）算子进行邻域运算后得到的结果。通过设置图例，使图层：NbrMean of emidalat emidalal有如下的效果，将地图适当放 大，并在TOC面板中通过交替进行打开和关闭图层NbrMean of emidalat的操作，观看 NbrMean of emidalat和原始栅格间的差别。四、试验报告要求做出书面报告，给出上面11个小试验的自己所做操作的成果截图，并可对其原理、过程作 适当说明。