ArcGIS-Spatial Analyst空間分析

1、ArcGIS空間分析Esri中國(guó)信息技術(shù)有限公司 李光輝100多年前的一次空間分析多年前的一次空間分析100多年前的一次空間分析多年前的一次空間分析 氣體經(jīng)過(guò)呼吸入體，為什么癥狀只在消化道？ 令人驚愕的是，在流行爆發(fā)前面幾個(gè)星期，霍亂居然可以跳過(guò)好幾個(gè)街區(qū)來(lái)傳染？ 為什么那些沒(méi)有去過(guò)這個(gè)旅館房間的人也紛紛染??？ 為什么同一個(gè)醫(yī)生分別兩次到了這個(gè)房間看了這兩個(gè)不幸的病人分別都和病人一起呆了好幾個(gè)小時(shí)而沒(méi)有被傳染？100多年前的一次空間分析多年前的一次空間分析Demo：模擬斯諾的分析吃水問(wèn)題吃水問(wèn)題數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：SRTM（90米）米）（疑惑）空間（疑惑）空間分析是一個(gè)擴(kuò)展模塊分析是一個(gè)擴(kuò)展模塊l柵柵格

2、分析模塊是格分析模塊是ArcGIS的一個(gè)擴(kuò)展模的一個(gè)擴(kuò)展模塊塊l超過(guò)超過(guò)170個(gè)工具，放在個(gè)工具，放在19個(gè)工具個(gè)工具集中集中l(wèi)是對(duì)是對(duì)進(jìn)行分析的模塊進(jìn)行分析的模塊內(nèi)容內(nèi)容l小議柵格數(shù)據(jù)小議柵格數(shù)據(jù)lArcGIS空間分析概述空間分析概述l空間分析工具空間分析工具l總結(jié)總結(jié)小議柵格數(shù)據(jù)小議柵格數(shù)據(jù)什么是柵格數(shù)據(jù)什么是柵格數(shù)據(jù)什么是柵什么是柵格數(shù)據(jù)格數(shù)據(jù) 最最簡(jiǎn)形式的柵格由按行和列組織的簡(jiǎn)形式的柵格由按行和列組織的單元矩陣組成，其中的每個(gè)單元都包含單元矩陣組成，其中的每個(gè)單元都包含一個(gè)信息值。一個(gè)信息值。 地理柵格數(shù)據(jù)地理柵格數(shù)據(jù) 在地理數(shù)據(jù)中，柵格以規(guī)則的矩陣表在地理數(shù)據(jù)中，柵格以規(guī)則的矩陣表示

3、示空間地物或現(xiàn)象分布空間地物或現(xiàn)象分布。如：數(shù)。如：數(shù)字航空攝影、字航空攝影、衛(wèi)星影像、數(shù)字圖片或甚至掃描的地圖。衛(wèi)星影像、數(shù)字圖片或甚至掃描的地圖。地理柵格數(shù)據(jù)的表達(dá)地理柵格數(shù)據(jù)的表達(dá) 地地理柵格數(shù)據(jù)是對(duì)空間地物的一種表達(dá)，因此每個(gè)柵理柵格數(shù)據(jù)是對(duì)空間地物的一種表達(dá)，因此每個(gè)柵格單元都與現(xiàn)實(shí)世界中的地方相對(duì)應(yīng)。格單元都與現(xiàn)實(shí)世界中的地方相對(duì)應(yīng)。地理柵格數(shù)據(jù)的表達(dá)地理柵格數(shù)據(jù)的表達(dá)l單單元的大小決定著柵格中圖案或要素呈現(xiàn)的粗細(xì)程度。元的大小決定著柵格中圖案或要素呈現(xiàn)的粗細(xì)程度。l具具體可根據(jù)柵格數(shù)據(jù)集所描述的表面，以及表面中要素體可根據(jù)柵格數(shù)據(jù)集所描述的表面，以及表面中要素的表達(dá)需要來(lái)確定。的

4、表達(dá)需要來(lái)確定。地理柵格數(shù)據(jù)的表達(dá)地理柵格數(shù)據(jù)的表達(dá)土壤類型、土壤質(zhì)地、土地利用土壤類型、土壤質(zhì)地、土地利用類類型型、水體類型、水體類型、道路類和居住類型道路類和居住類型等。等。高程、坡度、坡向、飛機(jī)場(chǎng)噪聲污染和沼澤的高程、坡度、坡向、飛機(jī)場(chǎng)噪聲污染和沼澤的pH濃度濃度都等。都等。顏色或光譜反射顏色或光譜反射率等。率等。地理柵格數(shù)據(jù)的表達(dá)地理柵格數(shù)據(jù)的表達(dá)l柵柵格數(shù)據(jù)集可以有一個(gè)與之關(guān)聯(lián)的屬性表格數(shù)據(jù)集可以有一個(gè)與之關(guān)聯(lián)的屬性表。l理理論上表中可包含無(wú)限多的屬性字段。論上表中可包含無(wú)限多的屬性字段。柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析的優(yōu)勢(shì)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析的優(yōu)勢(shì)ArcGIS空間分空間分析概述析概述豐富的豐

5、富的地理地理柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)空間分析為數(shù)據(jù)的深度使用提供了方法空間分析為數(shù)據(jù)的深度使用提供了方法空間分析模塊功能空間分析模塊功能數(shù)學(xué)計(jì)算條件分析地圖代數(shù)鄰域分析局部分析區(qū)域分析地下水分析水文分析太陽(yáng)輻射分析表面分析距離分析疊加分析柵格重分類多元分析插值分析柵格綜合密度分析工具條創(chuàng)建柵格提取工工具（具（Toolbar）一瞥）一瞥環(huán)境參數(shù)設(shè)置環(huán)境參數(shù)設(shè)置空間建模思想空間建模思想lModelbuilder是一個(gè)可視是一個(gè)可視化建模工具化建模工具lModelbuilder可將可將一系列一系列地理處理工具串地理處理工具串聯(lián)成一個(gè)聯(lián)成一個(gè)工工作流作流，一，一個(gè)工具的輸出個(gè)工具的輸出作為另一個(gè)工具的輸入。作

6、為另一個(gè)工具的輸入。應(yīng)應(yīng)用模式用模式ArcGIS ServerArcGIS空間分空間分析析工具工具ArcGIS空間分析工空間分析工具內(nèi)容具內(nèi)容1.為新學(xué)校選址為新學(xué)校選址2.修建最小成本道路修建最小成本道路3.制作降雨分布圖制作降雨分布圖4.河網(wǎng)提取河網(wǎng)提取5.生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性分布分析生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性分布分析6.空間計(jì)算空間計(jì)算為新學(xué)校選址為新學(xué)校選址 美美國(guó)佛蒙特州斯托鎮(zhèn)的人口出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)國(guó)佛蒙特州斯托鎮(zhèn)的人口出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)。由。由于育有子女于育有子女的家庭為利用附近的大量休閑娛樂(lè)設(shè)施紛紛涌入該地而造成。為的家庭為利用附近的大量休閑娛樂(lè)設(shè)施紛紛涌入該地而造成。為緩解現(xiàn)有學(xué)校的壓力，現(xiàn)已決定構(gòu)建一所

7、新學(xué)校緩解現(xiàn)有學(xué)校的壓力，現(xiàn)已決定構(gòu)建一所新學(xué)校。地勢(shì)平坦合適的土地利用類型靠近娛樂(lè)場(chǎng)所遠(yuǎn)離現(xiàn)有學(xué)校為新學(xué)校選址為新學(xué)校選址為新學(xué)校選址為新學(xué)校選址表面分析 坡度 坡向 等值線 山體陰影 視域 填挖方 距離分析 歐氏距離 歐氏方向 歐氏分配 成本距離 成本路徑 廊道分析 重分類 查找表 使用表重分類 重分類 分割 疊加分析 模糊分類 模糊疊加 加權(quán)疊加 加權(quán)總和條件函數(shù) 條件函數(shù) 選取函數(shù) 設(shè)為空函數(shù)柵格綜合 聚合 濾波【表面分析表面分析】l山影山影l(fā)等值線等值線l坡度坡度l坡向坡向l曲率曲率l視域視域l填填/挖分析挖分析【柵格重分類柵格重分類】l根據(jù)空間范圍分類根據(jù)空間范圍分類l根根據(jù)值范圍

8、分類據(jù)值范圍分類【疊加分析疊加分析】 疊加疊加分析是在最佳位置選擇或適宜性建模中應(yīng)用的一分析是在最佳位置選擇或適宜性建模中應(yīng)用的一組方組方法。如：法。如：l新房產(chǎn)開發(fā)的地點(diǎn)選在何處新房產(chǎn)開發(fā)的地點(diǎn)選在何處 l哪些地點(diǎn)較適于用作鹿的棲息地哪些地點(diǎn)較適于用作鹿的棲息地 l哪里最可能發(fā)生經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)哪里最可能發(fā)生經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng) l哪些地點(diǎn)最容易發(fā)生泥石流哪些地點(diǎn)最容易發(fā)生泥石流【柵格綜合工具柵格綜合工具】l聚聚合合l邊界清邊界清理理l擴(kuò)擴(kuò)展展l眾眾數(shù)濾波數(shù)濾波lNibblel區(qū)域合區(qū)域合并并l收收縮縮l細(xì)化細(xì)化修建最小成本道路修建最小成本道路 在上節(jié)中，分析出了最適宜建造學(xué)校的位置。本節(jié)計(jì)在上節(jié)中，分析出了最

9、適宜建造學(xué)校的位置。本節(jié)計(jì)劃修建一條從學(xué)校通往到附近道路交叉點(diǎn)花費(fèi)成本最低的劃修建一條從學(xué)校通往到附近道路交叉點(diǎn)花費(fèi)成本最低的道路。道路。修建最小成本道路修建最小成本道路修建最小成本道路修建最小成本道路 坡度 坡向 等值線 山體陰影 視域 填挖方 查找表 使用表重分類 重分類 分割 模糊分類 模糊疊加 加權(quán)疊加 加權(quán)總和 歐氏距離 歐氏方向 歐氏分配 成本距離 成本路徑 廊道分析 【距離分析距離分析】l直線距離和分配函數(shù)直線距離和分配函數(shù)從要素創(chuàng)建緩沖區(qū)從要素創(chuàng)建緩沖區(qū)給離散源分配資給離散源分配資源源l成本加權(quán)距離和分配函數(shù)成本加權(quán)距離和分配函數(shù)為行進(jìn)增添了阻抗因素和權(quán)為行進(jìn)增添了阻抗因素和權(quán)

10、重重l最短距離最短距離查找兩點(diǎn)間的最低成本路徑查找兩點(diǎn)間的最低成本路徑為行程尋找為行程尋找“走廊走廊”通道通道制作降雨分布圖制作降雨分布圖 佛蒙特州斯托鎮(zhèn)依山而建，其經(jīng)過(guò)山區(qū)的公路經(jīng)常被山上佛蒙特州斯托鎮(zhèn)依山而建，其經(jīng)過(guò)山區(qū)的公路經(jīng)常被山上匯集的雨水沖毀，鎮(zhèn)政府決定在路旁建引水渠匯集的雨水沖毀，鎮(zhèn)政府決定在路旁建引水渠制作降雨分布圖制作降雨分布圖制作降雨分布圖制作降雨分布圖 反距離權(quán)重法 克里金法 自然臨近法 樣條函數(shù)法 含障礙的樣條函數(shù)法 趨勢(shì)面法 地形轉(zhuǎn)柵格 【插值分析插值分析】l距距離權(quán)重倒數(shù)法離權(quán)重倒數(shù)法l克里金法克里金法l自然臨近法自然臨近法l樣條函數(shù)法樣條函數(shù)法l含障礙的樣條函數(shù)含

11、障礙的樣條函數(shù)l趨趨勢(shì)面勢(shì)面法法l地地形轉(zhuǎn)柵格形轉(zhuǎn)柵格【插值分析插值分析】（續(xù)）（續(xù)）l反距離權(quán)重法反距離權(quán)重法l含障礙的樣條函數(shù)法含障礙的樣條函數(shù)法河網(wǎng)提取河網(wǎng)提取 小鎮(zhèn)依山，經(jīng)常受到小規(guī)模山洪襲擊，洪水會(huì)根據(jù)地小鎮(zhèn)依山，經(jīng)常受到小規(guī)模山洪襲擊，洪水會(huì)根據(jù)地勢(shì)匯流，當(dāng)建筑物位于這些潛在的河網(wǎng)中，會(huì)受到很大的勢(shì)匯流，當(dāng)建筑物位于這些潛在的河網(wǎng)中，會(huì)受到很大的威脅；因此要在這些潛在的河網(wǎng)區(qū)域禁止建造。威脅；因此要在這些潛在的河網(wǎng)區(qū)域禁止建造。河網(wǎng)提取河網(wǎng)提取河網(wǎng)提取河網(wǎng)提取 盆域分析 填洼 流量 流向 水流長(zhǎng)度 匯 河網(wǎng)分級(jí) 分水嶺 達(dá)西流 達(dá)西速度 粒子追蹤 孔隙擴(kuò)散 太陽(yáng)輻射區(qū)域 太陽(yáng)輻射點(diǎn)

12、 太陽(yáng)輻射圖【水文分析水文分析】從從DEM建立流域和流網(wǎng)絡(luò)建立流域和流網(wǎng)絡(luò)流量流量0000000011220037540100200001000247423514711111112233河網(wǎng)分級(jí)河網(wǎng)分級(jí)傾瀉點(diǎn)分水嶺流向流向【地下水分析地下水分析】創(chuàng)建地下水流經(jīng)區(qū)域創(chuàng)建地下水流經(jīng)區(qū)域二維對(duì)流和擴(kuò)散模擬二維對(duì)流和擴(kuò)散模擬l功功能能達(dá)西流達(dá)西流量量 粒子追粒子追蹤蹤多孔滲多孔滲流流 使用粒子追蹤工具，追蹤污染物從污染源到飲用井的擴(kuò)散過(guò)程。從這個(gè)分析可以判斷污染源是否擴(kuò)散到附近鄉(xiāng)鎮(zhèn)的飲用水源【太陽(yáng)輻射分析太陽(yáng)輻射分析】l計(jì)算地球表面直接和間接的太陽(yáng)輻射量計(jì)算地球表面直接和間接的太陽(yáng)輻射量區(qū)區(qū)域域(Ar

13、ea)位置位置(Locations)l工工具具區(qū)域太陽(yáng)輻射區(qū)域太陽(yáng)輻射點(diǎn)太陽(yáng)輻射點(diǎn)太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射圖表太陽(yáng)輻射圖表l應(yīng)應(yīng)用于生物、農(nóng)業(yè)、水文、降雪、火災(zāi)模型、能源等用于生物、農(nóng)業(yè)、水文、降雪、火災(zāi)模型、能源等【太陽(yáng)輻射分析太陽(yáng)輻射分析】生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性分布分析生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性分布分析 近年來(lái)，大量人口涌入小鎮(zhèn)，小鎮(zhèn)的擴(kuò)展對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)近年來(lái)，大量人口涌入小鎮(zhèn)，小鎮(zhèn)的擴(kuò)展對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)重脅迫。環(huán)保部門要確定生態(tài)穩(wěn)定性差的位置，系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)重脅迫。環(huán)保部門要確定生態(tài)穩(wěn)定性差的位置，進(jìn)行造林、放養(yǎng)等保護(hù)手段。進(jìn)行造林、放養(yǎng)等保護(hù)手段。生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性分布分析生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性分布分析生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性分布分析生態(tài)

14、系統(tǒng)穩(wěn)定性分布分析 塊統(tǒng)計(jì) 過(guò)濾器 焦點(diǎn)流 焦點(diǎn)統(tǒng)計(jì) 線統(tǒng)計(jì) 點(diǎn)統(tǒng)計(jì) 象元統(tǒng) 合并 等于頻數(shù) 大于頻數(shù) 最高位置 小于頻數(shù) 最低位置 等級(jí) 分區(qū)統(tǒng)計(jì) 區(qū)域直方圖 分區(qū)幾何統(tǒng)計(jì) 區(qū)域填充 面積制表 【鄰域分析鄰域分析】 鄰鄰域工具基于自身位置值以及指定鄰域內(nèi)標(biāo)識(shí)的值為域工具基于自身位置值以及指定鄰域內(nèi)標(biāo)識(shí)的值為每個(gè)像元位置創(chuàng)建輸出值。每個(gè)像元位置創(chuàng)建輸出值。3.222634653745724192556219167【局部分析局部分析】 局局部工具可以將輸出柵格中各個(gè)像元位置上的值作為部工具可以將輸出柵格中各個(gè)像元位置上的值作為所有輸入項(xiàng)在同一位置上的值的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。所有輸入項(xiàng)在同一位置上的值的

15、函數(shù)進(jìn)行計(jì)算?！緟^(qū)域分析區(qū)域分析】l分區(qū)范圍內(nèi)的單元值都相等分區(qū)范圍內(nèi)的單元值都相等l針針對(duì)每個(gè)分區(qū)范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)每個(gè)分區(qū)范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)柵格柵格計(jì)算計(jì)算【數(shù)學(xué)運(yùn)算數(shù)學(xué)運(yùn)算】l算術(shù)算術(shù)運(yùn)算：加、減、乘、除、冪、絕對(duì)值、取反運(yùn)算：加、減、乘、除、冪、絕對(duì)值、取反l邏輯運(yùn)算：等于、大于、布爾與、布爾或、為空邏輯運(yùn)算：等于、大于、布爾與、布爾或、為空l(shuí)三角函數(shù)：正三角函數(shù)：正弦、余弦、正切、余切、反正弦弦、余弦、正切、余切、反正弦l按按位運(yùn)算：按位與、按位或、按位異或位運(yùn)算：按位與、按位或、按位異或【條件分析條件分析】 “條條件分析件分析”工具允許您基于在輸入值上應(yīng)用的條件工具允許您基于在輸入值上應(yīng)用的

16、條件對(duì)輸出值進(jìn)行控制對(duì)輸出值進(jìn)行控制。如：如：【地圖代數(shù)工具地圖代數(shù)工具】l整合整合了了“數(shù)學(xué)函數(shù)數(shù)學(xué)函數(shù)”和和“條件函數(shù)條件函數(shù)”l針對(duì)一個(gè)或多個(gè)柵格進(jìn)行運(yùn)算針對(duì)一個(gè)或多個(gè)柵格進(jìn)行運(yùn)算l使用使用 Python 語(yǔ)法構(gòu)建和執(zhí)行單個(gè)地圖代數(shù)表達(dá)語(yǔ)法構(gòu)建和執(zhí)行單個(gè)地圖代數(shù)表達(dá)式式總結(jié)總結(jié)ArcGIS空間分析功能分類空間分析功能分類數(shù)學(xué)計(jì)算條件分析地圖代數(shù)鄰域分析局部分析區(qū)域分析地下水分析水文分析太陽(yáng)輻射分析表面分析距離分析疊加分析柵格重分類影像分類插值分析柵格綜合密度分析ArcGIS空間分析功能分類空間分析功能分類數(shù)學(xué)計(jì)算條件分析地圖代數(shù)鄰域分析局部分析區(qū)域分析地下水分析水文分析太陽(yáng)輻射分析表面分析距離分析疊加分析柵格重分類影像分類插值分析柵格綜合密度分析空間分析應(yīng)用方向空間分析應(yīng)用方向1.適宜性建模適宜性建模2.距離建模距離建模3.表面建模表面建模4.空間關(guān)系識(shí)別空間關(guān)系識(shí)別5.風(fēng)風(fēng)電場(chǎng)選址