1、1空間分析柵格數據分析空間分析概述柵格數據分析空間分析概述空間分析空間分析是基于地理對象的位置和形態的空間數據的分析技術，其目的在于提取和傳輸空間信息。空間分析是地理信息系統的主要特征。空間分析能力（特別是對空間隱含信息的提取和傳輸能力）是地理信息系統區別與一般信息系統的主要方面，也是評價一個地理信息系統成功與否的一個主要指標。傳統的地圖學中的地圖應用就是一種空間分析。在現代GIS領域，空間分析是指利用計算機分析、獲取和傳輸空間信息。人口密度圖 空間分析對于空間分析的具體研究對象，目前還沒有一個一致的定義。根據空間分析作用的數據性質的不同，把空間分析分為：基于空間圖形數據的分析運算；基于非空間

2、屬性的數據運算；空間和非空間數據的聯合運算。空間分析賴以進行的基礎是地理空間數據庫，其運用的手段包括各種幾何的邏輯運算、數理統計分析，代數運算等數學手段。空間分析的主要內容空間位置：借助于空間坐標系傳遞空間對象的定位信息，是空間對象表述的研究基礎，即投影與轉換理論。空間分布：同類空間對象的群體定位信息，包括分布、趨勢、對比等內容。空間形態：空間對象的幾何形態空間距離：空間物體的接近程度空間關系：空間對象的相關關系，包括拓撲、方位、相似、相關等。空間分析的步驟確定分析目的和評價標準收集、輸入空間和屬性數據 進行空間位置的處理和分析 獲得簡要分析結果（包括地圖和表格） 解釋和評價結果 以專題地圖，

3、文字報表形式作為正式結果，供決策用。 空間分析技術發展各種地圖應用（醫學應用）定量分析空間對象的分布模式地理空間本身特征、空間決策過程、時空演化過程等數字地圖改變了地圖的應用方式，展示了更為廣闊的應用領域和更為靈活的應用方式空間分析是GIS區別與其他信息系統的標志，是GIS技術的一個主要發展方向：管理型向分析決策型轉變。柵格數據分析數據分析環境局部運算鄰域運算分帶運算距離量測運算其他柵格運算柵格數據分析柵格數據模型使用一種覆蓋空間規則格網，其每個格網像元值對應于該像元位置的空間現象的特征。柵格數據分析能在單個像元、像元組和整個格網像元的不同層次上進行柵格數據分析柵格數據分析在軟件特定的柵格數據

4、上操作可從DEM, 衛星影像和ASC文件等相同數據源導入數據分析環境分析的區域范圍和輸出像元大小分析的區域范圍由最大最小的x,y坐標定義的區域(特定格網)格網的組合掩模格網輸出像元大小用戶可以自定義輸出像元的大小輸出像元大小等于或大于格網中最大的像元大小局部運算是柵格數據分析的核心運算是逐個像元的運算由單個或多個輸入格網生成一個新的格網輸入單一格網，局部運算以輸入格網像元值的數學函數計算輸出格網的每個像元值如浮點型格網轉換為整型格網（INTEGER功能）把用百分數表示的格網轉換為用度數表示的格網（表達式slope-d=57.296*arctan(slope-p/100)）局部運算單一格網的局部

5、運算ArcView為局部運算提供的Arithmetic（算術）, logarithmic（對數）, trigonometric（三角函數）, 和 power（冪） 函數坡度格網可用百分數(a) 或度數(b)表示，局部運算可用來進行這兩種測度系統的轉換重分類通過分類運算創建一個新的柵格圖，也成為重編碼新創建的格網逐個像元的分配新值如農田的柵格圖可以重新分類（編碼）已經灌溉的賦值為1，沒有灌溉的賦2人口密度圖中重新分類： 密度在025每平方公里的賦值為1，其余為0重分類目的簡化柵格圖可以把連續的值轉化為少量離散的分類便于發現規律將比率值轉化為簡單的整數值在值域范圍內柵格圖可以表示成獨立分類多個格網

6、的局部運算涉及地圖的合成、疊加或添加運算，也成為地圖的數學運算如用平均統計量的局部運算可從20個年平均降水量輸入格網計算一個年平均降水量格網柵格圖(d) 是(a, b, 和c) 三個柵格圖的均值運算結果，空白柵格中沒有數據柵格圖(d) 是(a, b, 和c) 三個柵格圖的多數運算結果，空白柵格中沒有數據combination （組合）運算給每個輸入組合賦予一個唯一輸出值，假設坡度格網（a）有三個單元值（020%、20%40%和大于40% ），坡向格網（b）有四個單元值（北、東、南、西）。組合運算生成的輸出格網（c）為每個坡度和坡向的組合值，如1代表坡度大于大于40% 和南坡，2代表坡度20%4

7、0%和南坡，其余類推。柵格圖(d)是組合編碼和其所代表的涵義局部運算的應用探測變化的研究利用組合運算產生唯一組合來追蹤像元值的變化（如植被覆蓋變化）預測動物的適宜棲息環境Logit(p)=-6.5988+14.6189R和p=1/(1+e Logit(p) )P是狼群出現的概率；R為道路密度；局部運算的應用通用土壤流失方程式（USLE）A=RKLSCP A為土壤平均流失量；R為降雨強度；K為土壤可蝕性；L為坡長；S為坡度；C為耕作因素；P為水土保持措施因素誤差傳遞像元值的質量與原始數據的精確性相關如由衛星影像解譯得到的柵格數據評價方式與評價衛星影像分類精度一樣鄰域運算涉及中心點像元及其一組環繞

8、像元常見鄰域包括四鄰域和八鄰域其他鄰域類型還有：圓形、環形、楔形鄰域類型x 是中心像元(i,j)(i,j)4-鄰接8-鄰接鄰域運算在單一格網中進行一般用鄰域內的像元值與中心點的像元值作計算或僅用鄰域內的像元值作計算，然后把結果賦給中心點輸出結果可為統計量，包括最大值、最小值、總和、平均值等。ArcView中的鄰域運算Neighborhood Statistics(鄰域統計),用于計算格網或點狀要素的鄰域鄰域運算的應用用于簡化數據滑動平均法通常用3 x 3 或5 x 5 的模版做鄰域運算，結果使圖像得到了平滑 如 1.56 是 (1 +2 +2 +1 +2 +2 +1 +2 +1) / 9的計算

9、結果(1 +2 +2 +1 +2 +2 +1 +2 +1) / 9(2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +1 +3) / 93 x 3模版 邊緣增強可用值域濾波，值域是所定義鄰域內最大值和最小值之差的測度 如圖是 3 x 3模版的值域濾波處理，(a)是原圖，(b)是處理結果圖(200 100)(210 100)(210 100)平滑運算采用基于多數的測度法，把頻率最高的像元值賦予中心像元，從而平滑圖像圖像(b)是 圖像(a)采用 3 x 3模版生成的平滑圖像。22鄰域運算的應用圖像處理平滑、銳化、邊緣增強、去除噪聲地形分析坡度、坡向、表面的曲率都是由其鄰域單元的高程值導出的銳化去噪平滑分帶

10、運算用于處理相同數值或相似要素的單元組可用于單一格網或兩個格網單一格網：用于描述地帶的幾何要素如面積、周長、厚度和距心兩個格網：輸出格網是分帶格網中地帶對應輸入格網值的統計量單一格網分帶：如圖的兩塊大面積濕地（地帶），包括面積（平方公里），周長和厚度（公里）以及質心X兩個格網:圖像 (c) 輸入格網 (a)和 分帶格網 (b)的運算結果。 例如2.17 是地帶1對應的輸入值 1, 1, 2, 2, 4, 3 平均值分帶運算的應用景觀生態學（單一格網）外形完整度的度量：與圓作比較，逼近100為圓，0為高度扭曲的形狀其中A為面積，P為周長比較目的描述性統計（兩個格網）比較不同質地的土壤特征，分帶格

11、網：砂土、壤土和黏土輸入格網：坡度、坡向和高度，總結出三種土壤類型的坡度、坡向和高度特征距離量測運算可稱為擴展的鄰域運算或全局運算計算與源單元的距離，在同一格網中進行節點為像元的中心，連接是把節點與其鄰接像元連接起來，距離是沿著各像元的連接計算的：橫向連接為1.0單元，斜向連接為1.4142單元距離量測運算在柵格數據分析中的距離可以表達為自然或歐幾里的距離與成本距離自然距離：通過將兩個單元之間的鏈接累加并乘以單元的大小成本距離：以在單元之間移動的成本或阻抗來量測的距離自然距離用像元做量測單位，分為兩種情況：以連續距離對源像元建立緩沖，如此在整個格網上創建一系列波狀距離帶。對格網中的每個單元確定

12、與其最近的源像元的自然距離距離量測運算河網的連續距離舉例成本距離用經由每個像元的成本或阻抗作為距離單位需要另一個格網來定義經過每個像元的成本或阻抗，每個像元的成本常常是幾個不同成本之和。如：管線建設成本包括建設和運作成本以及環境影響的潛在成本。成本運算的目標是尋找一條最小累計成本的路徑。距離量測運算使用有兩個源單元（a）的格網和成本格網（b），每個鏈接的成本距離（c）和從每個單元到源單元的最小累積成本距離（a）（b）（c）（d）步驟一、搜索與源單元鄰接的像元，把這些像元放在激活集合中，計算每個單元的成本值，成本價值排列如下：1.0、1.5、1.5、2.0、2.8、4.2步驟二、選擇最低成本值的

13、單元，搜索其鄰接單元，計算該單元與其鄰接單元的成本值（最低成本值加上鄰接成本），并與原結果比較，選擇最小值賦給該單元作為其最小成本值。排列成本價值。步驟三、成本為1.5的兩個單元被選中，并搜索其鄰域，計算最低成本，排列成本值最小累計成本格網生成（a）（b）（c）配置格網距離量測運算的應用自然距離的應用明尼蘇達西北部大沙丘鶴潛在棲息地的柵格模型，應用30m分辨率的TM遙感圖像建立植被專題圖，量測植被、道路、建筑物、農田等的連續距離帶，將適宜棲息植被分為理想、較理想、勉強和不適宜幾類成本距離模型的應用用于道路和管線的定點分析，從成本格網尋找最低累積成本路徑。Hepner建立了阻抗格網的氣體擴散模型

14、其他分析運算聚類、聚合分析指將一個單一層面的柵格數據系統經某種變換而得到一個具有新含義的柵格數據系統的數據處理過程，也稱為柵格數據的單層面派生處理法。柵格數據的聚類聚合分析處理法在數字地形模型及遙感圖象處理中的應用是十分普遍的。 聚類分析柵格數據的聚類是根據設定的聚類條件對原有數據系統進行有選擇的信息提取而建立新的柵格數據系統的方法。 柵格數據系統樣圖 提取要素“2”的聚類結果圖 柵格數據系統樣圖中1、2、3、4為其中的四種類型要素，聚類結果圖為提取其中要素“2”的聚類結果。 其他分析運算聚合分析柵格數據的聚合分析是指根據空間分辨力和分類表，進行數據類型的合并或轉換以實現空間地域的兼并。空間聚

15、合的結果往往將較復雜的類別轉換為較簡單的類別，并且常以較小比例尺的圖形輸出。當從地點、地區到大區域的制圖綜合變換時常需要使用這種分析處理方法。 如給定聚合的標準為1、2類合并為b，3、4類合并為a，則聚合后形成的柵格數據系統如圖所示 柵格數據系統樣圖 聚合后形成的柵格數據圖 其他分析運算追蹤分析對于特定的柵格數據系統，由某一個或多個起點，按照一定的追蹤線索進行追蹤目標或者追蹤軌跡信息提取的空間分析方法。 647102520191681215212534221511172432302721121425313932251472029323323211232026282520161342023231812994171817128323 柵格所記錄的是地面點的海拔高程值，根據地面水流必然向最大坡度方向流動的基本追蹤線索，可以得出在以上兩個點位地面水流的基本軌跡。 追蹤分析法在利用數字高程模型自動提取等高線、污染源的追蹤分析等