GuidosToolbox使用手册中文版.docx
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GuidosToolbox使用手册中文版
1.1.2保存图像
此菜单用于保存处理过的数据。
这些选项与“读取”菜单中的类似。
其他选项包括：
DisplaySnapshot（显示快照）：
此选项将在guidosttoolbox中保存当前视口的快照。
这在处理大图像时可能很有用，快速查看处理过的图像就足够了。
保存mspa结果时，文件名将包括4个mspa参数的设置。
如果启用了mspastatistics，则包含这些统计信息的附加文件将以相同的符号和附加后缀“.txt”保存。
KML:
此选项将导出为kml格式，以便在googleearth中进行可视化，需要项目epsg:
4326（wgs84）中的图像。
使用reprojecttogoogleearth或启动gtb终端，并使用gdalwarp命令和适当的epsg参考代码。
结果存储在zip存档中。
在任何位置提取此存档文件，并将包含的kml文件加载到googleearth中。
导出MSPA或FAD图像时，会自动添加自定义标题和图例。
默认的数据目录是位于主guidosttoolbox目录中的子目录“data”。
注意：
请使用默认的geotiff格式以获得最大的兼容性。
1.1.3批量处理
此选项允许在批处理模式下自动处理多个文件。
请将所有批输入文件放入gtb-“data”目录内的专用子目录中，并避免在文件名或目录路径名中出现空格。
输入文件必须采用默认格式（geo-）tiff。
GTB将输出文件保存在批处理输入目录旁边的特定目录中，即，批输入文件目录：
guidostoolbox/data/batchinput/和生成的输出文件（例如记帐）位于目录中：
guidostoolbox/data/batchacc/batchprocessingoptions与“图像分析”菜单中的类似。
宗旨（目的、目标）：
记帐：
选择一系列图像进行批处理
会计。
分块：
选择一系列图像进行分块的批处理。
模式：
形态：
此选项将使用以下选项处理用户选择的文件：
spa3/5/6：
计算生成3/5/6类的空间模式分析，并将生成的地图和统计信息保存在输入目录中。
使用spa3/spa5/spa6处理的图像不受大小限制，就像mspa的完整版本一样。
mspa：
这个选项将打开一个窗口来选择mspa参数和一个统计输出开关。
生成的文件名将包括4个mspa参数的设置，如果选中，则包括单独的统计信息。
移动窗口：
此菜单提供几个移动窗口算法的批处理选项。
移动窗口的尺寸可以通过弹出窗口指定（图3）。
碎片化：
此菜单提供图像分析-碎片部分中几个碎片分析算法的批处理选项。
距离：
欧几里德距离：
批量处理图像的欧几里德距离产生的地图和距离直方图的属性摘要。
网络：
基于MSPA：
此菜单提供图像分析-网络部分中几个网络分析算法的批处理选项。
所有选项都需要MSPA输入图像，非MSPA输入图像将被忽略且无法处理。
coneforinputs：
此选项将以以下格式生成节点文件（每个对象的面积）和连接文件（对象之间的成对距离）康福要求。
将仅为值为2的对象计算对象面积和距离（如果需要，使用“重新编码”重新指定对象值）。
这些距离可以计算为欧几里德边到边距离（8/4连接）或光栅图像所有前景对象之间的质心到质心距离。
图1：
coneforinputs：
选择8/4-连接性和距离度量。
注意：
使用coneforinputs选项时，连接是通过图像对象之间的成对距离定义的。
这与选项mspaconeforinputs不同，后者通过mspa检测到的结构连接器（网桥）定义连接。
重编码：
一系列图像的批量重新编码。
首先，选择一个样本图像来设置重新编码表。
批量重编码需要一个包含256个条目的重编码表来处理所有类型的类分配。
重新编码表可以从头开始设置，也可以稍后保存和恢复。
在这里，请使用命名方案gtbrecode*.sav，并用有意义的名称替换占位符*。
定义了重新编码表后，选择一系列图像，应用此重新编码表。
1.1.4变更
此菜单提供以下两个更改分析选项。
弹出窗口允许选择两个输入图像，然后进行处理：
fos：
此选项将计算两个fos图像之间碎片类的变化。
固定的、用户选择的观测比例尺的摘要统计数据以TXT和CSV格式保存。
fad：
此选项将比较两个fad图像集，并计算所有观察尺度和多尺度上碎片类的变化。
图像。
所有的变化都汇总在条形图图像中，并在以TXT和CSV格式提供的特定于观测比例尺的汇总统计中进一步详细说明。
输出文件是：
a）fadchange_barplot.png：
时尚条形图摘要
b）fadchange{7,13,27,81243，mscale}.txt：
按比例的fad摘要统计
1.3.2模式
此菜单提供对以下模式分析工具的访问：
形态：
此选项将使用以下选项处理用户选择的文件：
SPA3：
此选项将处理二进制输入图像，生成完整MSPA的简化版本，其中包含三（3）个形态类的地图和统计信息：
两个前景类核心和边缘加上背景类核心开口（见图11）。
SPA3输入图像不受MSPA输入图像大小限制。
SPA3的主要目的是只关注核心、非核心和核心开口。
SPA5：
此选项将处理二进制输入图像，生成完整MSPA的简化版本，其中包含五（5）个形态类的地图和统计信息：
四个前景类核心、边缘、穿孔、边距和背景类核心开口（见图11）。
SPA5输入图像不受MSPA输入图像大小限制。
SPA5的主要目的是通过添加有关内部和外部核心边界的信息来提供与SPA3相比的更多细节。
SPA6：
此选项将处理二进制输入图像，生成完整MSPA的简化版本，其中包含六（6）个形态类的地图和统计信息：
五个前景类核心、边缘、穿孔、小岛、边缘和背景类核心开口（见图11）。
SPA6输入图像不受MSPA输入图像大小限制。
与SPA5相比，SPA6的主要目的是提供更多关于孤立小碎片的信息，这些碎片太小，无法包含核心区域。
图11：
空间模式分析（SPA），包括探测岩芯内部的孔洞，并提供总共3个类（左上）、5个类（右上）、6个类（左下）或MSPA，其中有9到25个类和其他微调选项。
更多信息可以在形态产品表中找到。
MSPA：
此选项将使用soille&vogt，2009中描述的数学形态学算法处理二进制输入图像。
与spa3/5/6相比，mspa的完整版本提供了更多的前景斑块的形态测量细节，以及在前景内而不是核心内检测空洞。
图12中显示的10个类只是可视化结果，而数值结果可以提供多达25个不同形态测量类的详细信息。
完整的mspa版本有许多附加功能来微调分析，例如，对前景像素使用4或8连接规则，使用大于1像素的边线，显示连接路径的过渡像素，并在前景边界处区分背景和内部背景。
有关输入要求、处理选项、产生的像素值和形态类的更多详细信息，请参见专用MSPA指南或联机。
本指南还提供了有关特定于操作系统的MSPA输入图像文件大小限制的信息，类似的信息可以在“帮助”？
“关于GTB”菜单中找到。
注意：
选择MSPA统计将对前景像素和前景内的开口进行汇总统计，更多细节请参见MSPA统计部分。
带有文档和安装程序的独立mspa插件也可以从mspa网站上为arcgis、r和qgis提供。
有关输入要求、处理选项、产生的像素值和形态类的更多详细信息，请参见专用MSPA指南或联机。
本指南还提供了有关特定于操作系统的MSPA输入图像文件大小限制的信息，类似的信息可以在“帮助”？
“关于GTB”菜单中找到。
注意：
选择MSPA统计将对前景像素和前景内的开口进行汇总统计，更多细节请参见MSPA统计部分。
带有文档和安装程序的独立mspa插件也可以从mspa网站上为arcgis、r和qgis提供。
mspa的主要目的是提供更多关于连接路径、分支和内部特征的详细信息，以及用户可选择的、特殊尺度的空间模式分析。
图12:
MSPA：
从二进制输入掩码派生的各种前景和背景MSPA模式类的概述。
mspa平铺：
此选项将执行mspa分析，对大于标准最大文件大小的单个图像进行自动缓冲平铺（ms-windows:
100002像素；linux/macos:
100002像素以上，具体取决于可用的空闲ram）。
验证mspa符合性后，将打开一个窗口，可以在其中指定mspa参数。
不会计算这些大图像的统计数据。
移动窗口：
此菜单提供对几种移动窗口算法的访问，这些算法通过通用图像卷积程序spatcon.c实现（k.riitters，PersonalCommunication，2015；并在早期论文中演示：
riittersetal.1997年、2000年、2002年、2009年）。
通过初始弹出窗口，用户可以指定正方形（内核）窗口的大小，然后将其覆盖在输入图像的每个像素上，计算窗口面积的选定度量，并将结果重新分配给输出图像中覆盖窗口的中心像素。
所有纹理索引都是通过分析属性邻接表（musick和grover1991）得到的，其中fij（i，j=1到t）是具有土地覆盖类型{i，j}的相邻像素对的频率。
在形成属性邻接表时，在四个基本方向上计算邻接度，每个边计数一次，不保留成对像素的顺序，并且不包括涉及丢失像素的成对（Riitters等人。
1996b年）。
度量p2和lm是根据窗口中单元格值的比例计算的。
对于这些度量，计算中不包括缺少的单元格值，如果窗口中的所有单元格都丢失，则计算结果将丢失。
度量p22和p23是根据窗口中的单元格邻接值（边）比例计算的。
我们定义n为所有像素之间在基数方向上的边的总数，子集n为在一边或另一边有前景的边的数目。
度量计算中不包括任何一侧没有前景的所有边（n-n）。
如果（内核）窗口中缺少单元格，则不包括涉及缺少单元格的边。
结果，如果丢失的单元格与前景单元格相邻，则边缘总数小于n，并且涉及前景的边缘总数可以小于n。
p22是类级传染（属性邻接表的一行），shannon/sumd是占图像中所有类（整个属性邻接表）的景观级传染。
以下移动窗口处理选项可用：
lm（景观马赛克，图13）：
一个位置的三极分类，占该位置周围窗口中三个类别的相对比例。
该分类模型利用每个轴上10%、60%和100%的临界值将三维空间划分为19个镶嵌类。
有关景观镶嵌的概念和应用实例的更多详细信息，请参见Wickham等人。
（1994）和Riitters等人。
（1996a、2000、2009年）。
1.2TheGeneralToolspull-downmenu
1.2.1Preprocessing（预处理）
“预处理”菜单提供多个通用图像处理例程，目标是重新分配图像像素值。
这些例程也可用于设置mspa兼容的输入图像。
以下选项可用：
Øconvert→byte/integer/long：
将数据转换为选定的数据类型。
ØRGB→单波段：
将RGB图像转换为单波段图像。
Ø为googleearth重新投影：
如果当前加载的geotiff文件的geo头信息具有epsg代码，并且它与4326不同，则可以使用此选项将图像重新投影到epsg:
4326（wgs84）。
Ø重新编码：
显示新的和当前唯一像素值的表格。
可以重新分配左栏中的新值条目，以匹配所需的图像类值的重新编码（recode.c，k.riitters，PersonalCommunication2015）。
“全部设置为”下拉菜单可用于将所有类指定给单个值。
“保存”按钮可用于将新的重新编码表保存到文件gtrecode*.sav（请保留前缀gtrecode和扩展名.sav，并且只修改占位符*）。
以前保存的任何重新编码表gtrecode*.sav都可以通过“还原”按钮还原。
在这里，将只还原那些与当前类值匹配的条目。
此选项仅适用于数据类型为byte的图像。
请注意，表中的任何新值只有在按下回车键或离开输入字段后才会被接管。
3.TheMSPAwindow（bottomleftpanel）
Thiswindowisdividedintothefollowingtwosegments:
3.1MSPAParameters（参数）
3.2MSPAStatistics（统计）
mspa分析需要一个（伪）二进制输入图像。
通常，矩形图像区域由以下两部分组成：
1）数据区域（必需）：
具有信息的像素，指定为背景或前景。
2）缺失区域（可选）：
没有信息的像素。
在下面的左图中，数据区域对应于可用信息的像素（由灰度像素组成的矩形区域）。
像素信息不可用的无数据区域是云像素（数据区域左下角的白色像素）和图像边界和灰色数据区域之间的边界段（黑色）。
请注意，特定土地覆盖类型可以定义为“缺失”，以便将其排除在MSPA分析之外。
数据（灰色）/无数据（黑色/白色）MSPA统计窗口
图24：
左：
矩形图像区域由数据和无数据区域组成。
右：
mspa统计窗口中的条目示例。
根据这个定义，我们有：
图像=数据+缺失=（前景+背景）+缺失
mspastatistics窗口显示了七个基本mspa前景类的简单统计信息：
missing、background和openings：
左列：
显示百分比=每个前景区域和每个数据区域的类像素数。
右栏：
显示其频率=给定类的唯一对象数，如果适用，则显示区域=覆盖的背景像素数。
在上面的例子中，对于类岛，我们发现：
-3.26%的前景区域是小岛像素
-1.40%的数据区域（=前景+背景）是小岛像素
-2429:
这张图片中有2429个小岛（不管它们的个体大小）。
同样，对于类穿孔，统计数据显示，图像共有423个穿孔，所有穿孔像素共同构成前景区域的2.17%，或数据区域（前景区域+背景区域）的0.93%。
穿孔像素（核心开口）包围的背景总面积为5927像素。
所有MSPA统计数据都是针对封闭的前景边界计算的。
开口：
一个给定的前景封面可以包含开口，可以分为核心开口（深灰色，100字节；完全在核心内，周围有蓝色穿孔像素）和边界开口（中灰色，220字节；靠近前景边界，不完全在核心内）。
两种类型的开口的统计信息都显示在mspa统计信息窗口中，如果internal=1，则开口像素的值为100/220字节。
如果internal=0，则不区分常规背景和开口。
最后，积分前庭（ifg）定义为前景+所有开口的和。
森林完整性是指在整个森林区域（森林+开口）内所有开口的面积。
如果森林完全没有开口，那么森林完整性是100%。
在上图中，11.76%的森林面积是开放的，这意味着森林完整性降低到88.24%。
在前景区域有2291个开口，总面积为57116像素。
2291个开口中有717个是森林核心区域内的核心开口，总面积为5927像素（穿孔内部区域）。
其余1574个开口是边界开口（参见图24中mspa统计的底部面板），位于森林外部边界（边缘），总面积为51189像素。
如果勾选了视区下方的“分割”复选框，则将为小/中/大核心区域分别提供MSPA类核心的统计信息。
请注意，这些基本统计数据的目的只是提供一个快速的摘要。
例如，统计数据不考虑内部/外部核心类的区别。
如果更改影响统计的mspa参数，将重置统计。
有关mspa类的更多详细信息，请参阅帮助→mspa指南。
注：
带有文档和安装程序的mspa插件可用于arcgis、r和qgis。
它们可以从mspa网站下载。
mspa也可以作为独立的可执行文件包含在自定义脚本中。
有关独立版本的使用和设置的更多详细信息，请参见“帮助→MSPA指南”的最后一页。
MSPA指南
本文档提供有关形态空间模式分析（MSPA）的使用、其在MSPA独立版本和GuidosToolbox软件包中的实现、MSPA输入数据要求、MSPA参数设置和生成的MSPA输出数据的信息。
三.MSPA窗口（左下面板）
1.MSPAinputdata
输入数据必须是目标或研究区域的光栅（栅格）地图。
不支持矢量（多边形）地图；请先将其转换为光栅格式。
直接mspa处理支持的最大映射文件大小取决于操作系统：
ms-windows：
对于正方形映射，大约10000×10000像素。
Linux/Mac：
取决于可用的空闲RAM，16GBRAM约为25000×25000，128GBRAM约为75000×75000。
大于mspa最大大小的图像可以通过一个名为mspatiling的缓冲平铺过程进行处理，更多详细信息请参阅帮助→guidosttoolbox手册。
地图不必是正方形，但行数和列数都必须至少为10，并且像素总数不超过上面列出的上限。
输入映射必须是byte（8位）类型，并且必须包含前台和后台两个数据类。
此外，它可能还缺少一个数据类。
将对前景数据类执行mspa分段，在此过程中将忽略缺少的类。
前景、背景和缺失的特定定义取决于您的情况。
例如，要在森林/非森林地图上对森林模式进行分类，前景是森林，背景是非森林。
要在湿地地图上对湿地模式进行分类，前景是湿地，背景是非湿地。
一般来说，前景对应于需要分类的特征，背景是前景的补充，另外可能有既不是前景也不是背景的数据，属于类中的数据丢失。
请使用您首选的地理信息系统或图像处理软件对输入地图中的像素（单元格）重新编码，如下所示：
0字节=丢失（可选）
1字节=背景（必需）
2字节=前景（必需）
关于输入地图格式的进一步说明：
不需要颜色代码。
将（重新编码的）地图导出为8位geotiff或8位tiff。
请使用无压缩或LZW压缩。
请确保导出的映射是8位（geo）-tif，因为某些软件可能不会自动为单元格值为{0,1,2}的映射生成8位。
可以处理其他图像格式类型（png、gif等），但我们强烈建议使用默认的图像类型tif，或者在传递地理信息geotiff时使用。
您只需要8位tif/geotiff文件，而不需要任何由您的软件（如tfw、.hdr等）创建的附加文件。
2.MSPA参数
空间模式分析的结果取决于下面描述的四个mspa参数的设置：
mspa参数1：
前景连接（选项：
8、4）
对于3×3像素的集合，中心像素（下面用红色包围）通过以下任一方式连接到其相邻像素：
a）一个像素边界和一个共同的像素角点（8连接性）或，
b）仅限公共像素边界（4连接性）。
下面的两组图像显示了8-和4-连通性及其对mspa分割结果的影响。
8-连接性↔4-连接性MSPA分段：
8100↔4100
参数1：
前景连接（，1，0，0）。
mspa参数1前景连接的默认值是8。
mspa参数2：
边宽度（选项：
1、2、3、4…）
edgeWidth参数以像素为单位定义非核心类的宽度或厚度。
实际距离对应于边缘像素的数量乘以数据的像素分辨率。
边线宽度：
1边线宽度：
3边线宽度：
9
Parameter2:
EdgeWidth（8,,0,0）.
mspa中使用的边沿距离对应于欧几里德圆盘的半径。
想象一下在这个磁盘的中心点插入一个pin，然后沿着前景对象的周长线驱动这个pin。
在磁盘半径范围内的前景像素是边界像素（边缘+穿孔），与管脚的距离大于磁盘半径的前景像素是核心像素。
例如，如果输入数据的空间分辨率为25米，并且希望获得100米宽的mspa边界（4像素厚），则edgewidth=4。
在guidosttoolbox中，可以使用下拉菜单为mspa参数2edgewidth选择预定义值或插入自定义值。
增加非核心类的宽度有两个效果：
a）剩余的核心区域将减少甚至消失，
b）相对较小的图像成分可能改变其空间模式类别。
mspa参数2的默认值edgewidth为1。
mspa参数3:
转换（过渡？
）（选项：
0，1）
过渡像素是指核心区域与环或桥相交的边缘或穿孔的像素。
如果“过渡”设置为0（不要显示过渡像素off），则穿孔和边缘将显示闭合的核心边界。
请注意，对于此设置，长度为2的环或桥将不可见，因为它将隐藏在边/穿孔下面。
Transition:
OnTransition:
Off
Parameter3:
Transition（8,1,,0）.
Left:
Transitionon（8110）.Right:
Transitionoff（8100）.
默认设置是显示（transition=1）转换像素，以演示所有检测到的连接。
对于较大的边线参数，连接器以及过渡像素所覆盖的区域都会显著增加。
虽然结果在数学上是正确的，但对于没有经验的用户来说，它们可能看起来很混乱。
上图显示了切换开/关对前景连接、EdgeWidth和Intext:
8110/8100设置的影响。
请注意，对于transition=0，图像右上角的循环（黄色像素）隐藏在边缘像素（黑色）下。
更改“过渡”的值将仅使用其他颜色表。
mspa分段的实际像素值独立于选择的转换设置（另请参见下面第3节中的表）。
mspa参数3transition的默认值是1。
mspa参数4:
intext（选项：
0，1）
参数intext允许将内部特征与外部特征分离，其中内部特征被定义为由穿孔包围。
默认设置是启用这个区别，这将在七个基本类中添加第二层类。
所有类，除了穿孔（默认情况下总是内部的（105b））之外，都可以显示为内部的或外部的。
Intext:
1（On）Intext:
0（Off）
Parameter4:
Intext（8,1,1,）.Left:
Intexton（8111）.Right:
Intextoff（8110）.
上图仅显示前景像素值的差异。
此外，当使用默认设置intext=1时，内部背景分为两类：
核心开口和边框开口（见下文）。
mspa参数4intext的默认值是1。
3.MSPA输出数据
mspa将对输入图像的前景对象进行分割。
它将每个前景像素分配到一个相互排斥的几何特征类中。
这一原则意味着，首先，初始前景和生成的mspa类的空间覆盖是相同的，其次，mspa是真正的数学分割，因为在包含前景区域的互斥类中进行了分配。
请注意，mspa只会对输入数据进行分段，它不做魔术和解释模式，也不能找到用户想要的特性，而这些特性在输入数据中是不可用的。
用户需要提供包含所有感兴趣特性的适当输入数据，并对mspa提供的模式类进行最终解释。
MSPA结果使用以下颜色可视化：
-7种颜色：
对应于前景的图案类别，
-3个灰度：
对应外部背景、边框开口、核心开口，
-1颜色白色：
如果该类在输入映射中，则对应于缺失。
下表列出了这11种颜色的图例。
请注意：
-数据区=前景区（1级→7级）+背景区（灰色）
-图像区域=数据区域+缺失（白色）
生成的mspa类的命名方案：
生成的空间模式类具有通用命名方案。
这些类的含义取决于输入数据的性质，用户应该修改类名。
例如，类穿孔表示构成前景区域中“孔”的外部周长的前景像素：
对于森林遮罩，穿孔包围的区域可以是“清除”区域，而对于水罩，这样的区域将是“岛”。
结果图像的详细信息：
默认颜色和图例并不能完全描述输出图像中的实际字节值，因为为了简单起见，一些字节值已经组合到一个rgb/模式类中。
您可以通过鼠标指针在guidosttoolbox中读取实际像素值，也可以在将输出图像导入其他图像处理软件后读取实际像素值。
下表列出了空间模式类、它们的颜色、rgb-和图像字节值。
注意，loop和bridge类的边界相交像素分别由三个不同的字节值表示，以便区分loop和bridge及其与边缘和穿孔的相交：
MSPA和其他每像素类别的类名、颜色代码和字节值。
上表显示了transition=1的颜色代码。
对于transition=0，将类5b和6b的相交像素颜色编码为边缘（黑色），将类5c和6c的像素颜色编码为穿孔（蓝色）。
无论实际的转换设置如何，GuidosTo
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