7 地理信息系统练习教程第七章.docx
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7地理信息系统练习教程第七章
第七章栅格数据生成和显示
1栅格型数字高程模型的生成
打开地图文档\gis_ex09\ex07\ex07.mxd，激活dataframe1，可见到二个图层：
线状图层“边界”和点状图层“高程点”（见图7-1），高程点为地形高程的样本点，打开要素属性表“Attributeof高程点”，该表有HEIGHT字段存储样本点的高程值，关闭属性表。
选用主菜单Tools/Extensions…，勾选SpatialAnalyst，按Close键结束，栅格分析模块SpatialAnalyst被加载，在主菜单View/Toolbars下勾选SpatialAnalyst，窗口中增加了一个栅格分析工具条。
图7-1dataframe1显示
选用菜单SpatialAnalyst/Options…，设置SpatialAnalyst的初始化选项，分别有General，Extents，CellSize三个标签：
（1）General标签
Working：
D:
\gis_ex09\ex07\temp\鼠标展开选择SpatialAnalyst的工作路径
Analysismask：
不选，本练习暂不考虑
AnalysisCoordinateSystem：
●Analysisoutputwillbesavedinthesamecoordinatesystemastheinput（orfirstrasterinputiftherearemultiple…点选上侧，产生栅格的坐标系和输入数据相同
（2）Extents标签
Analysisextent：
SameasLayer：
“边界”下拉选择图层。
新产生栅格限定在该图层的空间范围内
（3）Cellsize标签
Analysiscell：
AsSpecifiedBelow下拉选择
Cellsize：
25键盘输入栅格单元的大小
NumberofRows:
200边界和栅格单元大小确定后，自动确定栅格行数
NumberofColumns:
280边界和栅格单元大小确定后，自动确定栅格列数
按“确定”键，完成初始化设置。
选用菜单SpatialAnalyst/InterpolatetoRaster/InverseDistanceWeighted…，启动空间插值功能，采用距离倒数权重法，出现InverseDistanceWeighted对话框：
Inputpoints:
高程点下拉选择，图层“高程点”为插值的数据来源
Zvaluefield:
HEIGHT下拉选择，Z坐标来自高程点属性表中HEIGHT字段
Power：
2距离的权重加2次幂
Searchradiustype:
Variable按距离相邻进行计算，不设固定搜寻半径
Numberofpoints:
10计算每个单元时搜寻相邻10个样本点
Maximumdistance:
不设最大搜寻距离，保持空白
□UseBarrierpolylines:
不勾选，地表没有特殊障碍物，保持空白
Outputcellsize：
25栅格的单元大小已在初始化时设定，默认
Outputraster：
surface1键盘输入产生栅格数据的名称，不指定路径，使用初始设置，General标签中的Working项已设定为D:
\gis_ex09\ex07\temp\
确定上述空间插值参数后按OK键，ArcMap按距离倒数权重法作空间插值处理，产生一个新的栅格图层surface1，用默认的方式显示，在目录表中用鼠标右键点击该图层名，打开LayerProperties对话框，选择Symbology标签，左上角Show定义区中选Classified，在Classification定义区点击Classfy…按钮，调出分类定义对话框：
Method:
EqualInterval下拉选择，等距分类法
Classes:
7下拉选择或键盘输入，分为7类
图7-2高程栅格的显示
按OK键返回，在ColorRamp下拉表中选择一种单色渐变色系，按“确定”键，关闭图层特征设置对话框（见图7-2），将图层的显示放大到一定程度，可以看出栅格的形状（见图7-3）。
鼠标选择图层surface1，点击属性查询工具
，可以在窗口中查询某个栅格单元的取值（PixelValue），处于分类显示的哪个区间内（Class）。
图7-3栅格图层放大显示
选用菜单SpatialAnalyst/SurfaceAnalysis/Contour…，生成等值线，出现
Contour设置对话框：
Inputsurface:
surface1下拉选择栅格图层名
Contourinterval:
0.5键盘输入，等高线的间距为0.5
Basecontour：
0键盘输入，等高线从高程0起算
Zfactor：
1Z方向比例不夸张
Outputfeatures：
D:
\gis_ex09\ex07\temp\cntour鼠标选择路径，键盘输入数据名称，按Save键确认
按OK键后，自动生成并加载等高线图层cntour。
本练习使用了典型的距离倒数权重法，练习者可能看到等高线和一般规律稍有出入（有一些很小的圆），这是由于选用的计算方法、相关参数对该地形不是太适合所致（见图7-4）。
图7-4等高线图层的显示
2高程栅格转换成坡度
选择菜单SpatialAnalyst/SurfaceAnalysis/Slope…，调出坡度参数设置对话框：
Inputsurface：
surface1下拉选择产生坡度的栅格
Outputmeasurement：
●Percent坡度的计量单位，这里选用百分比
Zfactor：
1纵向比例不夸张
Outputcellsize：
25栅格单元的大小，初始化设定
Outputraster：
slope1只输入栅格数据名称，路径为初始设置中的Working项
确定上述插值参数后按OK键，系统产生一个新的栅格图层slope1，用默认方式显示，选择栅格图层slope1，打开LayerProperties对话框，激活Symbology标签，在Classification定义区点击Classfy…按钮，调出分类定义对话框：
Method:
EqualInterval下拉选择，等距分类法
Classes:
4下拉选择或键盘输入，分为4类
Method:
Manual再选分类方法，改为手工方式
BreakValues在右下侧属性框内输入分类界限值
0.1
0.2
0.3
0.4
按OK键，返回Symbology对话框，在ColorRamp项，下拉选择一种单色渐变色系，在Label项，输入对坡度的中文解释：
“平坡，缓坡，中坡，陡坡”（见图7-5），按“应用”键后，可以观察到显示效果，按“确定”键后，还可调整显示顺序，等高线图层放在最上，坡度放在下面，并扩大坡度图和等高线图之间的颜色对比差异，可以观察到等高线密的地方坡度大，等高线疏的地方坡度小（见图7-6）。
图7-5坡度图图例表的设置
图7-6从高程栅格产生的坡度图
3密度图的生成
用矢量数据计算人口密度，除了掌握人口数的分布，还要确定人口统计范围的边界，根据边界计算面积，有了面积才可计算密度，如果人口统计的边界不确切，在矢量模型中，可使用泰森多边形（详见第12章），本练习使用一种矢量数据向栅格转换的方法，也可认为是一种特殊的栅格空间插值法，处理的结果是使栅格单元获得密度值。
当前地图文档中激活dataframe2，可看到矢量点状图层“人口调查”和矢量线状图层“道路”，后者仅用于分析范围的确定和背景显示（见图7-7），打开属性表“Attributeof人口调查”，该属性表字段POPU为调查人口数。
图7-7dataframe2的显示
鼠标双击dataframe2名称，调出DataFrame特征定义对话框，激活General标签，在units定义区用下拉式菜单将MapUnites和DisplayUnits从UnknownUnits改为Meters（米），完成后按“确定”键关闭窗口。
如果SpatialAnalyst扩展模块未加载，用菜单Tools/Extensions…加载，选用菜单SpatialAnalyst/Options…，作SpatialAnalyst的初始化设置：
（1）General
Working：
D:
\gis_ex09\ex07\temp\鼠标指定工作路径
Analysismask：
不考虑
AnalysisCoordinateSystem：
选择上侧圆点，用输入数据的坐标系
（2）Extents标签
Analysisextent：
SameasLayer“道路”下拉选择图层，决定栅格空间范围
（3）Cellsize标签
Analysiscell：
AsSpecifiedBelow下拉选择
Cellsize：
50键盘输入栅格单元的大小
NumberofRows:
82自动确定栅格行数
NumberofColumns:
136自动确定栅格列数
按“确定”键，完成SpatialAnalyst初始化设置，选择菜单SpatialAnalyst/Density…，出现Density参数设置对话框：
Inputdata：
人口调查下拉选择图层名，该图层的要素作为样本点
Populationfield：
POPU下拉选择“人口调查”要素属性表的字段名
DensityType：
●Kernel用核心式计算方法
SearchRadius：
600键盘输入密度计算的搜索半径
AreaUnits:
SquareMapUnits面积单位为地图单位的平方
Outputcellsize：
50输出栅格的单元大小，按初始化设置
Outputraster：
density1键盘输入栅格数据名，路径使用初始化设置
按OK键，按既定算法产生大致的人口密度分布图density1，读者可以改变它的显示符号（见图7-8），还可参考产生等高线的方法，产生人口等密度线。
SpatialAnalyst有2种密度图的计算方法：
Simple：
简单计算法，由样本点为圆心，由搜索半径产生圆，组成该圆的栅格面积为分母，样本点的属性值为分子，两者相除得到密度值，搜索圆内每个栅格单元的密度值相同。
Kernel：
核心式计算法，由样本点为圆心，由搜索半径产生圆，圆心处的栅格单元密度值最高，离开圆心越远，密度越低，边界处的密度值为零。
当然，每个单元的密度值和自己面积相乘，再累计起来，等于样本值。
如果多个搜索圆有重合，不管采用上述哪种方法，重合单元的密度值相加。
图7-8计算产生的人口密度图
4邻近分配
4．1邻近单元的生成
激活dataframe3，可看到有二个图层：
点状图层“消防站”和线状图层“道路”，后者用于确定分析的范围和背景显示，前者则用于产生离开消防站的距离图（参见图7-9）。
鼠标双击dataframe3名称，调出DataFrameProperties特征值定义对话框，选择General标签，在Units定义区用下拉式菜单将MapUnites和DisplayUnits从UnknownUnits改为Meters（米），完成后按“确定”键关闭窗口。
选用菜单SpatialAnalyst/Options…，作SpatialAnalyst初始化设置：
图7-9dataframe4的显示
（1）General
Working：
D:
\gis_ex09\ex07\temp\鼠标选择工作路径
Analysismask：
不考虑
AnalysisCoordinateSystem：
选择下侧，参照当前激活图层的坐标系
（2）Extents标签
Analysisextent：
SameasLayer“道路”下拉选择图层，决定栅格空间范围
（3）Cellsize标签
Analysiscell：
AsSpecifiedBelow下拉选择
Cellsize：
100键盘输入栅格单元的大小
NumberofRows:
41自动确定栅格的行数
NumberofColumns:
68自动确定栅格的列数
按“确定”键返回，选择菜单SpatialAnalyst/Distance/Allocation…，出现邻近分配Allocation参数设置对话框：
Analysiscell：
AsSpecified
Below
下拉选择
cellsize：
100
键盘输入栅格单元的大小
NumberofRows:
82自动确定栅格行数
NumberofColumns:
136自动确定栅格列数
按“确定”键，完成SpatialAnalyst初始化设置，选择菜单SpatialAnalyst/Density…，出现Density参数设置对话框：
Assignto：
消防站下拉选择图层名，分配服务区的参照点
Maximumdistance：
不设置，不限定最大计算范围，保持空白
Outputcellsize：
100默认，使用初始设置
Outputraster：
allocation1键盘输入栅格数据名称，路径按初始化设置
按OK键确定，产生栅格图层allocation1，为每个消防站分配了邻近单元，是按直线距离最近计算的（见图7-10），可以和第12章泰森多边形方法相比较（见图7-11）。
allocation1栅格的每个单元的值是整数，整数型栅格有自己的属性表，用鼠标右键点击图层名allocation1，在快捷菜单中选OpenAttributeTable，打开要素属性表Attributeofallocation1，可以看到该表内容如下：
图7-10按距离最近为每个消防站分配邻近单元
图7-11矢量模型产生消防站的泰森多边形
ObjectIDValueCount
（系统内部编号）（栅格单元的取值）（取该值的单元共有几个）
和被分配点要素的内部编号一致软件顺序赋值对应单元累计得到
0
1
455
1
2
594
2
3
554
3
4
697
4
5
488
打开图层消防站的要素属性表“Attributeof消防站”，可以看到有4个字段：
FIDShape*FI_ST_IDSTATION
系统内部编号要素类型要素编号消防站简称
不可编辑不可编辑可编辑可编辑
0
Point
11
C
1
Point
14
D
2
Point
15
E
3
Point
12
F
4
Point
13
G
产生allocation1栅格时，ObjectID由消防站属性表的FID决定，两者的取值是对应的。
在目录表窗口中暂时关闭图层“道路”、allocation1的显示，选择基本工具条中的Identify按钮
，点击地图右下侧的消防站，可以看到该消防站的属性：
FID等于3，再恢复图层“道路”、allocation1的显示，打开属性表Attributeofallocation1，点击ObjectID等于3的记录左侧小框，该条记录被选中，可以看到地图上对应的栅格单元也进入选择集，成片改变颜色，也是地图右下侧FID等于3的消防站邻近范围。
还可用另一种方法检验FID和ObjectID的对应关系。
目录表中双击图层名“消防站”，打开LayerProperties对话框，选Label标签：
√LabelFeatureinthisway勾选
Method：
Labelallthefeaturethesameway下拉选择标注方法
Label：
FID下拉选择要素属性表中的字段名
点击按钮Symbol…，在Size框内下拉选择，字体的大小为14，按OK键返回。
按OK键关闭图层特征设置对话框，可以看到每个消防站旁标注了FID编号，暂时关闭“道路”的显示，选择基本工具条中的Identify按钮
，点击任何栅格单元，可以看到单元的ObjectID和附近的消防站编号是一致的。
4．2计算每个消防站的邻近服务面积
打开要素属性表“Attributeofallocation1”，选用菜单Options/ClearSelection，清空选择集。
打开属性表“Attributeof消防站”，选用菜单Options/ClearSelection，清空选择集，再选用菜单Options/AddField…：
Name:
Sum_Area
Type:
LongInteger
Precision:
8
按OK键返回，消防站要素属性表增加了一个字段，鼠标右键点击图层名“消防站”，在快捷菜单中选择JoinsandRelates/Join…，在弹出的JoinData对话框中指定表连接的条件：
Whatdoyouwanttojointo：
Joinattributesfromatable下拉选择，执行表和表的连接操作
1.Choosethefieldinthislayerthatthejoinwilltakeplace：
FID下拉选择，“消防站”要素属性表的FID为连接关键字段
2.Choosethetabletojointothislayerorloadatable：
allocation1下拉选择，“Attributeofallocation1”为连接表
3.Choosethefieldinthetabletobasethejoinonly：
ObjectID下拉选择，“Attributeofallocation1”表的ObjectID为关键字段
按OK键，提问是否要加索引，回答“No”，连接完成，可以看到“Attributeof消防站”增加了allocatin1.ObjectID，allocation1.Value，allocation1.Count三个属性，字段allocation1.Count表示每个消防站分配到了多少个栅格单元。
鼠标右键点击字段名Sum_Area，选用菜单CalculateValues…，在FieldCalculator对话框中的Sum_Area=提示框内，用鼠标和键盘输入：
[allocation1.Count]*100*100
（每个栅格单元的大小在初始化时设定100米乘100米），按OK键返回。
各消防站按邻近分配的服务面积如下：
FI_ST_IDSTATIONallocation1.CountSum_Area
（消防站编号）（消防站简称）（分配到的栅格单元数）（服务面积）
11C4554550000
14D5945940000
15E5545540000
12B6976970000
13F4884880000
在实际使用中，根据需要还可以增加其他字段，如果栅格单元的取值不是整数，是浮点数，就没有栅格取值属性表。
7-12某遥感图像的显示
5遥感影像图的显示
利用Windows资源管理，检查在\gis_ex09\ex07\路径下，文件ex_img07.rrd是否存在，如果存在将该文件删除（该文件是影像图的金字塔索引数据）。
回到当前的MapDocument，选用菜单Insert/NewDataFrame，增加新的数据框架，名称用软件的默认，点击按钮
（AddData），在\gis_ex09\ex07\路径下，加载影像数据ex_img07，软件提问是否要增加金字塔结构的索引（Thisrasterdatasourcedosenothavepyramids，……，Wouldyouliketocreatepyramids?
），选择No，暂时不要，影像图显示在地图窗口中（见图7-12），可以来回平移该图像，关闭、
打开影像图层，如果练习者使用的计算机性能不高，会感到计算机的显示有些延迟。
用鼠标右键点击图层名，选用快捷菜单Remove，该图层被删除后，再次加载该数据源，软件再提示是否要增加金字塔结构的索引时，选择Yes，计算机将为该影像数据建立金字塔索引，大约需要1～3分钟的时间，再对图像作关闭、打开、平移显示操作，可以感到，计算机的反应速度加快了，显示的效果和原来没有什么区别。
如果练习时使用的计算机性能较好，增加金字塔索引带来显示效率的提高可能不是很明显，这是练习的数据量不是足够大造成的。
在实际使用中，影像数据量越大、金字塔索引的效果就越明显。
练习结束，选用菜单File/Exit，退出ArcMap，软件提示是否要保存对MapDocument做过的改动，如果本次练习完成后，不影响以后、他人的练习，应选“否（No）”回答。
6ArcGIS使用的栅格数据
ArcGIS使用的栅格数据称Raster，有通用影像（Image）和格网（Grid）两类，Spa
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