ArcGIS空间分析模块学习指南Word格式.docx

1、ArcGIS Spatial Analyst被紧密的集成在ArcGIS Desktop地理数据处理环境中，因此一些复杂的分析问题的解决比以往更加容易。地理数据处理模型不仅易于创建和执行，并且是独立存档的，使得用户能够迅速理解所进行的空间分析处理。ArcGIS 3D Analyst模块，能够对表面数据进行高效率的可视化和分析。使用ArcGIS 3D Analyst，用户可以从不同的视点观察表面，查询表面，确定从表面上某一点观察时其他地物的可见性，还可以将栅格和矢量数据贴在表面以创建一副真实的透视图。ArcGIS 3D分析扩展模块的核心是ArcGlobe应用程序。ArcGlobe提供浏览多层GIS

2、数据、创建和分析表面的界面。同时，ArcGIS 3D Analyst提供了三维建模的高级GIS工具，比如挖填分析，可见分析以及地表建模等。ArcGIS Geostatistical Analyst模块，是ArcGIS Desktop的一个扩展模块，它为空间数据探测、确定数据异常、优化预测、评价预测的不确定性和生成数据面等工作提供各种各样的工具，其主要能够完成探究数据可变性、查找不合理数据、检查数据的整体变化趋势、分析空间自相关和多数据集之间的相互关系以及利用各种地统计模型和工具来做预报、预报标准误差、计算大于某一阈值的概率和分位图绘制等工作。ArcGIS Geostatistical Anal

3、yst是一个完整的工具包，它可以实现空间数据预处理、地统计分析、等高线分析和后期处理等功能，同样包含交互式的图形工具，这些工具带有为缺省模型设计的稳定性参数，这样可以帮助初学者快速的掌握地统计分析。地理统计分析模块使得ArcGIS的数据管理、可视化、和图形工具之间更加协调，是GIS应用者一个强有力的地理统计分析工具。ArcGIS Network Analyst模块，可以帮助用户创建和管理复杂的网络数据集合，并且生成路径解案。ArcGIS Network Analyst 是进行路径分析的扩展模块，为基于网络的空间分析（比如位置分析，行车时间分析和空间交互式建模等）提供了一个完全崭新的解决框架。这

4、一扩展模块将帮助ArcGIS Desktop用户模拟现实世界中的网络条件与情景。ArcGIS NetworkAnalyst模块能够进行行车时间分析、点到点的路径分析、路径方向、服务区域定义、最短路径、最佳路径、邻近设施、起始点目标点矩阵等分析，其使用户能够使用地理网络来解决多种多样的问题，使诸如寻找最高效的旅行路线，生成旅行向导，或者发现最邻近设施等任务变得方便快捷。ArcGIS Tracking Analyst模块，提供时间序列的回放和分析功能，可以帮助现实负载的时间序列和空间模型，并且有助于在ArcGIS系统中与其他类型的GIS数据集成的时候相互作用。其可以回放历史数据，基于一定原理的制图

5、，数据中的时间模型，在GIS系统中积分时间数据，平衡现有的GIS数据来创建时间序列可视化，创建分析历史数据和实时数据变化的图表。ArcGIS Tracking Analyst扩展了ArcGIS桌面功能，增加了时间序列及其变化的实时可视化。ArcGIS9中还有若模块包含有某种空间分析功能的模块，如立体分析模块等，这里不能一一列举。栅格数据和非栅格数据的复合应用是GIS应用中的一个趋势，目前多数GIS软件关注的是矢量数据的分析和应用。随着GIS和遥感以及DEM的不断发展，栅格数据在GIS中将扮演越来越重要的角色。这几天，兔八哥认真的学习了一些这方面的知识，并正在学习ArcGIS Spatial A

6、nalyst，下面将学习心得和大家共享。对于这个模块，兔八哥也是初学，难免会出现问题，请大家指正！ 第一节空间分析扩展模块简介 1.1 简介 ArcGIS空间分析扩展模块提供了功能强大的空间建模和分析工具。利用这个扩展模块可以创建基于栅格的数据，并对其查询，分析，绘图。在空间分析模块中我们可以采用的数据包括影像，Grid以及其他的栅格数据集。1.2空间分析扩展模块功能 下面列举一些使用该模块可以实现的功能： 根据要素生成Arcinfo Grid 从要素按照一定距离或临近关系生成Raster 由点状要素生成密度栅格图 由离散要素点生成连续表面 根据要素派生出等高线，坡度图，坡向图和山体阴影 进行

7、基于栅格数据的分析 同时在多个栅格数据上进行逻辑查询和代数运算 进行临域和区域分析 进行栅格分类和显示 支持很多标准格式 1.3 空间模型 模型就是把源域的组成部分表现在目标域中的一种结构。源域中被表现的部分可以是实体，关系，过程或者其他感兴趣的现象。建模的目的就是对源域的简单化和抽象化。因此空间建模就是对地面上的地理实体进行简单和抽象化进行表示的过程。模型有两类：表征模型和过程模型。前者是用来描述物体，而后者则关注是物体间的相互作用和描述过程。GIS过程模型，它可以使用一个流程图来表示。本篇文章来源于 GIS空间站 转载请以链接形式注明出处 网址：ArcGIS空间分析模块学习指南（二）第二节

8、 在ArcGIS中进行空间分析 分析环境设置 在进行空间分析前，必须对设定分析范围，存储形式，存储使用的坐标系统，输出Grid的大小，缺省的输出目录。下面将一一对此进行说明（这些设置是在Sptial Analyst工具条-Spatial Analyst菜单-Options中设置）坐标系统和矢量数据类似，没有校准的栅格数据是没有太大使用价值的。很多基本的空间分析操作都要求你的数据指定坐标系统。同时可以指定输出结果的坐标系统。如下图所示，分析输出将可以采用输入数据的坐标系统或者当前数据框的坐标系统。输出栅格形式 缺省情况下，大多数的空间分析操作生成的栅格是ArcInfo的Grid格式，生成的Gri

9、d有临时和永久两种形式。这个在后面的部分中将详细讲到。Grid的名称最多12个字符，而且在中间不允许空格，只允许包括AZ和09，这些字符（这个和Coverage的存储类似，经常我们生成的Coverage有问题，可能就是因为名称或者路径中出现了空格，兔八哥注）。设置分析范围 在空间分析Options中，可以设置空间分析的范围，可以用户指定坐标范围，一般情况是选择等同于某个图层的空间范围或者当前显示范围 设置Cell大小在空间分析中，分析结果缺省的cell大小为输入数据的最大cell的大小，用户可以指定cell大小或者指定输出cell等同于输入的某个数据的cell大小。兔八哥提示你，减小cell的

10、大小可以提高数据的精度，但是数据量会以二次方增长。如果你指定的输出cell大小小于输入分析数据的cell大小，得到的所谓精度是没有意义的。除了上述设置外，还要对工作目录进行设置和分析Mask（掩码），分析掩码是用来标识分析中操作的部分，所以分析掩码中的空值单元将被屏蔽掉。【转】ArcGIS空间分析模块学习指南（三、四、五、六、七、八）-表面分析工具 2.2 表面分析工具 在ArcGIS提供的空间分析工具中，最常用的就是表面分析工具，首先和兔八哥一起看看表面分析吧。ArcGIS提供了我们常用的表面分析功能：生成等值线（Contour），坡度（Slope），坡向（Aspect），山体阴影（hill

11、shade），可视范围（Viewshed）以及工程上常用的计算土方量（Cut/Fill）,这些功能的原理大家可以参考地理信息系统基础龚健雅 科学出版社 2002.2.2.1 生成等值线（Contour） 首先我们一起看看什么是等值线，所谓等值线就是连接等值点的线段，比如我们常见的等高线，等温线等等。关于等值线的详细情况大家可以随便找一个GIS书看看就明白了。使用等值线可以很容易的看出趋势变化，比如从等高线上很容易看出山谷，山脊以及地形的起伏。下面我们一起看看如何利用Raster（Grid）生成等高线。Step 1:首先，打开下载数据中的surface.mxd这个地图文档。地图文档中有两个图层，

12、其中可视的为elevgrid图层，它是Gird格式，用来表示地面高程。我们就要根据它来创建等值线。Step 2:设置分析环境 在进行空间分析前，必须对设置分析环境。在Spatial Analyst工具条中，Spatial Analyst菜单下，点击Options。设置你的工作目录；设置Extent为Same as Layer elevgrid;设置Cell Size Same as Layer elevgird. Step 3: 生成等值线 在Spatial Analyst菜单-Surface Analysis-Contour，出现下面这个控制面版，在Input Surface 中选择输入的R

13、aster,Contour interval表示等高线间的差值，Base contour表示启始等高线，一般采用却省0。Z facotor表示方向控制，兔八哥从来没用过。下面就是输出的位置和文件名了。Step 4:等几秒后，结果出来了，如下图所示。呵呵，是不是很简单呀。2.2.2 生成山体阴影（Hillshade） 在前面2.2.1中，我们通过Grid生成了等高线，现在我们来一起利用该Grid生成山体阴影，增加数据的显示的真实感。在生成阴影前，首先需要对方位角和太阳高度角有一定的了解，二者的示意图如下：左图：来自ESRI的电子文档，说明方位角和太阳高度角的意义。在ArcGIS中缺省的方位角为3

14、15度（西北方向），缺省的太阳高度角为45度。下面我们一起进行操作吧：我们将对elevgrid这个栅格数据创建山体阴影。设置分析环境在Spatial Analyst工具条中，Spatial Analyst菜单下，点击Options。 创建山体阴影 在Spatial Analyst菜单-Hillshade，出现下面这个控制面版，在Input Surface 中选择输入的Raster,Azimuth表示方位角，Altitude表示高度角。下面都使用缺省值。（大家注意Output raster中为，也就是生成的栅格数据为临时的。）稍等，结果就出来了，如下图所示，还是蛮专业的吧。Step 5:别忘了，

15、这个栅格数据是临时的，还需要把他永久保存下来。如下图所示，选择保存的路径和文件名就OK了。2.2.3 生成坡度（Slope） 坡度是地形描述中常用的参数，在各类工程中也有很多的用途，比如在农业用地开发中，坡度大于25度的土地一般是不适宜开发的。在其他的很多选址方面，坡度也是必须考虑的问题。利用ArcGIS空间分析扩展模块，我们可以非常容易的提取出地面的坡度信息。我们仍然根据elevgrid来派生出需要的坡度信息。 生成坡度在Spatial Analyst菜单-Slope，出现下面这个控制面版，在Input Surface 中选择输入的Raster elevgrid;选择输出坡度方式，生成的坡度

16、可以是坡度度数或者坡度百分比，在本例中选择Degree；Output cell Size为定义输出cell大小，缺省值为输入Grid的Cell大小。输出结果按照不同的颜色显示坡度，红色的坡度较大。大家可以对输出结果进行重分类（在后面部分将学习到）。2.2.4 坡向计算（Aspect） 坡向和坡度是互相关联的两个参数，坡度反映斜坡的倾斜程度，而破向则反映斜坡所面对的方向。当基于DEM计算坡向时，通常定义坡向为：过格网单元所拟合的曲面上某点的切平面的法线的正方向在平面上与正北方夹角。即法方向水平投影向量的方位角。（龚健雅 地理信息系统基础）我们将根据elevgrid这个栅格数据生成坡向图。 计算坡

17、向在Spatial Analyst菜单-Aspect，出现下面这个控制面版。感觉坡向中要求输入的参数较少。在Input Surface 中选择输入的Raster,输出的Cell Size使用缺省值。（注意Output raster中为Viewshed，出现下面这个控制面版，在Input Surface 中选择elevgrid,Observer Points为观察点图层。其他使用缺省值。生成可视域非常的慢，可要有耐心哦。生成后，如下图所示，显得不很直观。下面我们将对他进行符号化。在ArcMap目录表中，将Not Visible设置为无色填充，而Visible设置为红色填充。在ArcMap中增加E

18、ffects工具条，设置Viewshed of 哨所30%透明。处理后结果如下，其中红色区域就是两个哨所的可视区域。而其他区域不可视。如果对你的作品感到满意，别忘记把他永久保存下来哦。2.2.6 计算土方量工具（Cut/Fill） 兔八哥第一次使用ArcGIS扩展模块就是用来计算土方量的，当时在新疆煤田灭火处，他们手头有挖方前和挖方后的地表GPS数据。希望能计算出工程的实际土方量。当时使用的版本上ArcGIS8.1，好象这个工具还是在3D扩展模块中，Spatial扩展模块中没有的（记不清楚了！）计算土方量的方法 因为兔八哥手头没有合适的数据只能将大概步骤写下来：一般情况下，我们手头的数据都是用

19、GPS采集的x,y,z文本数据。首先我们需要根据这些数据生成一个点状的Shapefile，当然挖方前后各自生成一个（如果不会，GIS空间站上有这方面的步骤）。 利用3D扩展模块，利用Shapefile分别生成挖方前后的Tin。（其实这个时候，你会发现3D模块中也有Cut/fill工具，呵呵，这个和Spatial模块中完全相同）。 利用Spatial Analyst工具条中Surface Analysis-Cut/Fill,在Before Surface和After Surface中分别选择挖方前后的Tin。处理后，结果如下图所示。用不同的颜色显示土方变化，红色表示土方增加，兰色表示土方减少，其

20、他的为没有变化的区域。step 5: 在处理结果的属性表中，对Volume字段中正负属性值分别选择，进行统计，在这就不详细讲解了。ArcGIS空间分析模块学习指南（九、十、十一） 2.2 Distance分析 在网络分析，我们经常分析最短路径，最优路径，这些操作是对矢量数据进行操作的。现在我们将一起学习，如何对利用栅格数据生成最优路径。下面这个例子是ESRI电子文档上的例子，兔八哥实在找不到更合适的数据。（本部分数据下载）下面我们将任务简单说明一下，假设某地新建了一个小学。考虑到学生上学放学交通问题，打算修建一条公路与已有公路连接起来。如下图所示，绿色表示学校，红色旗帜为公路的起点，现在将修筑

21、一条连接这两个区域的公路，在修建公路的时候需要考虑地形坡度问题和公路经过地区的土地利用情况，从而减少成本和工程难度。在本例子中我们将使用Spatial Analyst模块中的Straight Line，Cost Weighted,Shortest Path三个功能，首先我们一起来了解一些这三个工具的作用和使用方法。2.2.1 生成直线距离（Straight Line） 生成直线距离是用来给出栅格中每个单元距离最进的源的距离。使用该功能可以帮助选择合适的补给源。如下图所示，生成的到公路尽头的直线距离。2.2.2 成本加权（Cost Weighted） 使用上面的直线距离功能，我们可以很容易的生成各栅格单元到源的直线距离，但是在实际工作中，远没有这么简单。比如本例子的修路，选择合适的地区，我们不可能简单的选择连接公路源头和学校的一条直线（大家应该都是非常清楚这一点的）。我们就需要针对不同的坡度和土地利用类型进行考虑，给从而能够使得选择的公路的通行成本最小。在考虑这两个影响因素时候，根据他们的影响程度和重要性，给它们赋予一定的影响百分比。比如赋予公路60%的影响百分比，而赋予土地利用40%的百分比。2.2.3 最短路径（Shortest Path） 有了