11 第十一章 栅格数据分析
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栅格数据空间分析
栅格数据空间分析是一种地理信息系统(GIS)分析方法,用于对栅
格数据进行处理和分析。
栅格数据由等尺度的正方形单元组成,在地理空
间上形成一个网格。
每个栅格单元代表一个特定的地理区域,例如一块土地、一座建筑物或一个气象站。
接下来是数据变换,包括栅格数据融合、相似性度量和特征提取等。
栅格数据融合是将多个栅格数据集合并到一个单一的栅格数据中,以获取
更全面和准确的信息。
相似性度量用于比较不同栅格数据之间的相似性和
差异性,以支持空间分析和决策制定。
特征提取是从栅格数据中提取具有
特定意义和价值的特征,例如提取建筑物、道路或河流等。
最后是空间分析,包括空间统计、遥感应用和模拟建模等。
空间统计
用于分析和研究栅格数据中的空间分布和空间关联性,例如热点分析、空
间插值和时空分析等。
遥感应用利用栅格数据进行地物分类、土地利用变
化检测和资源管理等。
模拟建模是利用栅格数据构建地理模型,进行模拟
和预测,例如气候模拟、城市扩张和生态模拟等。
栅格数据空间分析的主要优势在于能够处理大量的空间数据和复杂的
空间关系,同时还能够考虑地球表面的不规则性和异质性。
然而,栅格数
据空间分析也存在一些限制,例如空间分辨率和数据量的限制,以及对数
据获取和预处理的要求较高。
总之,栅格数据空间分析是一种重要的GIS分析方法,能够有效地提取、分析和模拟栅格数据中的空间信息,为决策制定和问题解决提供支持。
在不同的应用领域中,栅格数据空间分析具有广泛的应用前景和发展潜力。
栅格数据处理与分析的技巧与案例分析引言栅格数据是地理空间信息的一种重要形式,具有大规模、高分辨率和多时相的特点。
在地理信息系统(GIS)领域中,栅格数据处理和分析是非常重要的任务,可以帮助我们深入了解地球表面的变化和空间关系。
本文将介绍一些栅格数据处理和分析的技巧,并通过实际案例来展示其应用价值。
一、数据预处理在进行栅格数据处理和分析之前,首先需要进行数据预处理。
数据预处理包括数据导入、数据格式转换、数据投影转换等步骤。
数据导入是将原始数据导入到GIS软件中,一般可以通过导入文件的方式实现。
数据格式转换是将原始数据转换为GIS软件可识别的格式,常见的格式包括TIFF、GRID、IMG等。
数据投影转换是将原始数据转换为目标坐标系下的数据,以便进行后续分析。
二、栅格数据处理技巧1. 遥感影像预处理遥感影像是栅格数据的一种重要类型,常常用于地表覆盖分类、土地利用变化检测等分析。
在进行遥感影像处理之前,需要进行影像预处理。
预处理包括影像去噪、辐射定标、大气校正等步骤。
影像去噪可以通过滤波器等方法实现,以去除图像中的噪声。
辐射定标是将卫星影像中的数字值转换为辐射亮度值,为后续分析提供准确的数据。
大气校正是为了消除大气因素对卫星影像的影响,使得影像能够更好地反映地表信息。
2. 栅格数据融合栅格数据融合是将不同分辨率、不同传感器的栅格数据进行融合,以提高数据的空间分辨率和时相分辨率。
常见的栅格数据融合方法包括主成分分析法、波段融合法、小波变换法等。
主成分分析法通过主成分分析的方法将多波段影像降维,提取主要信息。
波段融合法通过将多个波段的信息进行线性组合,以获得融合后的影像。
小波变换法通过小波变换的方法将低频和高频信息融合在一起,得到融合后的影像。
3. 栅格数据裁剪和镶嵌栅格数据裁剪是将原始栅格数据裁剪为特定区域的数据,以便进行局部分析。
常见的裁剪方法包括矩形裁剪和多边形裁剪。
矩形裁剪是在GIS软件中指定一个矩形范围,然后将数据裁剪为该范围内的数据。
第5篇数据分析的核心部分第11章矢量数据分析1.给缓冲区下定义。
答:缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围。
在点、线、面实体的周围,自动建立的一定宽度的多边。
可分为点的缓冲区、线的缓冲区、面的缓冲区。
2.描述缓冲区建立中的三种差别。
答:缓冲区建立中的差别:(1)缓冲距离不必为常数,也可以根据给定字段取值而变化例如,河滨缓冲区的宽度范围取决于它所期望的功能和相邻地区的土地利用强度。
(2)一个地图要素可以有一个以上的缓冲区例如,一个核电站可以用5mi、10mi、15mi和20mi缓冲距离来建立缓冲区,形成环绕该电站的多环缓冲区。
(3)缓存区建立①对线要素建立缓冲区对线要素建立缓冲区不一定在线两侧都有缓冲区,可以只在线的左侧或右侧建立缓冲区;②多边形缓冲区多边形缓冲区可以从多边形边界向内或向外扩展;③缓冲区边界缓冲区边界可以保留完整,以至于每个缓冲区为独立多边形;缓冲区边界也可以被融合掉,使得缓冲区之间没有叠置区;甚至缓冲区的终端可以是圆形的或是平直的。
4.描述“点与多边形的叠置”操作。
答:在“点与多边形的叠置”操作中,输入图层的点要素被叠置到叠置图层上,并且被赋予叠置多边形的属性。
例如,利用“点与多边形的叠置”可寻找野生生物的位置与植被类型之间的联系。
9.定义由地图叠置操作生成的碎屑多边形。
答:碎屑多边形形成的原因多边形图层叠置的常见错误是形成碎屑多边形,即沿着两个输入图层的相关或共同边界线生成的碎屑多边形。
碎屑多边形来自数字化的误差。
由于手扶跟踪数字化或扫描的精度很高,输入图层的公共边界线很少会刚好重合。
当两个图层叠置后,未重合的数字化边界线相交生成碎屑多边形。
13.用你自己的话解释空间自相关。
答:空间自相关也称为空间联系或空间依赖关系。
空间自相关分析考虑点的位置及其属性的变化,按照空间赋值状况量测各个变量值之间的相关关系。
如果相似的值在空间上互相靠近,则为极相关;如果从数值摆布未能得出模式,则为独立或随机的。
栅格数据基本分析方法栅格数据是由一系列规则排列的网格单元组成的空间数据集合。
它通常用于描述和分析地理信息系统中的地表特征和现象。
栅格数据基本分析方法是指使用栅格数据进行数据处理、可视化和模型建立的一系列方法和技术。
下面将介绍一些常用的栅格数据基本分析方法。
1.数据预处理栅格数据预处理是指对原始栅格数据进行清洗、转换和重采样等操作,以便进行后续的分析和应用。
常见的数据预处理方法包括数据去噪、数据融合、数据重投影和数据重采样等。
去噪可以通过滤波算法、空间平滑等方法实现,融合可以通过融合不同传感器获取的数据、融合不同时相的数据等方法实现,投影和重采样可以将数据转换到统一的坐标系统和分辨率下。
2.可视化栅格数据可视化是指将栅格数据以图像的形式展示出来,以便理解和分析地表特征和现象。
常见的栅格数据可视化方法包括颜色编码、图像渲染、等值线图、栅格分层和比例尺控制等。
颜色编码通过将栅格数据的数值映射到一定的颜色范围内,来表示不同数值代表的地表特征;图像渲染通过使用不同的渲染算法和颜色映射表将栅格数据转换成图像;等值线图通过连接具有相同数值的栅格单元来表示地表特征的等值线。
3.空间分析栅格数据的空间分析是指基于栅格数据进行空间关系分析、空间统计和地理建模等操作。
常见的空间分析方法包括邻域分析、拓扑关系分析、栅格代数运算、栅格重分类和栅格面积计算等。
邻域分析可以通过计算栅格单元周围的邻域特征和自动距离来获得地表特征的空间指数和密度信息。
拓扑关系分析可以通过计算栅格数据之间的空间连接和邻近性来确定地理实体之间的拓扑关系。
栅格代数运算可以对栅格数据进行加、减、乘、除等运算,用于生成衍生数据和计算栅格指标。
栅格重分类可以通过定义不同的分类规则和阈值来将栅格数据转换成不同的分类,用于区分地物类型和提取特征信息。
栅格面积计算可以通过计算栅格数据的像元个数和单元面积来获取不同地物类型的空间分布和面积比例。
4.模型建立栅格数据的模型建立是指使用栅格数据进行模型分析和预测,以便提取地表特征的空间和时间关系。
栅格数据分析方法栅格数据分析是一种基于栅格数据的地理空间分析方法,通过对栅格数据进行处理、统计和建模,揭示地理现象的空间分布规律和变化趋势。
栅格数据是将地球表面划分为规则网格状的像素单元,每个像素单元代表一定的空间范围,包含与之相关的属性信息。
栅格数据分析方法在地理信息系统、遥感和地理空间分析领域被广泛应用。
1.插值分析:栅格数据常常不是均匀分布的,通过插值方法可以推算出缺失数据的估计值。
常用的插值方法有反距离权重法、克里金插值法等。
插值分析可以用于生成地形图、水深图、气温图等。
2.邻近性分析:邻近性分析用于计算栅格数据之间的空间相邻关系,如计算相邻区域的距离、方向、连接性等。
邻近性分析可以应用于寻找最近邻单元、确定路径和网络分析等。
常用的邻近性分析方法有皮尔森距离和莱文斯坦距离等。
3.分级分类:栅格数据常常需要将其根据特定的属性进行分级分类。
例如,通过将气温数据按照不同的温度范围进行分类,可以分析出不同的气候区域。
分级分类还可以用于土地覆盖分类、植被类型分类等。
4.遥感影像分析:栅格数据分析的主要应用领域之一是遥感影像分析。
遥感影像是通过卫星、航空器等获取的图像数据,栅格数据分析可以从遥感影像中提取有用的地理信息。
常见的遥感影像分析包括土地覆盖分类、植被指数计算、变化检测等。
5.空间模型建立:栅格数据分析可以利用栅格数据之间的空间相关性,建立空间模型,用于预测和模拟地理现象。
例如,利用气象栅格数据建立气象模型,预测未来一段时间内的天气情况;利用土地覆盖数据建立生态模型,模拟不同因素对生态系统的影响等。
6.多尺度分析:栅格数据可以在不同的分辨率下进行分析。
多尺度分析可以通过对栅格数据进行降尺度或升尺度操作,揭示地理现象在不同尺度下的变化规律。
常用的多尺度分析方法有多分辨率分析和多尺度距离函数分析等。
总之,栅格数据分析方法可以通过处理、统计和建模栅格数据,揭示地理现象的空间分布规律和变化趋势。
通过插值分析、邻近性分析、分级分类、遥感影像分析、空间模型建立和多尺度分析,可以在地理信息系统、遥感和地理空间分析等领域中得到广泛应用。
GIS中栅格数据的分析模式***(建筑与城乡规划学院湖南湘潭411201)摘要:数据是地理信息系统的基础,强大的地理信息分析功能对数据有很高的要求。
与矢量数据相比,栅格数据具有其独特的一面,尤其在空间辅助决策部分要求不高的情况下,采用栅格地理信息系统。
其信息更加全面、内容更加具体、开发速度较快,是地理信息系统进一步的延伸。
本文从栅格数据出发,对栅格数据的结构、表示以及空间分析机制进行了简单阐述,并探讨了栅格数据在地形中的表示方法。
关键词:地理信息系统,栅格数据,地形表示0 引言地理信息系统(Geographic Information System,GIS)是一种具有采集空间数据并存储、管理、分析与表现空间信息的计算机系统。
采用GIS技术使高效管理具有空间分布特征的原始数据及其制图输出成为可能,并逐步成为现代企业管理和政府决策的有力助手[1, 2]。
数据是地理信息系统的血液,在现有的系统开发设计中,投入成本最大的便是数据处理,其投入费用占系统建立和维护的70%以上。
从应用的角度来看,近几年GIS的应用领域不断扩大,出现了大量成熟的商业GIS平台,空间数据的建设越来越受到重视。
基于空间数据基础设施的建设,人们开始了空间数据共享和互操作的研究。
但是多种数据格式的互相转换,均需要以栅格图像矢量化为前提。
在矢量化过程中,必然导致部分细微信息的缺失,数据转换误差等空间数据的不确定性问题[3]。
如何解决数据处理的高成本,减少项目周期,更多的恢复数据固有信息,已成为地理信息系统发展的至关重要问题。
采用栅格图像,取消矢量化数据的步骤是对GIS数据发展的一个尝试,目前国内仍没有相关的技术及应用。
通过对计算机数据结构及遥感图像处理等多方面的经验借鉴,融合了其它领域内的相关技术,适时应用到地理信息系统方面进行开发研制,由此积淀了一些基于栅格数据的地理信息系统技术体系,并得到了应用实践。
1.GIS中的栅格数据1.1栅格数据的结构组织基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构,是指将空间分割成有规则的格网,在各个格网上给出相应的属性值来表示地理实体的的一种数据组织形式。
1-11栅格数据与栅格数据处理11栅格数据与栅格数据处理除了⽮量数据之外,另⼀种形式的数据在表⽰图形信息和计算机图像处理⽅⾯,也起着愈来愈重要的作⽤,那就是栅格形式的数据。
11.1栅格数据及其获取11.1.1栅格数据的概念将制图区域的平⾯表像按⼀定的分解⼒作⾏和列的规则划分,就形成⼀个栅格阵列,其中每个栅格也称“像元”或“像素”。
根据所表⽰的表像信息,各个像元可⽤不同的“灰度值”来表⽰,但每个像元被认为是内部⼀致的基本单元。
由平⾯表像对应位置上像元灰度值所组成的矩阵形式的数据就是栅格数据。
如果⼀个图像的灰度值只有两种(通常⽤1表⽰前景元素,⽤0表⽰背景元素),则这个图像也称“⼆值图像”(或称“⼆元图像”)。
图11.1表明如何⽤⽮量数据和栅格数据来表⽰⼀条曲线。
图11.1在⽮量形式表⽰中,曲线由⼀个顺序点列的X,Y坐标值给出,井可通过对每相邻的两点作连线⽽予以再现;⽽在栅格形式表⽰中,曲线是通过对其经过的所有像元赋以特定的数值⽽给出,即“线上”与“线外”的像元具有不同的灰度值。
只要通过⼀种装置,将栅格数据中不同的灰度值变为物理上不同的亮度,就可以将曲线再现出来。
在计算机地图制图中,⽤栅格数据表⽰各种地图基本图形元素的标准格式如下(见图11.2)。
点状要素——⽤其中⼼点所处的单个像元来表⽰;线状要素——⽤其中轴线上的像元集合来表⽰。
中轴线的宽度仅为⼀个像元,即仅有⼀条途径可以从轴上的⼀个像元到达相邻的另⼀个像元。
这种线划数据称细化了的栅格数据;⾯状要素——⽤其所覆盖的像元集合来表⽰。
图11.211.3图在栅格数据中,常⽤的相邻概念有四⽅向相邻和⼋⽅向相邻两种。
如图11.3。
设所讨论的中⼼像元为(i,j)(即第i⾏、第j列的那个像元),若只定义与其有公共边的四个像元(i-l,j)、(i,j +1)、(i+1,j)、(i,j-1)与中⼼像元(i,j)相邻,则这种相邻称为四⽅向相邻。
此时,像元(i,j)(i+1,j-1)(i+1,j+1)、具有四向邻域;若除了上述的四个像元以外,还定义像元(i-1,j-1)、(i-1,j+1)、也与中⼼像元(i,j)相邻,则这种相邻称为⼋⽅向相邻。
中国科学院计算技术研究所教育中心栅格数据分析周晓莲Email:tylove158@中国科学院计算技术研究所教育中心栅格数据分析四、综合分析应用三、栅格和矢量转换本章内容二、栅格的重分类一、栅格数据概念1、栅格数据概念中国科学院计算技术研究所教育中心栅格数据结构又称为网格数据,或者栅格数据特点:结构简单:只有行列,对应像元的值,属性明显,表达直观。
不连续性(离散):数据之间有间隔,图形无法实现无级放大。
栅格数据分类中国科学院计算技术研究所教育中心●栅格数据有两种:一种是由单一的层构成的称为栅格,另一种是由多层复合而成的称为影像(比如,多波段的卫星照片)●而卫星影像等数据包含了多个波段的信息,是分层存储的,每个波段的数据存储在一层中,每层中记录了某一波段范围内电磁光谱的反射系数。
通过给每一层赋不同的颜色(R,G,B),可以生成合成影像,增强某方面的信息,以利于评价土地覆盖、植被密度等因素。
●简单说是栅格是单波段,影像是多个波段。
栅格表现中国科学院计算技术研究所教育中心栅格是一种特殊的影像格式,一般影像格式有JPG,BMP,TIF,PNG等,在ArcGIS中一般表现为Grid,.img,.TIF,具体的应用为DEM,DOM等,最直观表现栅格为单个波段RasterBand,影像分析也是基于单个波段RasterBand,所以在ArcGIS影像分析也称栅格分析。
任何栅格分析(处理)都是信息有损的处理,原始数据一定要保存(保留)。
栅格数据介绍-CELLSIZE中国科学院计算技术研究所教育中心定义格单元的大小时,我们需要平衡信息的精确性和数据量之间的矛盾。
栅格单元代表的尺度越小CellSIZE,表达的信息就越精确。
栅格单元代表的尺度越大,存储数据所需要的空间就更少,同时,表达的信息也就不精确。
在ArcGIS中改变CellSIZE,使用Resample 重采样Resample:可以处理单波段,也可以处理多波段改变分辨率中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心多段取一个波段按掩膜提取可以导出每个波段,不要输出扩展名数据:11_3d\dem3d\g14.jpg几个单波段合成波段中国科学院计算技术研究所教育中心Composite Bands波段合成使用上个幻灯片的数据2、栅格的重分类中国科学院计算技术研究所教育中心重分类(Reclassify)将栅格图层的数值进行重新分类组织或者重新解释。
第十一章栅格数据的生成与分析栅格数据是一种广泛应用于地理信息系统(GIS)和遥感领域的数据模型。
栅格数据将地理空间划分为规则的方块或像素,并给每个像素分配一个数值或属性。
在地理信息系统中,栅格数据可以用来表示地形、土地覆盖、气候变量等地理现象。
栅格数据具有离散、规则分布和容易进行空间分析等特点,因此在许多地理分析和模型中得到广泛应用。
栅格数据的生成栅格数据可以通过多种方法生成。
其中一种常用的方法是遥感技术。
遥感技术能够从卫星、航空器或无人机等远处获取地面的图像或数据。
这些图像或数据经过处理后,可以生成栅格数据。
例如,利用遥感技术可以获取地表高程数据、植被指数、土地覆盖类型等信息,然后将其转换为栅格数据。
此外,还可以通过数字化地图来生成栅格数据。
数字化地图是将地图上的地理要素如道路、河流、土地使用类型等转换为栅格数据的过程。
可以通过扫描已有的纸质地图,然后使用图像处理软件将地图上的特征转换为栅格数据。
栅格数据的分析栅格数据的分析是地理信息系统的重要功能之一、通过对栅格数据的分析,可以获取地理现象的空间分布、趋势、变化等信息,为决策提供科学依据。
一种常见的栅格数据分析方法是栅格代数运算。
栅格代数运算是指对栅格数据进行加、减、乘、除等数学运算的过程。
通过对不同栅格数据的代数运算,可以生成新的栅格数据,用来表示不同地理现象的组合或关系。
另一种常用的栅格数据分析方法是区域运算。
区域运算是指对每个栅格像素的周围的一定区域进行运算的过程。
通过对栅格数据的区域运算,可以获取栅格数据的局部统计特征,如平均值、方差等。
区域运算对许多地理分析和模型具有重要意义,例如通过对土地覆盖数据进行区域运算,可以得到不同区域的土地覆盖类型分布。
此外,还可以利用栅格数据进行空间分析。
空间分析是指对栅格数据进行空间关系的分析的过程。
通过空间分析,可以确定不同栅格数据之间的空间关系,如邻近关系、重叠关系等。
通过空间分析,可以从栅格数据中提取出更多的地理信息,为决策和规划提供更全面的依据。