ArcGIS软件应用第4章-空间数据分析课件.ppt

1、1基本内容4.1 空间分析工具ArcToolbox简介 4.1.1 ArcToolbox简介 4.1.2 ArcToolbox的启动 4.2 ArcToolbox的功能与环境 4.2.1 工具集简介 4.2.2 环境设置介绍 4.3 ArcToolbox工具集使用简介 4.3.1 分析工具使用简介 4.3.2 转换工具使用简介 4.3.3 数据管理工具使用简介2从空间处理的角度看，GIS可以被视为是一套用来从现有的数据集获取新数据集的信息转换工具。ArcGIS 空间分析提供了多种强大的空间建模与分析功能。n 创建、查询和分析基于单元的栅格数据并基于这些数据制图；n 进行整合式栅格/矢量分析；n

2、 在多个数据图层中查询信息；n 将基于单元的栅格数据与传统的矢量数据源完全整合。n 从现有数据中获取新信息，并进行分析在ArcGIS中，空间处理工具大部分集中在ArcToolbox工具箱中。3空间分析基本术语单元单元单元是栅格数据中最小的信息单位。每个单元所表示的区域面积取决于栅格分辨率。高分辨率（大比例）栅格单元表示的区域面积较小，通常采用像平方米这样的单位来计量。低分辨率（小比例）栅格中的单元表示的是大面积区域的统一值，通常采用像公顷或平方公里这样的单位计量。也可将单元值用作与其他属性值相关联的索引，例如土壤类型或植被类。基于单元的分析基于单元的分析在基于单元的分析中，每个位置都是栅格数据

3、集中的一个值，不同工具通过对输入的单元值应用数学规则、空间规则或算法规则来生成输出栅格数据。地图代数地图代数地图代数是一种语义语言，用于定义在将数学运算和算法运算应用于栅格数据以进行空间分析和创建新栅格数据集时所遵循的语法。通常地图代数具有四种主要运算类型：局部(local)、焦点(focal)、分区(zonal)和全局(global)。4空间分析基本术语NoData如果某单元所表示的位置不存在任何特征信息或特征信息不充足，则会为该位置分配一个“NoData”空值。请注意，NoData 与 0 不同，0 是有效数值。栅格栅格是以一系列大小相等的单元来定义空间的空间数据模型，其中的数据按单元的行

4、与列排列，整个模型由单个或多个波段（图层）构成。每个单元都包含一个属性值。栅格结构与矢量结构不同，前者是矩阵排序本身就包含坐标，而后者是明确存储坐标。具有相同值的单元组表示同一类型的地理要素。空间分析空间分析通过叠加和其他分析方法对空间数据中各要素的位置、属性和关系进行研究，从而解决问题或获取有帮助的知识。空间分析基于空间数据提取信息或创建新信息。空间建模空间建模用于获取地理现象之间的空间关系信息的一套方法或分析过程。54.1.1 ArcToolbox简介4.1 空间分析工具ArcToolbox简介ArcToolbox 是一个包含一系列用于空间处理的工具集，其具有空间处理和空间分析的功能。具有

5、数据转换、数据管理、空间分析、3D分析和空间分析统计等一系列功能。ArcGIS的扩展模块使其具有可扩展性，例如：l Spatial Analyst 具有约200个栅格建模工具；l Geostatistical Analyst 可提供克里格（kriging）和面插值工具。图1-4-1 ArcToolbox工具集64.1 空间分析工具ArcToolbox简介4.1.2 ArcToolbox 的启动ArcToolbox 内嵌在ArcMap、ArcCatalog等软件模块中，可以从这些软件中的直接启动。1.激活扩展工具启动 ArcToolbox 后，其中的一些工具是不能使用的，需要先予以激活。如激活3

6、D Analyst 扩展工具的步骤：选择“自定义”|”扩展模块”命令，弹出“扩展模块”对话框，如图4.2所示。选择3D Analyst扩展工具，在3D Analyst复选框内打勾后，关闭对话框。图1-4-2“扩展模块”对话框74.1 空间分析工具ArcToolbox简介4.1.2 ArcToolbox 的启动2.创建新的Toolbox为了使用方便，使用者可以创建自己常用的工具集。（1）用户可以在ArcCatalog中创建新的工具箱，然后再添加到ArcToolbox工具集面板上。方法：打开ArcCatalog，在ArcCatalog（目录窗口）中选中要建立工具箱所在的文件夹，在文件夹上或其右边的

7、内容浏览区任意位置，右击一下，弹出快捷菜单。选择“新建”|“工具箱”命令。这时，在制定位置就会出现一个新的工具箱。在ArcToolbox工具集面板上，右击打开快捷菜单，选择“添加工具箱”命令，弹出工具箱选择窗口，找到刚才建立的工具箱加入 ArcToolbox 工具集。84.1.2 ArcToolbox 的启动2.创建新的Toolbox（2）用户也可以在 ArcToolbox 工具集面板上，右击打开快捷菜单，选择“新的工具箱”选项。在工具集面板的最下方出现一个新的工具箱，可以随意命名。使用者可以在这个工具箱里选择自己需要的模块或脚本，也可以编写新脚本。3.管理工具在 ArcToolbox 工具集

8、面板上，右击任意一个ArcToolbox工具，都会弹出相同的快捷菜单，其提供的主要功能如下所示。复制（Copy）命令：复制一个工具箱或者工具。粘贴（Paste）命令：将复制的工具箱或者工具粘贴到这个工具箱里。新建（New）：新建工具集或模型。添加（Add）：添加脚本或工具。4.1 空间分析工具ArcToolbox简介94.2.1 工具集简介1.3D Analyst工具箱（3D分析工具箱）3D分析工具箱包括转换、表面功能、栅格修补、栅格计算、栅格重分类、栅格表面、TIN创建、TIN表面等工具和工具集。使用3D分析工具可以创建和修改TIN以及栅格表面，并从中抽象出相关信息和属性。在表面和三维数据中

9、，使用者可以全面、清晰地掌握数据信息。4.2 ArcToolbox的功能与环境104.2.1 工具集简介2.Data Interoperability 工具箱数据互操作工具箱包含一组使用安全软件的FME技术转换多种数据格式的工具。FME Suite 是用于空间数据的提取、转换和加载工具。ArcGIS数据互操作扩展模块允许您将空间数据格式集成到GIS分析中。3.Geostatical Analyst工具箱（地理统计分析工具箱）地理统计分析工具集中只有一个工具导出地理统计图层到GRID工具。在地统计分析中可以使用各种函数方法创建连续的表面，并对表面或地图进行可视化分析、评价。通过导出地理统计图层到

10、GRID工具可以将这些数据输出GRID表面。4.2 ArcToolbox的功能与环境114.2.1 工具集简介4.Network Analyst 工具箱（网络分析工具箱）网络分析工具箱包含可执行网络分析和网络数据集维护的工具。使用此工具箱的工具，可以维护用于构建运输网模型的网络数据集，还可以对运输网执行路径、最近设施点、服务区、起始目的地成本矩阵、多路径派发（VRP）和位置分配的等方面进行网络分析。5.Schematics 工具箱 Schematics 工具箱包含用来执行最基本的逻辑示意图操作的工具。使用此工具箱中的工具，可以创建、更新和导出逻辑示意图或创建逻辑示意图文件夹。4.2 ArcTo

11、olbox的功能与环境124.2.1 工具集简介6.Spatial Analyst工具箱（空间分析工具箱）该工具主要用来实现基于栅格的分析。空间分析工具主要包括条件、密度、距离、提取、一般、地下水、水文、地图代数、数学计算、逻辑运算、三角函数、邻域、叠加、栅格创建、重分类、表面、区域等工具和工具集。7.Tracking Analyst工具箱 该工具箱包含用于逐步时间数据的工具以便与Tracking Analyst 扩展模块结合使用。8.编辑工具箱提供了增密、擦除、延伸、翻转、概化、捕捉、修剪等功能，能快速解决这些类型的数据质量问题。4.2 ArcToolbox的功能与环境134.2.1 工具集

12、简介9.多维工具箱可创建NetCDF栅格图层、要素图层、表格视图；从栅格、要素或表转换到NetCDF；选择NetCDF图层或表的维度。10.分析工具（Analyst Tools）该工具主要用于处理矢量数据。包括提取、叠加分析、领域分析、统计表等工具和工具集。可以实现选择、裁剪、联合、判别、拆分、缓冲区、近邻、点距离、频度、统计等相关的功能。11.服务器工具包含用于管理ArcGIS Server地图和Globe缓存的工具。也包含用于简化通过服务器提取数据过程的工具。4.2 ArcToolbox的功能与环境144.2.1 工具集简介12.空间统计工具箱（Spatial Statistics Too

13、ls）空间统计工具包含了分析地理要素分布状态的一系列统计工具，这些工具能够实现多种适用与地理数据的统计分析。空间统计工具主要包括分析模型、绘制群体、测量地理分布、实用工具等工具和工具集。13.数据管理工具箱（Data Management Tools）数据管理工具包括数据库、分离编辑、值域、要素类、要素、字段、普通、一般、索引、连接、图层和表的查看、投影和转换、栅格、关系类、子类型、表、拓扑、版本、工作空间等工具和工具集。数据管理工具提供了丰富且种类繁多的工具，用来管理和维护要素类、数据集、数据层及栅格数据结构。4.2 ArcToolbox的功能与环境154.2.1 工具集简介14.线性参考工

14、具箱（Linear Referencing Tools）线性参考工具主要包括创建路径、校准路径、叠加、融合、转换路径事件；制作路径事件图层；沿路径定位要素等工具和工具条。利用线性要素工具可以生成和维护线性地理要素的相关关系，如实现线状Coverage到路径（Route）的转换；由路径事件（Event）属性表到地理要素类的转换等。15.制图工具箱（Cartography Tools）制图工具主要是掩模工具集。包括制图优化、制图综合、制图表达管理、要素轮廓线掩模、相交图层掩模等工具。制图工具与ArcGIS中其他大多数工具有着明显的目的性差异，它是根据制图标准来设计的。4.2 ArcToolbox的

15、功能与环境164.2.1 工具集简介16.转换工具箱（Conversion Tools）转换工具包含了一系列不同数据格式之间的互相转换工具，涉及的数据主要有栅格数据、Shapefile、3DAnalysTools、GeoDatabase、table、CAD等。转换工具的工具集主要由栅格格式到其他格式、转换为CAD、转换为3DAnalysTools、转换为dBase、转换为GeoDatabase、转换为栅格、转换为Shapefile、等组成。17.地理编码工具（Geocoding Tools）地理编码又叫地址匹配，是一个建立地理位置坐标与给定地址一致性的过程。使用该工具、可以给各个地理要素进行编

16、码操作，建立索引等。4.2 ArcToolbox的功能与环境174.2.2 环境设置介绍任意打开一个ArcToolbox工具，在对话框右下方均有一个“环境设置”按钮。这是因为对于某些特殊模型或者有特殊要求的计算，需要对输出数据范围、格式等进行调整，ArcToolbox提供了一系列的环境设置，可以帮助完成此类问题。单击“环境设置”按钮，就会弹出“环境设置”对话框，如图4.3所示。“环境设置”对话框提供了18种设置，例如，工作空间、输出坐标系、处理范围、XY分辨率及容差、M值、Z值、地理数据库（GeoDatabase）、字段、随机数、制图、Coverage、栅格分析、TIN、栅格存储等设置。4.2

17、 ArcToolbox的功能与环境184.2.2 环境设置介绍4.2 ArcToolbox的功能与环境图1-4-3“环境设置”对话框194.2.2 环境设置介绍1.常规设置在常规设置中主要进行一般的设定，如对工作空间、输出坐标系、处理范围、XY分辨率及容差、M值、Z值等进行设置。4.2 ArcToolbox的功能与环境图1-4-4 常规设置对话框204.2.2 环境设置介绍2.栅格分析设置在“像素大小”下拉列表框中可以设置输出像素的大小。其中有3个选项可以选择，分别代表输出像素使用输入的最大值、最小值和。在“掩模”文本框中可以设置掩模数据。在进行数据处理时候，如果设置了掩模数据，则在掩模数据范

18、围内数据范围的数据参与处理，其他数据被赋予空值。4.2 ArcToolbox的功能与环境214.3.1 分析工具使用简介ArcToolbox工具集是各种工具的集合，其已经按不同功能类型进行合理分组。当需要运行某种处理功能时，只需要在ArcToolbox工具集中相应的位置找到需要的这个工具，打开工具对话框，填写相应的参数后就可以运行，并以此来实现所需的功能。ArcToolbox工具集中有几百个工具，其使用方法类似，下面介绍常用的三个工具。4.3 ArcToolbox工具集使用简介分析工具可以实现相交、联合、分割、筛选、裁剪、判别、拆分；缓冲区、近邻分析、点距离、频度、汇总统计数据等功能，如图1-

19、4-5所示。224.3 ArcToolbox工具集使用简介图1-4-5 分析工具箱1.裁剪工具用于提取与裁剪要素相重叠的输入要素，它是用其他要素类中的一个或多个要素作为模具来剪切掉要素类的一部分。注意事项：裁剪要素可以是点、线和面，具体取决于输入要素的类型。当输入要素为面时，裁剪要素也必须为面。当输入要素为线时，裁剪要素可以为线或面，如图1-4-6所示。用线要素裁剪线要素时，仅将重合的线或线段写入到输出中，如图1-4-7所示。当输入要素为点时，裁剪要素可以为点、线或面。用点要素裁剪点要素时，仅将重合的点写入到输出中，如图1-4-8所示。用线要素裁剪点要素时，仅将与线要素重合的点写入到输出中。T

20、ips:输出要素类将包含输入要素的所有属性。234.3 ArcToolbox工具集使用简介图1-4-6 由面要素裁剪线要素图1-4-7 由线要素裁剪线要素图1-4-8 由点要素裁剪点要素242.联合数据在实际运用中有时会碰到联合数据的问题，联合功能示意图如图1-4-9所示。例如，已知某个地区1990年和2000年土地利用数据，现在把1990年和2000年的数据联合为一个数据文件，可以利用联合工具将两个数据联合为一个数据文件，就容易找到发生变化的地方，从而得到该地区的土地利用/覆盖变化情况。4.3 ArcToolbox工具集使用简介图1-4-9 联合功能示意图注意：所有输入要素类和要素图层都必须

21、有面几何。253.缓冲区分析缓冲区分析是指在输入要素周围某一指定距离内创建缓冲区多边形。在实际运用中，假设用户想了解一个地区人们出门购物的便利性，就可以将超市或便利店的点进行缓冲区分析。假设半径是1000米，凡是落在缓冲区内的地区用户就认为这些地区的人们购物很方便；否则被认为不方便。4.3 ArcToolbox工具集使用简介图1-4-10 缓冲区分析功能示意图264.汇总统计数据该工具是将属性表中的字段计算汇总后得到的统计数据。输出表将由包含统计运算结果的字段组成。可进行以下统计运算：总和、平均值、最大值、最小值、范围、标准差、计数。注意事项：u空值将被排除在所有统计计算之外。例如，10、5

22、和空值的 AVERAGE 为 7.5(10+5)/2)。u使用图层时，仅使用当前所选要素计算统计数据。4.3 ArcToolbox工具集使用简介274.3.2 转换工具使用简介4.3 ArcToolbox工具集使用简介由于GIS数据类型多种多样，在应用中经常会进行数据转换。这时，可以使用ArcToolbox工具集中的相关数据转换工具，这里简单介绍两种转换的具体操作。1.矢量数据转出到栅格在实际运用中经常需要将矢量数据转换为栅格数据，例如要进行叠加分析，其中一个是栅格数据，而另一图层是矢量数据，而要求叠加的结果又是栅格格式的，这时就需要将矢量数据为栅格。要素转栅格的用法如下：l 任何包含点、线或

23、面要素的要素类（地理数据库、shapefile 或 coverage）都可以转换为栅格数据集。284.3.2 转换工具使用简介4.3 ArcToolbox工具集使用简介l 输入字段类型决定输出栅格的类型。如果字段是整型，则输出栅格也是整型；如果字段是浮点型，则输出栅格也是浮点型。l 当选择输入要素数据时，默认字段将是第一个有效的可用字段。如果不存在其他有效字段，则 Object ID 字段（例如，OID 或 FID）将成为默认字段。l 仅支持金字塔环境设置中的构建金字塔设置。通过使用构建金字塔工具，可在后续步骤中对金字塔特性进行更好地控制。294.3.2 转换工具使用简介4.3 ArcTool

24、box工具集使用简介2.要素转出到地理数据库（GeoDatabase）很多情况下，在建立要素的时候没有考虑到整个数据库数据的整体设计而单独建立了很多单一的要素。如果要将这些要素进行整合就需要使用要素到GeoDatabase的转换操作。l 字段映射参数控制输入要素中的输入字段写入输出要素的方式。l 要在转换过程中删除字段，请从字段映射中将输入字段删除。该操作不会影响输入要素类。l 如果创建了新字段，并且输出字段的内容是根据多个（名称不同的）字段生成的，则单个输出字段可根据多个输入字段生成。l 输出字段的数据类型将默认为与其所遇到的第一个名称相同的输入字段的数据类型相同。304.3 ArcTool

25、box工具集使用简介l 如果使用合并规则，则可自行指定分隔符，例如，空格、逗号、句点和短划线等。如果想要使用空格，请确保鼠标指针位于输入框的起始位置处，然后单击空格键。l 可用的“合并规则”有很多：第一个、最后一个、连接、总和、平均值、中值、最小值、最大值和标准差。l 格式选项仅适用于文本型输入字段（且与“连接”合并规则结合使用）。可以指定起点和终点等。使用格式，可以将更改应用到所选的输入字段或者所有相同的输入字段。l 将包含子类型或域的地理数据库数据转换为 shapefile 时，子类型和域代码以及描述都将包含在输出中。l 转换为包含子类型和域描述的 shapefile 比转换为不包含描述的

26、 shapefile 可能需要更多时间。2.要素转出到地理数据库（GeoDatabase）314.3 ArcToolbox工具集使用简介数据管理工具用来管理和维护要素类、数据集、数据层及栅格数据结构，可以实现包括数据库、分离编辑、值域、要素类、要素、字段、普通、一般、索引、连接、图层和表的查看、投影和转换、栅格、关系类、子类型、表、拓扑、版本、工作空间等功能。这里仅例举部分工具使用方法。1.添加字段空间对象的属性信息存储在属性表中，属性表的一列称为一个字段，在这个字段中存储着不同空间对象的同一种属性。在数据被创建的初期，可能对空间对象的属性列表设计不够，在后期的应用中需要添加字段来丰富数据的属性信息；又或者由于时间等因素的变化，数据的属性性结构发生变化，都需要使用添加字段操作来属性数据结构。4.3.3 数据管理工具使用简介324.3 ArcToolbox工具集使用简介2.融合工具当同一个图形中，不同的斑块却具有相同的属性的时候，就可以根据这个属性进行融合，从而消除这种同一属性的相同斑块。4.3.3 数据管理工具使用简介图1-4-11 数据融合过程示意图ArcToolbox工具集中还有很多类似的工具，其功能各异，但使用方法基本类似，读者可以自己在实际操作中尝试使用。