ArcGIS desktop——“热力图”实现方法比较

前几天接了一个电话，客户问我怎么才能用ArcGIS画出“百度地图热力图”中的那种炫酷的热力图，来反应采样点密集程度，而且当他进行缩放时热力图的形状也要能动态改变，就像下面左图、右图这样：

客户的需求是要在前端显示热力图，但是数据量非常大所以不愿意用前端API的方式实现。他说：“我查了很多资料，密度分析，kriging插值和热点分析三个工具我都试过了，但是哪个都不能做到我想要的效果，是我选择的方法错了，还是设置的参数不对呢？”

这样的问题我不是第一次听人说起，相信也绝不是最后一次。首先我先给出这个问题的答案：三种工具都不能做到！

下面容我卖个关子，我先分别介绍一下这三个工具，说说他们为什么不行，最后再说说怎么做才能实现这个需求。

一、 kriging插值

插值和“热力图”是最不沾边的一个工具，如果说他们之间还有什么共同点，他们都是通过一些点（线）数据生成一个栅格表面。

在我的理解中，插值是通过数据的自相关性创建出确定性函数或地统计模型，从而预测测量点周围未知区域的属性的工具。而热力图则是通过高亮的渲染色彩来反映点（线）要素的聚集程度。插值结果是对数据属性值的预测，而热力图是对数据密度表现。

偶尔有极特殊的情况下插值结果图长得跟热力图很像，像得仿佛换个颜色就能说自己是热力图了。但那时因为恰好观测点喜欢扎堆儿，而且恰好每一堆儿观测点的观测值都很相似。但这并不代表你可以用插值工具来绘制热力图，这是完全不搭边儿的两个功能。

二、热点分析

我特别能理解很多人认为热点分析是用来绘制热力图的，就像东京热，北京也很热一样。但是很遗憾的告诉大家，热力图的英文是：Heat Map，而热点分析则是： Hot Spot Analysis，两者的“热”字根本不是一个字。

热点分析工具确实可以统计出地理数据的聚类情况，但这个工具是基于数据值来统计的。想想一下，我对一个城市每隔一公里均匀设置采样点，采集各个地区的空气质量，在热力图看来，这些点在小比例尺下就是一坨，大比例尺下则是一个一个点，毫无聚集情况。但是如果用热点分析进行统计，则可能会发现某个点及其周围几个点都具有较高的空气污染，那么这几个点就会作为热点被统计出来。

而且ArcGIS中的热点分析结果是将数据的热点和冷点分别标记出来，输出数据仍然为点要素，如下左图所示。要想以栅格的形式反映一片区域的聚类情况，还需要对这些点进行进一步处理，如下右图所示。

三、密度分析

为什么把密度分析放在最后呢，因为密度分析工具和热力图的目的是最为相近的，参考密度分析帮助文档：

密度分析可以对某个现象的已知量进行处理，然后将这些量分散到整个地表上，依据是在每个位置测量到的量和这些测量量所在位置的空间关系。密度表面可以显示出点要素或线要素较为集中的地方。

密度分析的工作原理就是设置一个搜索半径，搜索半径内的栅格像元值就是这个搜索区域内的密度。当我们使用的是点密度分析工具时，工具会进行简单的密度计算，如果两个点的搜索区域有重叠，则将重叠区域内的栅格像元值相加，如下图左所示。当我们使用核密度分析工具时，则会根据二次核函数对搜索区域进行计算，最终拟合为光滑锥状的搜索范围，如下图右所示。

可以看出，核密度分析工具的效果与我们希望得到的热力图效果已经很相近了，只要改一下色带的设置即可。但是我们的需求中还有一点没有实现，我们希望热力图可以随着比例尺变化动态的改变，就像百度地图热力图一样，核密度分析工具是无法实现这个需求的，我们需要用ArcGIS pro来实现它！

四、 ArcGIS pro 热点图

ArcGIS pro提供的热点图符号系统是通过核密度分析功能，基于数据的分布密度，动态地对点数据进行热力图渲染。与核密度分析工具类似，热点图符号系统也可以选择搜索半径和权重字段。而热点图符号系统还提供额外的渲染质量设置选项，这里可以选择优先渲染效果或者渲染速度，如果提高渲染速度，工具会对点数据集进行不同程度上的动态聚合，从而达到提升渲染速度的需求，如下图左所示。

而且在ArcGIS pro中，我们还可以编辑热力图的色带（因为原装的几条色带都丑爆了，不编辑不行！），我们可以增减色带的颜色区间，更改每一个区间的颜色，还支持透明度的更改，如上图右所示。