ArcGIS学习总结（三）——空间分析基本操作

一、介绍

空间数据（也称地理数据）是地理信息系统的一个主要组成部分。空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。它是 GIS 所表达的现实世界经过模型抽象后的内容，一般通过扫描仪、键盘、光盘或其它通讯系统输入 GIS。在某一尺度下，可以用点、线、面、体来表示各类地理空间要素。有两种基本方法来表示空间数据：一是栅格表达; 一是矢量表达。两种数据格式间可以进行转换。

空间分析

空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取空间信息或者从现有的数据派生出新的数据，是将空间数据转变为信息的过程。

空间分析是地理信息系统的主要特征。空间分析能力（特别是对空间隐含信息的提取和传输能力）是地理信息系统区别与一般信息系统的主要方面，也是评价一个地理信息系统的主要指标。空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库。空间分析运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段。

二、操作步骤

空间分析模块

大部分练习都会用到空间分析扩展模块，要使用“空间分析模块”首先在 ArcMap 中执行菜单命令<工具>－<扩展>，在扩展模块管理窗口中，将“空间分析”前的检查框打勾。然后，在 ArcMap 工具栏的空白区域点右键，在出现的右键菜单中找到“空间分析”项，点击该项，在 ArcMap 中显示“空间分析”工具栏。执行“空间分析”工具栏中的菜单命令<空间分析>－<选项>设定与空间分析操作有关的一些参数。这里请在常规选项中设定一个工作目录。因为在空间分析的过程种会产生一些中间结果，默认的情况下这些数据会存储在 Windows 系统的临时路径下（C:\temp），当设置了工作目录后，这些中间结果就会保存在指定的路径下。

1. 了解栅格数据

在ArcMap中，新建一个地图文档，加载栅格数据：Slope1，在TOC 中右键点击图层Slope1，查看属性

在图层属性对话框中，点击“数据源”选项，可以查看此栅格图层的相关属性及统计信息。打开“空间分析”工具栏，点击图标，查看栅格数据的统计直方图：

新建 ArcMap 地图文档：加载离散栅格数据：Landuse，在 TOC 中右键点击 Landuse ，“打开属性表” 查看字段“Count”可以看到每种地类所占栅格单元的数目

2. 用任意多边形剪切栅格数据(矢量数据转换为栅格数据)

在 ArcCatalog 下新建一个要素类（要素类型为:多边形），命名为：ClipPoly.shp 在 ArcMap 中，加载栅格数据：Landuse、和 ClipPoly.shp

打开编辑器工具栏，开始编辑 ClipPoly ，根据要剪切的区域，绘制一个任意形状的多边形。打开属性表，修改多边形的字段“ID”的值为 1，保存修改，停止编辑。打开空间分析工具栏执行命令：<空间分析>－<转换>--<要素到栅格> 指定栅格大小：查询要剪切的栅格图层 Landuse 的栅格大小，这里指定为25 指定输出栅格的名称为路径。

执行命令: <空间分析>-<栅格计算器> 构造表达式：[Landuse]*[polyClip4-polyclip4] ，执行栅格图层：Landuse 和用以剪切的栅格 polyClip4 之间的相乘运算

得到的结果即是以任意多边形剪切的 Landuse 数据

3. 栅格重分类(Raster Reclassify)

通过栅格重分类操作可以将连续栅格数据转换为离散栅格数据在 ArcMap 中，新建地图文档，加载栅格数据 Slope1，打开“空间分析”工具栏，执行菜单命令“重分类”

将坡度栅格重新分为 5 类：0 – 8 、8 – 15 、15 – 25 、25 – 35、 35 度以上。

4. 栅格计算－查询符合条件的栅格(Raster Calculator)

找出坡度在 25 度以下的区域在上一步的基础上进行，执行“空间分析”工具栏上的命令：<空间分析>－<栅格计算器>

构造表达式 [Slope1]<=25 满足条件的栅格赋值为 1，其余的栅格赋值为 0

5. 面积制表（Tabulate Area）

在上一步的基础上进行。加载 Landuse92 栅格图层，打开 ArcToolbox在 ArcToolbox 中，执行<Spatial Analyst Tools>-<Zonal>下的“面积制表”工具按上图所示，指定分区数据和输入栅格数据

打开得到的交叉面积数据表，观查其中的记录

6. 分区统计(Zonal Statistic)

在 ArcMap 中新建地图文档，加载栅格图层 r5yield (粮食产区分类图)、栅格 Organic(土壤有机质含量分布图) 在 r5yield 中，根据产量不同分为 5 个粮食产区

打开 ArcToolbox，执行<Spatial Analyst Tools>-<Zonal>下的“区域统计到表”分析工具，按上图所示指定参数，确认后得到如下一个数据表：

仔细研究上面的数据表，理解本操作的意义，点击上面数据表中的[选项]按钮，执行“创建图形…”命令根据向导提示，设定参数，生成不同粮食产区土壤有机质含量（平均值）的统计图表

从统计图中可以看出，产量最低区有较低的有机质含量，中产区有机质含量较高，这表明较高的有机质含量会带来较高的产量。最高产量区有机质含量较低可能是其他因素的影响。

7. 缓冲区分析(Buffer)

添加缓冲区向导到菜单中在 ArcMap 中，执行命令：<工具>-<定制> 在出现的对话框中的 “命令”选项页。

在左边栏中，目录列表框中，选择“工具” 在右边栏中，命令列表框中，选择“缓冲区向导” 拖放“缓冲区向导”图标到菜单<工具>中，或者拖放到一个已存在的工具栏上。关闭“定制”对话框创建街道的线状缓冲区,新建地图文档，加载街道图层 AIOStreets 和城市地籍图层：AIOZonecov （地图单位为：米）执行菜单命令：<选择>－<通过属性选择>

构造表达式：[STR_NAME]=’CYPRESS’ ，从图层AIOStrees中，选择街道名称为CYPRESS的街道

执行“工具”菜单中的“缓冲区向导”命令，或点击“缓冲区向导”图标，打开缓冲区向导对话框：

通过缓冲区向导，建立所选择街道的 50 米缓冲区（一个多边形图层）

得到沿街道“CYPRESS”的 50 米缓冲区

8. 空间关系查询

Select By Location：根据位置选择，在上一步的基础上进行，找出与街道“CYPRESS”的 50 米缓冲区相交的地块。

9. 采样数据的空间内插(Interpolate)

空间外推算法则是通过已知区域的数据，推求其它区域数据的方法。新建地图文档，加载图层：气温.shp 、YNBoundary, 打开“空间分析”工具栏，执行菜单命令<空间分析>-<内插成栅格>-<样条>，在样条函数内插对话框中，按下图所示指定参数

确定后，得到如下的气温空间分布图（通过修改图例得到相同的效果）2001年平均气温样条函数空间内插

参考以上操作，生成 2002 年的平均气温空间分布图：

2001年平均气温样条函数空间内插执行菜单命令<空间分析>-<选项>，通过设置相关选项和参数，重新进行空间插值，得到如下的结果（用“距离权重倒数”内插方法）

10. 栅格单元统计（Cell Statistic）

在上一步的基础上进行现在我们要根据 2001 年和 2002 年的年平均气温得到多年平均气温空间分布图，打开“空间分析”工具栏，执行菜单命令<空间分析>-<像素统计>

2001、2002 年间平均气温空间内插

11. 邻域统计（Neighborhood）

邻域分析也称为窗口分析，支持的几种分析窗口类型：

ArcMap 中，邻域统计功能所支持的各类算子在 ArcMap 中新建地图文档，加载栅格数据：emidalat, 打开“空间分析”工具栏，执行邻域统计”命令，按如下所示指定参数，

将得到一个经过邻域运算操作后的栅格：NbrMean of emidalat ，这是以 3×3 的格网，对 emidalat 栅格中的单元运用“均值”（Mean）算子进行邻域运算后得到的结果。通过设置图例，使图层：NbrMean of emidalat 和 emidalat 有如下的效果，将地图适当放大，并在 TOC 面板中通过交替进行打开和关闭图层 NbrMean of emidalat 的操作，观察 NbrMean of emidalat 和原始栅格间的差别。

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