《GIS空間分析理論與方法》課件-項目三：矢量數(shù)據(jù)處理與分析

1.疊置分析—疊加分析GIS空間分析理論與方法目錄CONTENTS空間連接標(biāo)識疊加圖層擦除010203相交04交集取反05聯(lián)合061空間連接在ArcGIS中，空間連接（SpatialJoin）是一種將兩個圖層基于空間關(guān)系（如相交、包含、鄰近等）進(jìn)行屬性連接的工具。它可以將一個圖層的屬性信息添加到另一個圖層中，從而創(chuàng)建新的輸出圖層?？臻g連接廣泛應(yīng)用于空間數(shù)據(jù)分析、屬性關(guān)聯(lián)和空間查詢等場景。示例假設(shè)你有一個居民點圖層和一個學(xué)校圖層，你想為每個居民點添加最近的學(xué)校信息。可以按照以下步驟操作：1.選擇“CLOSEST”匹配選項。2.運行空間連接工具。3.輸出圖層的屬性表將包含每個居民點的屬性以及最近學(xué)校的屬性（如學(xué)校名稱、距離等）。1空間連接注意事項空間連接是指根據(jù)要素的相對空間位置將連接要素中的行匹配到目標(biāo)要素中的行。默認(rèn)情況下，連接要素的所有屬性會被追加到目標(biāo)要素的屬性中并復(fù)制到輸出要素類。通過在連接要素的字段映射參數(shù)中控制寫入到輸出中的屬性，可以對其進(jìn)行定義。始終會向輸出要素類添加兩個新字段Join_Count和TARGET_FID。其中，Join_Count指示與各個目標(biāo)要素(TARGET_FID)相匹配的連接要素數(shù)量。在連接操作參數(shù)中指定JOIN_ONE_TO_MANY時，將另一個新的字段JOIN_FID添加到輸出。當(dāng)連接操作參數(shù)為JOIN_ONE_TO_MANY時，輸出要素類中的每個目標(biāo)要素都可以包含一個或多個行。使用JOIN_FID字段更易于確定所連接的要素與目標(biāo)要素(TARGET_FID)的具體對應(yīng)關(guān)系。JOIN_FID字段的值為-1，表示沒有任何要素符合與目標(biāo)要素存在的指定空間關(guān)系。2圖層擦除在ArcGIS中，圖層擦除（Erase）是一種用于從一個圖層中刪除與另一個圖層重疊部分的工具。它可以幫助你創(chuàng)建新的幾何，移除不需要的區(qū)域，常用于土地利用規(guī)劃、保護(hù)區(qū)劃分、空間分析等場景。示例假設(shè)你有一個土地利用圖層和一個保護(hù)區(qū)圖層，你想從土地利用圖層中刪除保護(hù)區(qū)覆蓋的區(qū)域?？梢园凑找韵虏襟E操作：1.選擇土地利用圖層作為輸入要素。2.選擇保護(hù)區(qū)圖層作為擦除要素。3.運行擦除工具。4.輸出圖層將顯示土地利用圖層中未受保護(hù)區(qū)覆蓋的區(qū)域。2圖層擦除注意事項將與擦除要素幾何重疊的輸入要素幾何移除。擦除要素可以為點、線或面，只要輸入要素的要素類型等級與之相同或較低。面擦除要素可用于擦除輸入要素中的面、線或點；線擦除要素可用于擦除輸入要素中的線或點；點擦除要素僅用于擦除輸入要素中的點。3標(biāo)識疊加在ArcGIS中，標(biāo)識疊加（Identity）是一種空間分析工具，用于將一個圖層的幾何和屬性信息疊加到另一個圖層上，同時保留輸入圖層的所有區(qū)域。標(biāo)識疊加的結(jié)果是輸入圖層的幾何與標(biāo)識圖層的幾何相交的部分，并且會包含兩個圖層的屬性信息。示例假設(shè)你有一個行政區(qū)劃圖層和一個土地利用圖層，你想將土地利用信息疊加到行政區(qū)劃圖層上。可以按照以下步驟操作：1.選擇行政區(qū)劃圖層作為輸入要素。2.選擇土地利用圖層作為標(biāo)識要素。3.運行標(biāo)識疊加工具。4.輸出圖層的屬性表將包含行政區(qū)劃和土地利用的屬性信息。3標(biāo)識疊加注意事項輸入要素可以是點、多點、線或面。注記要素、尺寸要素或網(wǎng)絡(luò)要素不能作為輸入。標(biāo)識要素必須是面要素，或與輸入要素的幾何類型相同。如果使用此工具時，將點作為輸入而將面作為標(biāo)識要素，那么直接落在面邊界上的點將被添加到輸出中兩次；為每個包含該邊界的面各添加一次。在此情況下，對輸出運行相交工具可識別重復(fù)點，以確定要保留的點。4相交在ArcGIS中，相交（Intersect）是一種空間分析工具，用于提取兩個或多個圖層的重疊部分。相交操作會生成一個新的圖層，該圖層包含輸入圖層的幾何交集以及所有輸入圖層的屬性信息。相交分析常用于提取多個圖層的共同區(qū)域，例如土地利用與保護(hù)區(qū)的重疊區(qū)域、道路與河流的交叉點等。示例假設(shè)你有一個土地利用圖層和一個保護(hù)區(qū)圖層，你想提取兩者重疊的區(qū)域?？梢园凑找韵虏襟E操作：1.選擇土地利用圖層和保護(hù)區(qū)圖層作為輸入要素。2.運行相交工具。3.輸出圖層將顯示土地利用和保護(hù)區(qū)重疊的區(qū)域，并包含兩個圖層的屬性信息。4相交注意事項輸入要素必須為簡單要素：點、多點、線或面。輸入要素不能是復(fù)雜要素，比如注記要素、尺寸要素或網(wǎng)絡(luò)要素。如果輸入具有不同幾何類型（即，面上的線、線上的點等），則輸出要素類幾何類型默認(rèn)與具有最低維度幾何的輸入要素相同。例如，如果一個或多個輸入的類型為點，則默認(rèn)輸出為點；如果一個或多個輸入為線，則默認(rèn)輸出為線；如果所有輸入都為面，則默認(rèn)輸出為面。輸出類型可以是具有最低（或更低）維度幾何的輸入要素類型。例如，如果所有輸入都是面，則輸出可以是面、線或點。如果某個輸入類型為線但不包含點，則輸出可以是線或點。如果任意一個輸入是點，則輸出類型只能是點。5交集取反在ArcGIS中，交集取反（SymmetricalDifference）是一種空間分析工具，用于提取兩個圖層中不重疊的部分。換句話說，它保留了兩個圖層中彼此不相交的區(qū)域，而去除了它們的重疊部分。交集取反常用于比較兩個圖層的差異，例如分析土地利用變化、識別未受保護(hù)的區(qū)域等。注意輸入和更新要素類或要素圖層必須具有相同的幾何類型。示例假設(shè)你有一個土地利用圖層和一個保護(hù)區(qū)圖層，你想提取兩者不重疊的區(qū)域?？梢园凑找韵虏襟E操作：1.選擇土地利用圖層作為輸入要素。2.選擇保護(hù)區(qū)圖層作為更新要素。3.運行交集取反工具。4.輸出圖層將顯示土地利用和保護(hù)區(qū)不重疊的區(qū)域，并包含兩個圖層的屬性信息。6聯(lián)合在ArcGIS中，聯(lián)合（Union）是一種空間分析工具，用于將兩個或多個圖層的幾何和屬性信息合并到一個新的圖層中。聯(lián)合操作會保留所有輸入圖層的區(qū)域，包括它們的重疊部分和非重疊部分。聯(lián)合分析常用于合并多個圖層的數(shù)據(jù)，例如土地利用圖層、行政區(qū)劃圖層等。示例假設(shè)你有一個土地利用圖層和一個行政區(qū)劃圖層，你想將兩者合并為一個圖層?？梢园凑找韵虏襟E操作：1.選擇土地利用圖層和行政區(qū)劃圖層作為輸入要素。2.運行聯(lián)合工具。3.輸出圖層將顯示土地利用和行政區(qū)劃的合并區(qū)域，并包含兩個圖層的屬性信息。6聯(lián)合注意事項所有輸入要素類和要素圖層都必須有面幾何。允許間隙參數(shù)可與連接屬性參數(shù)中的所有屬性或僅要素ID設(shè)置一起使用。這樣可以識別出被生成面完全包圍的生成區(qū)域。這些GAP要素的FID屬性將為-1。輸出要素類將包含各個輸入要素類的FID_<name>屬性。例如，如果某個輸入要素類的名稱為Soils，則輸出要素類中將存在一個FID_Soils屬性。與其他輸入要素不相交的所有輸入要素（或輸入要素的任何部分）的FID_<name>值均為-1。在這種情況下，未檢測到任何交集的并集中的其他要素類的屬性值將不會傳遞到輸出要素。2.分區(qū)統(tǒng)計GIS空間分析理論與方法分區(qū)統(tǒng)計在ArcGIS中，分區(qū)統(tǒng)計（ZonalStatistics）是一種用于對柵格數(shù)據(jù)按特定區(qū)域（稱為“分區(qū)”或“區(qū)域”）進(jìn)行統(tǒng)計分析的工具。分區(qū)可以是矢量面數(shù)據(jù)（如行政區(qū)劃）或另一個柵格數(shù)據(jù)定義的區(qū)域。分區(qū)統(tǒng)計工具可以計算每個區(qū)域內(nèi)柵格數(shù)據(jù)的統(tǒng)計值，例如平均值、最大值、最小值、總和、標(biāo)準(zhǔn)差等。分區(qū)統(tǒng)計分區(qū)統(tǒng)計的核心概念：1.分區(qū)（Zone）：分區(qū)是由矢量面數(shù)據(jù)（如行政區(qū)劃）或另一個柵格數(shù)據(jù)定義的區(qū)域。每個分區(qū)可以是多邊形（矢量）或具有相同值的像元集合（柵格）。2.值柵格（ValueRaster）：值柵格是需要進(jìn)行統(tǒng)計分析的柵格數(shù)據(jù)，例如高程、溫度、降水量等。3.統(tǒng)計類型：分區(qū)統(tǒng)計工具支持多種統(tǒng)計方法，例如平均值、最大值、最小值、總和、標(biāo)準(zhǔn)差等。4.輸出結(jié)果：輸出結(jié)果可以是表格（每個分區(qū)的統(tǒng)計值）或柵格數(shù)據(jù)（每個分區(qū)的值被替換為統(tǒng)計值）。分區(qū)統(tǒng)計“區(qū)域”圖層展示了定義區(qū)域的輸入柵格?！爸怠眻D層包含將要用于計算每個區(qū)域的統(tǒng)計數(shù)據(jù)的輸入。在本示例中，將為每個區(qū)域指定輸入值的最大值。分區(qū)統(tǒng)計常用的統(tǒng)計方法平均值（Mean）：計算分區(qū)內(nèi)像元的平均值。最大值（Maximum）：計算分區(qū)內(nèi)像元的最大值。最小值（Minimum）：計算分區(qū)內(nèi)像元的最小值。總和（Sum）：計算分區(qū)內(nèi)像元的總和。標(biāo)準(zhǔn)差（StandardDeviation）：計算分區(qū)內(nèi)像元的標(biāo)準(zhǔn)差。中位數(shù)（Median）：計算分區(qū)內(nèi)像元的中位數(shù)。眾數(shù)（Majority）：計算分區(qū)內(nèi)像元的眾數(shù)（出現(xiàn)頻率最高的值）。少數(shù)（Minority）：計算分區(qū)內(nèi)像元的少數(shù)值（出現(xiàn)頻率最低的值）。變異系數(shù)（Variety）：計算分區(qū)內(nèi)像元的不同值的數(shù)量。分區(qū)統(tǒng)計輸出數(shù)據(jù)類型分區(qū)統(tǒng)計眾數(shù)將每個區(qū)域中最常出現(xiàn)的值分配到該區(qū)域的所有像元中。當(dāng)區(qū)域中的眾數(shù)值存在平局（存在多個具有最高出現(xiàn)頻率的值）時，會將值最小的平局值指定為該區(qū)域中所有像元位置的輸出分區(qū)統(tǒng)計最大值將每個區(qū)域中的最大值分配給該區(qū)域中的所有像元。分區(qū)統(tǒng)計平均值將每個區(qū)域的平均值分配給該區(qū)域中的所有輸出像元。分區(qū)統(tǒng)計中值將每個區(qū)域的中值分配給該區(qū)域中的所有輸出像元。要計算中值，需要對區(qū)域中的所有像元進(jìn)行分級。如果區(qū)域中有n個像元且n為奇數(shù)，則將中間的(n/2)值寫入該區(qū)域的所有像元。如果像元數(shù)為偶數(shù)，則輸出值為(n/2)-1。分區(qū)統(tǒng)計最小值將每個區(qū)域中的最小值分配給該區(qū)域的所有像元。分區(qū)統(tǒng)計少數(shù)將每個區(qū)域中最不常出現(xiàn)的值分配到該區(qū)域的所有像元中。當(dāng)區(qū)域中的少數(shù)值存在平局（存在多個具有最高出現(xiàn)頻率的值）時，會將值最小的平局值指定為該區(qū)域中所有像元位置的輸出。分區(qū)統(tǒng)計范圍將每個區(qū)域中最大值和最小值之間的差值分配給該區(qū)域的所有像元。分區(qū)統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)差將每個區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)差分配給該區(qū)域的所有像元。標(biāo)準(zhǔn)差的公式如下：分區(qū)統(tǒng)計總和將每個區(qū)域中所有像元值的總和分配到該區(qū)域的所有像元中。輸出柵格的數(shù)據(jù)類型為浮點型。這是由于該總和值往往很大，無法使用整型值來表示。分區(qū)統(tǒng)計變異度將每個區(qū)域中唯一值的數(shù)量分配到該區(qū)域的每一個像元。分區(qū)統(tǒng)計應(yīng)用場景1.行政區(qū)劃分析計算某個行政區(qū)內(nèi)的平均降水量、溫度等。例如：統(tǒng)計某省各縣市的年平均降水量。2.土地利用統(tǒng)計計算不同土地利用類型的面積或統(tǒng)計值。例如：統(tǒng)計某區(qū)域內(nèi)耕地、林地、草地的面積。3.生態(tài)環(huán)境分析計算某個生態(tài)保護(hù)區(qū)內(nèi)的植被指數(shù)（如NDVI）的平均值或標(biāo)準(zhǔn)差。例如：分析某國家公園內(nèi)的植被覆蓋變化。4.水文分析計算某個流域內(nèi)的平均高程或坡度。例如：統(tǒng)計某河流流域內(nèi)的平均坡度。分區(qū)統(tǒng)計注意事項1.分區(qū)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備如果使用矢量面數(shù)據(jù)作為分區(qū)數(shù)據(jù)，確保面數(shù)