GIS 中的栅格分析 – 工具和技术

什么是栅格分析？

栅格分析是分析格网数据集中包含的空间信息的过程。格网中的每个像元都包含一个值或类，该值或类可能与土壤、土地覆被、高程或其他类型的数据相关。

通过栅格分析，我们可以根据像素值评估和解释有关地理位置的信息。与矢量数据不同，重点是栅格，其中每个像素都包含有关特定地理位置的信息。

栅格分析示例

您最常在遥感中看到栅格分析。卫星影像、数字高程模型和土地覆被产品都是基于格网的数据的示例。但它不仅限于遥感，因为我们经常在地质学、水文学和土壤科学等学科中使用栅格数据。

例如，水文学家可以使用这种类型的分析来计算某个区域的坡度和径流。或者，生态学家可以使用它来开发栖息地适宜性模型。地质学家可以使用栅格数据和分析来创建土壤地图，以显示在一个区域中发现的土壤类型及其分布方式。

有数千种用于空间分析的 GIS 应用程序。栅格分析对于涉及制图和可视化数据的环境和地理空间研究项目也很有用。例如，如果您正在研究特定区域的温度随时间的变化，则可以使用栅格处理来创建显示此数据的地图。此地图可帮助您更好地了解数据并得出更有意义的结论。

我们创建了一个用于空间分析的元素周期表，该表对左侧的矢量和表格工具进行分类。在右侧，您可以找到最常见的紫色、蓝色和绿色阴影栅格分析工具。

栅格分析工具技术

有几种栅格处理技术可用于分析数据。以下是一些最受欢迎的：

1. 地图代数 – 地图代数是一组用于分析栅格数据的数学运算。例如，地图代数包括局部、焦点、区域和全局操作。

2. 分区统计 – 此栅格工具允许用户汇总有关区域内一个或多个要素的信息。例如，您可以使用分区统计量计算一组值的平均值、中位数、总和、最小值、最大值和标准差。

3. 等值线 – 等值线生成是创建地形要素形状和高程表示的过程。GIS 分析师通过连接给定区域中高程相等的点来生成等值线。

4. 数学函数 – 数学函数逐个单元格执行一种数值表达式。例如，这可能包括算术、幂、指数和对数类型的函数。

5. 条件 – 条件函数（也称为逻辑运算符）是一种栅格操作，允许用户评估栅格数据集上的一组条件。

6. 成本路径 – 基于输入栅格，成本路径分析是一种用于确定从给定源到目标位置的最具成本效益路径的技术。

7. 地形分析 – 地形分析是使用数字高程数据 （DEM） 分析景观地形各个方面的过程。

8. 适宜性 – 适宜性分析评估某个区域对特定活动或目的的潜力。这可能包括分析土地利用和地形以及其他因素（如气候、土壤类型、植被和基础设施）的空间回归模型。

9. 栅格处理 – 栅格处理是一个“包罗万象”术语，用于将现有格网数据转换为新输出。常见的栅格处理任务包括选择、裁剪和分割栅格数据集。

10. 插值 – 插值技术根据现有采样点估计未知值。插值（例如 IDW、克里金法或样条曲线）的输出是栅格表面。

如果要查找栅格工具的更多示例，ArcGIS Pro 的栅格分析工具箱中提供了更多示例。

选择栅格数据类型

在执行任何类型的栅格处理之前，了解可以使用的不同数据类型非常重要。栅格数据的两种主要类型是 （1） 连续数据和 （2） 离散数据。

连续数据 – 连续栅格数据是指具有定量值的数据，例如温度、人口或任何影像。

离散数据 – 离散数据是指定性数据，其值是互斥的，例如是否存在物种或土地覆被。

执行栅格分析时，选择正确的数据类型非常重要。请务必同时考虑数据的大小和其中的详细程度。这将帮助您确定用于栅格处理的数据类型。

选择正确的栅格比例

执行栅格分析时的另一个重要考虑因素是以正确的比例使用和创建栅格数据。

无论选择哪种像元大小，考虑输入或输出栅格数据的分辨率始终很重要。

结论

栅格分析是 GIS 中一种功能强大的数据分析方法，它使用格网数据。虽然我们最常将其与遥感联系起来，但我们可以在广泛的学科中使用光栅处理。

栅格分析可以识别数据中的趋势和模式，或逐个像元检测随时间的变化。总体而言，栅格分析是 GIS 中用于快速分析大量数据的有用工具。