GIS 中的栅格分析 - 工具和技术

什么是栅格分析？

栅格分析是分析包含在网格数据集中的空间信息的过程， 网格中的每个单元格都包含一个值或类别， 可能与土壤、土地覆盖、海拔或其他类型的数据相关。 通过栅格分析， 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

最常在遥感中看到栅格分析。 卫星图像、数字高程模型和土地覆盖产品都是基于网格的数据的示例， 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，水文学家可以使用此类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， 显示某个地区发现的土壤类型及其分布方式。

有数以千计的 GIS 应用程序用于空间分析。 栅格分析也可用于涉及制图和可视化数据的环境和地理空间研究项目。 例如，如果正在研究特定区域随时间变化的温度， 则可以使用栅格处理来创建显示此数据的地图， 这张地图可以帮助更好地理解数据并得出更有意义的结论。

本文创建了一个用于空间分析的周期表， 它对左侧的矢量和表格工具进行了分类。 在右侧，可以找到紫色、蓝色和绿色阴影中最常用的栅格分析工具。

栅格分析工具技术

可以利用多种栅格处理技术来分析数据， 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、区域和全局运算。

2.分区统计：该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，可使用区域统计计算一组值的平均值、中值、总和、最小值、最大值和标准差。

3.等高线:等高线生成是创建地形特征的形状和高度表示的过程。 GIS 分析师通过连接给定区域中等高的点来生成等高线。

4.数学函数:数学函数在逐个单元格的基础上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识别从给定源到目标位置的最具成本效益的路径的技术。

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:适宜性分析评估一个地区进行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气候、土壤类型、植被和基础设施等其他因素的空间回归模型。

9.栅格处理:栅格处理是一个“包罗万象”的术语， 用于将现有网格数据转换为新的输出。 常见的栅格处理任务包括选择、裁剪和拆分栅格数据集。

10.插值:插值技术根据现有样本点估计未知值， 插值（例如IDW、克里金法或样条曲线）的输出是栅格表面。

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、人口或任何图像。

离散数据：离散数据是指定性数据， 其值相互排斥，例如物种或土地覆盖的存在与否。

执行栅格分析时，选择正确的数据类型很重要。 重要的是要同时考虑数据的大小和其中的详细程度， 这将帮助您决定将哪种数据类型用于栅格处理。

选择合适的栅格比例

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。

• 高分辨率：网格尺寸越小， 栅格分析和数据所需的计算能力和存储空间就越大。
• 低分辨率：较大的网格尺寸文件较小。 但是，如果网格尺寸太大，那么会丢失栅格数据中的细节。

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 中使用网格化数据的一种强大的数据分析方法， 虽然我们最常将它与遥感联系起来， 但可以在广泛的学科中使用栅格处理。 栅格分析可以识别数据中的趋势和模式， 或者逐个像元地检测随时间的变化， 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。