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【ArcGIS工具箱】45.邻域分析——焦点统计

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在ArcGIS中,邻域分析是一种空间分析方法,用于评估一个位置相对于其周围位置(邻域)的某些特征或属性的关系。

具体来说,邻域分析是以输入数据的像元值为中心,向周围扩展一定的范围,基于扩展范围内的栅格数据进行函数运算,并将结果输出到相应的像元位置的过程。

邻域分析在栅格数据处理中有许多应用,包括平滑噪声、增强边缘、检测局部异常值等。

邻域分析工具集主要包括焦点统计、块统计滤波器焦点流线统计点统计六个工具。

本次主要介绍点统计工具。
  • 1、概念:
焦点统计工具可执行用于计算输出栅格数据的邻域运算,各输出像元的值是其指定邻域范围内所有输入像元值的函数。运算该函数可得出统计数据,例如最大值、平均值或者邻域内所有值的总和。

例如,下图表示的是焦点统计计算总和统计值的邻域处理过程。邻域类型为一个 3 X 3 的矩形邻域

  • 邻域类型:
邻域用于指定计算统计数据的每个像元周围的区域形状,包括以下几类:
1)、圆环形
通过内外半径值来创建环形邻域。内半径为1像元,外半径为3像元环形邻域如下图所示:
2)、圆形

通过指定半径值来创建圆形邻域。半径为2像元的圆形邻域如下图所示:

3)、矩形
通过指定宽度和高度值来创建矩形邻域。5 X 5和4 X 4大小的矩形邻域如下图所示:

4)、楔形
通过指定半径、起始角度和终止角度来创建楔形邻域。半径为3像元、起始角0、终止角90楔形邻域如下图所示:

5)、自定义不规则形状
通过不规则形状核文件(ASCII 文本文件)可指定形状不规则的邻域。
不规则形状核文件的格式要求如下:
  1. 第一行指定了邻域的宽度和高度(表示为由空格分开的 x 轴方向上的像元数和 y 轴方向上的像元数)。

  2. 随后几行则指定了邻域中各个位置的值。按照与各像元在所在邻域中相同的配置输入这些像元值。各个值之间需要由空格分隔。

  3. 核文件中的值非 0(零)即 1(一)。任何不等于 0 的值均将视为 1。

  4. 某像元位置的值为 0(非空)表示该像元不属于该邻域从而无法用于邻域处理。而值为 1 则表示该值对应的像元(和像元值)属于该邻域。

6)、权重邻域

与不规则邻域类型相似,权重邻域通过权重核文件ASCII 文本文件不仅可以用于定义像元周围的不规则形状邻域,还可以指定各输入值的权重。

需要注意的是,权重邻域仅适用于平均值、标准差和总和统计类型。

权重核文件的格式要求如下:

  1. 第一行指定邻域的宽度和高度(表示为由空格分开的 x 轴方向上的像元数和 y 轴方向上的像元数)。
  2. 随后几行则指定邻域中各个位置的权重值。按照与各像元在所在邻域中相同的配置输入这些像元值。正值、负值和小数值均可用作权重。各个值之间需要由空格分隔。
  3. 对于邻域中不用于计算的位置,核文件中的相应位置将用值 0 表示。

图片来源:ArcMap官方文档

—————

  • 统计类型:

可用的统计数据包括以下几类:
  • 平均值(MEAN):邻域内像元的平均值,为默认统计类型。
  • 众数(MAJORITY)邻域内像元众数(出现次数最多的值
  • 最大值(MAXIMUM)邻域内像元的最大值。
  • 中值(MEDIAN)邻域内像元的中值。
  • 最小值(MINIMUM)邻域内像元的最小值。
  • 少数(MINORITY)邻域内像元少数(出现次数最少的值)
  • 范围(RANGE)邻域内像元的值的范围(最大值和最小值之差)
  • 标准差(STD)邻域内像元的标准差Std。
  • 总和(SUM)邻域内像元的总和。
  • 变异度(VARIETY):邻域内像元变异度(唯一值的数量)

需要注意的是,如果输入栅格为整型,则所有统计类型均可用。如果输入栅格为浮点型,则只有平均值、最大值、最小值、范围、标准差和总和统计类型可用。

关于焦点统计工作原理的详细内容可以查看官方文档:

https://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/latest/tools/spatial-analyst-toolbox/how-focal-statistics-works.htm
  • 2、工具

加载【elevation】DEM栅格数据。

系统工具箱中选择【Spatial Analyst Tools→邻域分析焦点统计】工具,进行相应设置:
  • 邻域分析:用于选择邻域分析窗口类型及窗口参数。不规则与权重邻域类型需要指定核文件
  • 统计类型:用于选择统计类型。

以下为不同参数设置生成的结果(统计类型为MEAN
3 X 3大小的矩形邻域

3 X 3大小的权重邻

核文件:       


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《ArcGIS工具箱》系列内容目录(持续更新):

……

33.插值分析——样条函数法
34.插值分析——趋势面法
35.插值分析——克里金法
36.插值分析——地形转栅格
37.插值分析——依据文件实现地形转栅格
38.局部分析——像元统计
39.局部分析——最高位置/最低位置
40.局部分析——等于频数/大于频数/小于频数
41.局部分析——频数取值
42.局部分析——等级
43.局部分析——合并
44.栅格创建——创建常量/正态/随机栅格
……


本篇文章来源于微信公众号: 码农设计师

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