GIS-空间分析（7）

邻域运算

邻域运算，又称焦点操作（Focal Operation），涉及一个焦点像元和一组环绕像元。环绕像元是按其相对于焦点像元的距离和（或）方向性关系来选定的。邻域类型有矩形、圆形、环形和楔形。矩形邻域是以像元为单位由宽度和高度定义的，如以焦点像元为中心的 3*3窗口。圆形邻域则是以焦点像元为圆心，以指定半径向外扩展。环形是由以焦点像元为中心的一个小圆和一个大圆共同围成的环形区域组成。楔形邻域是以焦点像元为圆心的圆的一片扇形。如图 所示，在所定义的邻域内，有些像元只被部分覆盖。对此，一般的处理原则是：如果该像元的中心是在该邻域内，则将其包括。

                                                    

1.邻域统计值

邻域运算通常用邻域内的像元值进行计算，然后将计算值赋予焦点像元。要完成一个栅格的邻域运算，需要将焦点像元从一个像元移到另一个像元，直到所有像元都被访问过。尽管邻域运算在单一栅格上进行，但其处理过程类似于多个栅格数据的局域运算。不同的是，邻域运算使用定义邻域的像元值，而不是用不同输入栅格的像元值。
从输出栅格看，邻域运算得到的既可以是最小值、最大值、值域、总和、平均值、中值、标准差等统计值，也可以是众数、少数和种类等测量值列表。这些统计值和多栅格局域运算的统计值和测量值相同。
块状运算（block operation）是一种使用矩形（块状）的邻域运算，它将计算值赋予输出栅格数据中的所有块状像元。因此，块状运算与普通邻域运算不同，即运算不是从一个像元移动到另一个像元，而是从块到块

2 邻域运算的应用

邻域运算的一个重要应用是简化数据。例如，滑动平均（moving average）减少了输入栅格像元值的波动水平，如图 所示。该方法用 3*3 或 5*5 矩形作为邻域空间。随着邻域从一个焦点像元移动到另一个焦点像元，计算得邻域像元值的平均值并将其赋予该邻域的焦点像元。滑动平均输出栅格代表初始像元值的综合概括。另一例子是以种类数为测度的邻域运算，先计算邻域内不同像元值的像元数，再把该数目赋予焦点像元。例如，这种方法可在输出栅格中表示植被类型或野生物种的种类数。
地形分析也主要依靠邻域运算。一个像元所代表的坡度、坡向和表面曲率的测算，都来自相邻像元值的邻域运算（如 3*3）矩形。对于需要由其邻域特征来选择像元的研究，邻域运算也很重要。例如，安装重力喷灌系统需要有关像元的圆形邻域内的落差信息。假设系统要求在 845m 距离内具有 40m 的落差，在经济上才是可行的。那么，通过设定半径为 845m 的圆形作为邻域、（高程）值域为统计值，在高程栅格上作邻域运算即可得到答案。查询输出栅格可显示出符合标准的像元。

                                                              

任务 1：邻域分析

邻域分析主要包括焦点统计、块统计和滤波器三种。
焦点统计工具为每个输入像元位置计算其周围指定邻域内的统计数据，例如最大值、平均值或者邻域内遇到的所有值的总和。例如以图 所示中值为 5 的处理像元为例演示如何利用焦点统计求邻域内所有值的总和的处理过程。首先指定一个 3*3 的矩形像元邻域，邻域像元值的总和（3+2+3+4+2+1+4=19）与处理像元的值（5）相加等于 24（19+5=24）。因此将输出栅格中与该处理像元位置相同的位置指定值为 24。

                                       

块统计工具可为一组固定的非叠置窗口或邻域中的输入像元计算统计数据（如最大值最小值、平均值或总和），为单个邻域或块生成的结果将会分配给包含在指定邻域中的所有像元。图 演示了 3*3 邻域块统计求最大值的处理过程。

                           

滤波器工具既可通过消除不必要的数据来提高栅格数据质量，也可用于提升数据中显示不明显的要素。滤波器分为两种类型：低通型和高通型，如图 所示。
1）实验数据：“chp2\2.3 邻域运算\data\emidalat.tif”。
2）实验步骤：
① 在 ArcToolbox 中选择【Spatial Analyst 工具】-【邻域分析】-【焦点统计】，打开邻域统计对话框，如图所示，其参数说明见表 所示。
②在【输入栅格】中选择要用来进行邻域分析的图层。
③在【输出栅格】中设置输出结果指定目录及名称。
④在【邻域分析】中选择邻域分析窗口类型，并输入窗口参数；在【单位】选项中选择邻域分析窗口的单位。
⑤在【统计类型】中选择统计类型。
⑥单击【确定】按钮，完成操作