ArcGIS大师之路500技---031栅格计算器

文章目录

前言
一、基本概念
二、常用函数
- [2.1 数学函数](#2.1 数学函数)
- [2.2 统计函数](#2.2 统计函数)
- [2.3 条件函数](#2.3 条件函数)
- [2.4 逻辑函数](#2.4 逻辑函数)
- [2.5 重分类函数](#2.5 重分类函数)
- [2.6 表面分析函数](#2.6 表面分析函数)
- [2.7 距离函数](#2.7 距离函数)
- [2.8 水文分析函数](#2.8 水文分析函数)
- [2.9 插值函数](#2.9 插值函数)
三、最佳实践建议
总结

前言

ArcGIS栅格计算器（Raster Calculator）是空间分析工具箱中的强大工具，用于对栅格数据进行数学运算和逻辑分析。

一、基本概念

作用
执行栅格数据的数学运算（加、减、乘、除等）
进行条件判断和逻辑运算
多个栅格数据的叠加分析
地图代数表达式计算
访问方式
ArcMap: 空间分析工具 → 地图代数 → 栅格计算器
: 通过arcpy.sa.RasterCalculator()调用
栅格引用方式
直接双击图层列表中的栅格名称
手动输入栅格名称（需加引号）
使用完整路径："C:/data/dem.tif"

二、常用函数

2.1 数学函数

基本数学运算

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# 绝对值
Abs("temperature_change")
#平方根
Sqrt("area")

#幂运算
Power("radius", 2)  # 半径的平方
Square("distance")  # 平方

#对数
Log("population")    # 自然对数
Log10("light_value") # 以10为底的对数
Exp("growth_rate")   # 指数函数

2 三角函数

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#角度转弧度
("angle_degree" * 3.1415926535) / 180

#三角函数计算
Sin("slope_radians")    # 正弦
Cos("aspect_radians")   # 余弦
Tan("angle_radians")    # 正切

#反三角函数
ASin("value")  # 反正弦
ACos("value")  # 反余弦
ATan("value")  # 反正切
实例：计算日照强度


 假设slope为坡度，aspect为坡向，latitude为纬度
slope_rad = ("slope" * 3.14159) / 180
aspect_rad = ("aspect" * 3.14159) / 180
lat_rad = (30 * 3.14159) / 180  # 北纬30度

#简化的日照强度计算
solar_radiation = Cos(slope_rad) * Cos(lat_rad) + Sin(slope_rad) * Sin(lat_rad) * Cos(aspect_rad)

2.2 统计函数

局部统计

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#邻域统计
FocalStatistics("elevation", NbrRectangle(3, 3), "MEAN")  # 3x3窗口均值
FocalStatistics("rainfall", NbrCircle(5, "CELL"), "MAX")  # 5像元半径最大值

#块统计
BlockStatistics("ndvi", NbrRectangle(10, 10), "MEAN")  # 10x10块统计

区域统计

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#分区统计
ZonalStatistics("watershed", "VALUE", "slope", "MEAN")  # 流域平均坡度
ZonalStatistics("landuse", "VALUE", "temperature", "RANGE")  # 土地利用类型内温度范围

2.3 条件函数

Con函数（最常用）

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#基本语法
Con(condition, true_value, false_value)
Con(condition, true_value, false_value, where_clause)

#简单重分类
Con("elevation" > 1000, 1, 0)  # 高于1000米为1，否则为0

#多条件重分类
Con("landuse" == 1, "耕地",
    Con("landuse" == 2, "林地",
        Con("landuse" == 3, "水域", "其他")))

Pick函数

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#根据位置索引选择值
Pick("index_raster", ["raster1", "raster2", "raster3"])

#实例：根据月份选择温度数据
month = "month_index"  # 值从1到12
temperature = Pick(month, 
    ["jan_temp", "feb_temp", "mar_temp", "apr_temp", "may_temp", "jun_temp",
     "jul_temp", "aug_temp", "sep_temp", "oct_temp", "nov_temp", "dec_temp"])

2.4 逻辑函数

比较运算

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#等于
"landuse" == 1

# 不等于
"slope" != 0

# 范围判断
("temperature" >= 10) & ("temperature" <= 30)

# 多个条件组合
("soil_type" == 3) & ("slope" < 15) & ("aspect" > 90) & ("aspect" < 270)

布尔运算

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# 与运算
("rainfall" > 1000) & ("temperature" > 15)

# 或运算
("elevation" < 50) | ("distance_sea" < 10)

# 非运算
~("protected_area" == 1)  # 非保护区

# 异或运算
("urban" == 1) ^ ("industrial" == 1)  # 城市或工业区，但不是两者都是

2.5 重分类函数

Reclassify函数

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# 直接重分类（在ArcGIS Pro中）
Reclassify("slope", 
    RemapRange([[0,5,1], [5,15,2], [15,25,3], [25,90,4]]))

# 使用栅格计算器实现类似功能
slope_class = Con("slope" <= 5, 1,
    Con("slope" <= 15, 2,
        Con("slope" <= 25, 3, 4)))

自定义重分类

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# 连续值离散化
temperature_class = Int(("temperature" + 10) / 5)  # 每5度一个等级

# 归一化到0-1范围
normalized = ("value" - FocalStatistics("value", NbrRectangle(100,100), "MINIMUM")) / 
             (FocalStatistics("value", NbrRectangle(100,100), "MAXIMUM") - 
              FocalStatistics("value", NbrRectangle(100,100), "MINIMUM"))

2.6 表面分析函数

地形分析

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# 坡度计算（需要Spatial Analyst扩展）
Slope("dem", "DEGREE")  # 度为单位
Slope("dem", "PERCENT_RISE")  # 百分比坡度

# 坡向计算
Aspect("dem")

# 曲率计算
Curvature("dem")

2.7 距离函数

欧氏距离

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# 到最近道路的距离
EucDistance("roads")

# 成本距离
CostDistance("source", "cost_raster")

# 成本路径
CostPath("destination", "cost_distance", "backlink")

2.8 水文分析函数

基本水文分析

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# 流向计算
flow_dir = FlowDirection("dem", "NORMAL")

# 汇流累积量
flow_acc = FlowAccumulation(flow_dir)

# 盆地（流域）划分
basin = Basin(flow_dir)

# 水流长度
flow_length = FlowLength(flow_dir, "DOWNSTREAM")

2.9 插值函数

空间插值

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# IDW反距离权重插值
Idw("rain_gauges", "RAINFALL", 2000, 2)

# 克里金插值
Kriging("temperature_stations", "TEMP", "Spherical")

# 样条函数插值
Spline("elevation_points", "ELEVATION", "REGULARIZED")

三、最佳实践建议

表达式测试: 先在小型测试区域验证表达式

文档记录: 保存计算表达式和参数设置

中间结果: 复杂计算时保存中间结果

内存管理: 大文件计算时注意内存使用

验证检查: 使用统计工具验证计算结果

总结

ArcGIS栅格计算器是地理空间分析的核心工具，通过灵活的地图代数表达式，可以完成从简单数学运算到复杂空间模型的各类分析任务。掌握其语法规则和应用技巧，能显著提高GIS空间分析工作的效率和精度。