一种二维GIS栅格数据的极值区域划分和极值提取方法技术

本发明专利技术公开了一种二维GIS栅格数据的极值区域划分和极值提取方法，以反映某空间变量分布的极值作用区和各作用区内的极值大小。该方法的输入端包括反映某空间变量分布的二维GIS栅格数据，输出端为基于该栅格数据区域的面元矢量文件以及各面元内的极值大小；其中，面元为该空间变量分布的极值作用区。该方法的计算流程主要类推了ESRI arcGIS的水文分析工具的架构和算法得到极值区域划分，应用了ESRI arcGIS的空间统计等工作流得到各极值区域内的极值。本方法计算快速准确，所需数据可按常规流程搜集，在诸多涉及二维GIS栅格数据的极值区域划分和极值提取的具体问题中具有应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种二维GIS栅格数据的极值区域划分和极值提取方法
本专利技术涉及一种二维GIS栅格数据的极值区域划分和极值提取方法。
技术介绍
空间分析中常涉及局部极大值的计算和区域划定；在实际工作中，栅格数据是常用的数据获取和存储形式。相关课题具有综合性高、操作性强、专业面广等特点，往往涉及多方面数据，其中不乏对某空间变量分布的极值作用区和各作用区内的极值大小的分析需求。在空间分析流程上如能引入一种便捷的划分极值区域和提取极值的方法，能为提升空间要素的解读能力、加深对既有数据的理解提供硬件支持，也能为数据的交互设计、多因素的协同设计以及数据挖掘的技术规范提供技术储备。然而，现阶段和空间数据有关的分析缺乏快速划分极值区域和提取极值的方法。ESRIarcGIS平台提供了可伸缩的、灵活的空间加工和再解读能力，具有强大的数据工具再开发能力；在相同情况下，ESRIarcGIS的栅格数据运算和处理速度快于多数其他软件，有利于栅格数据的便携式处理。其中，水文分析、区域统计等专项工具可应用于经典功能外的其他分析领域，能为二维GIS栅格数据的极值区域划分和极值提取提供解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种二维GIS栅格数据的极值区域划分和极值提取方法，以反映某空间变量分布的极值作用区和各作用区内的极值大小。本专利技术以ESRIarcGIS10.3为基础平台，类推空间分析模块中的水文分析工具的架构和算法得到极值区域划分，应用区域统计等工作流得到各极值区域内的极值。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种二维GIS栅格数据的极值区域划分和极值提取方法，其特征在于所述系统包括以下模块：数据输入端及预处理模块，数据输入端包括反映某空间变量分布的二维GIS栅格数据；第一数据计算流和输出模块，采用ESRIarcGIS水文分析工具中的汇流方向计算和盆域计算，进行极值区域划分，得到盆域矢量图形；第二数据计算流和输出模块，采用了ESRIarcGIS基于极值区域的区域统计方法进行各区域的极值提取，得到附加极值的盆域矢量。进一步地，所述数据输入端及预处理模块包括：二维GIS栅格数据具有合适的像素尺度，栅格值随空间变化连续，显示某空间变量在该尺度下的分布格局；设置ESRIarcGIS的分析环境，指定范围必须大于作为数据输入端的栅格数据，分析粒度选择数据输入端栅格数据的像素尺度。进一步地，如求极大值，第一数据计算流和输出模块包括：①通过使用空间分析模块的栅格计算工具创建表达式执行输入栅格的相反数变换，创建和运行能够输出栅格数据集的地图代数表达式；②使用空间分析模块的流向计算工具创建从每个像元到其下坡相邻点的汇流方向栅格；③使用空间分析模块的盆域计算工具由汇流方向栅格创建描绘所有盆域的栅格；④使用数据转换模块的栅格转面工具将盆域栅格数据转换为矢量图形。进一步地，如求极小值，第一数据计算流和输出模块包括：①使用空间分析模块的流向计算工具创建从每个像元到其下坡相邻点的汇流方向栅格；②使用空间分析模块的盆域计算工具由汇流方向栅格创建描绘所有盆域的栅格；③使用数据转换模块的栅格转面工具将盆域栅格数据转换为矢量图形。进一步地，第二数据计算流和输出模块包括：①使用空间分析模块的区域统计工具获取盆域区域内输入栅格值的统计信息，得到盆域统计表；②采用数据管理模块的字段连接工具，基于公用属性字段将盆域统计表中的MIN或MAX字段连接追加到盆域矢量图形中，得到含有极值信息的盆域矢量图表。本方法计算快速准确，所需数据可按常规流程搜集，在诸多涉及二维GIS栅格数据的极值区域划分和极值提取的具体问题中具有应用价值。该方法的输入端包括反映某空间变量分布的二维GIS栅格数据，输出端为基于该栅格数据区域的面元矢量文件以及各面元内的极值大小；其中，面元为该空间变量分布的极值作用区。该方法的计算流程主要类推了ESRIarcGIS的水文分析工具的架构和算法得到极值区域划分，应用了ESRIarcGIS的空间统计等工作流得到各极值区域内的极值。附图说明图1是本专利技术的流程示意图。图2为数据输入端及预处理模块的流程示意图。图3是本专利技术中第一数据计算流和输出模块的流程示意图。图4是本专利技术中第二数据计算流和输出模块的流程示意图。具体实施方式本专利技术所述二维GIS栅格数据的极值区域划分和极值提取方法，该方法主要基于ESRIarcGIS的架构和算法编写。该方法体系包括三大模块：数据输入端、数据计算流和输出端1、数据计算流和输出端2。图1示出了一个示例的相应分析过程。（1）数据输入端及预处理为一般GIS处理使用的栅格数据，基本数据结构为二维图像，具有空间坐标系属性。栅格数据就是将空间分割成有规律的网格，每一个网格称为一个单元，并在各单元上赋予相应的属性值来表示实体的一种数据形式。每一个单元（像素）的位置由它的行列号定义，所表示的实体位置隐含在栅格行列位置中，数据组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性或指向其属性的指针。一个优秀的压缩数据编码方案是：在最大限度减少计算机运算时间的基点上进行最大幅度的压缩。作为本方法的数据输入端，采用栅格数据必须具有合适的像素尺度，栅格值随空间变化连续，显示某空间变量在该尺度下的分布格局。作为空间分析的重要前置步骤，首先须设置ESRIarcGIS的分析环境。指定范围（Extent）必须大于作为数据输入端的栅格数据，分析粒度（CellSize）选择数据输入端栅格数据的像素尺度。（2）第一数据计算流和输出模块：得到盆域矢量图形①（如果求极大值）通过使用空间分析模块的栅格计算工具创建表达式执行输入栅格的相反数变换，创建和运行能够输出栅格数据集的“地图代数”表达式。调用模块及工具：SpatialAnalysis--RasterCal(0-输入,<输出>)。输入为待计算的二维GIS栅格，<输出>为其相反数；地图代数表达式的语法规则采用ESRIarcGIS中通用的语法规则；栅格计算器作为地理处理工具运行“地图代数”主体功能。②使用空间分析模块的流向计算工具创建从每个像元到其下坡相邻点的汇流方向栅格，支持方法为D8算法。调用模块及工具：SpatialAnalysis--FlowDirection(输入,<输出>,“FORCE”)。输入为待计算的二维GIS栅格（如果求极小值）或其相反数（如果求极大值），<输出>为汇流方向栅格；D8流向法对每个像元到其最陡下坡邻域的流向进行建模，得到值介于1到255间的整型栅格，栅格值代表从中心出发各个方向的编码（1：东；2：东南；4：南；8：西南；16：西；32：西北；64：北；128：东北）；确定流向的一般规律为：如果某像元低于八个相邻像元，则将为该像元指定其相邻像元的最低值，并将流向定义为朝向此像元；运行D8流向算法时，选择“FORCE”以启用强制所有边缘像元向外流动。③使用空间分析模块的盆域计算工具由汇流方向栅格创建描绘所有盆域的栅格。调用模块及工具：SpatialAnalysis--Basin(输入,<输出>)。输入为汇流方向栅格，<输出>为盆域栅格；ESRIarcGIS的水文工具集通过识别默认D8算法下生成的流向整型栅格，通过分析流向的变化找出盆地间的山脊线，在分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维GIS栅格数据的极值区域划分和极值提取方法，其特征在于所述系统包括以下模块：数据输入端及预处理模块，数据输入端包括反映某空间变量分布的二维GIS栅格数据；第一数据计算流和输出模块，采用ESRI arcGIS水文分析工具中的汇流方向计算和盆域计算，进行极值区域划分，得到盆域矢量图形；第二数据计算流和输出模块，采用了ESRI arcGIS基于极值区域的区域统计方法进行各区域的极值提取，得到附加极值的盆域矢量。

【技术特征摘要】
1.一种二维GIS栅格数据的极值区域划分和极值提取方法，其特征在于所述系统包括以下模块：数据输入端及预处理模块，数据输入端包括反映某空间变量分布的二维GIS栅格数据；第一数据计算流和输出模块，采用ESRIarcGIS水文分析工具中的汇流方向计算和盆域计算，进行极值区域划分，得到盆域矢量图形；第二数据计算流和输出模块，采用了ESRIarcGIS基于极值区域的区域统计方法进行各区域的极值提取，得到附加极值的盆域矢量。2.如权利要求1所述的二维GIS栅格数据的极值区域划分和极值提取方法，其特征在于，如求极大值，第一数据计算流和输出模块包括：①通过使用空间分析模块的栅格计算工具创建表达式执行输入栅格的相反数变换，创建和运行能够输出栅格数据集的地图代数表达式；②使用空间分析模块的流向计算工具创建从每个像元到其下坡相邻点的汇流方向栅格；③使用空间分析模块的盆域计算工具由...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨天翔，
申请(专利权)人：上海市政工程设计研究总院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31