ArcGIS10.5 Desktop表面创建和分析

       ARCGIS 支持栅格表面模型和 TIN 表面模型的显示，并在 Spatial Analyst、3D Analyst 和 Geostatistical Analyst 扩展模块中提供了多种用于创建、分析和提取表面信息的分析工具。

       什么是表面？

       表面表示在其范围内的每个点处都具有值的现象。表面上无数个点位置处的值均来自一组数量有限的实例值。这些值可基于直接测量值，例如，高程表面的高度值或气温表面的温度值；在这些测量位置之间，将通过插值为表面指定值。还能够以数学方式从其他数据获取表面，例如，从高程表面获取的坡度表面和坡向表面，从城市公交车站的数据获取的距离表面，或者显示犯罪活动分布或雷击概率的表面。

       表面可以使用等值线或等值线图、点的阵列、TIN 和栅格表示；但是，GIS 中大多数表面分析将使用栅格数据或 TIN 数据来实现。

       等值线是表面上相等的值所组成的线。通常将创建这些等值线来表示地图中的多个表面。

       点既可规则地分布在表面上也可不规则地分布在表面上。这些点通常用作插值法、克里金法或三角测量工具的输入，以创建栅格表面或 TIN 表面，然而某些情况下，这些点还用于表面的制图表达，例如，风向标记或最小成本方向箭头。

       TIN 是表面上的结点和边形成的三角面所组成的网。TIN 是基于一组已知值或高程点构建的，这些值或高程点用作三角测量中的初始结点。可将表面上形状发生明显变化的位置的线（例如，山脊线、河流或道路）作为隔断线加入到 TIN 中，可将共用一个值的区域作为填充面加入。对于 TIN，可使用基于最近结点的线性插值法获取结点之间的各个位置的值。TIN 通常用于表示工程应用中的 terrain 表面，而高程点则允许不规则地分布以容纳表面中具有较大差异的各个区域，并且高程点的值和实际位置将作为结点保留在 TIN 中。

        栅格是像元（或像素）的矩形阵列，每个栅格都存储了它所覆盖的表面部分的值。一个指定像元包含一个值，因此，表面的详细程度取决于栅格像元的大小。栅格是 ARCGIS 中最常用的表面模型。栅格数据所具有的简单结构使得对栅格执行计算（或在栅格之间进行比较）的速度要快于对其他表面制图表达执行相同操作。栅格还可用于存储影像、扫描的地图以及通常获取源自影像的分类信息（例如，土地利用类）。

       创建表面

       在 ARCGIS 中，提供了多种基于矢量要素或基于其他表面创建表面的工具。有多种方法可用于创建表面，包括：插入存储在测量点位置的值，根据某区域中各要素的数量插入表示某一指定现象或要素类型的密度的表面，基于一个或多个要素获取距离表面（或方向表面），或者从其他表面获取一个表面（从高程表面获取坡度栅格表面）。

       插值工具

       插值工具将基于具有测量值（例如，高程或化学物质浓度）的离散样本创建连续表面。提供多种插值工具，每种工具都具有多个影响生成的表面的参数。

       下方的示例显示的是不同的插值方法如何基于相同的输入数据生成不同的输出表面。

使用反距离权重法、样条函数法和自然邻域法基于相同的点进行插值的表面

       最简单的插值工具是反距离权重法 (IDW) 和自然邻域法插值工具。这些插值工具使用附近点的值和距离预估每个像元的表面值。使用反距离权重法插值的表面的内插值是一组附近点的值的加权平均数，由于经过加权，因此附近点的影响将大于距离较远的点的影响（即，与距离成反比）。

       下方的示例显示的是使用反距离权重插值法基于点值进行插值的表面。

反距离权重法 (IDW) 插值

       除了将使用 Delauney 三角测量识别和加权用于插值各像元表面值的数据点（与在 TIN 中一样），自然邻域法插值与反距离权重法插值相同。与其他插值方法相比，自然邻域法插值能够可靠地处理更大的数据集。

       下方的示例显示的是使用自然邻域插值法基于点值进行插值的表面。

自然邻域法插值

       样条函数法和趋势面法插值分别使用多项式法和最小二乘法将最佳拟合表面插值为采样点。样条函数插值法将通过用于最小化锐弯的点来拟合数学表面；此方法适用于平滑变化的表面（例如，地下水位高度）。

       下方的示例显示的是使用样条函数插值法基于点值进行插值的表面。

样条函数法插值

       使用趋势面法插值的表面有助于识别数据中的粗尺度模式；经插值的表面几乎不包含采样点。

       下方的示例显示的是，针对一组点使用趋势面法插值的表面（显示为透明灰色），以及针对相同的点使用反距离权重法插值的表面。

趋势面法插值（灰色）以及使用反距离权重法插值的表面

       密度分析工具用于生成表示每单位面积中某事物数量的表面。您可以使用密度表面基于一组观测值表示野生动物种群的分布，或基于道路密度表示某区域的城市化程度。某些密度分析工具适用于点要素和线要素。

       下方的示例显示的是基于点要素和线要素进行插值的密度表面。

鸟类观测密度  道路密度

       地形转栅格是一种专用工具，可基于 terrain 组成要素（例如，高程点、等值线、河流线、湖泊面、汇点和研究区域边界面）的矢量数据创建符合真实地表的栅格表面。

       下方的示例显示的是使用地形转栅格插值工具基于高程点、等值线、河流线和湖泊面进行插值的表面。

Terrain 元素和生成的“地形转栅格”表面模型

       TIN 表面创建工具包括创建 TIN 和编辑 TIN 工具（这些工具用于在初始时为特定区域创建 TIN 并向其中添加矢量要素）以及栅格转 TIN 工具（此工具用于将栅格表面模型转换为 TIN 表面模型）。

       下方的示例显示的是基于点要素、线要素和面要素创建的 TIN 表面。terrain 高度获取自大部分三角面的折点位置的个别取样高程。TIN 表面的形状将通过这些高程点的三角测量值以及隔断线（蓝色的河流以及红色的山脊线和坡折带）和蓝色的水库填充面来确定。

       具有隔断线和填充面的 TIN 表面的平面视图和透视图

       地统计插值方法以统计数据为基础。这些方法可用于创建预测值表面并根据预测的确定程度进行插值。克里金法是一种高级表面创建方法，当数据中存在空间相关距离或方向偏差时最为适用。此方法最常用于土壤科学和地质学。“地统计”地理处理工具和“地统计”向导随 Geostatistical Analyst 扩展模块提供。

       可通过 Geostatistical Analyst 向导使用克里金法以及协同克里金法、径向基函数 (RBF) 插值法、反距离权重法、全局多项式插值法和局部多项式插值法创建表面。此向导还包含数据浏览工具（如直方图、正态 QQ 图）和趋势分析工具。Geostatistical Analyst 还包含用于数据准备（如创建大型数据集的子集）、数据转换和去除数据趋势的工具。

       下方的示例显示的是使用克里金法基于点值进行插值的表面。

克里金法插值