Типы операций в дополнительном модуле Spatial Analyst

Операции базирующегося на ячейках анализа, доступные в дополнительном модуле Дополнительный модуль ArcGIS Spatial Analyst, могут быть разделены на пять типов:

• Операции, работающие с местоположением одной ячейки (локальные операции)
• Операции, работающие с местоположением ячейки и соседних с ней ячейках (фокальные операции)
• Операции, работающие с ячейками в пределах зон (зональные операции)
• Операции, работающие со всеми ячейками растра (глобальные операции)
• Операции, выполняющие специфические задачи (например, операции гидрологического анализа)

Каждая из этих категорий может испытывать влияние или основываться на пространственном или геометрическом представлении данных, а не только на атрибутивных значениях ячеек. Например, инструмент сложения двух слоев (через сложение ячеек с одинаковым местоположением) зависит от положения ячейки и значения аналогичной ей ячейки второго слоя. Инструменты, применяющиеся к ячейкам в пределах некоторого окружения или в пределах зон, используют пространственную конфигурацию окружения или зоны, а также значения ячеек в пределах данной конфигурации.

Локальные операции

Локальные операции, или операции по каждой ячейке вычисляют выходной набор растровых данных, в котором выходное значение каждого местоположения (ячейки) является функцией значения, связанного с этим местоположением на одном или нескольких наборах растровых данных. Поэтому, значение одной ячейки, независимо от значений соседних ячеек, оказывает непосредственное влияние на выходное значение. Операция с каждой ячейкой может работать с одним или несколькими наборами растровых данных. Для примеров операций с каждой ячейкой с одним набором данных можно привести тригонометрические инструменты, например, Тангенс (Tan), или логарифмические – например, Log2.

Локальные операции: значение выходной ячейки определяется одной входной ячейкой

Локальные операции также могут выполняться с несколькими входными растрами. В этом случае, каждой ячейке будет возвращено одно значение, основанное на операции, примененной к соответствующей ячейке каждого из входных растров. Примером такого типа операций является использование инструмента Статистика по ячейкам (Cell Statistics): для каждой выходной ячейки, статистическое вычисление (например, среднее или диапазон) выполняется над значениями ячеек всех входных растров для соответствующего местоположения.

Фокальные операции

Фокальные, или операции ближайшего соседства создают выходной набор растровых данных, в котором выходное значение каждой ячейки является функцией входного значения этой ячейки и значений ячеек, расположенных в заданной окрестности. По мере обработки каждой ячейки входных данных, соседство перемещается, наподобие «движущегося окна». Конфигурация (размер и форма) окрестности определяет те ячейки, расположенные вокруг обрабатываемой, значения которых будут использоваться при вычислении выходного значения. Типичная соседство – квадрат 3 на 3 ячейки, в котором находится обрабатываемая ячейка и 8 ячеек, окружающих ее.

Фокальные операции: значение выходной ячейки определяется ячейками в заданной окрестности вокруг каждой входной ячейки

Зональные операции

Зональные операции используются для вычисления выходного набора растровых данных, в котором выходные значения каждой ячейки зависят от собственно значения и принадлежности ячейки к определенной картографической зоне. Зональные операции похожи на локальные, отличие состоит в том, что соседство в зональной операции определяется конфигурацией зон или пространственных объектов входного зонального набора данных, а не формой соседства. Отдельные зоны могут иметь любую форму и размер, и могут не соединяться друг с другом. Зоны могут задаваться как растровыми, так и векторными данными. В растровых данных, зона – это все ячейки растра, имеющие одинаковое значение. Для векторных данных зоной являются все пространственные объекты с одинаковыми атрибутивными значениями (например, LandClass = 4).

Зональные операции: значение каждой выходной ячейки определяется всеми входными ячейками той же самой зоны

Пример зональной операции – возвращение среднего по значениям первого набора растровых данных, которые соответствуют указанной зоне второго.

Глобальные операции

Глобальные операции используются для вычисления выходного набора растровых данных, в котором выходное значение каждой ячейки потенциально является функцией всех ячеек различных входных наборов растровых данных. Существуют две основных группы глобальных операций: Евклидово расстояние и взвешенное расстояние.

Глобальные операции Евклидова расстояния

Глобальные операции Евклидова расстояния используются для присвоения каждой ячейки выходного растра значения расстояния от ближайшего источника. Примером источника может являться местоположение начала строительства новой дороги. Направление к ближайшему источнику также может быть присвоено в качестве значения ячейки в дополнительном наборе растровых данных.

Пример глобальной операции Евклидова расстояния.

Глобальные функции Неевклидова (взвешенного) расстояния

Операции Неевклидова расстояния определяют стоимость перемещения из ячейки назначения до ближайшей ячейки-источника по поверхности, которая имеет весовые коэффициенты в дополнение к Евклидовому расстоянию. Примером может служить планирование строительства дороги из точки A в точку B, где строительство кратчайшего, самого прямого, пути, на практике оказывается значительно дороже, из-за формы рельефа и мягкости грунта (болото).

Во всех глобальных вычислениях, для получения ответа необходимо знание всей поверхности.

Операции приложений

Имеется некоторое количество операций моделирования, которые разработаны для решения специфических задач. Операции приложения выполняют узкоспециализированный анализ. Например, гидрологические операции используются для вычисления сети водоснабжения или для построения линий водораздела. Локальные, фокальные, зональные и глобальные операции являются общими операциями, не зависящими от приложения. При классификации операций приложений и локальных, фокальных, зональных и глобальных операций имеется некоторое несоответствие (например, функция Уклон обычно используется в приложениях анализа поверхности, однако она является фокальной функцией). Некоторые из операций приложений, например, анализ поверхности, имеют широкую область применения, другие, такие как функции гидрологического анализа, имеют узкую специализацию. Распределение операций приложения по группам помогает понять границы применения и особые возможности этих операций.

К операциям приложений относятся:

• Изменение разрешения растра
• Анализ плотности
• Гидрологический анализ
• Классификация изображений
• Генерализация
• Анализ поверхности
• Создание поверхности