Spatial Analyst 中的地图代数

需要 Spatial Analyst 许可。

地图代数允许您通过代数来访问 Spatial Analyst 的工具、运算符、函数和类。 其最基本的格式是，输出栅格位于等号 (=) 左边，工具、运算符及其参数位于等号右边。 请参阅以下示例：

from arcpy.sa import *
outShade = Hillshade("inelevation.tif", 99, 33)

以上语句用于计算山体阴影，即确定太阳在方位角为 99 度且高度角为 33 度时的照明度，并且创建名为 outShade 的 Raster 对象来存储结果。

地图代数可以运行简单语句，但在创建复杂语句和模型时可实现该语言的强大功能。 由于地图代数已集成到 Python 中，因此，Python 和 ArcPy 的所有功能及其扩展（模块、类、函数和属性）均可供建模者使用。

随着需求的增加，您可以地图代数的很多方面进行探索。 以下快速浏览为您提供一些基本的入门知识。

运行地图代数的基础知识

可通过三种方式使用地图代数：

• 栅格计算器工具
• Python 窗口
• Python 集成式开发环境 (IDE)

栅格计算器

栅格计算器工具可运行地图代数表达式。 该工具具有一个计算器界面，可在其中单击按钮创建大多数地图代数语句。 栅格计算器可作为独立工具使用，也可在 模型构建器 中使用。 因此，通过该工具可将地图代数集成到 模型构建器 中。

显示“栅格计算器”用户界面。

在上述表达式中，通过将第二个栅格和第三个栅格相乘，并将结果与第一个栅格相加来结合三个栅格。 请注意，运算符遵循定义的优先级顺序。

栅格计算器工具并不能取代其他 Spatial Analyst 工具。 需要继续使用其他工具进行相应计算。 例如，使用坡度工具执行坡度计算。 栅格计算器工具用于运行单行代数语句。

由于栅格计算器是地理处理工具，因此，它也可以像所有工具一样集成在 模型构建器 中。 有关详细信息，请参阅以下主题：

• 什么是 ModelBuilder？
• ModelBuilder 基本词汇

Python 窗口

在 Python 窗口允许您使用 ArcGIS Pro 中的地理处理工具和 Python 功能。 可在该窗口中运行的 Python 功能包括单行代码，也包括复杂的多行代码块。 Python 窗口还提供了一个使用第三方 Python 模块和库访问附加功能的位置。

要启动 Python 窗口，在分析选项卡上，单击 Python 下拉菜单，然后选择 Python 窗口按钮 。 或者，在视图选项卡的窗口组中，单击 Python 窗口。

上面的语句序列用于导入 ArcPy 站点包、地理处理环境和 Spatial Analyst 模块；设置工作空间；运行坡度工具；并且永久保存输出。 在语句末尾按 Enter 键后，会立即运行该语句。

Python 窗口的部分功能包括：自动完成内置行、使用变量，以及访问 Python 和 ArcPy 功能。

Python 集成式开发环境

尽管对在 Python 窗口中可以输入的语句数量没有限制，但是创建太多复杂的模型可能会比较麻烦。 您也可以通过所偏爱的集成开发环境来访问 Spatial Analyst 模块的工具、运算符、函数以及类。 启动首选的 IDE 并输入所需的语句。

以下脚本用于导入 ArcPy、地理处理环境和 Spatial Analyst 模块；设置变量；检出扩展模块；运行坡度工具；保存输出。

# Name: Slope
# Description: Identifies the rate of maximum change
#               in z-value from each cell.
# Requirements: Spatial Analyst Extension


# Import system modules
import arcpy
from arcpy import env
from arcpy.sa import *

# Set environment settings
env.workspace = "C:/data"

# Set local variables
inRaster = "elevation"
outMeasurement = "DEGREE"
zFactor = 0.3043

# Check out the ArcGIS Spatial Analyst extension license
arcpy.CheckOutExtension("Spatial")

# Run Slope
outSlope = Slope(inRaster, outMeasurement, zFactor)

# Save the output
outSlope.save("C:/output/outslope02")

与 Python 窗口一样，IDE 可用于访问所有可用的 Python 和 ArcPy 功能。

• 了解有关创建 Python 脚本工具的详细信息

使用工具

所有输出栅格的 Spatial Analyst 工具均可以代数形式使用。 如果数据集名称位于内容窗口或当前工作空间中，则可使用它；否则，必须输入完整路径。

# In the following statement, indem is either  
#   in the TOC or in the current workspace
outRas = Aspect("indem")

# In the following statement the full path is specified
outRas2 = Aspect("C:/Data/indem2.tif")

语句的输出可输入到后续语句中。

outRas = Select("inras.tif", "Value > 105")

# outRas is variable defined by the previous statement and is not quoted
outdist = EucDistance(outRas)

使用运算符

地图代数支持一系列运算符（例如，+、- 和 *）。 这些运算符同样也存在于 Python 中，但针对地图代数进行了修改，以按不同方式处理 Raster 对象。 例如，下面将两个数相加，构成了一个变量：

# set outVar to 14 using the Python + operator
outVar = 5 + 9

为了体现该语句应对栅格起作用（即，使用 Spatial Analyst 运算符），必须将数据集转换为 Raster。 以下示例使用 Spatial Analyst 的 + 运算符将两个栅格相加：

outRas = Raster("inras1.tif") + Raster("inras2.tif")

运算符可以接受栅格和数字的混合形式。 例如，以下示例将常数值 8 与输入栅格中的所有像元相加：

outRas = Raster("inras1.tif") + 8

创建复杂表达式

可将工具和运算符连在一起构成一条语句。 以下示例运行每个表达式中的多个工具和运算符：

outRas = Slope("indem" * 2) / 57
outdist = EucDistance(ExtractByAttributes("inras", "Value > 105"))

可以使用括号控制处理顺序。 考虑下面两个示例，它们使用了相同的运算符，但是由于使用括号而得到了不同的结果：

outRas1 = (Raster("inras1") + Raster("inras2")) / Raster("inras3")

和

outRas2 = Raster("inras1") + Raster("inras2") / Raster("inras3")

在第一条语句中，inras1 与 inras2 相加，然后将结果除以 inras3。 第二条语句中没有括号，inras2 将除以 inras3，然后将结果与 inras1 相加。

在单个表达式中连续使用多个布尔（~、&、^、|）运算符或关系（<、<=、>、>=、==、!=）运算符时，应使用括号。 例如，表达式 (a>2) & (a<5) 需要使用括号。 如果不使用括号，则表达式将导致错误：a>2 & a<5。 因为使用了括号，下面的表达式将会运行：

outRas = (Raster("a") > 2) & (Raster("a") < 5)

抢先版本：

有些表达式可能不只是需要括号，而是需要重写。 例如，形式为 a < b < c 的表达式将不会运行，而添加括号会改变表达式的含义。 因此，要成功运行表达式，必须将其按 (a < b) & (b < c) 形式重写。

使用类

在地图代数工具中，类用于具有多个实际参数的形式参数。 通过对输入形式参数使用类，可以访问形式参数的各个实际参数，从而查询、更改和添加实际参数。 以下示例显示了类的用法：

outRas = FocalStatistics("inRaster", NbrCircle(5, "CELL"), "SUM")

上述语句用于为含有五个像元的圆形邻域中的每个像元计算总和。 此 NbrCircle 类用于创建 NbrCircle 对象。

下面是重映射表类的示例。 可以在重映射类中输入任意数量的值。

outReclass = Reclassify("inRaster", "VALUE", RemapRange([[0, 1], [3, 10], [4, 8]]))

在上述语句中，类 RemapRange 用来定义输入值的重分类。 inRaster 中值为 0 的像元将被分配给 outReclass 中的 1，而 3 将被分配给 10，4 将分配给 8。

• 了解有关 Spatial Analyst 类的详细信息

用于输出要素、表或文件的“地图代数”功能

只有输出栅格的 Spatial Analyst 工具才可以使用代数格式执行。 对于输出不是栅格（例如，要素、表或文本文件）的 Spatial Analyst 工具，通过括号将输出指定为工具中的参数。 请注意下例中的语法，下例将等值线创建为输出折线要素数据集：

indem = "C:/Data/indem"
contourInterval = 100
Contour(indem, "C:/output/outcontours", contourInterval)

关于运行“地图代数”语句的建议

在如下所示的所有“地图代数”示例中，输出均为 Raster 对象。 Raster 对象指向临时栅格数据集，除非明确保存此数据集，否则 ArcGIS 会话结束时会将其删除。 要永久保存临时数据集，可对 Raster 对象调用 save 方法（请参阅以下两个示例）。

在实施“地图代数”工具或运算符之前，建议设置相应的分析环境，尤其是当前工作空间、范围、像元大小、像元大小投影方法、掩膜和捕捉。

• 了解有关地理处理环境设置的详细信息

用于演示工作空间环境的示例如下所示：

import arcpy 
from arcpy import env 
from arcpy.sa import *

env.workspace = "C:/sapyexamples/data" 

outHillshade = Hillshade("elevation", 180, 75, "SHADOWS", 1)

outHillshade.save("outhillshd01")

上述语句设置了工作空间，因此，outhillshd01 将保存在 C:/sapyexamples/data 中。

建议将“地图代数”工具所有复杂输入的类均设置为变量，并在语句中使用此变量。 在下面的语句中，RemapRange 类对象被设置为变量 myRemapRange 并且用作重分类工具的输入。

import arcpy 
from arcpy import env
from arcpy.sa import *

env.workspace = "C:/sapyexamples/data" 
myRemapRange = RemapRange([[-3, 0, 0], [0, 1.75, 25], [1.75, 3.5, 50], 
                           [3.5, 5.25, 75], [5.25, 7, 100]]) 

outReclassRR = Reclassify("inreclass", "VALUE", myRemapRange)

outReclassRR.save("rclassremran")

更多阅读材料

要想更深入地了解 ArcPy，可以浏览以下主题：

• 什么是 ArcPy？
• ArcPy 快速浏览

要获取有关 Python 中的地理处理的详细信息，可参阅以下内容：

• 使用 Python 中的工具
• Python 中的类
• Python 中的环境设置