ArcGIS Spatial Analyst

ArcGIS Spatial Analyst
Anexo
o de Producto
Agosto de 2010
ArcGIS Spatial Analyst
Anexo de Producto
Índice
1.
Presentación del documento ____________________________________ 1
1.1.
Introducción __________________________________________________________________1
1.2.
Valor aportado por Esri España __________________________________________________3
1.3.
Contenido del documento _______________________________________________________3
2.
Descripción Técnica ___________________________________________ 3
2.1.
Componentes _________________________________________________________________4
2.2.
2.1.1.
Herramientas de geoprocesamiento _____________________________________________ 4
2.1.2.
Calculadora Ráster __________________________________________________________ 6
2.1.3.
Barra de herramientas Spatial Analyst __________________________________________ 7
2.1.4.
Barra de herramientas Image Classification ______________________________________ 8
Formato de datos ______________________________________________________________9
2.2.1.
Ráster ____________________________________________________________________ 9
2.2.2. Vector ___________________________________________________________________ 10
2.3.
Funcionalidad ________________________________________________________________10
2.3.1.
Análisis de Distancias ______________________________________________________ 10
2.3.2. Análisis de Densidad _______________________________________________________ 11
2.3.3. Superficies de Interpolación __________________________________________________ 12
2.3.4. Análisis de Superficies ______________________________________________________ 14
2.3.5. Análisis Hidrológico _________________________________________________________ 15
2.3.6. Modelización de Flujos Subterráneos de Agua __________________________________ 16
2.3.7. Funciones Matemáticas______________________________________________________ 17
Pág. i
ArcGIS Spatial Analyst
Anexo de Producto
2.3.8. Funciones Estadísticas ______________________________________________________ 18
2.3.9. Estadísticas Locales ________________________________________________________ 19
2.3.10. Estadísticas de Entorno (Focal) _____________________________________________ 20
2.3.11. Estadísticas de Zona _______________________________________________________ 21
2.3.12. Estadísticas de Bloque (Block) ______________________________________________ 22
2.3.13. Estadísticas con Múltiples Variables ___________________________________________ 22
2.3.14. Generalización _____________________________________________________________ 23
2.3.15. Funciones de Reclasificación _________________________________________________ 23
2.3.16. Funciones de Análisis Condicional ____________________________________________ 24
2.3.17. Funciones de Selección y Extracción __________________________________________ 25
2.3.18. Funciones de Superposición de capas _________________________________________ 26
2.3.19. Funciones de análisis de Insolación ___________________________________________ 29
2.3.20. Creación de ráster _________________________________________________________ 30
2.3.21. Clasificación de Imágenes ___________________________________________________ 31
3.
Personalización y desarrollo ___________________________________ 32
4.
Resumen ___________________________________________________ 33
5.
Otros recursos documentales __________________________________ 35
Pág. ii
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Anexo de Producto
1. Presentación del documento
1.1.
Introducción
La extensión ArcGIS Spatial Analyst consiste en un conjunto de herramientas y funcionalidad
que permite el modelado y análisis espacial basado en información ráster. Con esta extensión
pueden construirse modelos espaciales, generar nueva información a partir de datos existentes,
analizar relaciones espaciales y ejecutar complejas operaciones ráster, entre otras cosas.
Así, por ejemplo, es posible realizar las siguientes tareas:
Encontrar localizaciones idóneas. Es decir, áreas apropiadas para determinados fines
(por
ejemplo,
ubicaciones
de
torretas
de
vigilancia
contra
incendios,
zonas
de
posicionamiento de parques de aerogeneradores, etc.) a partir de la combinación y
análisis de distintas capas de información.
Generar información nueva a partir de datos existentes. Como obtener distancias a partir
de puntos, líneas o polígonos; calcular densidad de población a partir de muestras
puntuales; reclasificar datos en clases de idoneidad, o crear ráster de pendientes,
sombras y orientación a partir de datos de elevación.
Construir superficies a partir de cálculos de distancias. Tanto superficies de distancia
euclídea,
que
reflejan
la
distancia
en
línea
recta
entre
diversos
puntos,
como
superficies de “coste de viaje”, que ponen de manifiesto el esfuerzo o coste invertido
para llegar de un punto a otro.
Ejecutar análisis estadísticos en determinadas áreas o entornos. Pudiendo utilizar para
ello múltiples ráster. Es posible calcular valores mínimos o máximos, registrar el
número de veces que aparece un determinado valor de celda, calcular estadísticas
locales como por ejemplo la pendiente media para cada cuenca, etc.
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Generar superficies que modelizan la distribución de una variable espacial. Por ejemplo:
superficies de elevación, de contaminación, de temperatura, etc. Para ello se cuenta
con distintos algoritmos de interpolación de lecturas puntuales.
Filtrar y limpiar datos ráster. Eliminando datos erróneos o irrelevantes para el análisis,
generalizando los datos mediante el paso de filtros, etc.
ArcGIS Spatial Analyst forma parte de la suite de productos de Esri, y es una de las
extensiones disponibles dentro de su arquitectura tecnológica. Está disponible para trabajar con
ArcGIS Desktop (ArcView, ArcEditor y ArcInfo), ArcGIS Engine y ArcGIS Server. La figura 1
muestra dónde se ubica la extensión ArcGIS Spatial Analyst en esta arquitectura de productos:
Fig. 1 - ArcGIS Spatial Analyst dentro de la arquitectura de productos de Esri.
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1.2.
Valor aportado por Esri España
Esri España Geosistemas S.A. contribuye al desarrollo tecnológico de las organizaciones
mediante el suministro de productos y servicios de calidad e innovadores, que les faciliten el
trabajo
diario
con
la
información,
permitiéndoles
generar
conocimiento
y
tomar
mejores
decisiones.
Nuestro objetivo es ser reconocidos nacional e internacionalmente como un proveedor integral
de soluciones que permitan incrementar la eficiencia y productividad operativa de nuestros
clientes,
mediante
la
utilización
de
los
Sistemas
de
Información
Geográfica
y
el
aprovechamiento de todo su potencial
1.3.
Contenido del documento
El presente documento describe los distintos componentes que integran ArcGIS Spatial Analyst
desde los cuales el usuario accede a los diversos tipos de análisis. Además se enumeran los
formatos que son soportados por la extensión.
A continuación, en el apartado más extenso de este documento, se detalla la funcionalidad
que la extensión Spatial Analyst pone al alcance del usuario para el análisis espacial de
ráster y vector.
Por último se citan las posibilidades de personalización y desarrollo de ArcGIS Spatial Analyst.
2. Descripción Técnica
ArcGIS Spatial Analyst es una extensión que añade a ArcGIS Desktop la capacidad de
realizar análisis y modelado espacial de información ráster, a través de distintos comandos y
herramientas.
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2.1.
Componentes
Dentro de la extensión Spatial Analyst pueden distinguirse cuatro componentes desde los
cuales se accede a toda la funcionalidad de análisis espacial.
2.1.1. Herramientas de geoprocesamiento
El modo más habitual de acceder a la funcionalidad de Spatial Analyst es a través de las
herramientas de geoprocesamiento contenidas en ArcToolbox. Este entorno permite, de forma
ágil y sencilla, organizar y ejecutar las herramientas necesarias para completar el análisis
espacial. Además, ofrece un mecanismo para automatizar, documentar y compartir los flujos
de trabajo.
Spatial Analyst ofrece 170 herramientas para ejecutar operaciones de análisis espacial. Además
de aquellas herramientas puramente analíticas, se incluyen grupos de herramientas para
ejecutar operaciones matemáticas y lógicas, así como para crear y procesar datos ráster.
Todas estas herramientas se organizan en 19 grupos, también llamados toolsets, que agrupan
a éstas por tipo de funcionalidad.
Pueden definirse las siguientes categorías:
Herramientas de Análisis Condicional.
Herramientas de Análisis de Densidad.
Herramientas de Análisis de Distancias.
Herramientas de Extracción.
Herramientas de Generalización.
Herramientas de Modelización de
Flujos Subterráneos de Agua.
Herramientas de Análisis Hidrológico.
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Herramientas de Interpolación
Estadísticas Locales.
Álgebra de Mapas (Calculadora Ráster).
Herramientas de Operaciones Matemáticas.
Herramientas de Análisis Multivariante.
Estadísticas de Bloques y Entorno.
Herramientas para la Superposición de Capas.
Herramientas de Creación de Ráster.
Herramientas de Reclasificación.
Herramientas de Cálculos de Radiación Solar.
Herramientas de Generación de Superficies.
Fig. 2 - Grupos de
herramientas de ArcGIS
Spatial Analyst.
Estadísticas Zonales.
El entorno de geoprocesamiento posibilita ejecutar las herramientas de Spatial Analyst de
varias maneras:
Configurando los parámetros y lanzando la herramienta desde su cuadro de diálogo.
Combinando herramientas en ModelBuilder para automatizar los flujos y crear modelos
de análisis espacial.
Automatizando flujos de trabajo y creando nuevas herramientas con Python.
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2.1.2. Calculadora Ráster
El Álgebra de mapa (Map Algebra) es un potente lenguaje algebraico para ejecutar análisis
ráster. Los operadores del álgebra de mapa permiten llevar a cabo distintos tipos de
operaciones sobre las capas ráster; desde las clásicas superposiciones en las que se suman
o multiplican varias capas, hasta otras más complejas que incluyen un análisis condicional o
lógico. Estos operadores se agrupan de la siguiente manera:
Operadores Aritméticos.
Realizan
operaciones
aritméticas
básicas
como
suma,
multiplicación, división, resta, etc.
Operadores de Asignación. Asignan el valor de una expresión a un ráster de salida.
Operadores Booleanos. Devuelven ceros y unos en función de si se cumple o no la
condición a comprobar (AND, OR, NOT, etc.)
Operadores Combinacionales: asignan valores únicos a las celdas del ráster de salida
para cada posible combinación de celdas de entrada según la condición que se pide
comprobar (CAND, COR, CNOT, etc.)
Operadores Lógicos. Identifican relaciones lógicas entre dos capas ráster de entrada, y
proporcionan un ráster de salida que representa dichas relaciones (DIFF, OVER, etc.)
Operadores Relacionales. Permiten comparar valores numéricos de píxeles (“mayor
que”, “mayor igual que”, “distinto de”, etc.)
Operadores Binarios. Sensibles al valor de cada celda en base 2 (binario), es decir,
que pasan el valor numérico decimal almacenado en cada celda a formato binario y
después operan sobre él.
Es posible utilizar Álgebra de mapa desde la Calculadora Ráster. La Calculadora Ráster es
una herramienta cuyo cuadro de diálogo permite introducir expresiones de Álgebra de mapa
Pág. 6
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para
hacer
operaciones
geoprocesamiento,
puede
con
ser
ráster.
utilizada
Además,
dentro
de
como
un
cualquier
flujo
de
otra
herramienta
de
trabajo
construido
con
ModelBuilder. La Calculadora Ráster se encuentra dentro del toolset “Map Algebra”.
Fig. 3 - Calculadora Ráster.
Además, el Álgebra de mapa está completamente integrada en el entorno Python, que mejora
la experiencia del usuario, proporcionándole la capacidad de trabajar con autocompletado de
sentencias, generación de scripts y ejecución por pasos.
2.1.3. Barra de herramientas Spatial Analyst
Esta barra ofrece varias herramientas interactivas con las cuales pueden crearse líneas de
contorno (por ejemplo, curvas de nivel en un ráster de elevaciones) y generar histogramas
que pongan de manifiesto la distribución de los valores en el ráster.
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Fig. 4 - Barra de herramientas de Spatial Analyst y ejemplo de dibujado de curvas de nivel.
2.1.4. Barra de herramientas Image Classification
Esta barra de herramientas ofrece acceso a toda la funcionalidad de Spatial Analyst para la
clasificación de imágenes, supervisada o no supervisada, a partir de ráster multibanda, para
obtener, por ejemplo, un mapa de usos de suelo o de coberturas vegetales. Proporciona un
conjunto de herramientas interactivas para crear, evaluar y editar las muestras o patrones
necesarios para clasificaciones supervisadas. Además posibilita el acceso a varias herramientas
de geoprocesamiento para análisis multivariante.
A
través
del
funcionalidad
gestor de muestras
utilizada
en
la
(Training
clasificación:
Sample
listado
de
Manager)
se
clases asociadas
accede
a
las
a
distinta
muestras;
herramientas para gestionar la muestras; herramientas de evaluación para obtener histogramas,
estadísticas y gráficos de las clases; y creación de firmas espectrales para la clasificación.
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Fig. 5 - Barra de herramientas para la clasificación de imágenes, y gestor de muestras.
2.2.
Formato de datos
2.2.1. Ráster
ArcGIS Spatial Analyst es capaz de leer todos aquellos formatos ráster soportados por
ArcGIS, los cuales son procesados de manera nativa por el motor de análisis de Spatial
Analyst.
En cuanto a los ráster de salida, los siguientes formatos son soportados:
Esri Grid.
Geodatabase (File, Personal, ArcSDE).
TIFF (*.tif).
ERDAS IMAGINE (*.img).
Además, la herramienta “Copy raster” (Data Management Tools) permite convertir uno de
estos formatos a cualquiera de los siguientes: BIL, BIP, BMP, BSQ, DAT, GIF, GRID, IMG,
JPEG, JPEG 2000, PNG, TIFF, o raster dataset de GDB.
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2.2.2. Vector
Todos los feature classes soportados por ArcGIS son procesados de manera nativa por el
motor de Spatial Analyst.
La salida soporta geometrías de tipo punto, multipunto, polilínea y polígono, pudiendo ser
creadas tanto en geodatabase (File, Personal, ArcSDE) como en shapefile o cobertura.
2.3.
Funcionalidad
ArcGIS Spatial Analyst proporciona una amplia y potente capacidad de análisis y modelado
espacial. De esta manera, es posible crear, consultar, representar y analizar datos ráster;
ejecutar análisis integrado de ráster y vector; obtener nueva información a partir de datos
existentes; realizar consultas sobre múltiples capas; e integrar datos ráster con fuentes de
datos vectoriales.
2.3.1. Análisis de Distancias
Existen dos tipos principales de análisis de distancias en Spatial Analyst: distancia euclídea y
distancia por coste. Las herramientas de distancia euclídea miden distancias en línea recta,
desde cada celda hasta el objeto de interés más cercano. Por su parte, las herramientas de
distancia por coste añaden al análisis un factor de coste o esfuerzo de desplazamiento entre
una celda y otra. Además existen herramientas que incorporan restricciones de movimiento,
horizontales y verticales (Path Distance).
Algunos ejemplos de análisis de distancia:
Obtención de la distancia en línea recta (distancia Euclídea), ponderada (Cost
Distance) y ponderada real (Path Distance) respecto de puntos o líneas según un
criterio de coste de desplazamiento preestablecido y la forma del terreno.
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Obtención de las regiones de proximidad (euclídea, ponderada y ponderada real)
como conjuntos de celdas más próximas a puntos y líneas determinadas (Allocation)
Obtención de capas ráster de dirección que indican el rumbo al punto o a la línea
más cercana (euclídea).
Obtención de distancia en línea recta (no ponderada) en proyección horizontal y real.
Obtención de la ruta de menor distancia ponderada o coste entre dos puntos
determinado.
Identificación de pasillos de coste de desplazamiento mínimo.
Fig. 6 - Cálculo de distancia euclídea y de distancia ponderada (coste de viaje).
2.3.2. Análisis de Densidad
Este tipo de análisis consigue distribuir o extender valores puntuales de entrada (puntos o
líneas) dentro de una determinada área de estudio, y calcula un valor de densidad para
cada una de las celdas del ráster de salida.
Pueden utilizarse funciones kernel para obtener una distribución de densidad más gradual, que
se ajuste a los valores de entrada.
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Además se calculan las estadísticas de las nubes de densidad en función de los valores
iniciales asociados a los puntos o líneas.
Fig. 7 - Ejemplo de superficie de densidad: población.
2.3.3. Superficies de Interpolación
ArcGIS Spatial Analyst permite generar superficies continuas a partir de los valores numéricos
asociados a una muestra inicial de puntos o líneas. En cada caso permite especificar el
número de puntos que se considerarán en la interpolación o el radio de búsqueda respecto a
los puntos iniciales, el grado de las ecuaciones polinómicas que se emplean, así como la
determinación opcional de barreras de discontinuidad que permiten ajustar la interpolación a
fenómenos físicos presentes en el área de estudio.
Estas superficies de interpolación resultantes predicen el valor de la variable de estudio en
toda la extensión de la zona de interés donde han sido tomadas las muestras.
Pág. 12
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Fig. 8 - Ejemplo de interpolación de datos de elevación.
ArcGIS Spatial Analyst proporciona distintos tipos de algoritmos:
IDW (Inverse Distance Weighted). O valores inversamente proporcionales a la distancia.
Spline. Algoritmo que minimiza la curvatura de la superficie resultante, dando lugar a una
capa con variación de valores muy suave.
Natural Neighbor. Algoritmo basado en la generación de polígonos de Voronoi alrededor de
cada punto de muestreo. Cada intersección del grid resultante toma el valor del punto con
cuyo polígono de Voronoi intersecta.
Kriging. Algoritmo geoestadístico avanzado que permite tener en cuenta el comportamiento
espacial de la variable a interpolar a partir de la distribución de la muestra inicial y
seleccionar el ajuste más preciso a dicho comportamiento.
Trend. Algoritmo que ajusta la superficie resultante a la muestra de puntos original siguiendo
el método de los Mínimos Cuadrados.
Topo to Raster.
Algoritmo
que
genera
un
modelo
digital
de
elevaciones
corregido
hidrológicamente (elimina sumideros) a partir de una o varias capas distintas de curvas de
nivel. Puede utilizar los parámetros especificados en un archivo (Topo to Raster by File).
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Topo to Raster es la actualización a la plataforma ArcGIS de la función TopoGrid del módulo
GRID de ArcInfo WorkStation.
2.3.4. Análisis de Superficies
A partir de una superficie de elevación ArcGIS Spatial Analyst permite generar una serie de
capas que ponen de manifiesto distintas propiedades asociadas a la orografía:
Pendientes.
Orientación de las laderas.
Iluminación del terreno (sombras).
Fig. 9 Superficie de orientaciones (centro) y superficie de sombras (derecha) obtenida a partir de un
MDT (izquierda).
Cuencas de visibilidad respecto de uno o varios puntos determinados, identificando, en
el caso de tener varios puntos de observación, qué regiones concretas son visibles
desde cada uno de ellos.
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Curvas de nivel (vectorial), con o sin barreras.
Curvatura del terreno.
Erosión y acumulación de sólidos (comparación de la misma superficie en distintos
instantes del tiempo).
Fig. 10 - Curvas de nivel generadas teniendo en cuenta las barreras presentes.
2.3.5. Análisis Hidrológico
Dentro del análisis de superficies destaca el análisis hidrológico. ArcGIS Spatial Analyst
proporciona una serie de funciones que permiten recrear el comportamiento del flujo de agua
a través de una superficie de elevaciones:
Capas de acumulación de flujo (redes de drenaje) y dirección de la escorrentía.
Longitud a lo largo del cauce.
Determinación de secciones de cierre (puntos de máximo flujo acumulado).
Pág. 15
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Cuencas hidrológicas a partir de secciones de cierre y cuencas que vierten sobre
puntos determinados.
Identificación de sumideros.
Jerarquización de redes de drenaje según distintos métodos.
Obtención de la red de drenaje en formato vectorial (shapefile).
Identificación de tramos en la red de drenaje y asignación de valores únicos a las
celdas que los componen.
Fig.11 - Cuencas hidrológicas resultantes del análisis.
2.3.6. Modelización de Flujos Subterráneos de Agua
ArcGIS Spatial Analyst complementa la funcionalidad de análisis hidrológico de superficie con
una serie de algoritmos de análisis de flujos subterráneos:
Darcy Flow – Darcy Velocity, para el cálculo del volumen de agua drenada y la
velocidad de drenaje.
Pág. 16
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Particle Track, para la estimación de la trayectoria de una partícula dado un campo
de velocidades de agua subterránea.
Porous Puff, para la distribución de la concentración de sólidos disueltos que se
introducen en puntos concretos en una corriente de agua subterránea.
Fig. 12 - Traza de partículas de contaminante desde un vertido.
2.3.7. Funciones Matemáticas
ArcGIS Spatial Analyst incorpora un amplio conjunto de funciones matemáticas para realizar
operaciones sobre los valores de las celdas de una o varias capas ráster. Pueden agruparse
en cuatro categorías:
Generales. Funciones aritméticas, exponenciales, logarítmicas, de conversión de signo y
de conversión entre tipos entero y flotante.
Fig. 13 - Suma de ráster.
Bitwise: para la representación binaria de los datos de entrada.
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Lógicas. Evalúan los valores de entrada y determinan la salida basándose en la lógica
Booleana.
Fig. 14 - Función Booleana "AND".
Trigonométricas: operaciones trigonométricas, como son: seno, coseno, tangente, etc.
Estas funciones pueden utilizarse desde el cuadro de diálogo de la propia herramienta, así
como en la calculadora ráster.
2.3.8. Funciones Estadísticas
ArcGIS Spatial Analyst permite realizar distintos tipos de cálculos estadísticos en función del
conjunto de celdas que intervienen en ellas. Podemos determinar la forma y el tamaño de
dichos conjuntos de celdas, determinar qué capa o capas participan en la obtención de las
estadísticas y elegir el tipo de variable estadística que se calculará, entre las que se
encuentran:
Los valores más y menos frecuentes.
Valores máximos y mínimos.
Media.
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Distribución de frecuencias por valor del píxel.
Rangos.
Suma.
Desviación estándar.
Varianza.
Fig. 15 - Cálculo de la pendiente media para cada cuenca hidrográfica.
Existen cuatro tipos distintos de análisis estadísticos que vienen determinados por el conjunto
de celdas sobre el que se llevan a cabo. Este conjunto de variables es común a todos ellos
pero además, cada uno incorpora otras variables propias de cada tipo de análisis que
completan esta lista. Los tipos de análisis referidos son estos:
2.3.9. Estadísticas Locales
Las herramientas de estadísticas locales son aquellas que calculan el valor de cada celda del
ráster de salida en función de los valores de los ráster de entrada para la misma celda
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ArcGIS Spatial Analyst
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Con las herramientas de estadísticas locales es posible crear una combinación de los ráster
de entrada, calcular estadísticas para todos ellos, o definir criterios sobre los valores de
entrada que generen los valores de salida.
Fig. 16 - Suma local, donde:
OutRas = CellStatistics ([InRas1,InRas2,InRas3],"SUM","DATA").
2.3.10.
Estadísticas de Entorno (Focal)
Las estadísticas de entorno (focal statistics) tienen en cuenta los valores de las celdas
incluidas en un entorno espacial determinado a partir de cada capa ráster. La forma y el
tamaño de dicho entorno son especificados por el usuario. El algoritmo entra en cada celda,
obtiene los valores de las celdas vecinas incluidas en su entorno, calcula la variable
estadística correspondiente y la asigna como resultado a esa celda. Este tipo de análisis
estadístico se usa frecuentemente para el tratamiento y realce de imágenes y se suele
identificar con la aplicación de “filtros”, como comúnmente se los denomina.
Las herramientas de estadísticas de entorno se encuentran dentro del toolset “Neighborhood”.
Pág. 20
ArcGIS Spatial Analyst
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Fig. 17 - Estadística focal, donde:
OutRas = FocalStatistics (InRas1, NbrRectangle(3,3,MAP), "SUM", "")
2.3.11.
Estadísticas de Zona
Una zona en un ráster es aquella área única formada por celdas con el mismo valor; pero
también puede estar formada por elementos desconectados, o regiones, todas con el mismo
valor.
Las estadísticas zonales admiten dos capas como datos de entrada: la primera capa (ráster
o vector) determina distintas zonas (como por ejemplo lagos, ríos, pastos, bosques, etc.) y
la segunda (ráster) contiene los valores de los cuales queremos obtener las estadísticas. Las
funciones estadísticas proporcionan las variables estadísticas que se pidan teniendo en cuenta
todos los valores de las celdas agrupadas en cada una de las zonas predefinidas en la
primera capa.
Fig. 18 - Análisis de los datos a partir de su histograma.
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ArcGIS Spatial Analyst
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2.3.12.
Estadísticas de Bloque (Block)
Las estadísticas de bloque son parecidas a las de entorno. Al igual que éstas, operan sobre
una misma capa para obtener variables estadísticas a partir de un conjunto de celdas
determinado por el usuario, pero con una diferencia fundamental: si antes ese grupo de
celdas se agrupaba en un entorno alrededor de cada celda, ahora se agrupan en bloques
que teselan el ráster (“baldosas” cuadradas que recubren todo el ráster sin superponerse).
La variable estadística se calcula utilizando los valores de todas las celdas que forman cada
bloque y el resultado se asigna como valor a todas las celdas del bloque en el ráster de
salida, de modo que todas las celdas del bloque obtienen el mismo valor.
Este tipo de funciones se emplean habitualmente para generalizar la información sin disminuir
la resolución espacial.
Las herramientas de estadísticas de bloque se encuentran dentro del toolset “Neighborhood”.
Fig. 19 - Estadística de bloque, donde:
OutRas = BlockStatistics(InRas1, NbrRectangle(3,3,MAP), "MAXIMUM", "")
2.3.13.
Estadísticas con Múltiples Variables
Por último, la extensión permite realizar análisis estadísticos complejos que involucren más de
un valor de entrada.
La mayoría de las estadísticas multivariables se generan a partir de un
Pág. 22
ArcGIS Spatial Analyst
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fichero *.gsg que genera ArcGIS Spatial Analyst en donde se recoge una descripción
estadística de las clases que se derivan de la combinación de las muestras de distintas
capas de entrada.
Existen dos tipos de análisis multivariable en ArcGIS Spatial Analyst: Análisis de Componentes
Principales y Clasificación de imágenes, supervisada o no supervisada (ver más adelante el
apartado “Clasificación de Imágenes”).
2.3.14.
Generalización
Las funciones de generalización se utilizan bien para limpiar pequeños errores en los datos
ráster, bien para generalizar los datos de entrada, evitando tener demasiado detalle en un
análisis generalizado.
Para ello se cuenta, por ejemplo, con funciones de agregación y suavizado de bordes, o
funciones de agrupación de celdas contiguas.
Fig. 20 - Ejemplo de generalización.
2.3.15.
Funciones de Reclasificación
ArcGIS Spatial Analyst permite realizar reclasificaciones de los valores de las celdas, dando
lugar a nuevas clases definidas por rangos directamente especificados por el usuario, clases
Pág. 23
ArcGIS Spatial Analyst
Anexo de Producto
que cubren la misma superficie o intervalos de valores iguales, o clases que se ajustan a
valores específicos registrados en tablas (ASCII o INFO).
Fig. 21 - Ejemplo de reclasificación por rangos.
2.3.16.
Funciones de Análisis Condicional
Las herramientas de análisis condicional permiten controlar los valores de salida del ráster a
partir de condiciones impuestas sobre los valores de entrada.
Existen dos tipos de condiciones: basadas en consultas de atributos y basadas en la
posición.
A través de las consultas de atributos se identifican aquellas celdas que se evalúan como
“true”. Estas celdas pueden conservar su valor, obtener uno distinto, o ser establecidas como
NoData en el ráster de salida. Las celdas evaluadas como “false” pueden tomar valores
distintos a los de las celdas “true”.
Pág. 24
ArcGIS Spatial Analyst
Anexo de Producto
Fig. 22 - Operación condicional, donde: OutRas = Con(InRas1, 40, 30, "Value >= 2").
Las condiciones de posición toman un parámetro de entrada (ráster o constante) que
especifica la posición, en una lista, de la sentencia de condición (ráster o constante) que
será aplicada para generar la salida. Por ejemplo, si el valor de una celda es 1, se
devuelve el valor del primer ráster de la lista; si el valor es 2, se devuelve el valor del
segundo ráster; etc.
Fig. 23 - OutRas = Pick (InRas1, [InRas2, InRas3]).
El valor del primer ráster decide cual de los otros ráster proporciona su valor al ráster de salida.
Las funciones condicionales pueden utilizarse desde la propia herramienta, así como en la
calculadora ráster.
2.3.17.
Funciones de Selección y Extracción
ArcGIS Spatial Analyst incorpora una serie de funciones (filtros alfanuméricos y espaciales)
que permiten seleccionar celdas, o conjuntos de celdas, en virtud de los valores que
almacenan (atributos) o de su localización espacial.
Pág. 25
ArcGIS Spatial Analyst
Anexo de Producto
Igualmente es posible extraer los valores de las celdas seleccionadas de los ráster de entrada
(incluyendo ráster multibanda) y exportar dichos valores como atributos de entidades de
punto o como tablas.
Fig. 24 - Ejemplo de extracción de aquellos valores iguales o mayores que 2.
2
2.3.18.
Funciones de Superposición de capas
El análisis de superposición de capas permite obtener un ráster a partir de la combinación
ponderada de un conjunto de ráster iniciales.
Este tipo de análisis se utiliza para realizar estudios de idoneidad del terreno, es decir,
buscar aquellas zonas dentro del área de estudio, donde se dan todas las condiciones
propicias para un determinado fin.
Por ejemplo, si se quiere situar un
un parque de aerogeneradores, podrían tenerse en cuenta las
variables “pendiente del terreno”, “fuerza del viento registrada”, “proximidad a una vía de
comunicación” y “lejanía
lejanía a una zona protegida”. Cada ráster de entrada define una variable
a considerar. A cada variable se le proporciona un peso o factor en base a su importancia,
de manera que la superficie resultante sea una combinación ponderada de éstas.
Pág. 26
ArcGIS Spatial Analyst
Anexo de Producto
Fig. 25 - Zonas propicias para la escalada (en verde), teniendo en cuenta cercanía a lugares de
acampada y la pendiente del terreno.
ArcGIS
Spatial
Ponderado
Analyst
(Weighted
proporciona
Overlay),
tres
Suma
tipos
de
Ponderada
análisis
de
(Weighted
superposición
Sum)
y
de
Difuso
capas:
(Fuzzy
Overlay). Cada tipo de análisis está basado en diferentes premisas y suposiciones, y el más
indicado de ellos dependerá del tipo de problema a resolver.
A continuación se detalla cada uno de ellos:
Ponderado. En este análisis se escala cada una de las variables ráster de entrada a
una
escala
común
(por
defecto
de
1
a
9);
a
esto
se
le
conoce
como
“reclasificación”. A continuación se da un peso a cada variable, siendo el total de
estos pesos necesariamente igual al 100%. Cada celda de cada ráster es multiplicada
por el factor (peso) correspondiente a ese ráster, y finalmente se suman los valores
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ArcGIS Spatial Analyst
Anexo de Producto
resultante para cada ráster, obteniendo un sumatorio para cada celda. Este sumatorio
es reclasificado a la escala de entrada (por defecto de 1 a 9).
Este análisis asume que cuanto mayor sea el valor resultante para una celda, más
propicia será esa localización para el objetivo planteado.
Suma ponderada. Este análisis es semejante al análisis ponderado, en el sentido de
que los ráster son primeramente reclasificados. Posteriormente se multiplica cada ráster
por un peso o factor, con la diferencia respecto al análisis ponderado, de que en
este caso los pesos no tienen por qué sumar un valor concreto (100%). Una vez
hecho el sumatorio de los valores ponderados tampoco se realiza una reclasificación
que traduzca los valores a la escala de entrada, por lo que se conservan los valores
obtenidos en este paso.
Este análisis también asume que cuanto mayor sea el valor resultante para una celda,
más propicia será esa localización para el objetivo planteado.
Fig. 26 - Superposición según una proporción determinada.
Difuso. En este análisis también se produce una reclasificación inicial de los datos de
entrada. Pero a diferencia de los análisis anteriores, los valores transformados (entre
0 y 1) definen la posibilidad de pertenecer a un criterio determinado -como por
ejemplo la pendiente adecuada- indicando 1 la absoluta certeza de que esa celda
pertenezca al criterio de estudio; en este caso: contar con la pendiente adecuada.
Pág. 28
ArcGIS Spatial Analyst
Anexo de Producto
El
análisis
difuso
cuenta
con
distintas
curvas
para
hacer
esta
reclasificación
(FuzzyGaussian, FuzzyLarge, FuzzyLinear, FuzzyMSLarge, FuzzyMSSmall, FuzzyNear y
FuzzySmall). Cada una de éstas, son funciones que asignan un valor entre 0 y 1 a
los valores reales, dependiendo de su proximidad al valor idóneo. Según este valor
obtenido,
la
celda
está
dentro
de
determinado
grupo
de
pertenencia
(fuzzy
membership)
Fig. 27 - Curva Gaussiana y distintos grupos de pertenencia.
A diferencia de los análisis anteriores, en el análisis difuso no existe una ponderación de
las variables. Tras obtener el grupo de pertenencia de cada celda para cada criterio, el
análisis utiliza distintos criterios para elegir por ejemplo aquellas celdas que se encuentren
en ciertos grupos de pertenencia para cada ráster de entrada.
2.3.19.
Funciones de análisis de Insolación
Estas herramientas permiten calcular el nivel de insolación global, directa o difusa en puntos
determinados o a lo largo de un terreno. A partir de un modelo digital de elevación se
puede realizar un único cálculo o varios en distintos instantes de tiempo (con lo que es
posible obtener gráficos temporales). Hay diferentes opciones de configuración espacial y
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ArcGIS Spatial Analyst
Anexo de Producto
temporal, como especificar la latitud, el inicio y el final de la medición o el intervalo de
medida (cada hora, día o semana, por ejemplo),
ejemplo
entre otras.
Fig. 28 - Cálculo de la insolación global a partir de un MDT.
MDT
2.3.20.
Creación de ráster
Las herramientas de creación de ráster generan nuevos ráster cuyos valores de celda están
basados en una constante, o bien en una distribución estadística, como por ejemplo valores
aleatorios siguiendo una distribución normal, o valores aleatorios flotantes entre 0.0
0. y 1.0.
Fig. 29 - Creación de ráster: constante (izda.), aleatorio (centro) y normal (dcha.).
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ArcGIS Spatial Analyst
Anexo de Producto
2.3.21.
Clasificación de Imágenes
La clasificación de imágenes hace referencia a la tarea de extraer o diferenciar distintas
clases de información a partir de un ráster multibanda. El ráster resultante permite generar
mapas temáticos, como por ejemplo usos de suelo o tipos de cobertura vegetal.
Existen dos tipos de clasificación de imágenes: supervisada y no supervisada.
Clasificación supervisada. Utiliza las firmas espectrales obtenidas de las muestras para
clasificar una imagen.
Clasificación no supervisada. Encuentra las clases espectrales (clusters) en una
imagen multibanda sin intervención del usuario analista.
Fig. 30 - Listado de clases espectrales.
ArcGIS Spatial Analyst proporciona multitud de herramientas para la clasificación de imágenes,
todas ellas agrupadas en la caja de herramientas “Multivariate”.
Además cuenta con la barra de herramientas Image Classification que actúa como entorno de
trabajo desde el cual llevar a cabo los pasos necesarios en la clasificación de imágenes.
Desde esta barra de herramientas se puede acceder a funcionalidad adicional para el análisis
de los datos de entrada, la creación de muestras y firmas espectrales y la supervisión de la
calidad de dichas muestras y firmas espectrales (“gestor de muestras”). Una vez obtenidas
las firmas espectrales se utilizan las herramientas del grupo “Multivariate” para generar la
clasificación supervisada.
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ArcGIS Spatial Analyst
Anexo de Producto
Fig. 31 - Evaluación de las muestras (arriba) y resultado de la clasificación (abajo)
3. Personalización y desarrollo
ArcGIS Spatial Analyst está construido con la misma tecnología de componentes que ArcGIS
Desktop, ArcObjects, lo cual permite la personalización de las herramientas y el desarrollo de
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ArcGIS Spatial Analyst
Anexo de Producto
nuevos algoritmos de análisis espacial que se ajusten a las necesidades específicas de cada
usuario y se integren en el mismo entorno de trabajo.
ArcGIS Spatial Analyst extiende la personalización estándar del entorno ArcGIS con funciones
adicionales. De esta forma, los usuarios de ArcGIS son capaces de construir nuevas
funciones de geoprocesamiento o crear herramientas y modelos personalizados para análisis
espaciales específicos utilizando lenguajes comunes de programación y de script como son
Visual Basic (VB), .NET, C++, Java, Python y otros.
Una vez creados, estos modelos y herramientas personalizados pueden ser incorporados
directamente en la interfaz y ser compartidos.
Las capacidades de personalización incluyen:
Funciones de análisis definidas por el usuario.
Archivos EXE o DLL creados por el usuario.
Soporte de nuevos formatos.
4. Resumen
La funcionalidad de ArcGIS Spatial Analyst está resumida en la siguiente matriz:
Herramientas de
geoprocesamiento
Barra de
herramientas
Spatial Analyst
Calculadora
Ráster
Barra de
herramientas de
Clasificación de
Imágenes
Análisis Condicional
–
–
–
Análisis de Densidad
–
–
–
Análisis de Distancias
–
–
–
Extracción
–
–
–
Pág. 33
ArcGIS Spatial Analyst
Anexo de Producto
Herramientas de
geoprocesamiento
Barra de
herramientas
Spatial Analyst
Calculadora
Ráster
Barra de
herramientas de
Clasificación de
Imágenes
Generalización
–
–
–
Modelización de Flujos
Subterráneos
–
–
–
Análisis Hidrológico
–
–
–
Interpolación
–
–
–
Superposición de
capas.
–
–
–
Creación de ráster
–
–
–
Reclasificación
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Álgebra de Mapa
–
–
Operaciones
Matemáticas
–
–
Estadísticas Locales
–
–
–
Estadísticas Zonales
–
–
–
Estadísticas de Bloque
–
–
–
Estadísticas de
Entorno
–
–
–
Análisis Multivariante
–
–
–
Creación de contornos
–
–
Cálculo del histograma
–
–
Clasificación
supervisada
–
–
Clasificación no
supervisada
–
–
Cálculo de Radiación
Solar
Generación de
Superficies
Pág. 34
ArcGIS Spatial Analyst
Anexo de Producto
5. Otros recursos documentales
A continuación se enumeran algunos enlaces a distinta información que completa lo expuesto
en este documento sobre ArcGIS Spatial Analyst.
Ayuda Web de ArcGIS Desktop 10:
http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html
Web de Esri sobre ArcGIS Spatial Analyst, con descripción del producto, vídeos,
preguntas frecuentes, requerimientos del sistema, documentación, casos de uso, etc.:
http://www.esri.com/software/arcgis/extensions/spatialanalyst/index.html
Foro de usuarios de las extensiones de ArcGIS Desktop:
http://forums.arcgis.com/forums/6-ArcGIS-Desktop-Extensions
Web de recursos de Esri, donde puede encontrarse información y consultas sobre
ArcGIS Spatial Analyst, y todos los demás productos de la familia Esri.
http://resources.arcgis.com/
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