Highlights
1、拼接?xùn)鸥裾?qǐng)務(wù)必檢查像素深度；
2、不同的分類方法會(huì)欺騙你的眼睛；
3、柵格裁剪應(yīng)留出一些緩沖距離；
4、坡度分析要注意坐標(biāo)系與單位；
5、分析圖應(yīng)充分體現(xiàn)分析的目的性；
6、圖例一般應(yīng)覆蓋全部的分析內(nèi)容；
7、分析圖應(yīng)力爭(zhēng)不失精準(zhǔn)的美觀；
嗨~多磨，拖了一周的正篇更新終于出爐了今天和大家分享一些關(guān)于制作分析圖的思考和心得。為了讓這篇推文的內(nèi)容更具操作性，這里會(huì)以GIS領(lǐng)域可能是最基本的坡度分析為例，展示地形數(shù)據(jù)獲取、加工，以及分析工具運(yùn)用的基本步驟與注意事項(xiàng)，那么閑言少敘，讓我們開始吧~（已熟知Highlights前四條的同學(xué)可以跳至【坡度分析】的圖13之后開始閱讀）
【推文緣起】
簡(jiǎn)單聊聊寫這篇推文的目的吧，從本科接觸GIS以來我注意到一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，雖然很多設(shè)計(jì)課要求同學(xué)們使用GIS進(jìn)行一些地形分析和空間分析，但是最終排版的時(shí)候分析圖卻普遍只占很少的圖面，評(píng)圖的時(shí)候老師也不怎么看這些分析圖，更鮮有老師針對(duì)分析的內(nèi)容進(jìn)行深度點(diǎn)評(píng)。結(jié)果呢，往屆作業(yè)的分析圖就成了不明真相的師弟師妹們唯一的參考
，各式各樣的小問題也就依葫蘆畫瓢地流傳了下來，比如分析圖的目的不明確啦、圖例不完整或者不準(zhǔn)確啦等等。混跡于學(xué)術(shù)圈之后，對(duì)分析圖的認(rèn)識(shí)也略有提高，針對(duì)前述現(xiàn)象特撰此文與各位同學(xué)分享和討論。
【數(shù)據(jù)獲取】
今天會(huì)用到兩個(gè)數(shù)據(jù)源，其一是“地理空間數(shù)據(jù)云”，用于獲取數(shù)字高程模型（Digital elevation model，下文均稱為DEM），雖然這里也有不少其他遙感數(shù)據(jù)，不過有些（比如MODIS中國(guó)合成產(chǎn)品目錄下的資源）似乎已經(jīng)停止更新，并且一些日期較早的數(shù)據(jù)無法立即下載，說實(shí)話不如USGS（https://earthexplorer.usgs.gov/）方便，然而USGS不用梯子的話速度十分感人，先用這個(gè)湊合一下啦
圖1 地理空間數(shù)據(jù)云查詢下載DEM
（http://www.gscloud.cn/search）
其二是“GADM”，用于獲取深圳市的行政邊界，會(huì)在本文最后用于裁剪坡度分析的結(jié)果。如果你用百度搜索GADM，第一個(gè)結(jié)果很可能是錯(cuò)的（Firefox會(huì)警告不安全的連接正確的結(jié)果大約會(huì)出現(xiàn)在第二頁第三個(gè)前后），網(wǎng)址不帶“www”的才是官方網(wǎng)站，所以請(qǐng)改用Bing搜索或者用Wikipedia搜索相關(guān)詞條再跳轉(zhuǎn)官網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)曲線救國(guó)。數(shù)據(jù)獲取步驟如下，在Data頁面點(diǎn)擊第一段末尾的country，在Country列表里選中China，點(diǎn)擊Shapefile即可（圖2）。需要注意的是，該網(wǎng)站的列表將港澳臺(tái)單獨(dú)列出（政治如此不正確），如果需要的話請(qǐng)逐一下載，更需注意的是，該數(shù)據(jù)部分有爭(zhēng)議的國(guó)境線畫法有違我國(guó)的主張，所以不可用于任何形式的公開發(fā)表，本文同樣遵守該原則，下文不會(huì)有任何圖片直接展示該數(shù)據(jù)。（然而事實(shí)上，現(xiàn)在暫無特別方便的官方渠道獲得我國(guó)縣級(jí)以上帶坐標(biāo)的行政區(qū)矢量數(shù)據(jù)，所以我也很無奈）
圖2 GADM按國(guó)家下載行政邊界
（https://gadm.org/data.html）
【柵格拼接】
拼接個(gè)柵格也值得單獨(dú)寫一段？沒錯(cuò)，這里面有個(gè)關(guān)于像素深度的大坑要提醒同學(xué)們注意回避。將兩個(gè)壓縮包中的DEM數(shù)據(jù)（就是文件名以dem結(jié)尾的那個(gè)）解壓出來，用ArcMap加載好，中間可能會(huì)看到銜接的位置顏色不一樣（圖3），這是因?yàn)閮蓮圖EM最大值、最小值不同，軟件默認(rèn)按各自的最值渲染由黑到白（由低到高）的漸變，當(dāng)然這不重要，因?yàn)橹灰獙⒍咂唇悠饋砭蜎]問題了。
圖3 ArcMap加載DEM數(shù)據(jù)
ArcMap有兩個(gè)用于柵格拼接的工具，分別是【數(shù)據(jù)管理工具】-【柵格】-【柵格數(shù)據(jù)集】的【鑲嵌】和【鑲嵌至新柵格】，區(qū)別在于【鑲嵌】是把A嵌入B，這會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)B被修改，【鑲嵌到新柵格】則是把A和B嵌入新生成的C，這樣可以保持原始數(shù)據(jù)無變動(dòng)。為了幫助各位養(yǎng)成不修改原始數(shù)據(jù)的習(xí)慣，推薦使用第二個(gè)工具。
無論使用何種工具，都應(yīng)在鑲嵌柵格前檢查柵格屬性，特別是像素深度，原始DEM柵格的像素深度都是單波段的16位有符號(hào)整型（圖4），可以存儲(chǔ)從-32768到32767之間的數(shù)值，而【鑲嵌至新柵格】工具默認(rèn)參數(shù)是8位無符號(hào)整型，只能存儲(chǔ)從0到255之間的數(shù)值，所以如果這里不設(shè)定正確的參數(shù)，則鑲嵌結(jié)果中超過255的高度都會(huì)被標(biāo)記為255，正確的參數(shù)設(shè)置可參考圖5，錯(cuò)誤鑲嵌結(jié)果的對(duì)比見圖6（山無棱天地合了
圖4 DEM柵格屬性
圖5 鑲嵌至新柵格的參數(shù)設(shè)置
圖6 錯(cuò)誤參數(shù)鑲嵌成了平頂山
使用【鑲嵌】工具一般來說就不會(huì)有問題了，即使把像素深度大的柵格鑲嵌到像素深度小的柵格，工具也會(huì)自動(dòng)提高目標(biāo)柵格的像素深度來保證結(jié)果的正確性，除非你有良好的備份原始數(shù)據(jù)的習(xí)慣，否則還是推薦熟悉一下【鑲嵌至新柵格】。
【柵格表達(dá)】
在圖6中提前展示了一下按顏色分類后的地形圖，說到配色，就不得不提符號(hào)系統(tǒng)了，幾乎所有涉及到分類和配色表達(dá)的選項(xiàng)都在其中。符號(hào)系統(tǒng)中比較容易被忽略的是分類方法，先看一下不同方法分類結(jié)果的對(duì)比（圖7），再來討論其應(yīng)用場(chǎng)景。
圖7 不同方法分類結(jié)果對(duì)比
（本段十分枯燥，可能引起不適請(qǐng)選擇性閱讀或跳至下一段的總結(jié)）分類參數(shù)的設(shè)置依次為相等間隔（20類）、定義的間隔（100m）、自然間斷點(diǎn)（20類）、幾何間隔（20類）。全部分類方法的解釋在ArcGIS幫助的“對(duì)分級(jí)符號(hào)的數(shù)字字段進(jìn)行分類”詞條中有非常詳盡的描述（http://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/10.3/map/working-with-layers/classifying-numerical-fields-for-graduated-symbols.htm），這里不再贅述。那么這些分類方式對(duì)于我們來說如何選擇呢？相等間隔和定義的間隔都屬于均勻間隔的分類方法，前者是按一定比例，后者是按一定數(shù)值，當(dāng)要表達(dá)的數(shù)據(jù)可以按比例或者按數(shù)值劃分為有意義的組別時(shí)，可以選用這兩種方法，例如，將地級(jí)以上城市的GDP按相等間隔分為5類（亦即20%間隔），看看GDP位于最后20%的城市都分布哪些區(qū)域，又如，以20m為間隔對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，形成類似于等高線的漸變色表達(dá)。自然間斷點(diǎn)和幾何間隔屬于非均勻間隔的分類方法，兩者都是基于數(shù)據(jù)分布特征進(jìn)行分類，當(dāng)要表達(dá)的數(shù)據(jù)可以按數(shù)據(jù)特征劃分為有意義的組別時(shí)，可以選用這兩種方法。其中自然間斷點(diǎn)分類的各組別具有組內(nèi)差異性最小，組間差異性最大的特點(diǎn)，這啥意思？說白了就是雖然你不知道該怎么分類，但你知道應(yīng)該分成幾個(gè)類別的時(shí)候，就可以用自然間斷點(diǎn)了，比如一個(gè)城市各地塊的人均收入數(shù)據(jù)，你想把他們分為低收入、中等收入、高收入三類，但想不清楚怎么確定中斷值，就可以用自然間斷點(diǎn)先分成三類看看結(jié)果；幾何間隔分類的各組別所含元素?cái)?shù)量的平方和最小，這又有啥用？說白了就是數(shù)據(jù)越密集的地方分得越細(xì)致，可以充分表達(dá)數(shù)據(jù)分布的變化，比如DEM數(shù)據(jù)就很適合用幾何間隔形成配色均勻賞心悅目的底圖，我公眾號(hào)里每期建筑柵格數(shù)據(jù)的封面也都是用幾何間隔分類的。然而，基于數(shù)據(jù)特征的分類結(jié)果是否具有意義，需要相當(dāng)?shù)?span>判斷力才行，幾何間隔的分組不一定有實(shí)際意義，其最大的特點(diǎn)還是集中體現(xiàn)在詳盡的圖面表達(dá)上（外貌協(xié)會(huì)發(fā)來賀電），自然間斷點(diǎn)就更復(fù)雜一些，如果數(shù)據(jù)本身不完整或者嚴(yán)重有偏的話，分組結(jié)果的實(shí)際意義可能很難解釋，還是以地塊尺度的收入數(shù)據(jù)為例，如果拿到的區(qū)域其實(shí)只覆蓋了中等收入和高收入人群，強(qiáng)行分為三個(gè)組別的實(shí)際意義就可能難以解釋（水平有限，僅供參考
歸根結(jié)底，如果很清楚分類的中斷值（比例或者數(shù)值均可），那么就優(yōu)先嘗試前兩種，如果只知道分類的數(shù)量，那么就優(yōu)先嘗試后兩種，如果單純?yōu)榱撕每?，那?span>幾何間隔。另外，更靈活的分類方法是手動(dòng)分類，后面坡度分析會(huì)有例子的
【柵格裁剪】
裁剪柵格又有什么講究呢
圖8 裁剪工具的參數(shù)設(shè)置
圖9 裁剪結(jié)果
【坡度分析】
坡度分析看似簡(jiǎn)單，實(shí)則暗藏殺機(jī)，步步驚心。打開【3D Analyst 工具】-【柵格表面】-【坡度】工具，將剛才裁剪好的DEM作為輸入柵格，設(shè)定好輸出路徑和名稱，緊接著是第一個(gè)坑——單位應(yīng)該選擇PERCENT_RISE，即百分比（圖10），該工具的默認(rèn)單位DEGREE在咱們?nèi)ψ永锊⒉怀Ｓ谩Ｈ缓笫?span>第二個(gè)坑——距離單位，看到那個(gè)驚嘆號(hào)了么，鼠標(biāo)指上去就會(huì)彈出非常別扭的描述（不想解釋
圖10 坡度工具的參數(shù)設(shè)置
圖11 在環(huán)境設(shè)置中修改輸出坐標(biāo)系
圖12 正確的坡度計(jì)算結(jié)果
圖13 錯(cuò)誤的坡度計(jì)算結(jié)果
請(qǐng)仔細(xì)觀察圖12和圖13的圖名，再回憶回憶推文標(biāo)題，其實(shí)截至目前得到的坡度柵格僅僅是計(jì)算結(jié)果，尚不能稱之為分析圖（然而把這個(gè)叫做分析圖并明目張膽排版到作業(yè)上的同學(xué)不在少數(shù)
圖14 坡度柵格分類的參數(shù)設(shè)置
圖15 姑且算是及格的坡度分析圖
顯然這個(gè)圖不夠美觀，所以我們還要略微加工一下，用GADM的深圳市轄區(qū)輪廓線作為裁剪范圍，對(duì)坡度柵格進(jìn)行裁剪，注意勾選使用輸入要素裁剪幾何（圖16），符號(hào)系統(tǒng)按前述方式設(shè)置后即可得到圖17。
圖16 按幾何形狀裁剪的參數(shù)設(shè)置
圖17 稍微美觀一點(diǎn)兒的坡度分析圖
能不能讓這張分析圖錦上添花呢，這個(gè)事兒要特別慎重，最常見的一種處理方法——疊圖，這可能不總是一個(gè)好主意
圖18 跌破及格線的坡度分析圖
圖19 錦上添了點(diǎn)兒花
（為了更好的說明問題放大了比例
（ArcGIS的默認(rèn)配色用透明度也救不了）
最后還要補(bǔ)充一點(diǎn)，那就是圖例的完整性，除了一眼就能認(rèn)出是用來襯底的背景之外，凡是在圖面上有所表達(dá)的要素都應(yīng)有其對(duì)應(yīng)的圖例和名稱，用ArcMap出圖還要注意一下圖例的順序，萬一不小心把建筑輪廓線挪到了下面，那這個(gè)分析圖就還得補(bǔ)考了（圖20）。
圖20 看出圖例哪兒不對(duì)勁兒了么
【后記】
作為本科開始圖面表達(dá)就不怎么討人喜歡的學(xué)生，早早就脫離了制圖美學(xué)的康莊大道，走上了數(shù)據(jù)分析的不歸路，追求不失精準(zhǔn)的美觀這么艱巨的任務(wù)就交給在座的各位啦革命尚未成功，鄙人也仍須努力
【全文4882字，撰文耗時(shí)11h25m】
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