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在地理信息系统（GIS）领域，操作复杂的数学函数，如分段函数，对于数据处理和分析至关重要。ArcGIS，作为一款广泛使用的GIS软件，提供了强大的栅格计算器功能，用于执行各类空间分析任务。本文旨在简明扼要地介绍如何在ArcGIS中利用栅格计算器实现分段函数的处理，特别是在计算植被覆盖因子或类似应用中的实例。
分段函数的实现通常基于条件语句，其中ArcGIS的栅格计算器提供了一个理想的工具集。关键在于使用条件分析的函数（如con）来构建逻辑判断，从而根据输入数据的不同值来决定应用不同的计算逻辑。con函数本身是一种条件函数，允许用户通过指定“真”和“假”条件来执行相应的操作。
在操作ArcGIS的栅格计算器时，可以采用嵌套语句来构建复杂逻辑。例如，对于植被覆盖因子的计算，可以基于NDVI（归一化差异植被指数）数据来设定不同的覆盖阈值。通过定义如下的条件表达式，可以实现分段函数的功能：当NDVI值小于某个阈值（例如0.236）时，应用一个计算逻辑（“真”条件）；否则，应用另一个逻辑（“假”条件）。这种逻辑结构允许GIS用户根据具体需求灵活地设计计算流程。
在使用ArcGIS的地图代数功能时，除了con函数之外，还可以构建更复杂的逻辑表达式，以实现多阶段的计算流程。这种方法不仅限于简单的逻辑判断，还能够整合多个计算步骤、使用不同数据集或执行高级运算。例如，通过嵌套表达式或结合其他GIS工具和运算符，用户可以设计出更细致、功能更强大的空间分析算法。
实际应用时，将理论知识转化为具体操作步骤显得尤为重要。在构建分段函数表达式时，确保逻辑清晰、参数准确是关键。例如，对于植被覆盖因子的计算，可能需要根据特定的生态学标准来设定分段阈值，并确保在栅格计算器中正确地应用这些阈值和相应的计算逻辑。
本文讲解栅格计算器（RasterCalculator），一个在栅格数据叠加运算中极为有效的工具，尤其在规划领域应用广泛。
在GIS软件的SpatialAnalyst工具集中，找到地图代数工具集，就能找到栅格计算器。其强大的功能不仅局限于叠加运算，还可以通过逻辑运算进行栅格数据的变化分析。
该工具在多类型数据的求交或求并运算中大放异彩。例如，在分析多要素变化时，假设基期年有1、2、3类要素，而r2也有相同类别，那么使用公式r1*10+r2，理论上能得到九种变化类型，每一种都代表特定的要素组合。
地类变化分析同样可以通过栅格计算器完成，利用逻辑运算符如、|、^和~。其中，~符号代表取反操作。例如，若r1和r2中2类均为建设用地，那么表达式(r1!=2)(r2=2)能找出r1中非建设用地但r2中是建设用地的区域。
说到GIS在城市规划的应用，可能很多人都会用GIS做地形、坡度、坡向的分析，为后期规划设计提供基础和参考。但是，如果你还只会用GIS作地形、坡度、坡向分析的话，那你就太OUT了！
其实GIS远比你想象的强大！
有时候做方案，想做更大范围的地形分析，却苦于我们手头上只有规划范围内的CAD，有时CAD高程信息不全，更有甚者连CAD都没有，只有纸质版的资料。这时候你是准备问甲方要资料呢？还是准备把纸质版的资料扫描成图片自己描？
其实网上获取带有高程信息的数据有很多种，这里以地理空间数据云下载DEM文件为例，进行说明。
1.需要准备的软件
ArcGIS10.2，AutoCAD2.高程数据获取
注册登录后，选择“高级检索”，可以检索所需地区的DEM文件，之后点击“数据集”可以选择不同精度的数据。一般选择30M精度的，之后下载即可。
地理空间数据云里提供了行政区、经纬度、行列号等多种类型的搜索模式。我们可以从行政区中搜索我们需要找的地区的DEM文件。行政区搜索的精度到县，可以下载全县域的DEM。如果你有下载范围的经纬度号，可以输入经纬度下载。如果需要镇、村一级的DEM数据，下载县域DEM文件后用GIS中的掩膜工具剪裁所需的范围即可。
3.剔除错误数据
下载的数据解压后，将.IMG或.TIF格式的数据加载到GIS中。因为下载的数据可能存在错误点，导致后期数据分析存在错误，因此需要剔除错误数据。
①选择“spatialanalyst—地图代数—栅格计算器”。
②设置DEM数据为0。
③选择“spatialanalyst—重分类”，勾选“changemissingvaluestoNoData”。
④选择“spatialanalyst—地图代数—栅格计算器”，用第3步生产的数据乘以原始数据，确定即可。
此时生成的数据就是正确的。之后用来做高程、坡度、坡向分析就可以了。
4.生成等高线，导入CAD
如果想将DEM数据转化为等高线，为后期利用CAD设计方案做基础，还可以利用DEM数据生成等高线。
①选择“spatialanalyst—表面分析—等值线”输入等值线的距离即可。此时生成的等值线，在CAD中无法识别高程值，不可直接导出至CAD，需要添加高程值。
②在刚刚生成的数据图层，点击右键，选择“属性-添加字段”，命名为elevation。
③在新建的elevation字段右键，选择“字段计算器”，输入elevation=contour。（注：转化为CAD可识别的高程值。）
④在刚刚操作的图层右键，选择“导出至CAD”，选择CAD相应的版本即可。
此时，打开刚刚导出的CAD文件就生成了带高程值的等高线了。
注：因为网上下载的数据精度有限，最大精度为30M，因此等值线的距离小于30，会存在一定误差。
在方案初期，简单的体块模型是帮助我们推敲空间关系的重要手段，传统的Sketchup可以帮助我们实现这一目的。但是当你遇到复杂地形、庞大的地块，高密度的建筑，想想自己还得封闭一个一个的等高线，闭合一栋一栋的建筑平面，拉起一个一个的体块，还担心Sketchup可能随时崩溃，是否觉得人生已无可恋？
而GIS利用其空间分析的强大属性，就能快速生成地形和建筑体块，通过插件的应用，便可以使模型导入Sketchup。
1.需要用到的软件
AutoCAD，湘源控规6.0，ArcGIS10.2，arcscense10.2，arcgisforsketchup6(beta)或FME
2.需要准备的数据
带高程信息的高程点或等高线
由多段线组成的完全闭合的建筑平面轮廓线
3.具体流程
①转化高程信息
利用湘源控规中的“字转高程”将原有的高程点转化为GIS可识别的“DX-离散点”，并将新图层的信息另存到新的CAD文件中，命名为“高程地形”。
②创建地形模型
在ArcGIS中打开新CAD文件，利用“3Danalyst”—“数据管理”—“TIN”—“创建TIN”工具生成TIN模型。(注：在“创建TIN”对话框中，高度字段选择ShapeZ)
在新建好的TIN模型中调整调其属性，为地形选取合适的颜色并保存。
在arcscense中，添加刚刚生成的TIN模型，地形模型生成完毕。
③处理建筑信息
在CAD中，只保留所需的建筑轮廓线及层高数字，剔除其他无关信息，且保证层高数字位于建筑轮廓线内部，两个信息分别位于两个图层。
④创建建筑模型
在ArcGIS中添加CAD文件中的面要素（Polygon）和注释（Annotaion）（注：annotation要素属性中的text属性记录的就是建筑层数）。
为面要素赋予层数。右键点击polygon图层，选择“连接和关联”中的链接，弹出“连接数据”对话框。在“要将哪些内容连接到该图层”选择“另一基于空间位置的图层”；在“选择要连接到次图层的图层”中选择注释图层即“annotation”；勾选“每个面都将被指定与其边界最接近的点的所有属性……”（注：此时就是基于空间关系，将层数与面连接），输出命名为“建筑”，确定即可。此时生成的“建筑”图层中每一栋建筑都拥有层数属性。
⑤生成三维模型
打开arcscene，将TIN模型和带有层数的“建筑”图层加载进去。
在“建筑”图层右键，选择“属性”，切换到“基本高度”选项卡中，勾选“浮动在自定义表面上”，并选择“没有基于要素的高度”（注：使建筑浮动到TIN模型的表面上）。
切换到“拉伸”选项卡，勾选“拉伸图层中的要素”，点击“拉伸值或表达式”栏的计算器按钮，弹出“表达式构建器”对话框，构建“【text】*3”的表达式（注：3是普通建筑一层的层高，可根据不同建筑设置不同的层高），确定即可。
这时在GIS里就有了在地形上的建筑模型。
⑥将模型转换到sketchup中
由于GIS自带的“多面体转collada”工具会把每一个建筑体块转化成一个单独的“dae”文化，但是当地块面积大、涉及建筑数量众多时，GIS的建筑模型直接导入到sketchup就太过于复杂。因此，就需要借助其他插件来帮助。
FME或者arcgisforsketchup这两个插件都可以实现这一转换。下面以FME为例进行说明。
在arcscene中，右键“建筑”图层中的“属性”，在“基本高度”选项卡中选择“没有从表面获取的高程值”。在“3Danalyst”-“转换”-“3D图层转要素类”，在弹出的对话框中“输入要素图层”选择“建筑”，确定输出位置，命名为“建筑转要素”，确定后，新生产的“建筑转要素”图层生成。从表面看，该图层与“建筑”图层相同，但数据储存的类型已经不同。
⑦打开FME，新建一个工作空间，添加“读模块”，将刚才的“建筑转要素”文件夹添加进工作站，选择“合并单个要素”，时所有建筑合并成一个组件；
在添加“写模块”中搜索dea，找到collada工具，完成目标数据添加。
之后将“读模块”与“写模块”连接起来，点击开始，完成后得到一个建筑的dea文件，此时，打开sketchup，“文件”-“导入”-“dea格式文件”，找到刚才的文件，模型就生成了。
ArcGIS除了与CAD、sketchup的使用有联系之外，在规划领域，还需要层次分析法与ArcGIS配合完成不同了类型数据对某一地区的综合影响，这时就需要yaahp与ArcGIS的配合使用。除此之外，这两年用的特别多的大数据分析，也是通过数据抓取软件（如：火车头等）获取所需的数据，再导入到ArcGIS中，实现空间落位，再进行规划方面的数据分析。
ArcGIS在城市规划中的应用，为规划提供了一个更为科学严谨的分析过程，但我们也应该清楚的认识ArcGIS本身的局部性和阶段性，其终究是规划分析的一部分。再多的数据、再新的软件，在城市规划中也是起到辅助作用。理性的规划思维固然重要，但我们更不能忽略城市规划的人文关怀。如何平衡城市规划中的理性数据与感性感知，我们要走的路还很长……
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