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用ArcGIS desktop几种制作“热力图”的方法

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怎么才能用ArcGIS画出“百度地图热力图”中的那种炫酷的热力图,来反应采样点密集程度,而且当他进行缩放时热力图的形状也要能动态改变,就像下面左图、右图这样:

实现需求是要在前端显示热力图,但是数据量非常大所以不愿意用前端API的方式实现。查了很多资料,密度分析,kriging插值和热点分析三个工具都试过了,但是哪个都不能做到想要的效果,是选择的方法错了,还是设置的参数不对呢?”

 

这样的问题不是第一次听人说起,相信也绝不是最后一次。首先先给出这个问题的答案:三种工具都不能做到!

 

首先分别介绍一下这三个工具,说说他们为什么不行,最后再说说怎么做才能实现这个需求。

 

一、 kriging插值

 

插值和“热力图”是最不沾边的一个工具,如果说他们之间还有什么共同点,他们都是通过一些点(线)数据生成一个栅格表面。

 

在我的理解中,插值是通过数据的自相关性创建出确定性函数或地统计模型,从而预测测量点周围未知区域的属性的工具。而热力图则是通过高亮的渲染色彩来反映点(线)要素的聚集程度。插值结果是对数据属性值的预测,而热力图是对数据密度表现。

 

偶尔有极特殊的情况下插值结果图长得跟热力图很像,像得仿佛换个颜色就能说自己是热力图了。但那时因为恰好观测点喜欢扎堆儿,而且恰好每一堆儿观测点的观测值都很相似。但这并不代表你可以用插值工具来绘制热力图,这是完全不搭边儿的两个功能。

 

二、 热点分析

 

特别能理解很多人认为热点分析是用来绘制热力图的,就像东京热,北京也很热一样。但是很遗憾的告诉大家,热力图的英文是:Heat Map,而热点分析则是:Hot Spot Analysis,两者的“热”字根本不是一个字。

 

热点分析工具确实可以统计出地理数据的聚类情况,但这个工具是基于数据值来统计的。想想一下,我对一个城市每隔一公里均匀设置采样点,采集各个地区的空气质量,在热力图看来,这些点在小比例尺下就是一坨,大比例尺下则是一个一个点,毫无聚集情况。但是如果用热点分析进行统计,则可能会发现某个点及其周围几个点都具有较高的空气污染,那么这几个点就会作为热点被统计出来。

 

而且ArcGIS中的热点分析结果是将数据的热点和冷点分别标记出来,输出数据仍然为点要素,如下左图所示。要想以栅格的形式反映一片区域的聚类情况,还需要对这些点进行进一步处理,如下右图所示。

 

三、 密度分析

 

为什么把密度分析放在最后呢,因为密度分析工具和热力图的目的是最为相近的,参考密度分析帮助文档↓

https://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/latest/tools/spatial-analyst-toolbox/understanding-density-analysis.htm
密度分析可以对某个现象的已知量进行处理,然后将这些量分散到整个地表上,依据是在每个位置测量到的量和这些测量量所在位置的空间关系。密度表面可以显示出点要素或线要素较为集中的地方。
 

密度分析的工作原理就是设置一个搜索半径,搜索半径内的栅格像元值就是这个搜索区域内的密度。当我们使用的是点密度分析工具时,工具会进行简单的密度计算,如果两个点的搜索区域有重叠,则将重叠区域内的栅格像元值相加,如下图左所示。当我们使用核密度分析工具时,则会根据二次核函数对搜索区域进行计算,最终拟合为光滑锥状的搜索范围,如下图右所示。

 

可以看出,核密度分析工具的效果与我们希望得到的热力图效果已经很相近了,只要改一下色带的设置即可。但是我们的需求中还有一点没有实现,我们希望热力图可以随着比例尺变化动态的改变,就像百度地图热力图一样,核密度分析工具是无法实现这个需求的,我们需要用ArcGIS pro来实现它!

 

四、 ArcGIS pro 热点图

 

ArcGIS pro提供的热点图符号系统是通过核密度分析功能,基于数据的分布密度,动态地对点数据进行热力图渲染。与核密度分析工具类似,热点图符号系统也可以选择搜索半径权重字段。而热点图符号系统还提供额外的渲染质量设置选项,这里可以选择优先渲染效果或者渲染速度,如果提高渲染速度,工具会对点数据集进行不同程度上的动态聚合, 从而达到提升渲染速度的需求,如下图左所示。

 

而且在ArcGIS pro中,我们还可以编辑热力图的色带(因为原装的几条色带都丑爆了,不编辑不行!),我们可以增减色带的颜色区间,更改每一个区间的颜色,还支持透明度的更改,如上图右所示。

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