ArcGIS基础教程

ArcGIS基础教程 dongjj@ibcas.ac.cn 理解GIS的三种角度: 1、GIS就是空间数据库:包含了用于表达通用GIS数据模型(要素、栅格、拓扑、网络等)的数据集的空间数据库。 2、GIS就是地图:从空间可视化的角度看:GIS是一套智能地图，同时也是用于显示地表上的要素和要素间关系的视图。底层的地理信息可以用各种地图方式进行表达，而这些表现方式可以被构建成“数据库的窗口”，来支持查询、分析和信息编辑。 3、GIS是空间数据处理分析工具集:从空间处理的角度看，GIS是一套用来从现有的数据集获取新数据集的信息转换工具。这些空间处理功能从已有数据集提取信息，然后进行分析，最终将结果导入到数据集中。 开发一个GIS项目，大致可以分为4个基本步骤: 第一步、分析问: 将一个问题分解成几个在逻辑上存在联系的部分，并确定解决每部分问题所需的数据;然后将解决各部分问题的答案综合在一起，提出最终的解决。 第二步、创建数据库: 该数据库包含了解决问题的所有地理数据。主要包括:将现有的地图数字化;获取和转换各种来源和格式的电子数据;确保这些图层达到完成该任务所要求的质量;确保这些图层具有同一坐标系，以利于进行正确叠加;向数据库中添加数据项，用以分析结果。 项目GIS中的地理数据库，是基于存储于本地硬盘的数据文件和数据库生成的。 第三步、分析数据: 叠加不同的图层;针对具体问题进行属性和空间数据查询;保存上述结果;重新分析并综合上述结果，进而获得解决问题的完整答案。 第四步、交流分析结果: 交流对象通常是非GIS专业人员和那些具有不同处理地图经验的人员。在此过程中经常要使用地图、报表以及统计图表来相互交流。 ArcGIS的三个桌面应用程序:ArcCatalog、ArcMap、ArcToolbox ArcCatalog可以用来查找、预览和管理地理数据，还可用来创建复杂的地理数据库。 ArcMap可以用来创建地图，并在地图上进行交互操作。在ArcMap中，可以浏览、编辑和分析地理数据，用户可以集成各种不同格式的数据来创建地图，数据格式包括:shape文件、Coverages、Tables、CAD、Images、Grides及不规则三角网(TINs)。 ArcToolbox是一系列用来进行地理处理的GIS工具的组合。 ArcGIS桌面应用程序可以通过ArcGIS的三个软件产品来获得: ArcView提供了全面的制图工具和分析工具，以及简单的编辑和 地图处理工具。 ArcEditor包含了ArcView的所有功能，以及高级编辑功能。 ArcInfo扩展了前两者的功能，增加了高级地理处理功能。 地图的比例尺:取决于屏幕的设置以及ArcMap窗口的大小 地理数据模型: 三种基本数据模型:矢量(Victor)、栅格(raster)、三角网(TIN)，也可以将表格数据导入到GIS中。 矢量模型: 地理现象可以用点、线和多边形来表达，叫做矢量数据模型。对于表示和存储离散要素，如建筑物、管线或地块边界线等特别有用。点是x、y坐标对;线是定义形状的坐标集;多边形是定义封闭区域边界线的坐标集。 ArcGIS将矢量数据存储为要素类和具有拓扑关联的要素类集，与要素有关的属性存储在数据表中。 是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个像元或像素，有行列号定义，并包含一个代码，表示该像素的属性值。 栅格模型:又叫网格数据 栅格数据集是使用大小一致的栅格单元来表示现实世界中的要素，每个栅格单元可以通过行—列(r、c)坐标定位。 ArcGIS使用三种不同的矢量模型表示地理要素数据: Coverage: 一种拓扑数据结构，是一个或多个要素类的几何，这些要素类存储在某一个文件夹中，文件夹中包含多个文件:要素几何数据文件、属性数据文件等，存储要素属性的数据表以.info格式存储。与Shape 文件不同，Coverage中可以将要素的拓扑信息(长度、面积、连通性、相邻关系)作为属性表的一部分来存储。 Coverages是一种传统的格式，可以用于进行复杂的地理处理，建立高质量的地理数据集和进行复杂的空间分析。 Coverages包括三种要素类型:基本(primary)要素、复合(composite)要素和辅助(secondary)要素。 Coverages的基本要素:标注点(label point)、弧(Arc)和多边形(polygon) Coverages的复合要素:路径(route)、段(section)和区域(region)，是建立在基本要素之上的。 Coverages的辅助要素:控制点(tics)、链接(links)和注记(annotation)。控制点和链接不代表具体的地理实体，而是用于管理Coverage。注记用来为地图上的地理要素提供文本。 Coverages拓扑关系 拓扑(topology):是明确定义和使用要素几何中内在空间关系的过程。主要有三种拓扑关系:连通性(connectivity)、区域定义(area definition)和邻接性(contiguity)。 Shape Shape文件对制图和空间分析来说非常有用，许多地理数据都是以Shape文件格式保存。 Shape文件是一种基础的矢量数据文件，用来存储点、线、面等几何形状的位置及属性信息。由三个文件组成:.shp、.sbx的文件用 以存储要素的几何信息，后缀为.dbf的文件用来存储要素的属性信息。还可以包含其它类型的文件，如坐标系定义文件.prj、元数据文件.shp.xml。 Shape文件只能包含一个要素类，属性存储在dBase数据表中，因此，线状河流和面状湖泊必须分别存储为不同类型的shape文件。 Event数据表: 点事件数据表(XY数据表):包含有特别的字段来存储坐标信息，这种坐标是经纬度的地理坐标或是某种投影坐标。这类数据时通过测量方式获取的。 TIN: Triangulated Irregular Network数据模型中，将具有(X、Y、Z)坐标值且在空间分布上不规则的点连接成三角新，这些相邻的三角形形成一个网络用以表示现实世界中的某些特征。由于它不能表达单个要素所以是特殊的矢量格式。 Images: 栅格数据有两种:一种是由单一的层构成的成为栅格，另一种是由多层复合而成的称为影像(如多波段的卫星照片)。 二值(黑、白)影像数据是典型的栅格数据。 卫星影像等数据包含了多个波段的信息，是分层存储的，每个波段的数据存储在一层中，每层中记录了某一波段范围内电磁光谱的反射系数。通过给每一层赋不同的颜色(R\G\B)，可以生成合成影像，增强某方面的信息，以利于评价土地覆盖、植被密度等因素。 Grids(栅格): 两种类型:连续数据和离散数据。这两种数据和结构是相同的，都是由栅格单元组成的矩阵表示。不同之处，连续栅格数据中栅格单元的值可以是浮点数，栅格单元的值域是一个连接变化的区间;而离散栅格数据的单元值是整型数，值域区间是离散的有限区间。 连续栅格通常用于表示可度量和具有一定数量的数据，如高程、降雨量等。 DEM数据: 存储高程数据的栅格称为Digital Elevation Model,每个像元只有一个高程值。 Geodatabase: GeoDB是一种在关系数据库管理系统中存储点、线、面状矢量数据的一种格式。有两种格式: 1、personal geodatabase用来存储小数据量数据，存储在Access的mdb格式中。 2、在ArcSDE Geodatabase存储大型数据，存储在大型数据库中Oracle，Sql Sever，DB2等。 在GeoDB中，可以将具有相同坐标系和处于共同地理范围内的要素类组织成为要素集。 GIS项目开发步骤 第一步、确定目标 第二步、建立项目数据库 数据库包括确定分析所需的空间数据及其属性，设置研究区边界，以及选择相应的坐标系统。 自动生成数据包括数字化，或是把其它系统和格式的数据转换成可使用的数据，以及检验火速局和纠正错误等。 管理数据库包括匹配坐标系，拼接相邻图层等。 第三步、分析数据 对数据进行GIS分析，既可能是简单的制图，也可能是构建复杂的空间模型。 模型是对现实的表达，是用来模拟过程、预测结果或分析问题。 空间模型包括对空间数据应用的1~3种GIS函数: 几何模型函数:测量距离、生成缓冲区、量算面积和周长。 空间关联模型函数:对数据集进行叠加以找出相交的地方。 邻近模型函数:定位、路径查询和重新分区。 第四步、输出结果 地图、图表和报表三种表达方式。