石大《地理信息系统》实习指导

PAGE4PAGE《地理信息系统》实习指导地理系前言地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）是上世纪60年代发展起来的新兴学科。四十几年的发展历程中，GIS极大地拓宽了信息系统技术的应用范围和应用深度，特别随计算机硬、软件技术的快速发展，目前正处在一个极快的发展阶段，其应用已不仅限于测绘、地矿、制图、资源与环境管理等传统领域，其在设施管理、交通管理、工程建设、城市规划、灾害防治及评估、军事战略分析、商业策划、文化教育和文物考古等领域中也愈来愈扮演着重要的角色。此外，地理信息系统还进入了军事战略分析、商业策划和文化教育等更为广泛的领域，甚至还和其他科学技术结合，进入了普通人的生活。本实习指导书内容涉及GIS数据输入、数据处理、空间分析等GIS主要的基本操作，旨在帮助GIS初学者理解GIS理论、技术和应用，初步掌握ArcGIS软件，培养利用GIS解决地学科学问题和诸多现实问题的能力。石河子大学师范学院地理系《地理信息系统》课程面向地理信息系统方向学生开设。地理信息系统课程组在师资队伍、教学标准和教学资料积累方面均有很大投入，为课程打下了良好的基础。目前网络地理信息系统开发方面的书籍较少，适合教学实习的指导书更少。有鉴于此，根据教学需要和近几年从事GIS科研和应用的实际，笔者编译了这本参考书籍，可作为本科网络地理信息系统课程的教学辅助材料和学生上机实习的参考用书，可与有关教材、手册配合使用。本书主要以ArcGIS9.2为平台和工具设计所有实习环节，使用数据来源于石河子大学师范学院地理系GIS教学资源库。由于时间紧迫，缺乏笔者水平和经验所限，书中难免存在纰漏之处，恳求读者批评指正。编者目录第一章GIS概述…………4一、什么是地理信息系统…………4二、地理信息系统的产生……………………4三、当代GIS的发展趋势……………………6四、GIS相关软件及功能概述……………………8第二章ArcGIS9概述………………12一、ArcGIS9简介……………12二、ArcGIS采用的数据……………………17三、怎样学习ArcGIS？……………………19第三章ArcGIS基本操作……………………21一、ArcGIS安装……………22二、ArcMap应用基础…………33三、ArcCatalog应用基础………………………40四、ArcToolbox应用基础………………………43第四章图形配准及矢量化…………………45一、图形配准……………………45二、图形矢量化…………………50第五章空间数据处理………………………53一、空间数据处理………………55二、投影定义及转换……………58第六章多边形叠合分析…………………61第七章缓冲区分析………………54第八章网络分析………………………61第九章三维分析…………70第一章GIS概述一、什么是地理信息系统在信息化高速发达的现代社会，至少在知识界，人们对“信息系统”都不感陌生，各种各样的管理信息系统、咨询服务系统、决策支持系统乃至专家系统在夜以继日地帮助着人们进行着规划、管理、决策、事务处理及信息咨询，极大地提高了人们的工作效率和方便了人们的生活。但在更多的时候，人们规划、管理、决策、事务处理及信息咨询的信息内容常常要求必须与周围的地理环境和地理位置相联系，就像人们经常使用的地图或图纸，不仅要求能表达事件发生的过程和结果，还要求能表达事件发生的地点、周围环境、以及与其它事物之间的空间相互关系等，这就产生了地理信息系统(GeographicInformationSystem，简称GIS）。从地理信息系统的专业角度看，可以将人们经常使用的信息划分为两类信息—即空间信息和非空间信息，所谓空间信息，就是信息内容本身就包含有形状、分布、空间定位、空间相互关系等内容的信息。如一条道路，一座桥梁，或一幢建筑物，一个行政区，一个天体等的几何形状及其所处的空间位置等。地理信息是人们应用最多的空间信息，根据统计，人们日常使用的信息80%以上都是地理信息。远在四千多年前，人们就知道了使用地图，从而掌握与地理空间信息打交道的直观、简易的方法。而现代科学技术的发展，已将人们带入了一个以前从未想象到的高速发展的信息时代，计算机的使用和数据库技术的快速发展更使得人们学会了用信息系统管理和使用信息。地理信息系统就是能够输入、存储、管理并处理分析地理空间数据的信息系统。地理信息系统是信息系统技术发展到高级阶段的产物，这不仅是随机算机软件技术发展的“应运而生”，其实在很大程度上也得益于计算机硬件水平的发展，试想，一个有实际应用价值的地理信息系统少则几十兆、大则数十G（1G=109）字节或更大规模的图形或图像信息，其存储、显示和快速的处理分析，对早期的计算机系统，特别是早期的微型计算机系统来说是多么的不可思义！二、地理信息系统的产生地理信息系统最早萌芽于北美，上世纪60年代初，加拿大的RogerF.Tomlinson和美国的DuaneF.Marble在不同的地方、从不同角度提出了地理信息系统的构想。Tomlinson于1962年提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用数据，编建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息统（CGIS）。到1972年，CGIS全面投入运行，成为世界上第一个运行的地理信息系统。CGIS提出的地理数据模型、栅格-矢量数据相互转换、空间数据、属性数据连接及空间数据空间上分块、内容上分层等基本的设计思想，为地理信息系统技术的后来发展起到了奠基的作用。几乎在同一时间，DuaneF.Marble在美国的西北大学研究了利用数字计算机研制数据处理软件系统，以支持大规模城市交通研究，并提出了地理信息系统软件系统的思想。来此美国西北技术研究所的HowardFisher教授在福特基金的资助下，建立了哈佛大学计算机图形与空间分析实验室，开发了SYMAP\ODYSSEY等软件包，其中，SYMAP对当今的栅格地理信息系统有相当影响，而ODYSSEY则被认为是当代矢量地理信息系统的原型。其实，地理信息系统是计算机地理制图和计算机图像处理技术发展的必然产物。在上世纪60年代，随世界经济的快速发展，对地形图的数量和质量提出了更高要求，一般的手工作业方式已远远不能满足地形图生产的要求，也不能对地面日新月异的发展变化及时更新，而计算机技术的发展，就使得使用计算机进行地图制图成为了客观上的必然。而另一方面，航空和航天遥感技术的发展，又使得人们必须寻找遥感资料的快速与高精度的处理方法，这同样要用到计算机，这几方面的共同要求，就必然刺激到计算机图像处理技术的快速发展。由于计算机地理制图和计算机图像处理均主要是对地面地理对象进行的，两者之间必然有相同的基础和存在着许多共同的部分，如投影、误差、控制点、比例尺等基本制图信息，以及地名、行政界、交通、河流、居民点等基本地理信息，更重要的一点，是两者又往往是同一技术过程的不同阶段，也就是说，计算机图像处理和计算机地理制图往往是同一批人，从事同一项研究而进行的不同阶段的工作，所以，人们很自然地会将它们结合起来。随着技术的发展，将两者基础的部分和共同的部分统一为一致的理论与一致的方法，从而产生了地理信息系统。当由计算机地理制图和计算机图像处理产生了地理信息系统，地理信息系统就不再是纯淬的计算机地理制图系统或纯淬的计算机图像处理系统，并也再不是此两者功能的简单加和，它有了更广阔的应用领域和更深层的用途。三、当代GIS的发展趋势地理信息系统自上世纪60年代产生以来，发展已接近四十年的历程，其极大地拓宽了信息系统技术的应用范围和应用深度，特别随计算机硬、软件技术的快速发展，地理信息系统技术也发生着日新月异的变化，目前正处在一个极快的发展阶段，其应用已不仅限于测绘、地矿、制图、资源与环境管理等传统领域，其在设施管理、交通管理、工程建设、城市规划、灾害防治、灾害评估、文物考古等领域中也愈来愈扮演着重要的角色。此外，地理信息系统还进入了军事战略分析、商业策划和文化教育等更为广泛的领域，甚至还和其他科学技术结合，进入了普通人的生活，其目前的发展趋势，主要集中在以下几点：1.面向大型的应用和面向公众的应用均加速发展在大型工程方面，如美国内务部土地管理局的自动土地与矿产资源系统（ALMRS）和森林局615工程，仅硬件和软件的耗资就高达12亿多美元，美国海军的海图计划，建库的费用也在数亿美元。另一方面，一些面向公众的应用，如城市交通咨询、旅游景点咨询等也通过计算机网络将各种空间信息传送到千家万户。如美国已有城市试验通过电视有线网向公众发布城市交通、市政设施等空间信息，香港地政署与香港旅游协会（TA）也正着手建立香港旅游信息系统。该系统的基础数据直接来源于地政处的大型数据库，旅游信息则由旅游部门提供。计划首先在尖沙嘴等旅游热点安装触摸屏，游客可以通过触摸屏直接了解香港的地理和旅游信息。2.GIS应用的微机化随计算机硬件技术的飞速发展，使原来主要运行于图形工作站上的地理信息系统大都转而面向个人电脑和微计算机系统。这一变化的实践意义远远超过了它在技术上的进步，由于微机、个人电脑的数量之多，分布之广远非任何计算机系统之可比，这实际上也就使得GIS这一新颖的技术可以迅速地普及到千家万户和社会的各个领域，成为“寻常百姓”可以共享的技术，这无疑极大地拓宽了GIS的市场，也同时刺激了GIS技术的快速发展。3.GIS的网络化和WebGIS随计算机网络技术的发展及普及，基于网络的分布式地理信息系统已成为大、中型地理信息工程的必然选择。特别是基于政府的，或基于大、中行业的信息系统要求能实时、快速地连接各行政组织和基层单位快速变化着的各种信息，以便及时调整方案或做出决策，就必须建立全组织的基于网络的地理信息系统。而有的地理信息系统，如城市交通管理信息系统、铁路运输调度系统等，其环境就必须是基于网络的。另一方面，Intenet的快速普及也极大地改变了人们的工作和生活，基于IntenetBrowser/Server的应用形式已成为一种工业标准，被广泛地应用于信息的发布、检验等诸多领域，成为世界上最大的信息网。因而在Intenet上发布和传输地理信息，使人们也能像在地理信息系统中一样用浏览器浏览和查询地理信息，甚至进行简单的地理分析，也成为众所向往的一种趋势。4.GIS与遥感及GPS的结合遥感实时、快速和大范围获得地面变化着的各种地理信息的能力使得遥感和GIS相结合的系统在许多关乎国民经济、人民生命财产安全和国家中、长期战略规划的应用中表现出了无可比拟的优越性。如在农作物估产、水土资源利用规划、交通能源规划、环境监测、森林火灾预警、干旱洪涝灾害防治等领域，地理信息系统和遥感数据采集系统相互配合、互为补充，就能及时、准确地将遥感实时观测数据与GIS中的基础地理数据、DEM、地名数据、社会经济统计数据相综合，并通过GIS各种预设的空间分析模型的计算分析，获得各种需要的分析结果和决策信息。GPS（GlobalPositionSystem，即“全球定位系统”）也是一种快速、高精度的获得地面定位信息的新技术，GIS和GPS相结合的系统在城市交通管理、智能化交通指导系统中显示了强大的功能，如通过车载GPS系统，出租车公司就可以对全公司的车辆进行动态管理，并可以在车内进行路线选择；GPS用于野外调查，可以大大提高野外调查的工作效率等等，GIS与GPS的结合，也是GIS当前应用领域发展的重要方向之一。5.GIS的智能化GIS的智能化，也就是GIS与专家系统的结合。随当前地理信息系统应用的广泛和深入，大型应用中要求处理或要求决策的问题愈来愈复杂，其中相当一部分问题是数学模型或其它模型也难以胜任的，这就要求地理信息系统与专家系统相结合，以借助于专家们的知识和经验，模拟专家们的决策方法，从而使复杂的决策问题简化。四、GIS相关软件及功能概述目前世界上大概有300多种GIS专业软件，除具备核心GIS功能外，各有优缺点。就我国GIS领域，使用的国外GIS软件主要有ARCGIS系列（见第二章）、MAPINFO、GEOMEDIA和AUTODESK，国产GIS软件主要有MAPGIS、SUPERMAP、Geostar、方正智绘图。1、MAPINFOMapInfo是一个全球性的软件公司，总部在美国特洛伊。1986年MapInfo公司成立并推出了第一个版本—MapInfoforDOSV1.0及其开发工具MapBasic，此后又推出了DOS平台的2.0和3.0版。1995年底MapInfo发布了MapInfoProfessional，是一个以Windows95和WindowsNT为平台的桌面地理信息系统。目前该软件的最新版本是MapInfoProfessional9.5及MapInfo2008系列软件,目前Professional已打包开发工具MapBasic。MapInfoProfessional是一套功能强大，操作简便的基于Windows平台的地图化解决方案，具有图形的输入与编辑、图形的查询与显示、数据库操作、空间分析和图形的输出等基本操作。系统采用菜单驱动图形用户界面的方式，为用户提供了5种工具条(主工具条、绘图工具条、常用工具条、ODBC工具条和MapBasic工具条)。用户通过菜单条上的命令或工具条上的铵钮进入到对话状态。系统提供的查看表窗口为：地图窗口、浏览窗口、统计窗口，及帮助输出设计的布局窗口，并可将输出结果方便地输出到打印机或绘图仪。它可以方便地将数据和地理信息的关系直观的展现，其复杂而详细的数据分析能力可帮助用户从地理的角度更好地理解各种信息；可以增强报表和数据表现能力，找出以前无法看到的模式和趋势，创建高质量的地图以便做出高效的决策；凭借其新特性和增强功能，MapInfoProfessional使得桌面地图化和分析功能更快和更容易-并可延伸至整个企业。2、GeoMediaGeoMedia是INTERGRAPH公司推出的应用空间数据仓库技术的GIS平台。GeoMedia利用空间数据仓库形象化地展示了空间数据的全方位关系，这种关系是分布式GIS计算的基础，基于这些关系的算法便于建立地理空间目标的自动综合。空间数据仓库通过工业标准数据库对空间数据和属性数据统一动态的管理，还可以实现多进程、多线程、内存缓冲、快速索引、数据的完整性、一致性、分布性、并发控制、安全与恢复等特性。3、AUTODESKAutodesk是世界领先的设计软件和数字内容创建公司，用于建筑设计、土地资源开发、生产、公用设施、通信、媒体和娱乐。AutoCADMap3D是一个灵活的开发平台，面向专业地图绘制、土地规划和技术设施管理应用。您可以通过AutoCADMap3D平台，充分利用行业标准开发工具和技术来开发应用。它支持直接访问来自各类资源的CAD、GIS和光栅数据格式，无需数据拷贝或转换。4、MAPGISMAPGIS是武汉中地数码科技有限公司开发的，新一代面向网络超大型分布式地理信息系统基础软件平台。系统具备海量空间数据存储与管理能力，矢量、栅格、影像、三维四位一体的海量数据存储，高效的空间索引，支持真三维建模与可视化，能进行三维海量数据的有效存储和管理，三维专业模型的快速建立，三维数据的综合可视化和融合分析。采用面向服务的设计思想、多层体系结构，实现了面向空间实体及其关系的数据组织、高效海量空间数据的存储与索引、大尺度多维动态空间信息数据库、三维实体建模和分析，具有TB级空间数据处理能力、可以支持局域和广域网络环境下空间数据的分布式计算、支持分布式空间信息分发与共享、网络化空间信息服务，能够支持海量、分布式的国家空间基础设施建设。5、SUPERMAP北京超图软件股份有限公司是亚洲领先的地理信息系统平台软件企业，从事地理信息系统软件的研究、开发、推广和服务。依托中国科学院强大的科研实力，超图软件立足技术创新，研制了新一代地理信息系统软件——SuperMapGIS，形成了全系列GIS软件产品。超图公司为用户提供地图数字化、遥感图像处理、电子地图制作、综合空间数据建库、各种数据格式的转换与编辑、各类工程项目用图的整体方案设计、图纸影像扫描和喷绘等服务。在此基础上，提供综合电子政务、数字国土、数字统计、设施管理、军事和公安等领域的应用软件平台、项目开发与咨询服务。基于SuperMap，各地合作伙伴成功建立了数以百计的大型应用系统，如中国民航、日本国家铁路、台北市都市计划局、香港九广铁路等系统。SuperMap被来自亚洲的十余个世界五百强企业选为其GIS开发平台，成为亚洲著名的GIS品牌。6、GeostarGeoStar是武大研发的大型国产自主知识产权的地理信息系统基础软件平台，是吉奥之星系列软件的核心，在吉奥之星系列软件中负责矢量、影像、数字高程模型等空间数据的建库、管理、应用和维护。GeoStar分为三个部分：桌面应用系统GeoStarDesktop、独立处理工具和组件开发平台GeoStarObjects。主要功能包括：数据建库、数据表现、数据分发、图形编辑、空间分析、空间查询、普通图制图、专题图制图、符号设计、数据转换、打印输出。7、方正智绘方正智绘由北大方正集团推出,是一个强大的数据采集与地图出版工具,既满足专业化地图制作、出版的需要，同时也是建立基本地理属性库的工具。

第二章ArcGIS9概述一、ArcGIS9简介ESRI（美国环境系统研究所公司）成立于1969年，是全球最大的地理信息系统技术提供商。作为GIS的拓荒者及当今GIS技术的领导者，一直致力于为全球各行各业的用户提供先进的GIS技术和全面的GIS解决方案。ESRI紧跟主流IT技术，不断更新和完善产品线，为用户提供多层次、可扩展、功能强大和开放性强的ArcGIS产品。目前ArcGIS系列产品已遍布全球二百多个国家、超过百万个用户单位、涵盖几乎所有的GIS应用领域。在美国ESRI被认为是紧随微软、Oracle和IBMAA之后的、美国联邦政府最大的软件供应商之一。作为ESRI的主打产品ArcGIS9系列产品于2004年被推出。ArcGIS作为一个可伸缩的平台，无论是在桌面、服务器、野外还是通过Web，为个人用户也为群体用户提供GIS的功能。ArcGIS9是一个建设完整GIS的软件集合，它包含了一系列部署GIS的框架：DesktopGISDesktopGIS包含诸如ArcMap、ArcCatalog、ArcToolbox以及ArcGlobe等在内用户界面组件，其功能可以分为三个级别：ArcView、ArcEditor和ArcInfo，而ArcReader则是一个免费地图浏览器组件。其中ArcView、ArcEditor、ArcInfo是三个级别不同的桌面软件系统，公用通用的结构、通用的编码基数、通用的扩展模块和统一的开发环境，功能由简单到复杂。ArcMap、ArcCatalog和Geoprocessing是ArcGIS的基础模块。

ArcMap是ArcGIS桌面系统的核心应用程序，用于显示、查询、编辑和分析地图数据，具有地图制图的所有功能，提供了数据视图和版面视图两种浏览数据方式，在此环境中可完成一系列高级GIS任务。

ArcCatalog是一个空间数据资源管理器，以数据为核心，用于定位、浏览、搜索、组织和管理空间数据，还可以创建和管理数据库，定制和应用元数据，从而大大简化用户组织、管理和维护数据工作。

Geoprocessing空间处理框架具有强大的空间数据处理和分析工具，框剪主要包括两个部分：ArcToolbox和ModelBuilder，ArcToolbox包括了数据管理、数据转换、Coverage处理、矢量分析、地理编码以及统计分析等多种复杂的空间处理工具。2ServerGIS

ArcGIS9所包含的三种服务端产品：ArcSDE、ArcIMS、和ArcGISServer。ArcSDE是管理地理信息的高级空间数据服务区。ArcIMS则是一个可伸缩的，通过开放的Internet协议进行GIS地图、数据和元数据发布的地图服务器。ArcGISServer是应用服务器，用于构建集中式的企业GIS应用，基于SOAP的Webservices和Web应用，包含在企业和Web框架上建设服务器GIS应用的共享GIS软件对象库。3EmbeddedGIS

在嵌入式GIS支持方面，Arcgis9提供了ArcGISEngine，是应用于ArcGISDesktop应用框架之外的嵌入式ArcGIS组件。使用ArcGISEngine，开发者在C++、COM、.NET和Java环境中使用简单的接口获取任意GIS功能的组合老构建专门的GIS应用解决方案。4MobileGIS

在移动GIS方面，ArcGIS9提供了实现简单GIS操作的ArcPad和实现高级GIS复杂操作的MobileArcGISDesktopSystem。ArcPad是ArcGIS实现简单移动GIS和野外计算的解决方案；ArcGISDesktop和ArcGISEngien集中组建的MobileArcGISDesktopSystems，一般在高端平板电脑上执行，以执行GIS分析和决策分析的野外工作任务。图1.1ArcGIS9体系一览图图1.1ArcGIS9体系一览图图1.2ArcView、ArcEditor、ArcInfo功能构成对比图1.2ArcView、ArcEditor、ArcInfo功能构成对比除基本模块外，还提供桌面GIS扩展模块（DesktopGISExtensions）：图1.3图1.3（a）ArcGIS9桌面GIS扩展模块图1.3图1.3（b）ArcGIS9桌面GIS扩展模块二、ArcGIS采用的数据2.1支持文件和数据库中的GIS数据ArcGIS很大的一个优点是可以使用任何格式的GIS数据，并且可以同时访问多个数据库和文件。ArcGIS用一个高级的通用的地理数据模型来表示空间信息，包括空间要素，遥感数据以及其他的空间数据类型。ArcGIS同时支持基于文件的空间数据类型和基于数据库的空间数据类型。基于文件的空间数据类型包括对多种GIS数据格式的支持，如coverage，shapefile，grid，image和TIN。Geodatabase数据模型也可以在数据库中管理同样的空间数据类型，这样，可以利用关系数据库已有的优点。2.2Geodatabase中的GIS数据概念Geodatabase是一种采用标准关系数据库技术来表现地理信息的数据模型。Geodatabase支持在标准的数据库管理系统（DBMS）表中存储和管理地理信息。Geodatabase支持多种DBMS结构和多用户访问，且大小可伸缩。从基于MicrosoftJetEngine的小型单用户数据库，到工作组，部门和企业级的多用户数据库，Geodatabase都支持。目前有两种geodatabase结构：个人Geodatabase和多用户Geodatabase（multiusergeodatabase）。个人Geodatabase，对于ArcGIS用户是免费的，它使用MicrosoftJetEngine数据文件结构，将GIS数据存储在小型数据库中。个人geodatabase更像基于文件的工作空间，数据库存储量最大为2GB。个人geodatabase使用微软的Access数据库来存储属性表。对于小型的GIS项目和工作组来说，个人Geodatabase是非常理想的工具。通常，GIS用户采用多用户Geodatabase来存储和并发访问数据。个人Geodatabase支持单用户编辑，不支持版本管理。多用户Geodatabase通过ArcSDE支持多种数据库平台，包括IBMDB2，Informix，Oracle（有或没有OracleSpatial都可以）和SQLServer。多用户Geodatabase使用范围很广，主要用于工作组、部门和企业，利用底层DBMS结构的优点实现以下功能：（1）支持海量的，连续的GIS数据库；（2）多用户的并发访问；（3）长事务和版本管理的工作流。表1.表1.2个人和多用户geodatabase总结GeodatabaseDBMS注释个人geodatabaseMicrosoftJetEngine（Access）单用户编辑2GB大小限制不支持版本管理多用户，版本管理geodatabaseOracleOraclewithSpatial或者LocatorIBMDB2IBMInformixMicrosoftSQLServer需要ArcSDE多用户编辑基于版本管理的工作流数据库大小和用户数限制依赖于数据库三、怎样学习ArcGIS？3.1参考书：汤国安.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程.科学出版社，2006；党安荣.ArcGIS8Desktop地理信息系统应用指南，2003；赵军.地理信息系统ArcGIS实习教程.气象出版社，2005;汤国安.ArcView地理信息系统空间分析方法.科学出版社，20023.2网络资源/ESRI北京官网/ESRI/ESRI中国社区/地理信息系统论坛/GIS空间站/中国GIS咨讯网/bbs/GIS帝国论坛地理空间网络/国家基础地理信息中心/GIS大学论坛/GIS动力实习安排：时间：4-5、11-12周；地点：地理系GIS综合实验室（会一西）考核：上机占总成绩30%；提交：实习报告（word），结果图（ppt）；

第三章ArcGIS基本操作一、实验目的1.掌握ArcGIS软件安装2.认识ArcMap图形用户界面；3.理解ArcCatalog、ArcMap和ArcToolbox基础应用；4.掌握GIS数据浏览、基本查询和显示操作，加深对其实现原理的理解；二、实验准备软件准备：确保已经正确安装了ArcGISDesktop9.3软件(ArcView,ArcEditor,或ArcInfo)。实验数据：Elev.shp三、预备知识：理解GIS的三种角度（1）GIS就是空间数据库：GIS是一个包含了用于表达通用GIS数据模型（要素、栅格、拓扑、网络等等）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的方式进行表达，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。这三种观点在ESRIArcGISDesktop中分别用ArcCatalog（GIS是一套地理数据集的观点）、ArcMap（GIS是一幅智能的地图）和ArcToolbox（GIS是一套空间处理工具）来表达。这三部分是组成一个完整GIS的关键内容，并被用于所有GIS应用中的各个层面。ArcMap是ArcGISDesktop中一个主要的应用程序，具有基于地图的所有功能，包括制图、地图分析和编辑。主要原理：查询数据，根据位置查询要素属性或通过属性来查询要素的功能。三、实验步骤及方法1、ArcGISLicenseManager和Desktop的安装ArcGISDesktop包含ArcMap、ArcCatalog、ArcToobox、ArcScene以及ArcGlobe等在内的用户组件。其中ArcCatalog主要用于数据管理和转换等，类似于Windows的资源管理器，ArcMap主要用于地理信息数据的编辑、分析等，ArcScene主要用于地理信息数据分析以及三维显示等，ArcToobox是ArcGIS的工具箱软件，它里面包含很多数据转换、分析功能，ArcGlobe主要用于全球地理信息数据分析显示等。这些组件都是在建立、编辑和分析地理信息数据中最基础、最重要的部分。总的来说，这些组件之间有着密切的联系，所以建议在安装时选择完全安装。1.1ArcGISLicenseManager安装ArcGISLicenseManager是ArcGISDesktop的前提和关键，具体安装步骤如下：（1）首先，打开ArcGISDesktop9.2的安装光盘；（2）双击ESRI.exe应用程序文件，出现安装软件界面，选择ArcGISLicenseManager：（3）（非常重要）如果有正版许可文件，点击Browse浏览许可文件（下图）。如果没有（即是破解版），则利用破解文件指定的安装方法顺序安装。①将crack中的license文件用记事本方式打开，将第一行的计算机名（如S001）替换为本机计算机名（我的电脑—右键—计算机名—完整的计算机名称，注意不要复制最后面的点），保存；②随后next-next-install-（不要重启）no，Iwill……-OK-Finish。③crack文件夹中的三个文件复制到C:\ProgramFiles\ESRI\License\arcgis9x，替换原有文件。④【开始】【程序】中找到ArcGIS-LicenseManager(9.x)-LicenseManagerTools⑤Service/LicenseFile中点击ConfigurationusingServices，选中ArcGISLicenseManager。⑥ConfigureServices中点击Pachtothelmged.exefile对应的Browse，找到刚才替换的文件：C:\ProgramFiles\ESRI\License\arcgis9x\lmgrd.exe，C:\ProgramFiles\ESRI\License\arcgis9x\license.dat，C:\ProgramFiles\ESRI\License\arcgis9x\ARCGIS_LM.LOG点击SaveService，选择“是”⑦Start/Stop/Reread中先点击StopServer，再点击StartServer，⑧点击ReReadLicenseFile：Utilities中点击PerformCheckSum，如下方出现的提示全部含有666，说明License已激活，如下图。1.2ArcGISDesktop安装（1）在界面选择ArcGISDesktop，在出现的欢迎界面上点击next，开始安装（2）单击Next。该界面上有三种的选择：ArcView是ArcGIS的早期产品，功能不及后面两种软件强大；ArcEditor功能介于ArcView和ArcInfo之间；ArcInfo功能最强大，销售价格也远高于前两者。在这里选择安装选择“ArcInfo”（3）单击Next，选择安装形式。选择完全安装，选择“Complete”。（4）单击下一步Next，定义安装路径。最好就在默认情况下安装在“C:\ProgramFiles\ArcGIS\”目录下，点击“Browse……”可以选择软件的安装路径，如下图（5）软件成功安装后，将出现如下图所示界面，单击“Finish”完成安装。可不重启。2、ArcMap应用基础2.1启动ArcMap（1）启动ArcMap：执行菜单命令：开始>>程序>>ArcGIS>>ArcMap（2）认识ArcMap的操作界面：当出现ArcMap对话框时,点击"一个新的空地图"单选按钮，然后点击OK.确定，现在将可以看到ArcMap的操作界面：窗口标准工具窗口标准工具数据源显示状态数据选择状态要素显示状态数据显示工具数据视图版面视图版面视图输出显示工具当你在ArcMap中进行各种操作时，你的操作对象是一个地图文档。一个地图文档可以包含多个数据框架，根据数据集依次形成数据框架。一个地图文档是存储在扩展名为.mxd文件中。（3）新地图文档创建：①启动ArcMap进入地图编辑环境②若已经进入了ArcMap工作环境：单击NewMapFile按钮直接创建一个空白新地图。若希望应用已有地图模板创建新地图，单击主菜单中的File选项，打开File菜单。单击New选项，在New对话框里确定当前创建的文件类型为Document。进入General选项卡，选择古典景观地图版式LandScapeClassic.mxt。单击OK按钮，进入地图编辑环境。2.2.数据层的加载（1）直接在新地图文档上加载数据层三种方式：①File>>AddData②标准工具（2）通过ArcCatalog加载数据层ArcCatalog主要用来浏览和管理数据文件，相当于一个资源管理器，借助ArcCatalog来加载数据层更方便，直观，只需将需要加载的数据层直接拖放到ArcMap的图形显示器中即可，具体操作如下：①点击标准工具启动ArcCatalog，在其中浏览，找到要加载的数据层。②将鼠标移至ArcCatalog窗口中需加载的数据层，拖曳到ArcMap窗口完成加载。2.3.数据层基本操作：（1）数据层更名和数据层顺序（2）数据层的复制与删除（3）数据层的坐标定义ArcMap中数据层大多是具有地理坐标系统的空间数据，创建新地图并加载数据层时，第一个被加载的数据层的坐标系统被作为该数据组的默认坐标系统，随后被加载的数据层，无论其原有的坐标系如何，只要满足坐标转换的要求，都将被自动转换为该数据组的坐标系统，而不影响数据层所对应的数据本身。对于没有足够坐标信息的数据层，一般情况下由操作人员来提供坐标信息。若没有操作人员提供坐标信息，ArcMap有一种默认处理办法：先判断数据层的X坐标是否在-180到180之间，Y坐标是否在-90到90之间，若判断为真，则按照经纬度大地坐标来处理；若判断不为真，就认为是简单的平面坐标系统。若不知道所加载数据层的坐标系统，可以通过数据组属性或者数据层属性进行查阅，并进一步根据需要来修改：①查阅数据组坐标A.View>>DateFrameProperties命令，或右击>>DateFrameProperties。B.CoordinateSystem>>CoordinateSystem选项卡，显示该地图的数据组的坐标信息。②变换和修改数据组坐标A.DateFrameProperties>>CoordinatingSystem>>双击Predefined目录，包含有系统定义的大量地图投影类型，逐级目录搜索需要的地图投影类型，选择投影类型。B.单击“确定”按钮，数据组中所有数据层的坐标系统都将变换为新的类型。数据层显示双击图层名或右键点击“图层属性”>>符号化，可以对图层进行单一值、唯一属性值、渐变色、渐变符号、比例符号、饼图、条形\柱状图、堆积图、多个属性等多种方式的符号化显示，如下图：2.4数据比例尺设置2.5数据编辑2.5.1图形编辑：ArcGIS提供多种图形编辑工具，具有很多与AutoCAD类似的工具，可以帮助用户快速、方便的绘制地图。基本编辑：Editor>>StartEditing包括：要素复制（CopeParallel、buffer、MirrorFeatures）、合并（Meger、Union）、分割（任意点分割、按长度分割Split、布点分割Divide、多边形分割CutPologonFeatures）、变形（ResshpeFeatures）与缩放，节点编辑；也可右键点击工具条空白处，调用，进行工具条的自定制。1.5.2属性编辑借助ArcMap编辑工具，对单要素或多要素属性进行添加、删除、修改、复制和粘贴等多种编辑操作，而应用数据层属性表，可以实现更多的编辑操作。可通过以下三种方式：单击，在图形窗口选择需要编辑的要素（可多选），单击右键选择Attributes，打开Attributes对话框。左窗口显示被选择的要素，右窗口显示其属性字段及其属性值。左窗口上右击要素，包含Hightlight、ZoomTo、Copy、Paste、Unselect、Dlete五个命令，如下图：可通过数据显示工具条按钮，打开IdentifyResults对话框，浏览和编辑属性数据，如下图：（3）右击图层，选择OpenAttributesTable命令，打开图层属性表，单击Options按钮，可以属性查询、增加字段、关联表、创建图表、属性表导出、属性表外观设置等操作。1.6数据层的保存工具条，或保存编辑：Editor>>SaveEdit：见下图File>>save，保存为一个*.mxd文件。3.ArcCatalog应用基础当ArcCatalog与文件夹、数据库或GIS服务器建立连接后，用户可通过ArcCatalog来浏览地图和数据，创建元数据，搜索地图数据，管理数据源等。3.1文件类型显示和增删（1）文件夹类型显示操作：Tools>>Options>>Gengeral（2）文件夹类型增删操作：Tools>>Options>>FileType>>ChangeIcon或ImportFileTypeFromRegistry。3.2内容浏览：（1）目录内容浏览：Contents，Preview，Metadata（2）属性数据浏览和操作：3.3数据搜索：Edit—search3.4ArcCatalog中创建文件（1）File>>New>>创建的文件类型（2）右键点击空白处，新建文件3.5地理数据输出（1）输出为Shapefile①在ArcCatalog目录树或者内容栏中,右键②鼠标指针指向菜单中的Export，单击ToShapefile命令,打开FeatureClasstoShapefile(multiple)对话框。③在列表框中选择要素类.在OutputShapefile文本框中键入文件名(包括路径)，单（2）输出为Coverage右击数据>>Export>>ToCoverage命令>>出现FeatureClasstoCoverage对话框,选择要素类>>Output文本框中键入文件名(包括路径)>>OK按钮，输出Coverage文件。（3）属性表输出右键点击要输出的地理数据表>>0utputtable选项中选择Info或者dBASE>>在0utputINFOordBASEtable文本框中键入文件名(包括路径)。4.ArcToolbox应用基础地理处理的工具很多，包括overlay、buffer和数据管理等常见的GIS操作处理，以及影像处理，拓扑和模式定义等高级的操作。4.1ArcToolbox激活扩展工具：Tools菜单>>Extension>>勾选4.2简要介绍（1）3D分析工具(3DAnalystTools)：使用3D分析工具可以创建和修改TIN以及面，并从中抽象出相关信息和属性。（2）分析工具(AnalysisTools)：对于所有类型的矢量数据，分析工具提供了一整套的方法，来运行多种地理处理框架。主要实现有联合，裁剪，相交，判别，拆分；缓冲区，近邻，点距离；频度，加和统计等。（3）制图工具(CartographyTools)：制图工具与ArcGIS中其他大多数工具有着明显的目的性差异；（4）转换工具(ConversionTools)：包含了一系列不同数数据格式转换，主要有栅格、shapefile,Coverage,table,dBase数字高程(Geodatabase)的转换等。（5）Coverage工具(CoverageTools)：提供了一系列强大工具实现地理处理过程，输入输出都是Coverage；（6）数据管理工具(DataManagementTools)：提供了丰富且种类繁多的工具用来管理和维护要素类，数据集，数据层以及栅格数据结构（7）地理编码工具(GeocodingTools)：地理编码又叫地址匹配，是一个建立地理位置坐标与给定地址一致性的过程。（8）地统计分析工具(GeostatisticalAnalystTools)：地统计分析工可以创建一个连续表面或者地图，用于可视化及分析，并且可以更清解空间现象。（9）线性要素工具(LinearReferencingTools)：生成和维护实现由线状Coverage到路径(Route)的转换.（10）空间分析工具(SpatialAnalystTools)：空间分析工具提供了很丰富的工具来实现基于栅格的分析。在GIS三大数据类型中，栅格数据结构提供了用于空间面的模型（11）空间统计工具(SpatialStatisticsTools)：空间统计工具包含了分析地理要素分布状态的一系列统计工具，这些工具能够实现多种适于地理数据的统计分析PAGE90PAGE四、实验报告要求做出手写书面报告，包括原理、过程和结果。具体内容如下：1.学习本实验预备知识相关材料，结合GIS原理总结ArcGISDesktop主要特点。2.ArcCatalog、ArcMap和ArcToolbox的功能是什么？

第四章图形配准及矢量化一、实验目的1.利用影像配准(Georeferencing)工具进行影图形、影像数据的地理配准2.编辑器的使用（点要素、线要素、多边形要素的数字化）。二、实验准备数据准备：石河子市1:50000地形图shz1:50000.jpg；rectifysqure.tif软件准备：ArcGISDesktopArcMap三、实验内容及步骤1、图形配准1.1加载数据和影像配准工具所有图件扫描后都必须经过扫描配准，对扫描后的栅格图进行检查，才能确保后续矢量化工作顺利进行。打开ArcMap，右击菜单栏空白处，添加“影像配准”工具栏。把需要进行配准的影像shz1:50000.jpg添加到ArcMap中，“影像配准”工具栏被激活。1.2输入控制点在配准中必须知道一些特殊点的坐标。通过读图，我们可以得到一些控件点――图廓四周的经纬度范围或图中均匀分布的公里网格的交点，我们可以从图中均匀的取6~8个点。一般在实际中，这些点应该能够匀分布。（1）“栅格配准”>>取消“自动校正”；点击“添加控制点”按钮。使用该工具在扫描图上精确到找一个控制点点击，然后鼠标右击输入该点实际的坐标位置，如下图所示：用相同的方法，在影像上增加多个控制点（大于7个），输入它们的实际坐标，完成后“栅格配准”>>勾选“自动校正”。点击“影像配准”工具栏上的“查看链接表”按钮。（2）在连接表对话框中点击“保存”按钮，可以将当前的控制点保存为磁盘上的*.txt文件，以备后续使用。（3）检查控制点的残差和RMS，删除残差特别大的控制点并重新选取控制点。转换方式设定为“一次多项式”；1.3设定数据框的属性“影像配准”>>“UpdateDisplay”更新显示；执行菜单命令“视图”－“数据框属性”，设定数据框属性，在“常规”选项页中，将地图显示单位设置为“米”；在“坐标系统”选项页中，设定数据框的坐标系统为：“BeiJing_1954坐标系，高斯-克里格投影，东经87度中央经线），或选择“BeiJing_1954_3_Degree_GK_CM_87E”，与扫描地图的坐标系一致注：在CoordinateSystems\ProjectedCoordinateSystems\GaussKruger\Beijing1954目录中，我们可以看到四种不同的命名方式：Beijing19543DegreeGKCM75E.prj北京54三度分带，中央经线东75度标，横坐标前不加带号Beijing19543DegreeGKZone25.prj北京54三度分带，分带号为25，横坐标前加带号Beijing1954GKZone13.prj北京54六度分带法，分带号为13，横坐标前加带号Beijing1954GKZone13N.prj北京54六度分带法，分带号为13，横坐标前不加带号在CoordinateSystems\ProjectedCoordinateSystems\GaussKruger\Xian1980目录中，文件命名方式又有所变化：

Xian19803DegreeGKCM75E.prjXian19803DegreeGKZone25.prjXian1980GKCM75E.prj

Xian1980GKZone13.prj（3）更新后，就变成真实的坐标。1.4矫正并重采样栅格生成新的栅格文件（1）”影像配准”菜单下，点击“校正”，选用“双线性内插”对配准的影像根据设定的变换公式重新采样为一个新的影像文件，并“另存”为一个新的TIF影像文件。（2）加载重新采样后得到的栅格文件，并将原始的栅格文件从数据框中删除。后续的数字化工作是针对这个配准和重新采样后的影像进行操作的。矢量化——石河子市世纪广场2.1ArcMap中加载rectifysqure.tif，观察影像中的各类型要素（市政大楼、植被、道路、水体小品等）2.2在ArcCatalog中新建一个面层（Polygon）；2.2设定间参考信息：点“Edit”通过“导入”或“新建”设定各层的空间参考信息；2.3图形编辑：将地图放大到合适的比例下：“编辑器”>>“开始编辑命令”，确认编辑器中：任务为――新建要素，目标为――buinding，跟踪影像，添加并输入name和Type字段及其属性；在ArcMap中对所加载的数据的图形要素可以进行各种编辑，矢量化过程中灵活掌握以下工具：平行线复制、缓冲区生成、镜面反射、拼接处理、结点删除、结点添加、线的延长和裁剪、线与多边形的分割和缩放与拉伸等。2.4添加并输入name和Type字段及其属性；（1）使图层处于非编辑状态之下；（2）右键点击图层“OpenAttributeTable”，打开图层属性表：（3）属性表“Options”—AddField，添加并输入name和Type字段（4）添加各字段的属性值：使图层处于非编辑状态之下，双击属性表空格，键入即可（5）用“唯一值”显示图层：参看P37。四、实验报告及要求完成世纪广场的矢量化，并做出书面报告，包括原理、过程和结果。具体内容如下：（1）总结屏幕跟踪数字化过程的基本步骤及每一步骤的必要性。（2）分析数字化过程中误差的来源及减小误差的相关方法。

第五章空间数据转换及处理一、实验目的1、熟悉数据格式的转换方法2、熟悉ArcGIS中投影的应用及投影变换的方法、技术，掌握地图投影变换的基本原理与方法，了解地图投影及其变换在实际中的应用；3、掌握ArcGIS中数据结构转换的方法、应用；4、掌握空间数据内插方法实验准备实验软件：ArcGIS9.3实验数据：ex5/data1/云南县界.shp、luccpoly.e00；ex5/data2/气温.shp、YNBoundary.shp三、实验内容及步骤3.1背景知识（1）ArcToolboxArcToolbox内嵌在ArcCatalog和ArcMap中，在ArcView、ArcEditor和ArcInfo中都可以使用，它具有许多复杂的空间处理功能，具体见P44；（2）地理坐标系（GeogrpahicCoordinateSystem）地理坐标系使用基于经纬度坐标的坐标系统描述地球上某一点所处的位置。某一个地理坐标系是基于一个基准面来定义的。基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此每个国家或地区均有各自的基准面在ArcGIS中基于这三个椭球，建立了我国常用的三个基准面和地理坐标系：GCS_WGS1984(基于WGS84基准面)GCS_BEIJING1954(基于北京1954基准面)GCS_XIAN1980(基于西安1980基准面)（3）投影坐标系（ProjectedCoordinateSystems）投影坐标系使用基于X,Y值的坐标系统来描述地球上某个点所处的位置。这个坐标系是从地球的近似椭球体投影得到的，它对应于某个地理坐标系。投影坐标系由以下参数确定：地理坐标系（由基准面确定，比如：北京54、西安80、WGS84）投影方法（比如高斯－克吕格、Lambert投影、Mercator投影）在ArcGIS中提供了几十种常用的投影方法，北京1954投影坐标系和西安1980坐标系都是应用高斯－克吕格投影，只是基准面、椭球、大地原点不同。（4）地理变换地理变换是一种在地理坐标系（基准面）间转换数据的方法，当将矢量数据从一个坐标系统变换到另一个坐标系统下时，如果矢量数据的变换涉及基准面的改变时，需要通过地理变换来实现地理变换或基准面平移。主要的地理变换方法有：三参数和七参数法。（5）投影变换当系统所使用的数据是来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的地理数据转换成另一种投影的地理数据，这就需要进行地图投影变换；3.2空间数据格式转换基于文件的空间数据类型包括对多种GIS数据格式的支持。ArcGIS（包括ArcView，ArcEditor和ArcInfo）中支持的数据类型有：Shapefiles、Geodatabases、ArcInfocoverages、ArcIMSfeatureservices、ArcIMSmapservices、GeographyNetworkconnections、PCARC/INFOcoverages、SDElayers、TIN、DXF、DWG(throughv2004)、DGN(throughv8)、VPF、文本文件（*.txt）、OLEDB表、SDC；各种栅格数据类型。3.2.1CAD数据的转换CAD数据是一种常用的数据类型，例如大多数的工程图、规划图都是CAD格式。借助ArcToolbox，ArcGIS中的要素类、Shapefile数据可以转换成CAD数据，CAD数据也可以转换成要素类和地理数据库。（1）Shape文件转为CAD①加载Shape文件“云南县界.shp”；②展开ArcToolbox→ConversionTools→ToCAD→ExporttoCAD，打开ExporttoCAD对话框：InputFeatures选择“squre_all.shp”（可多选）；OutputType选择输出CAD文件的版本（如箭头所指）；IgnorePathsinTables为可选按钮，输出单一格式的CAD文件；AppendtoExistingFiles为可选按钮，选择状态下，可将输出的数据添加到已有的CAD文件中。单击OK按钮，执行转换操作：（2）CAD的输入转换①加载上步生成的CAD文件“云南县界_ExportCAD”；②展开ArcToolbox→ConversionTools→ToGeodatabase→ImporttoCAD，打开ImporttoCAD对话框：InputFeatures选择刚才输出的CAD文件“squre_all_ExportCAD.DWG”（可多选）；OutputStagingGeodatabase文本框键入输出的地理数据库的路径与名称；③SpatialReference用于设置输出地理数据库的空间参考信息，点击选择“云南县界.shp”；。单击OK按钮，执行转换操作。转换完成后可加载至ArcMap显示。3.2.2ArcInfo中间交换格式（.E00）数据的转换（1）启动ArcCatalog，单击View>Toolbars>ArcView8xTools。（2）单击ConversionTools下拉菜单，选择ImportfromInterchangeFile，如下图。（3）输入文件“luccpoly.e00”，指定输出文件，“OK”，输出一个coverage文件。注意：要输入的.E00文件路径和要输出的位置中不能含有空格。3.3空间数据投影转换3.3.1空间数据投影定义（1）添加“云南县界.shp”，右键点击图层，在属性对话框中点击“源”source选项卡，查看此图层的空间信息：（2）打开ArcToolbox，执行命令“定义投影”命令（3）点击“选择按钮”，从预定义的坐标系中选择（坐标系统\GeographicCoordinateSystems\Asia\Beijing1954.prj）右键点击“云南县界.shp”，查看属性，在属性对话框中，点击“源”选项页，查看这个图层的坐标系是否已经被指定为“北京1954地理坐标系”。3.2.2投影变换――地理坐标系：北京1954坐标系转换→西安80投影（1）打开ArcToolbox，执行命令“Feature”“Project”命令（2）在“投影”对话框中，依次设定：输入要素类为“云南县界”，输出要素类为――“云南县界_PRJ_Xian80.shp,输出坐标系选择：从预定义的坐标系中选择（坐标系统\ProjectedCoordinateSystems\GaussKruger\Xian1980\Xian1980GKZone17.prj）（3）确定后，完成由地理坐标系GCS_BEJING_1954到投影坐标系Xian_1980_GK_ZONE_17的变换。4.空间数据格式转换：矢量数据栅格数据4.1矢量数据→栅格数据许多数据如行政边界、交通干线、土地利用类型、土壤类型等都是用矢量数字化的方法输人计算机或以矢量的方式存在计算机中，表现为点、线、多边形数据。然而，矢量数据直接用于多种数据的复合分析等处理将比较复杂，特别是不同数据要在位置上一一配准，寻找交点并进行分析。相比之下利用栅格数据模式进行处理则容易得多。加之土地覆盖和土地利用等数据常常从遥感图像中获得，这些数据都是栅格数据，因此矢量数据与它们的叠置复合分析更需要把其从矢量数据的形式转变为栅格数据的形式。（1）加载矢量数据“云南县界.shp”；（2）利用ArcToolbox中ConversionTools（方法1），或右击工具条调用SpatialAnalyst工具条（方法2），都可以打开FeaturetoRaster对话框。结果如下图，可见矢量数据的栅格化一般伴随数据精度的降低：4.2栅格数据→矢量数据栅格向矢量转换处理的目的，是为了将栅格数据分析的结果，通过矢量绘图装置输出，或者为了数据压缩的需要，将大量的面状栅格数据转换为由少量数据表示的多边形边界，但是主要目的是为了能将自动扫描仪获取的栅格数据加入矢量形式的数据库。（1）加载刚才生成的云南县界栅格数据；（2）利用ArcToolbox中ConversionTools（方法1），或右击工具条调用SpatialAnalyst工具栏（方法2），都可以打开RastertoFeature对话框。结果如下图，与原始的矢量图（云南县界.shp）比较，可见栅格数据的矢量化一般伴随数据的模拟，精度较低：5.空间数据内插（空间插值）空间插值常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分布模式进行比较，它包括了空间内插和外推两种算法。空间内插算法是一种通过已知点的数据推求同一区域其它未知点数据的计算方法；空间外推算法则是通过已知区域的数据，推求其它区域数据的方法。5.1加载空间分析模块此部分许多操作都涉及空间分析，所以首先要添加空间分析模块。添加的前提是，安装完整ArcGIS版本。添加并激活后，以后不必每次添加，可以一直使用。（1）在ArcMap中执行菜单命令<工具>－<扩展>，在扩展模块管理窗口中，将“空间分析”前的检查框打勾。在ArcMap工具栏的空白区域点右键，在出现的右键菜单中找到“空间分析”项，点击该项，在ArcMap中显示“空间分析”工具栏。5.2数据：气温.shp中有两个字段Y01、Y02记录的是16个气象观测站2001年和2002年的年平均气温，下面要通过空间内插的方法将点上的数据扩展到连续的空间上，得到气温空间分布图；YNBoundary.shp是云南省的边界；5.3设置空间分析的范围参数：在常规选项中设定一个工作目录。因为在空间分析的过程种会产生一些中间结果，默认的情况下这些数据会存储在Windows系统的临时路径下（C:\temp），当设置了工作目录后，这些中间结果就会保存在指定的路径下。为了保证空间分析生成的数据范围一致，先进行参数设置：SpatialAnalyst→Option,打开Options对话框，将数据范围Extent设定为“”:5.3空间数据插值：（1）加载图层气温.shp，执行菜单命令：空间分析→内插成栅格→样条，“Z值字段”分别选择Y01和Y02；（2）“ok”得到2001年和2002年气温空间分布图；此时生成的文件是默认显示符号；（3）更改显示符号：右击图层→LayerProperties→Display→Stretched(拉伸)，得到连续渐变色显示的图像。数据裁剪：以云南省行政区划为边界，裁剪得到云南省的温度空间分布图。数据裁剪有2种方法，其一是矢量数据裁剪，其二是栅格数据裁剪（1）矢量数据裁剪：具体操作：ArcToolbox→SpatialAnalystTools→Extraction→用掩膜提取：（2）栅格数据裁剪①执行命令：SpatialAnalystTools→Convert→FeatertoRaster，生成YNBoundary云南省的栅格行政区划图；②执行命令：SpatialAnalystTools→RasterCaculator，分别构造表达式：[temp01]*[YNBoundary_g-ynboundary_g]，[temp02]*[YNBoundary_g-ynboundary_g]执行两栅格图层的相乘运算；③得到云南省2001年和2002年气温内插分布图：5.5栅格单元统计（CellStatistic）目的：根据2001年和2002年的年平均气温得到多年平均气温空间分布图：方法：SpatialAnalystTools→CellStatistics（像素统计)，云南省2001年和2002年气温内插分布图，得到2年平均气温空间分布图：四、实验报告要求：做出手写实习报告，包括原理、过程和结果。尝试不同各种空间插值方法（IDW、Kring等），对“气温.shp”进行插值，比较插值的结果有何异同。

第六章叠合分析一、实习目的1、理解ArcGIS空间分析功能；2、了解基于矢量数据和栅格数据基本空间分析的原理和操作；3、掌握栅格重分类(RasterReclassify)、、面积制表（TabulateArea）、分区统计(ZonalStatistic)、邻域统计（Neighborhood）等空间分析基本操作和用途。4、为选择合适的空间分析工具求解复杂的实际问题打下基础。二、实习准备2.1预备知识：2.1.1空间分析空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取空间信息或者从现有的数据派生出新的数据，是将空间数据转变为信息的过程。空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库。空间分析是GIS的主要特征。空间分析能力（特别是对空间隐含信息的提取和传输能力）是GIS区别与一般信息系统的主要方面，也是评价一个GIS的主要指标。空间分析运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段。空间分析可以基于矢量数据或栅格数据进行，具体是情况要根据实际需要确定。2.1.2空间分析步骤空间分析实际上是一个地理建模过程，涉及以下基本步骤。2.2实验数据：Ex6/data1：云南县界.shp；Clip.shp；西双版纳森林覆盖.shp；西双版纳县界.shp；三、实验内容及步骤1.矢量数据叠合分析叠加操作是空间分析中使用最广泛和频繁的空间分析方法，其中涉及多种图形操作和属性叠加，能够获取2个图层的交叉信息。1.1图层合并（Union）不同图层的Union操作，执行结果将保留所有产生的新图形和新属性（如图），是其他空间叠加操作的基础。（1）在ArcMap中加载数据西双版纳森林覆盖.shp和西双版纳县界.shp；（2）打开ArcToolbox，执行ArcToolbox→AnalysisTools→Overlay→“Union”命令；输入要素：依次添加“西双版纳森林覆盖”“西双版纳县界”两个图层；输出要素类：设置为Union.shp；（3）查看输出要素类：Union的的属性表，并检查属性“Type”，其中为“Y”的表示有植被覆盖的区域，右键点击图层Union,修改属性－>符号（设置为唯一值图例，字段设置为TYPE）思考：勐海县的总面积是多少平方公里？其中有森林覆盖的区域面积是多少？没有森林覆盖的区域面积是多少？1.2图层相交：（1）在ArcMap中加载数据西双版纳森林覆盖.shp和西双版纳县界.shp；（2）执行ArcToolbox→AnalysisTools→Overlay→“Intersect”命令输出要素类InterSect，并与“Union”进行比较，并进一步思考这类操作适合求解哪一些现实问题。1.3要素擦除（1）在ArcMap中加载数据西双版纳森林覆盖.shp和西双版纳县界.shp；（2）执行ArcToolbox→AnalysisTools→Overlay→Erase1.4裁剪要素（1）在ArcMap中，添加数据云南县界.shp和Clip.shp（2）激活Clip图层。选中Clip图层中的一个要素，注意确保不要选中“云南县界”中的要素！（3）点击，打开ArcToolbox，双击“Clip”；依次选中Clip主题中其它三个要素，重复以上的操作步骤，完成操作后将得到共四个图层（“云南县界_Clip1”,“云南县界_Clip2”，“云南县界_Clip3”，“云南县界_Clip4”2.拼接图层（1）加载生成的“云南县界_Clip1”“云南县界_Clip2”“云南县界_Clip3”“云南县界_Clip4”（2）执行ArcToolbox→DataManagement→GeneralTools→“Append”（附加）命令；（3）右键点击图层“云南县界_Clip1”，在出现的右键菜单中执行Data→Export(导出数据)，以YN_Append.shp命名。（4）观察输出图层YN_Append.shp，可见App