ArcInfo实例操作讲解.docx

ArcInfo实例操作讲解.docx

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ArcInfo实例操作讲解

序言

本教程针对ArcInfo初学者设计，你不需要有使用ArcInfo的经验。

通过对一个具体项目的介绍来讲述ArcInfo的基础知识。

这个实验项目包含典型的GIS应用问题的分析和解决，综合多个数据层来分析层与层之间数据的关系。

在这个项目中，你将设计和建立数字化的空间数据，执行空间分析操作，生成地图和报告。

本教程中用黑斜体表示要由用户输入的命令部分，介绍的是ArcInfo7.0ForWindowsNT。

如果你使用的是其它版本，在很多地方将会有小的差别。

除了软件硬件的正确安装配合之外，在开始项目之前你需要拷贝实验数据到你的工作空间：

●Arc:

&WORKSPACE　:

\yourname

●Arc:

&sys　xcopy　%AIDATA%\UGIS\*.*　/s/e/v

●Arc:

&WORKSPACE　ugis\data

●Arc:

&station　9999

工作站文件stat_9999的内容：

●DISPLAY　9999

●&TERMINAL　9999

●COORDINATE　MOUSE

●DIGITIZER　26500　COM1

●&FULLSCREEN　&POPUP

第一章GIS简介

一、空间操作

许多程序，如电子表格（如lotus1-2-3），统计软件（如SAS，Minitab），制图软件包（如AutoCAD）能够处理简单的地理或空间数据。

为什么它们不能被称为GIS系统呢？

通常认为，要成为一个GIS系统，它必须要能够进行空间数据操作。

考虑下面的表格：

Name

Latitude

Longitude

GISPopulation

London

51N

0

80

Zurich

47N

8E

25

Utrecht

52N

5E

40

SantaBarbara

34N

119W

50

Orono

45N

69W

30

Buffalo

42N

78W

30

非空间查询：

每个地方进行GIS工作的人员平均为多少？

这是一个典型的非空间查询问题，其结果与所存储的经纬度数据完全无关，也不涉及这些地点之间的关系。

空间查询：

西欧主要中心城市里有多少GIS工作人员？

哪一个中心在其它中心的1000英里之内？

连接所有这些中心的最短路径是什么？

这些问题的回答都需要用到经纬度数据以及其它的一些信息，如地球的半径等。

用GIS可以很容易地回答这些问题。

二、数据连接

GIS系统通常需要连接不同数据集。

例如，如果你想要知道各个国家生产的食品中有多少是用来出口的，显然，每个国家的食品总产量是存储在一个文件中，而出口量数据又在另外的一个文件中。

你必须联合这些分开的数据才能得到结果。

数据的连接完成后，就只剩下简单的算术运算来得到你所需要的结果了。

这只是一个极其简单的例子，根本不需要动用GIS来解决。

考虑需要数据连接的几种不同情况：

严格匹配：

你的一个文件中存储的是许多地理特征（如城市）的信息，另外一个文件中存储有这些特征的另外一些信息。

合并这些信息的操作非常简单，通过文件中共有的一个关键项（key）就可以完成（本例中county）。

两个文件中相同的郡县名称项被提取出来，和其它信息一起存储于一个新文件中。

county

population

LAKE

108000

LINCOLN

45000

MADISON

213000

ORANGE

1145000

PENN

22000

county

AVG.HouseCost

LAKE

89000

LINCOLN

77000

MADISON

104000

ORANGE

167000

PENN

75000

匹配合并以后：

county

population

AVGHouseCost

LAKE

108000

89000

LINCOLN

45000

77000

MADSON

213000

104000

ORANGE

1145000

167000

PENN

22000

75000

阶层匹配:

另外的情况中，一些类型的信息比另外类型的信息收集得更细或更短周期。

例如，财政和失业数据是在较大区域尺度上收集的，频率较高；而人口数据则是在较小的尺度范围收集的，频度较低。

如果小的调查区域合起来刚好构成大的调查区域，那么就可以用阶层匹配来处理这些数据。

将构成大区的小区域组合起来，统计其数据，然后进行准确匹配。

模糊匹配：

很多情况下，小区域的边界与大区域的边界并不重合。

处理环境数据是最容易遇到这种问题。

例如，作物边界通常是地块边界，很少与土壤类型边界重合。

如果你要分析决定某种作物的最适土壤类型，你就需要将两个数据层叠加，计算每一种土壤类型对应的生产力。

第八章将详细讨论到这些叠加操作。

第二章地理数据概念

GIS项目中的第一步是生成数字化地图数据库。

要数字化操作地图，首先必须明确该存储哪些信息，数据结构怎样，记录怎样存储，以及希望怎样使用地图数据库。

GIS的数据模型使你可以在计算机中表示地图。

一旦掌握了数字地图是怎样生成和存储的，就可以开始构造项目的数据库了。

本章主要讨论的问题：

Ø两种最基本的地图信息：

空间信息和属性信息。

Ø主要的地理特征类型：

点，线，面。

Ø计算机怎样以x，y坐标的形式存储地理信息的。

Ø拓扑以及其作用。

Ø属性信息是怎样在计算机中以表格存储的。

Ø空间信息和属性信息是怎样通过共同标识项连接的。

一、地图的基本概念

1、地图信息分为两大类：

Ø空间信息：

描述地理特征的位置和形状，以及与其它空间特征之间的关系。

Ø属性信息：

描述地理特征相关的属性。

2、地图特征：

地图通过地图符号表示和传达特征的信息。

点用来代表象井，电杆这些特征的位置；线用来表示路，溪流，水管这样的线性特征；面表示的则是象湖泊，郡县边界，调查区域这样的特征。

Ø点特征：

一个离散的位置，用一个特殊的符号或者标签表示，是谓点特征。

它定义的是边界或者面积太小而不能用线或面来表示的地图对象。

也可以用来表示没有面积的位置，如山顶位置。

Ø线特征：

指一系列的有序坐标点位，连接起来代表地图上太窄而不能用面来表示的对象。

同时，线也可以用来表示没有宽度的特征，如等高线。

在ArcInfo中，线被称为arc。

Ø面特征：

表示一个封闭的对象，其边界所包围的是一个同性质的区域，如州，国家，或者水体。

3、空间关系：

地图同时也图示化地表示了各特征之间的空间关系，当然这种关系要使用者自己去翻译解释。

例如，通过一张地图，你可以告诉别人一个城市是否与湖泊紧邻，可以知道两个城市之间的距离，以及最近的道路，找到最近的医院以及到那里的最佳路线；通过等高线可以估计一个湖泊的水面高程，等等。

地图并没有明白地表示出这些信息，你只能够自己从地图中提取解释这些信息。

4、代号和标签描述的属性信息：

地图显示出特征所在的位置以及其特性（即属性），这样你才能比较容易地作出解释。

地图上特征的属性是用图形符号表示的。

例如，不同的道路是用不同宽度，模式和颜色的线条以及标签来标绘的；溪流用蓝色的线条表示，并注记其名字；医院位置用“十”字形符号表示出；湖泊通常用蓝色填充；森林用青色表示，等等。

通过这种方式，地理特征就可以和其属性信息一起显示出来。

二、存储地理数据

数字地图数据库也存储两种类型的信息：

空间信息和属性信息。

计算机存储包含表示地图特征的一系列的文件。

GIS的功能主要体现在它能够连接这两种不同的信息并维护特征之间的空间关系。

表格数据和图形数据之间的集成开辟了观察和分析数据的新方式。

你可以通过地图而取得存放于表格中的属性信息，也可以根据表格中存放的信息来生成地图。

例如，你可以把鼠标指向地图中的任一目标并显示其相关的描述信息，也可以通过存储于表格中的信息来生成新的地图。

这样计算机就必须同时以其可以识别和处理的文件格式来存储图形和表格数据。

1、在计算机中表示地图：

地球表面上的各种特征都被表示为二维地图平面上的点线面。

地图上使用x，y坐标系统来表示特征在地表的位置。

所有的点都以单独的x，y点位来记录。

线以一系列有序的x，y坐标来记录表示。

面用一系列的封闭的线段来表示。

通过使用x，y坐标，你可以用一系列的坐标值来表示点线面，而不再需要用图形或图像来表示了。

表示面的点坐标其首尾应该是同一个点。

点坐标值有两种方式：

地图页面坐标或者真实世界坐标。

地球上三维点通过投影转换到二维平面。

地图单位和真实世界坐标之间通过坐标转换完成。

2、多个特征的表示：

计算机中存储表示单一特征的坐标值是很容易的。

如果你有很多的特征，每个特征可以赋予一个序列号或标识号。

这样就可以有序地记录各个特征的坐标值。

三、拓扑是什么

现在你已经知道了点线面可以用来表示地图特征。

但是如前面已经提及的，你还需要从地图上得到额外的关于特征之间的空间关系。

比如，通过地图，你需要找到从机场到旅馆的道路；同理，你可以知道两个地块是相邻的，其旁边又是哪条街道。

你是通过识别道路的连通性，区域的邻接性，以及与线状地物之间的相邻来得出这些结论的。

在数字化的地图中，这些结论是通过拓扑关系来得出的。

拓扑是精确地描述空间关系的数学过程。

其基本的理论是很简单的。

ArcInfo中用到的最基本的拓扑概念有三：

Ø连通性：

弧段是通过节点相连接的

Ø多边形定义：

相互连接的线段围成的闭合区域称为多边形

Ø邻接性：

弧段有方向性，有其左边和右边

生成和存储拓扑关系有很多好处。

拓扑能更有效的存储数据，从而可以处理更大的数据集或处理速度更快。

当拓扑关系建立以后，你就能够执行模拟水流网络分析，合并有相同属性的相邻的多边形，执行地理特征的叠加操作等。

1、连通性：

弧段－节点拓扑

弧段上的点称为结点，定义了弧段的形状。

弧段的端点称为节点。

每条弧段都有两个节点：

始节点和终节点。

弧段只在节点处相连接。

通过追踪通过任一节点的弧段，ArcInfo可以知道哪些弧段是相连接的。

例如，弧段3，4，5共有一个节点，系统就可以知道从弧段3可以直接转入弧段5，而不能直接转到弧段9，因为弧段9和3没有共同的节点。

2、多边形定义：

多边形－弧段拓扑

多边形是用一系列的互相连接并闭合的x，y坐标对来表示的。

一些系统以这种格式来存储多边形。

但是ArcInfo存储用来定义多边形的弧段。

一系列能构成多边形的弧段被存储起来，并用于建立拓扑关系。

而这些弧段也单独存储起来并在需要的时候用来表示多边形（如绘制多边形的时候）。

这样尽管弧段号会出现多次，但是每条弧段只存储了一次，这样可以减少数据量，同时可以确保相邻的多边形不会重叠。

3、邻接性:

左右多边形拓扑关系

由于每条弧段都是有方向的，ArcInfo保存每条弧段的左右多边形号。

共享同一弧段的多边形是邻接的。

注意外多边形的定义。

四、地图信息的组织

你现在已经知道了地理数据是以一系列表示点线面的x，y坐标对来存储的。

你也明白拓扑是怎样用来描述空间特征的关系的。

现在，我们看看信息是怎样组织的。

地图特征是以一系列的逻辑层或主体来组织的。

一张地图可以分成溪流，土壤，水井，行政区等多个层次。

而且，小的区域，如一幅地图所表示的区域，可以合并起来称为大的区域，即研究区。

ArcInfoCoverages：

每个层在ArcInfo中都被称为coverage。

一个coverage可以包含有拓扑关系的地理特征以及与特征相联系的属性信息。

我们已经讨论了点，线，面这些特征。

coverage还包含另外的一些特征，如标签点和TIC。

点特征与标签点：

在ArcInfo中，点有两种用途：

在点coverage中标识点状地物，如水井，学生，或犯罪地点。

而标签点是用在多边形coverage中标识多边形的点，通常放置于多边形中。

多边形通过标签点与其属性连接。

TIC：

TIC代表其真实世界坐标已知的地面上的点。

coverage使用共同的TIC点使各个层能很好地注册坐标，也用于管理相邻的地图单。

Coverage特征总结表

特征类型

描述

属性表

例子

弧段

用有序的一系列点定义，代表线状特征

AAT

街道,等高线,电线

节点

弧段的终点，或几条弧段相连的地方

NAT

电线杆,阀门

标签点

用x，y表示的点，表示地物或标识多边形

PAT

水井,山顶

多边形

由相连弧段（边界）所定义的区域，包括岛或湖

PAT

土壤,土地利用

区

由多边形特征组成的区域

PAT.subclass

野生动物活动区

TIC

地理控制点，用于坐标注册和转换

TIC

注记

用于描述地理特征的文字串

TAT.subclass

地名,街道名

路径

由一或多个弧段或部分弧段组成的线性特征

RAT.subclass

等高线,街道,管道

段

用于定义路径的弧段或部分弧段

SEC.subclass

路径的组成单位

属性数据在计算机中的表示：

属性数据在计算机中用一系列的数字或文字来表示和存储。

如：

●街道类型：

1--高速公路，2--干线，3--主道，4--居民道路，5--未铺面的路

●路表特征有：

水泥道路，沥青道路，砾石道路

●道路宽度：

用米来表示

●车道数：

具体数目

●道路名称：

用文字串来表示

显然,道路在计算机中就可以这样存储：

道路类型

路表特征

道路宽度

车道数

路名

2

沥青

16

4

五一路

1

水泥

32

8

泉厦路

4

水泥

10

2

学区路

ArcInfo将这些属性用特定格式的表格存储在INFO下，称为INFO表。

当然，ArcInfo也可以利用其它格式的关系型数据表格。

特征与属性的连接：

如我们前面所说的，GIS的能力就在于它能够将空间数据和属性数据连接起来。

这些连接主要特征为：

●地图上的特征与属性表格中记录一对一的关系。

●每个特征被赋予一个独一无二的数字标识。

通过这个标识来连接特征与属性。

即：

USER-ID。

●这个数字标识分别存储于记录点坐标的文件中和特征属性表格中。

ArcInfo自动维护和保持这种连接。

通过这种连接，你可以从地图上查询显示相应的属性，也可以根据属性来生成制作地图。

关系操作--连接和合并：

上面所讲的显然不只是用于追踪特征和属性之间的联系。

你可以连接任何两个有共同属性的表格。

相关是通过公共项来建立两个表格之间的暂时的联系。

在相关的情形下，表格的每一个记录都与另一个表格的一条相同有公共项值记录相连接。

通过相关可以通过将没有存储在同一个表格中的数据联系起来而"扩展"属性表格。

与相关只是暂时连接两个数据表格不同，合并操作是通过公共项将两个表格合并成一个。

ArcInfo可以连接或者合并包含属性信息的INFO数据文件。

如果采用的是相关，则表格可以单独地维护和更新。

尽管概念简单，相关和合并却是GIS的基础。

它们被频繁地使用。

例如进行空间叠加操作时，每一个新生成的特征都含有用于生成它的特征的属性。

多边形叠加是一个空间合并，记录的匹配是根据与它们相关联的特征的位置而非两个表格的共同项进行的。

例如，将土地利用图与土壤类型图叠加，新生成的每块图斑都同时包含有土壤类型和土地利用的信息。

在地图显示过程中，你将可以用相关表格中存储的特征属性值来绘制地图。

例如，你可以将土地利用划分为住宅，商业，工业三类，每种类型在关联表格中赋予不同的填充符号代号。

在显示地图时，每种利用方式都可以用不同的填充符号表示出来。

在这种多对一的相关中，一个表格中的很多记录可能只与另外一个表格中的某一个记录相关联。

这样可以减少需要的数据存储空间。

除了coverage之外，ArcInfo还采用了一系列的数据模型来表示空间数据。

每种模型都有其长处和短处。

ArcInfo支持的地理数据格式包括：

dataset

Structure

Spatialobjects

Attributetable

Uses

Coverages

●vector

●arc-node

●topological

●georelational

●labelpoints

●arcs

●nodes

●polygons

●annotations

●routes

●sections

●tics

●PAT

●AAT

●NAT

●PAT

●TAT

●RAT

●SEC

●TIC

●Cartographicdatabase

●Automationandupdateofspatialdata

●Linearfeaturemodeling

●Basemapofcartography

●Spatialdatabasemanagement

Grids

●raster

●georalational

●cells

●VAT

●Spatialanalysisandmodeling

●Spatailprocessmodeling（runoff，filespread，orridorcalcualtion）Surfacerepresentation

●Scanningfordataautomation

Tins

surfacetriangulatedirregularnetwork

●xyxnodes

●edges

●triangles

None

●Surfacerepresentation（especiallyterrrain）

●Surfacemodelinganddisplay（e.g.,3-Ddisplay,profiles

Lattices

surfacedigitalelevationmodel,grid,raster

xyzpoints

None

●Surfacerepresentation

●Surfacemodelinganddisplay（e.g.,cut-fillshadedrelief,3-Ddisplay,slope/aspect）

Images

raster

●pixels

●bands

None

●Imagesandmappicture

●Imagesasattributes

●Dataautomation

●Display

●Changedetection

●Multimediadatabase

Drawings

CAD

entitieslayers

None

●Drawingandmapbackdrops

●Drawingsasattributes

第三章开始ArcInfo实验项目

在上一章中，你知道了计算机是怎么用x，y平面坐标系统来存储诸如点线面之类的地图特征。

你也知道了描述性的信息是怎样以表格的方式存储在数据库中的，以及属性数据与地图特征之间是怎样通过一个标识而连接起来的。

现在你将要开始把这些概念应用到GIS项目中去。

本章的开始部分讨论进行一个典型的GIS项目的四个步骤：

●设定目的

●建立数据库

●执行分析

●展示分析结果

本章的其余部分讨论数据库建立的最初步骤：

数据库设计。

具体地，将讨论到：

●确认所需要的空间数据层

●定义各种属性及其代码用主控TIC文件来注册地理坐标

●代号表

●存储安排

一、项目概要

一个GIS项目可以划分为一系列的步骤。

尽管你所遇到的很多项目其解决步骤会非常相似，特定项目的设计和应用是需要很多考虑的。

步骤1：

设定项目的目的

这是一个项目开始的第一步。

重要的条款包括：

●需要解决的是什么问题？

当前这种问题是怎样解决的？

有不需要使用GIS就可以解决的方法吗？

●最终将生成什么产品？

报告，工作底图，还是报告使用的地图？

这些产品需要经常生成吗？

●听众是谁？

技术人员？

制定计划者？

还是普通听众？

●这些数据还将有其它（可能的）用途吗？

如果有，对这些数据有些什么特殊要求呢？

步骤2：

建立数据库

这是最关键也是最耗费时间的一步。

数据库的完整性和准确性将绝对分析和最终产品的质量。

建立数字化的数据库的步骤通常为：

●数据库设计：

确认研究区边界，将采用什么坐标系统，需要哪些数据层，每层都包含些什么特征，怎样组织和编码这些属性。

本章将主要讲述这些内容。

●自动操作数据：

包括以下步骤。

●将空间数据输入数据库中，即数字化或从其它文件格式转换（第四章）

--使你的空间数据可用：

查找和修改错误，建立拓扑关系（第五章）

--输入属性数据，并使之与空间数据相连接（第六章）

●数据库操作和管理：

将数据转换位真实世界坐标，合并相邻的coverge，维护数据库。

（第七章）

步骤3：

数据分析

只有数据分析才能真正体现地理信息系统的价值。

GIS可以很有效地执行那些靠手工非常耗时或几乎不可能做到的分析操作。

通过GIS，你只需要稍微改变一下分析方法就可以测试一系列的可能情况。

根据你对项目的设定和建立的数据库，GIS可以很好地完成任务。

第八章将详细讨论地理分析。

步骤4：

展示你分析的结果

GIS提供很多的方法来定制地图和生成报告。

你最终的产品应该与你在项目开始时设定的目标和计划的听众直接相关。

你的总结和用图形和表格数据表示你分析结果的技巧，将可能影响到决策的制定。

第九章将讨论这个问题。

二、设定项目的目的

本书的后面部分将详细讲述一个GIS的小项目，通过它你将可以学习到GIS项目的流程和ArcInfo的功能。

项目介绍：

本地的一个大学计划为水产系修建一个实验室来进行一个研究项目。

他们的选址条件限定为沿海岸的靠近小镇的农用土地，必须满足以下的条件：

●面积最少2000平方米；

●地基土壤应适合于建筑；

●土地目前使用情况最好是灌木丛。

（林地的清理费时费钱，农用地保护禁止占用耕地）

●本地法令规定新建筑必须在已有的排污管道300之内；

●法律规定新建筑必须离河流边界20米以上。

你的任务就是寻找可能适合的地址。

你需要生成显示这些可能的地块，同时显示道路交通情况，列表显示各地块的面积和估计售价。

三、设计数据库

在开始进行数据自动化操作之前应该先设计数据库，这样才能确保所有需要的特征层和属性数据都在进行分析之前已经有了。

在分析或制图过程中再修改数据库将耗费更多的金钱和时间。

而且，一个设计合理的数据库能够确保你的数据还可以用于将来的项目。

数据库的设计受很多因素的影响。

本书所提及的只是一个简要的，简化了的过程。

当然，我们讨论到的条目同样适用于复杂的数据库的设计。

数据库的设计主要包括三个步骤：

确认项目所需要的地理特征，属性和数据层。

定义各属性存储的参数。

确保坐标的注册。

请注意你的数据来源，不管是地图还是数字化的数据，对于设计过程来说是很重要的。

你应该首先应该考虑你研究区的数据资料来源是什么。

1、确定数据层和属性

数据库设计的第一步是要明确数据库中将包括哪些数据。

这是一个三步曲：

●确认地理特征及其属性

●组织数据层

●确认需要操作的coverage

2、确认地理特征及其属性

这是由你所需要执行的分析操作和需要制作的地图决定的。

根据你分析的准则和需要的地图，每种特征可能需要一些的属性。

例如，考虑以下准则：

●确认土壤适宜性

●利用土壤分类号码来选择灌木丛地

●根据面积和土地使用类来估价

根据这些准则，你将需要土壤多边形地理特征，适宜性级别属性；需要土地利用多边形特征，土地利用编码和单价属性。

另外，如果结果地