ARCGIS基础.docx
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ARCGIS基础.docx
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ARCGIS基础
ARCGIS快速入门
ARCGISDesktop是一套完整的专业GIS应用软件,它包含了一套带有用户界面的Windows桌面应用程序,如Arcmap,ArcCatalog,ArcToolbox,ArcScene等。
它们通过对地理现象、事件机器关系进行可视化表达,构建特定的应用,实现任何从简单到复杂的GIS任务,如制图、地理分析、数据编辑、数据管理、可视化和空间处理等。
ArcMap是ArcGISDesktop中一个主要的应用程序,用于数据输入、编辑、查询、分析等的操作,实现地图制图、地图编辑、地图分析等功能。
在ArcMap中可创建地图,并将地图作为一个文件保存在磁盘中,该文件就是地图文档*.mxd。
地图文档包括地图中地理信息的显示属性(如地图图层的属性和定义、数据库以及用于打印的地图布局等)所有可选的自定义设置(如对时态数据启用时间的设置等)和添加到地图中的宏,但不包括地图上显示的数据,仅存储对源数据的引用信息。
模板是ArcMap中的一种地图文档,用于快速创建新地图,可包含数据、自定义界面、地图元素(如指北针、比例尺等)。
地图文档属性对话框包括文档的标题、摘要、描述、制作者等信息,另外,如果需要将添加到地图文档中的数据保存为相对路径,可选中“存储数据源的相对路径”。
ArcMap中图层的基本操作
ArcGIS中的地图由一系列以特定顺序绘制的地图图层组成。
地图图层定义了GIS数据集如何在地图视图中进行符号化和标注,每个地图图层都可用于显示以及处理特定的GIS数据集。
图层会引用存储在地理数据库,Coverage、Shapefile、影像、栅格和CAD文件等数据源中的数据,而不是真正地存储地理数据。
图层的类型
常见的图层类型:
要素图层、栅格图层、地理处理图层、底图图层、服务图层。
图层的符号化
地图符号是表达空间数据的基本手段,是地图的语言单位,是可视化表达地理信息内容的基础工具。
它不仅能表示事物的空间位置、形状、质量和数量特征,而且还可以表示各事物之间的相互关系及区域总体特征。
图层的坐标定义
ArcMap中图层大多是具有地理坐标系统的空间数据,创建新的地图文档并加载图层时,第一个被加载的图层的坐标系统被作为该数据框的默认坐标系统,随后被加载的图层,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框的坐标系统,但不会影响图层所对应的数据本身的坐标系统。
ArcCatalog
ArcCatalog是以数据管理为核心,用于定位、浏览和管理空间数据的应用模块,被称为地理数据的资源管理器。
ArcCatalog组织和管理所有的GIS数据和信息,如地图、数据集、模型、元数据、服务等。
ArcCatalog基本操作文件夹连接
若要访问本地磁盘的地理数据,可以通过定制连接到文件夹,添加指向该目录的文件夹连接。
ArcToolbox
ArcToolbox是地理处理工具的集合。
其中的工具能够很好的处理各种空间操作,涵盖数据管理、数据转换、矢量数据分析、栅格数据分析、统计分析等多方面的功能。
地理数据库
Geodatabase数据模型各种数据集的“容器”
Geodatabase数据组织:
依据层次型的数据对象来组织空间数据,这些数据对象包括对象类、要素类、要素数据集等,几何网络、地址定位器、关系类
Geodatabase类型:
文件地理数据库:
是以文件夹形式存储各种类型的GIS数据集的集合,可以存储、查询和管理空间数据和非空间数据。
文件地理数据库可以同时由多个用户使用,但同一数据同一时间只能有一个用户编辑。
因此,一个文件地理数据库可以由多个编辑者访问,但必须编辑不同的数据。
个人地理数据库:
所有的数据集都存储于MicrosoftAccess数据文件内,其最大容量是2G,并且一次只有一个用户可以编辑个人地理数据库中的数据。
ArcSDE地理数据库:
是支持多用户同时并发编辑的大型地理数据库。
在大型企业级GIS中一般用此地理数据库进行空间数据的存储和服务。
Geodatabase数据管理
Geodatabase可以看做是一种数据格式,它将矢量、栅格、地址、网络、投影信息等数据一体化存储和管理。
Shapefile文件,Coverage文件在Geodatabase出现之前就已经广泛使用。
Shapefile文件是使用最广泛的空间数据类型,Coverage文件时地理关系型数据类型的代表,被认为是第二代GIS数据模型。
尽管两者不属于Geodatabase的范畴,但它们是Geodatabase数据的重要数据源。
Shapefile文件是ESRI研发的工业标准的矢量数据格式,一个完整的Shapefile文件至少包含3个文件:
一个主文件(*.shp),存储地理要素的几何图形的文件;一个索引文件(*.shx),存储图形要素与属性信息索引的文件,和一个dBase表文件(*.dbf),存储要素属性信息的dBase表文件。
Shapefile文件不存储拓扑关系,投影信息和地理实体的符号化信息,仅仅存储空间数据的几何特征和属性信息,所以要想在不同的机器迁移数据时保持符号化信息不变,必须使用地图文档格式(*.mxd)或者图层文件格式(*.lyr)。
尽管Shapefile文件无法存储投影等信息,但是可以对它进行定义投影和构建空间索引等操作,在同一文件夹下生成具有不同扩展名的文件。
如*.prj文件用于存储坐标系的信息。
*.xml文件为元数据文件,用于存储Shapefile文件的相关信息。
Geodatabase创建
----创建文件地理数据库(数据库基本组成项包括要素类、要素数据集、属性表、关系类以及工具箱、栅格目录、镶嵌数据集、栅格数据集等)
----创建要素数据集:
建立一个新的要素数据集,必须定义其空间参考,包括坐标系统和坐标域。
----创建要素类:
可以在要素数据集中建立,也可以独立建立。
----创建表:
表用于显示、查询、和分析数据。
行和列分别称为记录和字段。
每个字段可存储一个特定的数据类型,如数字、日期或文本等。
----创建空间索引:
在关系表或要素类中存储数据时,就可以建立空间索引来快速查找要素类中的要素,识别要素、通过点选或框选来选择要素以及平移和缩放等都需要使用空间索引。
建立空间索引后,查询时将先在索引里查找,然后返回合适的记录,这要比从第一条记录开始遍历整个表的速度快得多,这样就提高了空间要素的查询速度。
Geodatabase数据导入
数据的导入Import和数据的载入Load虽然都是向数据库中添加数据,但是它们的方式是不同的。
数据的导入时在数据库本身没有要素类或要素集的情况下,将另外已有的数据导入。
而数据的载入时在数据库中原有要素类或要素集的基础上,继续添加数据。
数据集---导入
要素类---载入
Geodatabase的智能化操作
属性域操作
将非空间信息保存在表中,对于要素和表可以设置一些规则进行限制,对属性的约束称为属性域。
属性域是描述字段合法值的规则,是一种增强数据完整性的方法,用于约束表或要素类的任意特定属性中的允许值,可分为“范围”和编码的值。
地理数据库属性---常规/属性域
属性域查看
要素类---属性---子类型Subtypes---Domains打开工作空间属性域对话框进行查看
属性域的删除与修改
只有属性域的拥有者才能删除和修改。
在属性域的建立过程中,建立属性域的用户被记录在数据库中。
属性域的关联
要素类--属性--字段
子类型
子类型是要素类中具有相同属性的要素的子集,或表中具有相同属性的对象的子集。
可通过它们对数据进行分类。
子类型是特征类或对象类中的特征或对象的次级分类,例如一个公路线要素类可以根据其字段类型的值细分为高速公路和普通公路两个子类型。
创建子类型
在ArcCatalog中,可以很方便地为Geodatabase的要素类或表创建子类型,
要素类--属性---子类型
创建地理数据库注记
对地理现象的表述,既有空间信息,又有非空间的属性信息。
如要表现地理信息的属性,可以采用注记的方式。
地理数据库注记存储于注记要素类中。
与其他要素类一样,注记要素类中的所有钥匙均具有地理位置和属性。
注记通常为文本,但也包括其他类型符号系统的图形形状,如方框或箭头。
地理数据库注记包含两种类型:
标准注记和与要素关联的注记。
标准注记不与地理数据库中的要素关联。
如,地图上标记某山脉的文字,没有特定的要素代表该山脉,但它却是一个想要标记的区域。
与要素关联的注记与地理数据库中的另一个要素类中的特定要素相关联,反映了与其关联的要素中的字段值。
创建标准注记要素类
地理数据库---新建要素类,输入名称和别名,单击此要素类中所存储的要素类型下拉框,选择注记要素。
创建与要素关联的注记要素类
地理数据库---新建要素类,输入名称和别名,单击此要素类中所存储的要素类型下拉框,选择注记要素。
选中“将注记与以下要素类进行连接”复选框
创建尺寸注记要素类
尺寸是一种特殊类型的地理数据库注记,用于显示地图上特定的长度或距离。
地图注记
不同的文本在地图中有不同的作用,如描述性文本可以放置在地图要素的附近,也可以向地图上需要注意的某个区域添加文本,或添加文本来改善地图的外观(如,添加地图标题、地图作者、日期等)。
ArcGIS提供了集中不同类型的文本:
标准、地理数据库注记、地图文档注记、图形文本等。
标注是一种自动放置的文本,其文本字符串基于要素,具有快速简单的特性,只能为要素添加文本。
它是不可选的,用户也不能编辑单个标注的显示属性,可将标注转换为注记来编辑单条文本的一些属性。
注记用来描述特定要素或向地图添加常规的信息(如日期等)。
与使用注记一样,可以使用注记为地图要素添加描述性文本,或仅仅手动添加一些文本来描述地图上的某个区域。
但与标注不同的是,每条注记都存储自身的位置、文本字符串以及显示属性,因此可以选择单条文本来编辑其位置与外观。
可以使用ArcMap将标注转换为注记,根据注记存储的位置可以分为地图文档注记(存储在*.mxd)和地理数据库注记(存储为要素类)。
掩膜
掩膜是利用遮盖或隐藏要素的视觉处理技术来增强地图表现力的一种手段,让地图更加清晰,经常用它来处理多个图层由于叠放而出现压盖冲突的情况。
掩膜实质是包含一些多边形要素的要素类,生成掩膜之后,可用它来遮盖某个或某几个图层,使其在掩膜的位置不显示。
掩膜工具有死胡同掩膜、要素轮廓线掩膜、交叉图层掩膜。
●死胡同掩膜
为了使两条相交线的连接部分更光滑,系统默认将线符号的线端头设置为“圆形”,如果线不相交的另一端不希望线端头是“圆形”的,使用此工具创建掩膜,显示为“平方”类型。
Arctoolbox--制图工具--掩膜工具
●要素轮廓线掩膜
在输入图层中的符号化要素周围按照指定的距离和形状创建掩膜面。
该工具接受点、线和面要素图层以及地理数据库注记图层作为输入。
等值线注记工具在工具-制图工具-注记-等值线注记实现等高线高程注记
创建关系类
关系类的一个明显特征就是基数。
基数是描述一种类型的对象与另一种类型的对象之间关联的个数。
关系的基数通常分为一对一,一对多,多对多。
Geodatabase支持两种关系:
简单关系和复合关系。
简单关系是指Geodatabase中相互独立的两个或多个对象之间的关系。
如果对象A和对象B是简单关系,对象A在数据库中被删除后,对象B仍然存在。
对于Geodatabase复合关系,此时一个对象的生命周期控制另一个对象的生命周期,一个对象被删除,消息传送给相关对象,相关对象也被删除,复合关系总是一对多的,但也可以通过关系规则限制到一对一。
建立关系类后便可在修改对象时自动地更新其相关对象,以减少额外的编辑操作。
符号化与样式
1.符号的选择与修改
2.创建新符号
1.1创建标记符号:
标记符号用于绘制点要素和点图形,可与其他符号配合使用,以整饰线符号或创建填充模式和文本背景。
有四种标准标记符号类型:
“简单标记符号”由一组具有可选轮廓和颜色组成的标记符号,“字符标记符号”是通过系统字体文件夹中的显示字体创建而成的标记符号,“箭头标记符号”是具有可调尺寸和图形属性的简单三角形符号组成的标记符号,“图片标记符号”是由Windows位图(*.bmp)或Windows增强型图元文件(*.emf)图形创建的标记符号。
1.2创建线符号:
线符号用于绘制线性数据,如交通网、供水系统、边界等。
线还可以用于绘制其他要素(例如面、点和注记)的轮廓。
线符号在样式管理器的“线符号”文件夹中创建。
有五种标准线符号类型:
“简单线符号”是简单线实线或带有预定义样式的线;“制图线符号”是通过属性来控制重复虚线样式、线段间连接点和线端头的线符号;“混列线符号”是由重复地线符号片段组成的线符号;“标记线符号”是有沿着几何绘制的重复标记模式组成的线符号。
“图片线符号”
1.3创建填充符号:
填充符号可用于绘制面要素,填充可通过单色、两种或多种颜色之间平滑的梯度过渡效果或者线、标记或图片的填充模式进行绘制。
标准的填充类型有五种:
“简单填充符号”是快速绘制的单色填充;“渐变填充符号”是对线性、矩形、圆形或者缓冲区色带进行梯度填充;“图片填充符号”,“线填充符号”;“标记填充符号”。
1.4创建文本符号:
文本符号用于绘制地图上的标注、标记、标题、动态文本、描述、注释、图例、比例尺、经纬网标注、表或其他文本信息和表格信息。
文本符号与其他类型的常用符号的关键区别在于,文本符号只能具有一个图层。
文本符号用于控制文本的显示效果,并可用于对已命名要素进行分类。
例如,可使用不同的文本符号大小表示与城市名称注记对应的人口数量。
3.符号化
1.1单一符号化
1.2定性符号化
1.3定量符号化
1.4统计图表符号化
7.3ArcGIS软件中矢量数据符号化操作
1、单一符号显示SingleSymbol
单一符号显示数据是较为基础的地图要素展示方式。
采用大小、形状、颜色都统一的点状、线状或者面状符号来表达制图要素。
这种符号设置方法忽略了要素在数量、大小等方面的差异,只能放映制图要素的地理位置而不能放映要素的定量差异,然而正是由于这种特点,在表达制图要素的地理位置具有一定的优势。
1、分类符号设置Categories(也称定性符号法)
将具有相同属性值和不同属性值的要素分开,属性值相同的采用相同的符号,属性值不同的采用不同的符号。
这种分类的表示方法能够放映出地图要素的数量或者质量的差异,对地理信息的决策作用提供了支持。
三个选项,分别是
1)UniqueValue-按照一个属性值进行分类;根据属性值的不同,给每一个唯一值指定不同的符号;
2)UniqueValue,Manyfields-唯一值,多个字段,使用多个字段的唯一值的组合来指定要素的符号。
按照多个属性值的组合分类来确定符号类型;例如,道路图层使用道路权属和铺筑材料两个字段的唯一值的组合来指定要素的符号。
3)Matchtosymbolsinastyle-将图层类别字段值与所引用的样式中的符号相匹配。
2、分级符号设置Quantities(定量符号法)针对属性表中的数值字段
四个选项,分别是
1)Graduatedcolors-分级色彩设置;分成若干类,不同颜色表示不同类,适用于面要素。
2)Graduatedsymbols-分级符号设置;不同分类,不同符号。
3)Proprotionalsymbols-比率符号设置;按一定比例关系来确定与属性值相对应的符号的大小,属性数值与符号大小一一对应。
4)Dotdensity-点值符号设置。
应用一定大小的点状符号表示一定数量的制图要素或表示一定范围内的密度数值。
3、Charts-统计符号设置
三个选项,分别是Pie-饼图,Bar/Colum-柱状图,Stacked-堆叠图.
饼图
柱状图
堆叠图
4、多属性共同显示MultipleAttribute(组合符号法)
上面几种符号设置方法都只是针对单个要素的一项属性数据或者一项属性的几个组成部分来进行表达。
然而,在实际应用中,仅仅针对单个要素进行符号设置是不够的,比如道路数据层中既包含了道路的等级,又包含了道路的运输量等;城镇数据层中,既有城镇的人口数量人口密度,又包含了城镇的行政等级、绿化面积等。
此情况下,可以使用组合符号表示方法。
例如用符号大小表示人口密度,同时用符号颜色表示行政等级。
地形制图技术
1创建等高线图层
层layer可以重命名;确认Tools菜单下的Extensions中的SpatialAnalyst和3DAnalast都被打钩,View菜单下Toolbars中的SpatialAnalyst和3DAnalast也都被打钩。
点击SpatialAnalyst下拉箭头,指向SurfaceAnalysis,选择Contour。
等高距100m,基准等高线值为800m。
2创建垂直剖面图
stream.shp加入到图层中,选取一条河流进行垂直剖面的练习。
打开属性表,选择USGH_ID-167。
在3DAnalast工具条中点击Interpolateline工具。
用鼠标指针沿选中的河流逐点数字化,至最后一点时,双击鼠标结束。
在3DAnalast工具条中点击CreateProfileGraph工具,出现垂直剖面图。
3创建地貌晕渲图层
击SpatialAnalyst下拉箭头,指向SurfaceAnalaysis,并选择Hillshade。
在出现的Hillshade对话框中,选择plne为输入数据,采用默认太阳方位角315°,高度角45°,z比例系数取值为1,输出象元大小为30。
4创建透视图
击3DAnalast工具条下的ArcScene工具以打开ArcScene应用。
加载数据
右击图层属性-Baseheight栏中,选择plne为地表数据。
由DEM导出坡度、坡向和曲率
ArcToolbox/SpatialAnalystTools/Surface/Slop、Aspect
建立和显示不规则三角网
数据:
高程栅格数据和一个河流数据
在3DAnalastTools/Conersion工具集中,双击RastertoTIN工具,改变Z容差为10.
3DAnalastTools/TINCreation工具集中的EditTIN工具
等高线法垂直剖面法地貌晕渲法
地貌晕渲图又称阴影地形图,是指模拟在太阳光与地表要素相互作用下的地形容貌。
面光的山坡明亮而背光的山坡阴暗。
地貌晕渲图有助于看图者更好认识地形要素的形态。
控制地貌晕渲图视觉效果的因子有四个:
一是太阳方位角,是光线进来的方向,变化范围为顺时针方向0°~360°。
一般来说,默认的太阳方位角为315°。
当光源由地貌晕渲图上的左上角射入时,地物阴影投向观察者,这样可以避免反立体效果(当地物阴影投向看图者时,地形阴影图看起来是正确的;若阴影投向背离看图者,如用135°作为太阳方位角,则地图上的丘陵看起来像洼地,而洼地看起来又像丘陵)。
二是太阳高度角,是入射光线与地平面的夹角,变化范围为0°~90°。
两外两个因子是坡度和坡向,坡度变化范围为0°~90°,坡向变化范围为0°~360°。
分层设色法
是用不同颜色符号表示不同的高度分区。
选用搭配合理的颜色有助于显示高程的渐变,这点对于小比例尺地图尤为突出。
制图综合
制图综合是对制图区域中客观事物的取舍和简化,主要表现在内容的取舍、数量简化、质量简化和形状简化等方面。
影响制图综合的主要因素有地图的比例尺、用途和主题,制图区域的地理特点以及符号图形大小等。
ArcToolbox提供了制图综合的工具,如消除、融合、简化线、简化面、简化建筑物、平滑线、平滑面、提取中心线、细化道路网和合并分开的道路等。
融合:
将具有相同类别(某个属性字段相同)的要素合并为一个新的要素,如将具有相同属性字段“地区”的华东和华中的各个省级行政区域通过融合得到两个区域。
聚合:
聚合是将比较密集的或邻近的要素聚合为一个新的面要素。
聚合面工具是在制定的距离内合并小的面要素,如果两个面要素的边界在指定的距离之内,则两个免钥匙将会合并在一起。
简化面:
简化面工具用来简化面要素,在维持基本形状的前提下去除一部分点或去除对整体趋势影响较小的一部分曲线段。
平滑面:
平滑面工具用来平滑面要素,从而得到较好的视觉效果。
道格拉斯-普克算法(Douglas–Peuckeralgorithm,亦称为拉默-道格拉斯-普克算法、迭代适应点算法、分裂与合并算法)是将曲线近似表示为一系列点,并减少点的数量的一种算法。
该算法的原始类型分别由乌尔斯·拉默(UrsRamer)于1972年以及大卫·道格拉斯(DavidDouglas)和托马斯·普克(ThomasPeucker)于1973年提出,并在之后的数十年中由其他学者予以完善。
算法的基本思路是:
对每一条曲线的首末点虚连一条直线,求所有点与直线的距离,并找出最大距离值dmax,用dmax与限差D相比:
若dmax
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