了得網研究生_ArcGIS10.2基礎實驗教程

產品特色

編輯推薦

本書采用理論與實踐相結合的方式，除了基本的理論知識，更加注重實驗教學，將理論知識應用到實踐。

內容簡介

本書由淺入深地介紹了ArcGIS 10.2 Desktop 軟件的基本操作及使用技巧。全書共6章16個實驗，主要內容包括地理信息繫統基礎知識、ArcGIS 10.2基礎實驗、ArcGIS 地圖制作、ArcGIS 查詢及分析功能、ArcGIS 應用案例。本書第1、2章介紹基礎理論知識，第3-5章包括14個基礎實驗，每個實驗給出了詳細的操作步驟，第6章靈活運用前面介紹的GIS技術解決兩個真實案例。本書作為GIS軟件操作入門指導書，注重實用性、全面性及理論與實踐的結合，適合地理信息繫統和相關專業本科、高職學生使用。

第1章地理信息繫統基礎知識
1.1GIS的概念
1.2GIS的組成
1.3GIS中的數據
1.4GIS的功能與應用
1.4.1GIS的功能
1.4.2GIS的應用
習題
第2章ArcGIS 10.2簡介
2.1ArcGIS 10.2的組成
2.2ArcGIS 10.2的主要功能和新特性
2.3ArcGIS 10.2的桌面平臺
2.3.1ArcGIS 10.2桌面平臺的構成
2.3.2ArcMap、ArcCatalog及ArcToolbox介紹

第1章地理信息繫統基礎知識

1.1GIS的概念

1.2GIS的組成

1.3GIS中的數據

1.4GIS的功能與應用

1.4.1GIS的功能

1.4.2GIS的應用

習題

第2章ArcGIS 10.2簡介

2.1ArcGIS 10.2的組成

2.2ArcGIS 10.2的主要功能和新特性

2.3ArcGIS 10.2的桌面平臺

2.3.1ArcGIS 10.2桌面平臺的構成

2.3.2ArcMap、ArcCatalog及ArcToolbox介紹

2.3.3ArcGlobe及ArcScene簡介

習題

第3章ArcGIS的基礎實驗

3.1實驗一初識ArcMap和ArcCatalog

3.1.1實驗目的

3.1.2基礎知識

3.1.3實驗數據

3.1.4實驗步驟

習題

3.2實驗二坐標繫轉換

3.2.1實驗目的

3.2.2基礎知識

3.2.3實驗數據

3.2.4實驗步驟

習題

3.3實驗三地圖配準

3.3.1實驗目的

3.3.2基礎知識

3.3.3實驗數據

3.3.4實驗步驟

習題

3.4實驗四圖層操作

3.4.1實驗目的

3.4.2基礎知識

3.4.3實驗數據

3.4.4實驗步驟

習題

3.5實驗五屬性數據操作

3.5.1實驗目的

3.5.2基礎知識

3.5.3實驗數據

3.5.4實驗步驟

習題

第4章ArcGIS的地圖制作

4.1實驗六地圖數字化

4.1.1實驗目的

4.1.2基礎知識

4.1.3實驗數據

4.1.4實驗步驟

習題

4.2實驗七拓撲編輯

4.2.1實驗目的

4.2.2基礎知識

4.2.3實驗數據

4.2.4實驗步驟

習題

4.3實驗八制作符號

4.3.1實驗目的

4.3.2基礎知識

4.3.3實驗數據

4.3.4實驗步驟

習題

4.4實驗九制作地圖

4.4.1實驗目的

4.4.2基礎知識

4.4.3實驗數據

4.4.4實驗步驟

習題

第5章ArcGIS的查詢及分析

5.1實驗十空間查詢與統計

5.1.1實驗目的

5.1.2基礎知識

5.1.3實驗數據

5.1.4實驗步驟

習題

5.2實驗十一緩衝區分析

5.2.1實驗目的

5.2.2基礎知識

5.2.3實驗數據

5.2.4實驗內容

習題

5.3實驗十二疊置分析

5.3.1實驗目的

5.3.2基礎知識

5.3.3實驗數據

5.3.4實驗內容

習題

5.4實驗十三網絡分析

5.4.1實驗目的

5.4.2基礎知識

5.4.3實驗數據

5.4.4實驗內容

習題

5.5實驗十四模型構建器

5.5.1實驗目的

5.5.2基礎知識

5.5.3實驗數據

5.5.4實驗內容

習題

第6章ArcGIS的應用案例

6.1實驗十五華東地區房價專題圖分析

6.1.1實驗要求

6.1.2實驗背景

6.1.3實驗數據

6.1.4實驗內容

習題

6.2實驗十六醫院選址分析

6.2.1實驗要求

6.2.2實驗背景

6.2.3實驗數據

6.2.4實驗內容

習題

參考文獻

前言

GIS技術已經深入應用到測繪科學、資源調查、環境評估、交通運輸、水利電力等多個領域，並發揮越來越大的作用。作為的地理信息繫統 (GIS) 構建和應用平臺， ArcGIS是全球市場占有率的GIS軟件，也是GIS專業人員使用的流行的GIS軟件。ArcGIS 可供全世界的人們將地理知識應用到政府、企業、科技、教育和媒體領域。ArcGIS 10.2 Desktop是ERSI公司於2013年在ArcGIS 10.1基礎上的改進版，是目前應用廣泛且比較穩定的版本。作者長期工作在教學線，有豐富的ArcGIS軟件教學經驗，能夠從教學實踐和學生的需要出發編寫教材，為ArcGIS軟件教學提供有力的支持。ArcGIS桌面軟件體繫功能繁多，操作相對比較復雜，要想熟練掌握該軟件，必須有難度適宜且循序漸進的教程指導學生由淺入深、由易到難逐步學習，否則學生很容易失去興趣，從而難以堅持。本書從GIS基礎知識和ArcGIS簡介入手，通過16個實驗將理論與實踐操作結合起來。本書兼顧基礎理論和實驗指導書的優點，可以使初學者快速入門，並很容易掌握ArcGIS的操作技能。全書共6章，其中第1章和第2章為GIS和ArcGIS基礎介紹，對GIS的整個知識體繫及ArcGIS的繫統結構進行介紹；第3章為ArcGIS基礎實驗，通過5個實驗介紹ArcGIS桌面軟件的基本屬性、功能和簡單操作；第4章介紹地圖制作，這是GIS軟件平臺的基本功能，也是對空間數據進行空間分析的前提；第5章介紹了ArcGIS的查詢和分析功能，包括查詢統計、緩衝區分析、疊置分析及模型構建器等內容；後一章則是通過兩個應用實例，將前面所學的方法綜合運用到實踐中，解決實際問題。第3~6章共16個實驗，每個實驗都有詳細的步驟，並輔以相應的數據，讀者可以通過手機掃描下面提供的二維碼下載數據。本書在編寫過程中還邀請了同樣從事GIS軟件教學的李如仁、成譴、劉艷、楊丹等幾位老師參與本書部分章節的編寫；幾位相關專業老師和學生對本書進行多次檢查和測試，尤其是王欣、楊大勇老師和覃怡婷同學，在此表示感謝。此外，本書在編寫過程中參考了國內外許多同行的教程和著作，在此向各位作者表示感謝。由於作者水平有限，書中難免有欠缺之處，編者將在教學和科研實踐中不斷充實和完善本教程，也請讀者朋友多提寶貴意見。GIS技術已經深入應用到測繪科學、資源調查、環境評估、交通運輸、水利電力等多個領域，並發揮越來越大的作用。作為的地理信息繫統 (GIS) 構建和應用平臺， ArcGIS是全球市場占有率的GIS軟件，也是GIS專業人員使用的流行的GIS軟件。ArcGIS 可供全世界的人們將地理知識應用到政府、企業、科技、教育和媒體領域。ArcGIS 10.2 Desktop是ERSI公司於2013年在ArcGIS 10.1基礎上的改進版，是目前應用廣泛且比較穩定的版本。作者長期工作在教學線，有豐富的ArcGIS軟件教學經驗，能夠從教學實踐和學生的需要出發編寫教材，為ArcGIS軟件教學提供有力的支持。ArcGIS桌面軟件體繫功能繁多，操作相對比較復雜，要想熟練掌握該軟件，必須有難度適宜且循序漸進的教程指導學生由淺入深、由易到難逐步學習，否則學生很容易失去興趣，從而難以堅持。本書從GIS基礎知識和ArcGIS簡介入手，通過16個實驗將理論與實踐操作結合起來。本書兼顧基礎理論和實驗指導書的優點，可以使初學者快速入門，並很容易掌握ArcGIS的操作技能。全書共6章，其中第1章和第2章為GIS和ArcGIS基礎介紹，對GIS的整個知識體繫及ArcGIS的繫統結構進行介紹；第3章為ArcGIS基礎實驗，通過5個實驗介紹ArcGIS桌面軟件的基本屬性、功能和簡單操作；第4章介紹地圖制作，這是GIS軟件平臺的基本功能，也是對空間數據進行空間分析的前提；第5章介紹了ArcGIS的查詢和分析功能，包括查詢統計、緩衝區分析、疊置分析及模型構建器等內容；後一章則是通過兩個應用實例，將前面所學的方法綜合運用到實踐中，解決實際問題。第3~6章共16個實驗，每個實驗都有詳細的步驟，並輔以相應的數據，讀者可以通過手機掃描下面提供的二維碼下載數據。本書在編寫過程中還邀請了同樣從事GIS軟件教學的李如仁、成譴、劉艷、楊丹等幾位老師參與本書部分章節的編寫；幾位相關專業老師和學生對本書進行多次檢查和測試，尤其是王欣、楊大勇老師和覃怡婷同學，在此表示感謝。此外，本書在編寫過程中參考了國內外許多同行的教程和著作，在此向各位作者表示感謝。由於作者水平有限，書中難免有欠缺之處，編者將在教學和科研實踐中不斷充實和完善本教程，也請讀者朋友多提寶貴意見。
ArcGIS 10.2基礎實驗教程實驗數據.rar

編者
2018年1月

在線試讀

第1章

地理信息繫統基礎知識

第1章

地理信息繫統基礎知識

地理信息繫統、遙感和全球定位技術三者有機結合，構成科學地理學日益完善的科學技術，引起世界各國普遍的重視。地理信息繫統(Geographic Information System， GIS)是一門綜合性學科，結合地理學與地圖學、遙感、測繪學以及計算機科學，已經廣泛地應用在不同的領域。地理信息繫統是管理和分析空間數據的科學技術，它及時而又準確地向地學和測繪工作者、各級管理和生產部門提供有關區域綜合、方案優選、戰略決策等方面可靠的地理或空間信息。地理信息繫統是測繪專業的一個重要方向，測繪不但為GIS提供不同比例尺和精度的地理定位數據，而且其理論和算法可直接用於空間數據的變換和處理，將GIS引入測繪，則可以用一種全新的思想和手段來解決復雜的分析和管理問題。1.1GIS的概念地理信息繫統具有采集、存儲、查詢、分析、顯示和輸出地理數據的功能，是為地理研究和地理決策服務的計算機技術繫統。地理信息繫統是一種以地理坐標為主的信息繫統，即空間信息繫統。地理信息繫統的概念中涉及地理和地理信息兩個術語。地理泛指地球表面各種自然現像和人文現像，以及它們之間的相互關繫和區域差異。地理信息是指人對地理現像的感知，其內容包括地理繫統諸要素的分布特征、數量、質量、相互聯繫和變化規律等，地理信息的特點包括空間定位特征、多維結構特征、動態特征等。此外，地理信息繫統也與信息繫統密切相關，信息繫統是具有數據采集、管理、分析和表達數據能力的繫統，它能夠為單一的或有組織的決策過程提供有用信息。一個基於計算機的信息繫統包括計算機硬件、軟件、數據和用戶四大要素。地理信息繫統除了具有一般信息繫統的功能，還能顯示數據的空間分布，並且有強大的空間查詢、分析、模擬、統計和預測等功能。國際地理信息繫統從20世紀60年代開始發展，隨著社會的進步，對自然資源和環境的規劃管理要求越來越迫切，計算機的發展促使人們研制地圖的分析、應用和輸出繫統，從而導致GIS的產生； 20世紀70年代是鞏固時期，世界各地研制了不同專題、不同規模、不同類型的GIS； 20世紀80年代是突破的階段，隨著計算機價格的降低以及廣泛應用，GIS軟件向智能化方向發展； 20世紀90年代，計算機進入全面應用階段，伴隨地理信息產業的建立和數字化信息產品在全世界的普及，GIS深入到各行各業；進入21世紀，GIS有了重大發展，信息產業的日新月異使GIS向雲計算、大數據、智能化等方向快速發展。我國的GIS發展從20世紀70年代開始進入準備階段，並開始討論計算機在地圖制圖和遙感領域中的應用； 20世紀80年代起，開始有組織、有計劃地發展GIS技術； 20世紀90年代，進入穩步發展階段，我國建立了相當數量的GIS運行繫統，高校開設GIS專業；進入21世紀，我國自主研發了很多綜合地理信息平臺，地理信息產業在我國快速發展起來，並迅速與國際接軌。1.2GIS的組成地理信息繫統包括空間數據、繫統硬件、繫統軟件和用戶四部分，如圖11所示。

圖11

1. 繫統硬件GIS硬件配置一般包括處理設備、輸入設備、存儲設備和輸出設備四個部分，如圖12所示。

圖12

(1) 處理設備是硬件的核心部分，主要包括計算機主機、服務器、工作站、屏幕、鼠標和鍵盤等。(2) 輸入設備包括常規設備和專用設備。常規設備是數字化儀、掃描儀等，而專用設備是近十幾年發展的GPS、全站儀、全數字攝影測量工作站、遙感圖像處理繫統等。輸入設備的拓寬，為GIS繫統提供了更多的數據源，與之相對應地產生了多源GIS繫統平臺。(3) 存儲設備是用來存儲GIS空間數據和處理結果的設備，目前主要包括大容積的U盤、硬盤、移動硬盤等，近幾年還出現了小體積、高速率傳輸的固態硬盤和固態移動硬盤。存儲設備正向小體積、大容積、高傳輸速度的方向發展，為GIS的推廣提供了有利條件。(4) 輸出設備：常見的輸出設備是顯示器、繪圖機、打印機等。
2. 繫統軟件GIS繫統軟件按功能可以分為數據輸入、數據管理、空間分析、數據輸出、應用模塊五個部分。(1) 數據是GIS的血液，數據輸入的目的是將現有的地圖、外業觀測成果、遙感影像、文本資料轉換為GIS可以處理與接收的數字形式，使GIS繫統可以進行識別、管理和分析，不同數據輸入需要不同的設備。數據輸入就是構建地理信息數據庫的過程。(2) 數據管理模塊是GIS的核心。GIS核心部分有一個巨大的地理數據庫(包括各種關繫數據庫、oracle等)，它必須能管理存儲於GIS中的一切數據，具有數據庫的定義、維護、查詢、通信等功能。(3) 空間分析是GIS的大腦，它是GIS區別於一般數據庫和信息繫統的重要特征。通過對GIS中空間數據的分析和運算，GIS可以為具體應用提供分析處理後的信息。一般針對各種專業應用模型，需要專業人員進行二次開發。GIS具有地形分析、疊置分析、緩衝區分析、網絡分析等基本分析功能。(4) 數據輸出是將GIS中的數據經過分析、轉換、處理、組織，並以報表、專題地圖等形式提供給用戶，網絡GIS還可以通過網絡在線傳輸給客戶。(5) 應用模塊是指應用於某種特殊任務的GIS軟件模塊，GIS基礎軟件中不具備這個模塊，但是用戶往往需要用它們來進行房地產管理、自然災害分析等。為了實現這些擴展功能，必須在GIS軟件的基礎上開發出應用模塊。GIS軟件各部分的關繫如圖13所示。

圖13

3. 管理和操作人員GIS軟件平臺的操作和二次開發，都必須由掌握該技術的人員對GIS的管理、操作和開發人員進行培訓，使他們能熟練完成各項GIS任務。從事GIS的工作人員按層次不同，可分為以下幾類： (1) 低級技術人員：不必知道GIS如何工作，其任務是數據的輸入、結果輸出等。(2) 業務操作人員：熟練掌握GIS操作，維持GIS的日常運行，完成應用任務。(3) 軟件技術人員：精通GIS操作，負責繫統的維護、繫統的開發、數學模型的建立等。(4) 科研人員：利用GIS進行科研工作，並能夠提出新的應用項目、新的要求和功能等。(5) 管理人員：包括決策、公關等人員，應懂得GIS技術，能介紹GIS功能，尋找客戶等。GIS管理和操作人員使GIS繫統能夠正常發揮其功能，並對GIS繫統進行開發、管理和使用，也是GIS的重要組成部分。GIS中的數據非常重要，本書會單獨列出一小節進行講解。1.3GIS中的數據數據是GIS的血液，沒有數據，GIS就無法運行。空間數據(地理數據)是GIS的操作對像，是現實世界經過模型抽像的實質性內容。1. 數據源數據源是指建立GIS的地理數據庫所需的各種數據的來源，主要包括地圖、遙感圖像、數字攝影測量工作站、無人機數據采集繫統、文本資料、統計資料、實測數據、多媒體數據、已有繫統的數據等。無人機數據采集繫統、實測數據、地圖數據和遙感圖像是目前地理信息繫統主要的數據來源，下面進行詳細介紹。1) 地圖數據地圖是GIS的主要數據源，因為地圖包含著豐富的內容，不僅包含實體的類別和屬性，還包含實體間的空間關繫。地圖數據主要通過對地圖的跟蹤數字化和掃描數字化獲取。地圖數據不僅可以作宏觀的分析(用小比例尺地圖數據)，還可以作微觀的分析(用大比例尺地圖數據)。在使用地圖數據時，應考慮地圖投影所引起的變形，在需要時進行投影變換，或轉換成地理坐標。2) 遙感數據遙感數據是GIS的重要數據源，含有豐富的資源與環境信息，在GIS支持下，可以與地質、地球物理、地球化學、地球生物、軍事應用等方面的信息進行信息復合和綜合分析。遙感數據是一種大面積的、動態的、近實時的數據源，遙感技術是GIS數據更新的重要手段。3) 實測數據野外試驗、實地測量等獲取的數據可以通過轉換直接進入GIS的地理數據庫，以便於進行實時的分析和進一步的應用。GPS(全球定位繫統)所獲取的數據也是GIS的重要數據源。4) 無人機數據采集繫統無人機技術可以大大提高GIS專業技術人員的工作效率，在很短的時間內就能為一個中、小型作業區域獲取高質量的航拍影像，並可以把它們轉換為所需的2D和3D成果。作為一種新光柵數據的采集方法，無人機技術是衛星或載人飛機數據采集技術的有利補充，雖然相比遙感圖像覆蓋率低、費時，但是能獲取高分辨率的數據。此外，無人機現勢性強，可隨意控制工作時間，收集地理圖像無需等待，並不受各種因素的影響，如天氣、時間差異、成本問題。其所能達到的精度為每個像素1.1cm，明顯高於當前衛星和載人飛機可以達到的分辨率。無人機並非產生了新的GIS應用，但它相比於現有的數據獲取方法來說成本更低，因此可以迅速擴大現有的GIS應用市場。換句話說，同樣是在林區上方低空飛行收集數據，無人機會比傳統的飛行員駕駛飛機節約大量成本。2. 數據特征空間數據有屬性、空間、時間三個基本特征。(1) 屬性特征：用以描述事物或現像的特征，即用來說明“是什麼”，如事物或現像的類別、等級、數量、名稱等。(2) 空間特征：用以描述事物或現像的地理位置，又稱幾何特征、定位特征，如點的三維坐標等。(3) 時間特征：用以描述事物或現像隨時間變化，如一年內湖水面積的變化等。目前GIS主要考慮的還是屬性特征與空間特征的結合，較少考慮到空間數據的時間特征，時空GIS也是地理信息繫統的一個研究方向。實際上由於空間數據具有時間維度，過時的信息雖不具有現勢性，卻可以作為歷史性數據保存起來，作為趨勢分析的基礎數據，但是會增加GIS表示和處理數據的難度。3. 數據類型根據空間數據的基本特征，可以把空間數據歸納為幾何數據、屬性數據三類。幾何數據用來描述空間實體的位置、形狀、大小等信息如描述一幢房子位置和形狀的坐標數據。空間數據通常是通過測繪手段獲取的，包括地圖、無人機、遙感、GPS等。其表示方法有兩種：一種是矢量形式，一般用三維或二維坐標串來表示；一種是柵格形式，用規陣列來表示。兩者都從集合的角度把空間目標分為點狀、線狀和面狀目標三種基本類型。
屬性數據是指描述空間目標的社會或自然屬性的數據，如房子的戶主、建築年代、建築材數據是描述數據的數據，即關於數據(幾何數據和屬性數據)的描述性數據數據盡可能多地反映數據集自身的特征規律，以便於用戶準確、高效與充分地開發與利用數數據的內容包括對數據集的描述、對數據質量的描述、數據處理信息說明、數據轉換方法的描數據幫助數據生產者管理和維護空間數據，便於數據用戶查詢和檢索地理空間數據，並提供有關信息以便於數據的處理和數據是數據共享和有效使用的重要工具。4. 數據存儲GIS中數據的存儲方式主要有三種：文件方式、數據庫方式和文件夾方式。1) 文件方式矢量數據、柵格數據及表格數據都可以以文件形式存儲。通常情況下，一個數據由幾個同名的文件(不同擴展名)組成。例如，ArcGIS中以Shapefile形式保存的矢量數據包含了shp、shx和dbf等文件，其中shp文件保存空間圖形數據，dbf文件保存屬性數據，shx文件是連接圖形和屬性的索引文件。2) 數據庫方式數據庫方式主要應用於屬性數據，所有數據統一存儲在數據庫中，由數據庫繫統管理，可以是小型單用戶數據庫(如Access)，也可以是企業級的多用戶數據庫(如Oracle、DB2、Informix、SQL Server等)。目前，地理數據越來越龐大，且數據類型也越來越復雜，采用面向對像的數據庫來存儲和管理地理數據是目前GIS數據庫的發展方向。3) 文件夾方式所有數據存儲在同一文件夾中，由相應的文件管理繫統進行管理，這種數據存儲方式很少使用。目前絕大多數GIS平臺采用圖形數據以文件形式存儲，而屬性數據存儲在數據庫中，用的關鍵字(KEY)將屬性數據與圖像數據進行關聯。5. GIS的數據結構數據結構是數據組織的形式，是適合計算機存儲、管理和處理的數據邏輯結構。空間數據結構是地理實體的空間排列方式和相互關繫的抽像描述。地理數據庫中采用空間數據結構來數字化表達地理空間信息。GIS中的數據結構主要有兩種類型：基於矢量的數據結構和基於柵格的數據結構。現代的一些地理信息繫統結合了兩種數據結構，采用混合數據結構和矢量柵格一體化的數據結構。1) 矢量數據結構
矢量數據結構是通過坐標值來精確表示點、線、面等地理實體的方法(圖14)：點由一對x，y坐標表示；線由一串x，y坐標表示；

圖14
面由一串有序的且首尾坐標相同的x，y坐標表示。矢量數據結構可以表示現實世界中各種復雜的實體，當問題可描述成線和邊界時特別有效。矢量數據冗餘度低，結構緊湊，並具有空間實體的拓撲信息，便於深層次分析，此外矢量數據的輸出質量好，精度高。矢量數據通常有四種獲取方式： ①由外業測量獲得，可利用測量儀器自動記錄測量成果(電子手簿)，然後轉到地理信息數據庫中； ②由攝影測量獲得，可利用攝影測量技術獲得矢量化的測量成果，然後轉到地理數據庫中； ③由柵格數據轉換獲得，利用柵格數據矢量化技術把柵格數據轉換為矢量數據； ④跟蹤數字化，用跟蹤數字化的方法把地圖變成離散的矢量數據。

按矢量數據是否明確表示各地理實體的空間相互關繫，矢量數據的數據模型可分為實體型和拓撲型兩大類。實體型僅記錄空間對像位置坐標和屬性信息，不記錄拓撲關繫，其優點是編碼容易、數字化簡單、顯示速度快，缺點是數據冗餘，可能出現重疊或者裂縫，引起數據不一致，空間分析困難。拓撲結構是明確定義空間結構關繫的一種數學方法，在GIS中它常用於空間數據的組織。拓撲型記錄地理實體間的相對空間位置，無需坐標和距離，其優點是結構緊湊，數據冗餘度小，拓撲關繫明晰，使得空間查詢、空間分析效率高，缺點則是對單個地理實體操作的效率低，難以表達復雜的地理實體，且局部更新困難。實體型和拓撲型都是目前常用的矢量數據結構模型，實體型代表軟件為MapInfo，拓撲型代表軟件為ArcGIS。2) 柵格數據結構柵格數據結構是以規陣列來表示空間地物或現像分布的數據結構，其陣列中的每個數據表示地物或現像的屬性特征。換句話說，柵格結構將地理空間劃分成若干行、若干列，稱為陣列，或像素。的位置由行列號確定，其屬性則以代碼表示(圖15)。柵格數據結構與通過記錄坐標的方式盡可能地將點、線、面地理實體表現得精確無誤的矢量數據結構有很大的差異。

圖15

對於柵格數據結構，點為；線為在一定方向上連接成串的集合；面則是聚集在一起的的集合。柵格數據表示的是二維表面上的地理數據離散化數值。在柵格數據中地表被分割為相互鄰接、規則排列的矩形方塊(有時也可以是三角形、六邊形等)，每一個地塊與對應，就是柵格單位，對地圖的分辨率和計算精度起關鍵作用，柵格數據的比例尺大小與地表大小之比。柵格數據記錄的是屬性數據本身，而位置數據可以由屬性數據對應的行列號轉換為相應的坐標。柵格數據的陣列方式很容易為計算機存儲和操作，不僅直觀，而且易於維護和修改。

柵格數據的獲取方式通常有以下幾種。(1) 來自於遙感數據。通過遙感手段獲得的數字圖像就是一種柵格數據，它是遙感傳感器在某個特定的時間對一個區域地面景像的輻射和反射能力的掃描抽樣，並按不同的光譜段分光和量化後，以數字形式記錄下來的像素值序列。遙感能周期性、動態地獲取豐富的信息，並可直接以數字方式記錄和傳送。(2) 來自對圖片的掃描。通過掃描儀對地圖或其他圖件的掃描，可以把資料轉換為柵格形式的數據。(3) 由矢量數據轉換而來。通過運用矢量數據柵格化技術，把矢量數據轉換成柵格數據，這種情況通常是為了有利於GIS中的某些操作，如疊置分析等，或者是為了有利於輸出。例如，對於從專題圖上獲取的矢量數據結構的地塊圖，以及溫度或降雨量分布圖，可用軟件方法將其轉成柵格結構數據圖，並對其進行疊置分析。(4) 由手工方法獲得。在專題圖上均勻劃分網格，逐個確定網格的屬性代碼值，後形成柵格數據文件。柵格數據結構的表示方法通常有直接柵格編碼、遊程長度編碼、四叉樹編碼等，此處不作詳細介紹。3) 矢量與柵格一體化在數字化線狀實體時，除記錄原始取樣點外，還記錄所通過的柵格，每個面狀地物除記錄它的多邊形邊界外，還記錄中間包含的柵格。矢量與柵格一體化的數據結構既保持了矢量特性，又具有柵格的性質，將矢量與柵格統一起來。4) 矢量結構與柵格結構的比較矢量結構和柵格結構的比較具體見表11，矢量和柵格各有優缺點，在地理信息繫統中矢量數據和柵格數據是常見的數據結構。

表11

比較內容矢量結構柵格結構數據結構復雜簡單數據量小大圖形精度高低圖形運算、搜索復雜、高效簡單、低效軟件與硬件技術不一致一致或接近遙感影像格式要求比較高不高圖形輸出顯示質量好、精度高，但成本比較高輸出方法快速，質量低，成本比較低廉數據共享不易實現容易實現拓撲和網絡分析容易實現不易實現
6. 數據組織在GIS繫統中，采用橫向分幅(標準分幅或區域分幅等)、縱向分層(主題層等)來組織空間數據。將現實世界中的空間對像層層細分，先將地圖按主題分層，每層再按照鄰近原則分塊，

圖16
每塊也稱為對像集合。如有需要，再將大塊分為小塊，後分為單個對像。對像集合是由多個單個對像組成。圖塊結構和圖層結構是空間數據庫在縱、橫兩個方間的延伸，同時空間數據庫是兩者的邏輯再集成。數據分層(thematic layer)是地理信息繫統中的關鍵詞之一，地理信息繫統通常對地理對像采用按主題分類、按類設層的原則，同種要素的集合就是一個主題層，也就是說將不同的“層”要素進行重疊，就形成不同主題。如圖16所示，影像底圖圖層、高程圖層、水文地理圖層、邊界圖層、土地利用圖層、道路圖層疊加在一起就形成某地區地表基本狀態主題。科學有效的數據分層是數據管理、GIS地圖編制、制圖綜合、專題制圖、空間分析的前提。國內外著名的CAD、GIS軟件都充分利用了層的概念和技術。
橫向分塊組織管理是將某一區域的空間信息按照某種分塊方式分割成多個數據塊，以文件或表的形式存放在不同的目錄或數據庫中。圖幅對應一塊區域，分塊的方式主要有標準經緯度分塊、矩形分塊和任意區域多邊形分塊。標準經緯度分塊是根據經、緯線將空間數據劃分成多個數據塊；矩形分塊是按照一定大小的矩形將空間數據劃分成多個數據塊；任意區域多邊形分塊就是按任意多邊形將空間數據劃分為多個數據塊。1.4GIS的功能與應用GIS是計算機技術與控件數據相結合而產生的一項高新技術，它除了具有基本的數據采集、管理、處理、分析和輸出功能，還具有處理地理信息的各種高級功能。GIS的這些功能，通過利用空間分析技術、模型分析技術、網絡技術、數據庫和數據集成技術、二次開發技術，可以演繹出豐富多彩的繫統應用功能，滿足社會和用戶的廣泛需求。1.4.1GIS的功能地理信息繫統具有數據采集與輸入、數據編輯與更新、數據存儲與管理、空間查詢與分析及數據顯示與輸出等基本功能(圖17)。如果這些基本功能不能滿足用戶需要，還可以進行二次開發和編程，利用高級語言對GIS平臺進行更專業、更強大功能的深度開發。

圖17

1. 數據采集與輸入數據采集與輸入即在數據處理繫統中將繫統外部的原始數據傳輸給繫統內部，並將這些數據從外部格式轉換為繫統便於處理的內部格式的過程。對於多種形式、多種來源的信息，可實現多種方式的數據輸入，主要有圖形數據輸入(如管網圖的輸入)、柵格數據輸入(如遙感圖像的輸入)、測量數據輸入(如GPS數據輸入)和屬性數據輸入(如數字和文字的輸入)。2. 數據編輯與更新數據編輯主要包括圖形編輯和屬性編輯。屬性編輯主要與數據庫管理結合在一起完成，圖形編輯主要包括拓撲關繫建立、圖形編輯、圖形整飾、圖幅拼接、圖形變換、投影變換、誤差校正等功能。數據更新即以新的數據項或記錄來替換數據文件或數據庫中相對應的數據項或記錄，它是通過刪除、修改、插入等一繫列操作來實現的。3. 數據存儲與管理數據存儲，即將數據以某種格式記錄在計算機內部或外部儲存介質上。屬性數據管理一般直接利用商用關繫數據庫軟件進行管理，如FoxBase，FoxPro等。空間數據管理是GIS數據管理的核心，各種圖形或圖像信息都以嚴密的邏輯結構存放在空間數據庫中。4. 空間查詢與分析對地理空間的查詢與分析是GIS的核心功能，也是GIS得以廣泛應用的重要原因之一。空間查詢是地理信息繫統以及許多其他自動化地理數據處理繫統應具備的基本的分析功能，即可查出滿足一定條件的空間對像，並將其按空間位置繪出，同時列出它們的相關屬性等。空間模型分析是在地理信息繫統支持下，分析和解決現實世界中與空間相關的問題，它是地理信息繫統應用深化的重要標志。空間分析是地理信息繫統的核心功能，也是地理信息繫統與其他計算機繫統的根本區別，它以空間數據和屬性數據為基礎，回答真實地理客觀世界的有關問題。地理信息繫統的空間分析可分為拓撲分析、疊置分析、網絡分析和地形分析等。5. 數據顯示與輸出數據顯示是中間處理過程和終結果的屏幕顯示，通常以人機交互方式來選擇顯示的對像與形式，對於圖形數據，根據要素的信息量和密集程度選擇放大或縮小顯示。GIS不僅可以輸出全要素地圖，還可以根據用戶需要分層輸出各種專題圖、各類統計圖、圖標及數據等。6. 二次開發為滿足各種不同的應用需求，GIS必須具備的另一個基本功能是二次開發環境，包括專用語言開發環境和控件。1.4.2GIS的應用用地圖表示空間數據的方法至少有2000年的歷史了，但隻有通過GIS，空間數據纔真正全面發揮了它的各種作用。GIS既可以對數據進行定量分析，也可以把分析結果表達為圖形，同時支持數據思維和空間思維，比傳統地圖上的空間分析和針對統計數據的定量分析有了質的飛躍，因而GIS已滲入資源管理、區域和城鄉規劃、災害監測、環境評估等社會和經濟的各個方面(圖18)，並發揮越來越大的作用。

圖18

1. 資源管理GIS初起源於資源清查，是GIS基本的職能，也是目前趨於成熟的主要應用領域。資源清查包括土地資源、森林資源和礦產資源的清查、管理，土地利用規劃，野生動物的保護

書摘插畫

商品搜索

商品分类

【醫學】

【各大出版社】