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ARCGIS：简单介绍ArcCatalog（数据管理）、ArcToolbox和ArcGIS Desktop中一些常用的工具条（Spatial Analyst、3D Analyst、geostatistic analyst 、Editor、georeferencing），注意工具条中前三个功能使用前必须确保Tools菜单Extensions选中相应选项（ArcToolbox中的功能也是如此）。注：添加工具条的方法：工具栏空白处右击选择。栅格数据：用格网来来表示空间要素的空间数据。矢量数据：用点及其x、y坐标来构建点线面等空间要素的空间数据。第一章 投影转换、矢量化与数据编辑一、投影转换概念：基准面、椭球体和地理坐标系统的关系：地理坐标系统包含地球椭球体和大地基准面。GIS中的坐标系定义由基准面和地图投影两组参数确定，而基准面的定义则由特定椭球体及其对应的转换参数确定。基准面：利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近(即地球表面模型)，因此每个国家或地区均有各自的基准面。基准面是在椭球体基础上建立的，椭球体可以对应多个基准面，而基准面只能对应一个椭球体。投影转换：从球面（三维）坐标系统转化为投影（平面）坐标系统1.定义投影加入基准面：ArctoolboxData Management ToolsProjections and TransformationsDefine Projectioncoordinate system的图标（三种方法：select、import和new）2.投影转换从球面坐标系统转化为投影坐标系统（三维平面）：ArcToolboxData Management ToolsProjections and Transformations工具集中分为栅格和要素类两种类型的投影变换：(1)Raster数据的投影变换：Data Management ToolsProjections and TransformationsRasterProject Rastercoordinate system的图标（三种方法）(2)Feature数据的投影变换：Data Management ToolsProjections and TransformationsFeatureProjectcoordinate system的图标（三种方法）二、影像配准及矢量化配准：给图像加上精确的经纬坐标。矢量化：将栅格图转化为矢量图形的过程，即将一幅栅格地图（位图）里面的点线面要素转换成可编辑的矢量数据。1. 情景一：数据：A.带有经纬网的地图目的：将A图矢量化，并加入投影信息。配准：1.添加“georeferencing工具栏”（方法：工具栏空白处右击选择）2.加载A图，并取消Georeferencing下的auto adjust的选择3.输入控制点：点击找到一个点，先左击确定，再右击输入该点真实坐标（至少4个控制点）4.查看控制点信息：Transformation: adjustresidual(残差)出现删除残差大的控制点5.保存配准后的图像（2种方法）-生成B图（1）georeferencingrectify(纠正) 坐标加在生成的图像上（2）georeferencingupdate georeferencing坐标加在原图上矢量化：1.点、线、面的创建打开ArcCatalog目录树文件夹上右击NEWshapefile设置文件名及其要素类型（点、线、面）。2. 将B图与上一步创建的图层同时加入ARCMAP中。3.确保“editor工具栏”显示/添加“editor工具栏”（同“georeferencing工具栏”的添加）4.editorstart editing编辑（注意工具条中的Task和Target）5.定义投影和投影转换2. 情景二：数据：A.带有经纬网的地图 B.某个区域有投影信息的矢量数据（仅仅只是范围）目的：将B图叠加在A图上，并按照A图对B图进行编辑。配准：1.添加“georeferencing工具栏”（方法：工具栏空白处右击选择）2.加载A图或者其他图像，并取消Georeferencing下的auto adjust的选择3.输入控制点：点击找到一个点，先左击确定，再右击输入该点真实坐标（至少4个控制点）4.查看控制点信息：Transformation: adjustresidual(残差)出现删除残差大的控制点5.保存配准后的图像（2种方法）-生成C图（1）georeferencingrectify(纠正) 坐标加在生成的图像上（2）georeferencingupdate georeferencing坐标加在原图上6.给配准后的带有经纬网的图像进行定义投影和投影转换。矢量化：1.将B数据与C图同时加入ARCMAP中。3.确保“editor工具栏”显示/添加“editor工具栏”（同“georeferencing工具栏”的添加）4.editorstart editing编辑三、数据编辑1.图形编辑 基本步骤： 加载数据：加载需要编辑的数据到ArcMap中；打开编辑工具条：工具栏空白处右击，选择Editor。进入编辑状态：EditorStart Editing。执行数据编辑：Task:选择编辑任务；Target:选择目标数据层。结束编辑：EditorStop Editing选择是否保存编辑结果。（1）基本编辑：基本编辑选择要素EditorTaskTarget目的1要素合并Merge（空间合并）Merge生成的新要素所属的目标数据层同层要素空间合并Union（空间合并）Union不同层要素的空间合并Intersect（裁剪合并）Intersect同层或不同层重叠部分生成新多边形2要素分割线分割任意点分割按长度分割Split布点分割Divide放置点要素的图层多边形分割Cut Polygon Feature + (绘制分割线)要素的变形Reshape Feature + (绘制草图线) 图1同层要素合并结果 图2 裁剪要素合并结果图3 分割多边形结果图4 草图的两个端点位于多边形内、外时的要素变形注：草图线和与边线两次相交（2）拓扑编辑：概念：拓扑：空间要素的相对位置关系。 共享结点：经过拓扑处理后，多个多边形的共用结点。 共享边线：经过拓扑处理后，相邻两个多边形的共用弧段。拓扑编辑的前提：创建拓扑，使拓扑关联要素之间具有共享边或点，那么在编辑共享边或点时，拓扑关联要素将自动更新形状。举例：在工具栏空白处右击选择TopologyMap Topology选择参与拓扑编辑的图层，设置容差。注：在这之前必须“editor工具栏”中editorstart editing，让数据处于编辑状态。另外，单击editorSnapping，设置捕捉参数。拓扑编辑选择要素Task共享要素移动共享结点的移动选择共享结点共享边线的移动选择共享边线共享边线编辑共享边线变形选择共享边线Topology TaskReshape Edge + (绘制草图线)共享边线修改选择共享边线Topology TaskModify Edge + 移动结点后在图外单击共享多边形生成选择最外层多边形Topology TaskAuto-Complete Polygon + (绘制草图线)图 5 共享结点的移动图 6 共享边线的移动图 7 共享边线变形图 8 共享边线修改图 9 共享多边形生成2.属性编辑：概念：字段：指属性表中的一列。编辑操作有两种方法：注：编辑的前提是保证editorstart editing，但是想删除或者添加字段，须在非编辑状态下。（1）选择要素（可按住Shift多选）右击选择Attributes（2）右击数据文件名Open Attribute Table（3）添加字段：右下角OptionsAdd Field(命名和类型设置) 删除字段：右击字段名Delete Field 修改：editorstart editing，然后修改属性值。 复制：选择右击Copy 粘贴：直接将excel的一列值复制到属性表中。 属性表的输出：右下角OptionsExport第二章 空间数据的处理一、数据格式转换1.数据结构转换：即空间数据的栅格结构与矢量结构之间的转换。（1）栅格矢量的转换：以栅格数据转换为面状数据为例ArctoolboxConversion ToolsFrom RasterRaster to Polygon / Polyline / Point图 10 Raster to Polygon图解（2）矢量栅格的转换：ArctoolboxConversion ToolsTo RasterFeature to Raster（Feature中包含了Polygon、 Polyline和Point）图11 Feature to Raster图解2.数据格式转换：（1）CAD数据的转换：矢量数据CAD：ArctoolboxConversion ToolsTo CADExport to CADCAD矢量数据：ArctoolboxConversion ToolsTo GeodatabaseImport from CAD（2）栅格数据与ASCII文件（txt文件）的转换：栅格ASCII文件：ArctoolboxConversion ToolsFrom RasterRaster to ASCIIASCII文件栅格：ArctoolboxConversion ToolsTo RasterASCII to Raster（3）栅格之间的转换：如img、Grid、Tiff、jpg和BMP等栅格之间的转换。ArctoolboxConversion ToolsTo RasterRaster to Other Format(mutilple)三.数据处理：1.数据裁切（1）矢量数据的裁剪：Analysis ToolsExtractClip （2）栅格数据的裁剪：Spatial Analyst ToolsExtractionExtract by Mask（既可以被栅格数据裁剪，又可以被矢量数据裁剪）2.数据拼接（1）矢量数据的拼接：Data Management ToolsGeneralAppend其中，目标数据集Target DataSet的创建：在需要拼接的任意一个图层文件名上右击DataExport Data：将文件保存在某个文件夹中，文件名为Append；Editor工具条Start Editing右击Append文件名Open attribute table选中所有行点击Delete删除所有属性Stop EditingSave。则Append这个文件即为目标数据集Target DataSet（2）栅格数据的拼接：Data Management ToolsRasterMosaic To New Raster3.数据提取 （1）矢量数据的提取： Analysis ToolsExtractSelect注：另外一种提取方法：选择需要提取的要素（可多选）右击文件名DataExport Data（2）栅格数据的提取： Spatial Analyst ToolsExtractionExtract by Attributes特点：Analysis Tools用于处理矢量数据；Spatial Analyst Tools用于处理栅格数据。第三章 空间数据的可视化表达一、数据符号化概念：符号化：指利用符号将连续的数据进行分类分级、概括化、抽象化的过程。符号化方法分类： 单一符号：所谓单一符号设置，就是采用大小，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，只能反映制图要素的地理位置而不能反映要素的定量差异，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。分类符号：根据数据层要素属性值来设置地图符号的方式是分类符号表示方法，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。利用不同形状，大小，颜色。图案的符号来表达不同的要素。这种分类的表示方法能够反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。分级色彩：所谓分级色彩表示方法就是将要素属性数值按照一定的分级方法分成若干级别之后，用不同的颜色来表示不同级别。每个级别用来表示数值的一个范围，从而可以明确反映制图要素得定量差异。色彩选择和分级方案是分级色彩表示方法中的重要环节，因为颜色的选择和分级的设置要取决于制图要素的特征，只有合理的配色方案和科学的分级方法才能将地图中要素的宏观分布规律体现得清晰明确。这种方法多用于人口密度分布图，粮食产量分布图等等。分级符号：与分级色彩设置有所相同，分级符号设置就是采用不同的符号来表示不同级别的要素属性数值。符号形状取决于制图要素的特征，而符号的大小取决于分级数值的大小或者级别高低。这种表示方法一般用于表示点状或者线状要素。多用于表达人口分级图，道路分级图等。它的优点是可以直观地表达制图要素的数值差异，其中，制图要素分级和分级符号表示是关键的环节。比率符号：在分级符号表示方法中，属性数据被分为若干级别，在数值处于某一级别范围内的时候，符号表示都是一样的，体现不出同一级别不同要素之间的数量差异，而比率符号表示方法是按照一定的比率关系，来确定与制图要素属性数值对应的符号大小，一个属性数值就对应了一个符号大小，这种一一对应的关系使得符号设置表现得更细致，不仅反应不同级别的差异，也能反映同级别之间微笑的差异。但是如果属性数值过大，则不适合采用此种方法，因为比率符号过大会严重影响地图的整体视觉效果。点值符号：所谓点值符号表示法，就是使用一定大小的点状符号来表示一定数量的制图要素，表现出一个区域范围内的密度数值，数值较大的区域点较多，数值小的地区点较小。是一种用点的密度来表现要素空间分布的方法。统计符号：这是专题地图中经常应用的一类符号，用于表示制图要素的多项属性。常用的统计图有饼状图，柱状图，累计柱状图等。饼图主要用于表示制图要素的整体属性与组成部分之间的比例关系、柱状图常用于表示制图要素的两项可比较的属性或者是变化趋势，累计柱状图既可以表示相互关系与比例，也可以表示相互比较与趋势。1.矢量数据符号化：点、线、面（1）分类符号设置：打开矢量图在图名上单击右键propertiessymbology选项卡左边show：categoriesUnique value：按照一个属性值分类；Many fields：按照多个属性值的组合进行分类来确定符号类型；value field中选择字段点击add value + complete list或者add all value。（2）分级符号设置：分级色彩设置：propertiessymbology选项卡左边show：quantitiesgraduated colorsfield复选框的value中选择字段：”1980”（表示1980年各县区耕地面积）Normalization中选择字段：”县area_km2” (各县区总面积)则这两个选择表示是将1980年耕地面积除以各个县区面积，即得到耕地密度。classify下设置类别（Natural breaks:聚类分析法；manual：手动分类） 分级符号设置：layer propertiessymbology选项卡左边show：quantitiesgraduated symbology字段选择同上设置符号由大到小的尺寸：symbol size from toclassify下设置类别（3）统计符号设置：layer peopertiessymbology选项卡左边show：chartspie（饼状）、bar/column（柱状）、stacked（叠加图）（4）组合符号设置：peopertiessymbology选项卡左边show：Multiple AttributesQuantity by categoryvalue field中选择一个字段Variation by中的Symbol Sizevalue中选择另外一个字段并分类2.栅格数据符号化：（1）分类栅格符号设置：打开栅格图在图名上单击右键layer peoperties左边show：Unique value（2）分级栅格符号设置：layer peoperties左边show：classifiedclasses中设置类别（3）卫星影像的设置：layer peoperties左边show：RGB composite给不同波段分别赋上红绿蓝二 专题地图制图首先要进入layout view状态（1.view菜单layout view；或者2. 图面左下角）1.绘制坐标网：数据组上右击Data Frame PropertiesGrids选项卡。New GridGrids and Graticules Wizard对话框。选择Graticule：divides map by meridians and parallels(绘制经纬线格网)在Grid文本框中输入坐标格网名称。下一步Create a Graticule 对话框选择Graticule and labels(绘制经纬线格网并标注) Intervals选项组输入经纬线格网的间隔，纬线间隔(Place parallels)；经线间隔(P1ace meridians)。下一步Axes and labels对话框Axes选项组选中Major division tiks(绘制主要格网标注线)和Minor division tiks(绘制次要格网标注线) Major division tiks和Minor division tiks后面的Line Style按钮设置标注线符号Number of ticks per major微调框中输入主要格网细分数：5Labeling选项组中Text设置坐标标注字体参数。下一步Create a graticule对话框Graticule Border选项组选择Place a simple border at edge of graticule单选按钮Neatline选项组选中Place a border outside the grid(在格网线外绘制轮廓线)复选框Graticules Properties选项组选择Store as a fixed grid that updates with changes to the data frame(经纬格网将随着数据组的变化而更新。2.地图标注：地图上说明图面要素的名称、质量与数据特征的文字或数字。右击图名layer peopertieslabels选项卡以及其他设置3.添加指北针、比例尺、图例、图名和文字：添加指北针:insert菜单下north arrowNorth Arrow Selector 对话框选择指北针类型单击Properties按钮修改参数（大小、颜色、旋转角度）。添加比例尺:insert菜单下scale barscale bar Selector对话框选择比例尺型号单击Properties按钮在Number of divisions(比例尺分划数量)。在Number of subdivisions(比例尺细分数量)Division units输入比例尺单位Label修改单位显示。添加图例:insert菜单下legendLegend Wizard对话框添加需要显示的图层输入“图例”标题并修改其字体、字号、颜色等选择图例的边界、背景和阴影类型以及它们的宽度和圆滑程度（Gap和Rounding）修改图例中各要素的距离。如果效果不满意，可以双击图例进行修改。添加图名:insert菜单下titleEnter Map Title矩形框输入所需要的图名字符串双击矩形框，在Text选项卡下修改字体和字号。添加文字:insert菜单下text：同添加图名。4.地图输出：File菜单Export Map设置图像格式以及分辨率（彩图300dpi；黑白600dpi）。5.统计图形放置：Tools菜单GraphCreate a Graph并设置在生成的图上右击选择各种功能。第四章 栅格数据的空间分析Spatial Analyst工具栏的添加：工具栏空白处右击选择，并确保Tools菜单Extensions选中相应选项。一、设置分析环境1.工作路径：即分析结果的保存路径。Spatial AnalystOptionGeneral选项卡Working栏中指定存放路径。 2. 栅格大小：即生成结果的栅格大小。Spatial AnalystOptionCell Size选项卡：三种方法 （1） Maximum of Inputs：输入栅格的最大单元值； （2） Minimum of Inputs：输入栅格的最小单元值； （3） As Specified Below：自己设定合适的单元大小。手动输入或者选择已有的栅格数据层。（4） Number of rows和Number of columns栏中分别设定行和列的数目。3. 分析区域：即计算范围（在空间插值中经常用到）：这个范围是一个矩形。Spatial AnalystOption选择Extent标签:在Analysis extent栏的下拉菜单中可选择如下四种方式中的一种来进行分析: 1）Same as Display：在地图的可视区域上进行分析；2）Intersection of Inputs （默认值）：在输入栅格的交集上进行分析； 3）Union of Inputs：在图层的并集上进行分析； 4）As Specified Below：自己设定合适的分析范围。可以手动输入Top, Bottom, Left, Right栏的具体坐标值，来控制分析范围。也可以选择已有的栅格数据层，或点击右边文件打开图标，选择合适的栅格文件，用它们的坐标范围作为当前分析范围。4. 利用掩膜文件进行裁剪：掩膜顾名思义就是掩盖的地方。用掩膜文件裁剪即把掩膜文件遮盖的地方裁剪出来。Spatial AnalysOption选择General标签在Analysis mask中选择掩膜文件。二、距离制图ArcGIS中的距离制图包括了四个部分：直线距离函数（Straight Line）、分配函数（Allocation）、成本距离加权函数（Cost Weighted）、最短路径函数（Shortest Path），1概念：（1）源 源即距离分析中的目标或目的地。如学校，商场，水井，道路等。源在GIS中就是一些离散的点线面。源可以用栅格数据表示，也可以用矢量数据表示。（2）成本成本即到达目标、目的地的花费，包括金钱、时间、人们的喜好等等。（3）成本距离加权数据也称成本累计数据，记录每个栅格到距离最近、成本最低的源的最小累加成本。（4）距离方向数据从每一单元出发，沿着最低累计成本路径到达最近源的路线方向。（5）分配数据每一栅格单元隶属的最近源信息。2.直线距离直线距离功能计算了每个栅格与最近源之间的欧氏距离，并按距离远近分级。Spatial AnalystDistanceStraight Line：源（banks）直线方向数据（direction）直线分配数据（allocation）直线距离数据（distance）图 1 直线距离数据计算示意图 图 2 直线距离图 图 3 直线方向数据 图 4 直线分配数据 图 5 直线距离数据3. 区域分配分配功能依据最近距离来计算每个格网点归属于哪个源，也就是将所有栅格单元分配给离其最近的源，输出格网的值被赋予了其归属源的值。Spatial AnalystDistanceAllocation：源（banks）区域分配数据（allocation）图 6 区域分配4. 成本距离加权、最短路径通过成本距离加权功能可以计算出每个栅格到距离最近、成本最低源的最少累加成本。其中成本数据为重分类的土地利用图。土地利用图依据重分类功能被分为九个等级，分别赋以权重19。根据土地利用类型的不同，将通达性高的土地类型，如平地赋权重1，通达性低的林地赋权重6，沼泽地赋权重等。Spatial AnalystDistanceCost Weighted、Shortest Path：图 7 成本距离加权、最短路径 图 8 成本距离加权函数 图 9 最短路径三、密度制图密度制图主要根据输入的已知点要素的数值及其分布，来计算整个区域的数据分布状况，从而产生一个连续的表面。它主要是基于点数据生成的，以每个待计算格网点为中心，进行环形区域的搜寻，进而来计算每个格网点的密度值。分为核函数密度制图（Kernal）和简单密度制图（Simple）。核函数密度制图：在核函数密度制图中，落入搜索区内的点具有不同的权重，靠近格网搜寻区域中心的点或线会被赋以较大的权重，随着其与格网中心距离的加大权重降低。它的计算结果分布较平滑； 简单密度制图：在简单密度制图中，落在搜寻区域内的点或线有同样的权重，先对其进行求和，然后用其合计总数除以搜索区域的大小,从而得到每个点的密度值。Spatial AnalystDensity:图 10 密度制图四、表面分析1.栅格插值插值：通过已采样点的数值来推算未采样点值。注：在插值之前需要“设置分析环境”。（1）反距离权重插值（IDW）：如果未知值的点受较近控制点的影响比较远控制点的影响更大，则采用这个方法。Spatial AnalystInterpolate to RasterInverse Distance Weighted（2）样条函数插值（SPLINE）：两种不同方法：规则样条（生成光滑渐变表面，但可能超出取值范围）和张力样条（坚硬表面，更接近取值范围）。Spatial AnalystInterpolate to RasterSpline（3）克里格插值(Kriging)：最准确，但是样本数需要达到80个。Spatial AnalystInterpolate to RasterKriging2.数据重采样：进行空间分析时，用来分析的数据资料由于来源不同，经常会出现栅格不同大小问题，这时为了便于分析，就需要将不同的栅格大小转化为同样栅格大小。比如：遥感影像分辨率是30m的，另外的栅格图是100m的，则需要将30m的转化为100m的。Data Management ToolsRasterResample 图 11 IDW和Spline 图 12 Kring和Resample3.等值线绘制等值线是将表面上相邻的具有相同值得点连接起来的线，如等高线、等压线。等值线分布的疏密一定程度上表明了表面值的变化情况。值的变化越小的地方，等值线就越疏，反之越密。因此，通过研究等值线的疏密情况，可以获得对表面值变化的大致情况。Spatial AnalystSurface analysisContour：Input Surface:选择用来生成等高线的表面； Contour interval：设置等高线间距；Base contour：等高线基准高程。图 13 等高线生成4.地形因子提取（1）坡度的提取：坡度（Slope）是指过该点的切平面与水平地面的夹角。坡度有两种表示方式方法： 坡度(degree of slope)：既水平面与地形面之间夹角。坡度百分比（percent slope）：既高程增量与水平增量之比的百分数（tan）。Spatial AnalystSurface analysisSlope（2）坡向的提取： 坡向指地表面上一点的切平面的法线矢量在水平面的投影与过该点的正北方向的夹角。在输出的坡向数据中，坡向值有如下规定：正北方向为0度，按顺时针方向计算，取值范围为0360。图 14 Slope和Aspect（3）平面曲率、剖面曲率的提取：地面曲率是对地形表面一点扭曲变化程度的定量化因子，地面曲率在垂直和水平两个方向上分量分别称为剖面曲率和平面曲率。剖面曲率是对地面坡度的沿最大坡降方向地面高程变化率的度量。平面曲率指在地形表面上，具体到任何一点，指用过该点的水平面沿水平方向切地形表面所得的曲线在该点的曲率值。平面曲率描述的是地表曲面沿水平方向的弯曲、变化情况，也就是该点所在的地面等高线的弯曲程度。ArcToolboxSpatial Analyst ToolsCurvature：Output curvature raster：输出总曲率；Output profile curve raster：输出剖面曲率；Output plan curve raster：输出平面曲率的存放路径与文件名。图 15平面曲率、剖面曲率的提取5.山体阴影山体阴影是根据假想的照明光源对高程栅格图的每个栅格单元计算照明值。山体阴影不仅很好表达了地形的立体形态，而且可以方便的提取地形遮蔽信息。计算过程包括三个重要参数：太阳方位角（默认315度-正北为0度）、太阳高度角（默认45度）、表面灰度