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GIS基础应用技能课程知识点1 知识点结构表知识点单元ARCGIS应用基础ARCGIS简介ARCGIS的重要词汇ARCGIS中的数据地理信息数据采集地图配准地图数据采集与编辑空间数据拓扑构建和编辑属性数据编辑空间数据入库地理信息数据处理预备知识常用空间数据处理方法地理信息数据可视化地图符号制作地图符号化专题地图制作地理信息数据数据分析预备知识常用空间数据分析方法2 知识点详解2.1ArcGIS应用基础2.1.1 ArcGIS定义ArcGIS是一个处理地图和地理信息的系统。它的用途包括创建和使用地图，编译地理数据，分析已绘制成地图的信息，共享和显示地理信息，在一系列应用程序中使用地图和地理信息，管理数据库中的地理信息等几个方面。2.1.2 ArcGIS应用基础知识要点（1）ArcGIS系统包含众多重要组件ArcGIS Desktop：用于处理如制图、数据编译和管理、空间分析以及创建可供所有用户使用的地图和地理信息，包含ArcMap、ArcCatalog、ArcGlobe、ArcScene、ArcToolbox和模型构建器等应用程序。ArcGIS Server：是基于服务器的ArcGIS工具，用来发布GIS服务，提供高级Web GIS服务和应用程序以及企业地理数据管理功能。ArcGIS Server包含一组综合性GIS及地图服务和任务、基于标准的开放式web服务接口，用于访问和使用ArcGIS服务，用于设置和管理ArcGIS Server安装的管理员控制台、功能强大的企业地理数据库管理。ArcGIS Online：ArcGIS Online使用云基础架构通过Web地图和GIS服务形式共享和传播地理信息，其包含在线地图、地理信息、ArcGIS组件。Mobile GIS：是指客户端通过移动电话和野外使用的其他设备访问和使用GIS，其支持包括 Tablet PC、车载系统、Windows 智能手机以及 Apple iPhone等移动设备来使用、采集、更新及共享地理信息。ArcGIS Explorer：ArcGIS Explorer 是一款免费的客户端，用于浏览、呈现和共享 GIS 信息。ArcGIS Explorer 支持许多高级 GIS 功能，包括使用交互式地图揭示 GIS 信息的演示模式。ArcGIS.com：ArcGIS.com 是基于浏览器的 Web 应用程序，可供用户在线使用 ArcGIS 内容。（2）ArcGIS基本词汇地图文档（.mxd）：以文件形式存储在磁盘中的地图。各地图文档中对地图图层、页面布局及其他地图属性进行了规范。通过地图文档可以方便地在ArcMap中保存、重复使用和共享工作内容。双击某个地图文档会作为新的ArcMap会话打开。图层：定义GIS数据集如何在地图视图中惊醒符号化和标注（即描绘）的地图图层。每个图层代表ArcMap中的一部分地理数据，例如具有特定主题的数据。各种地图图层的例子包括溪流、湖泊、地形、道路、行政边界、宗地、建筑物覆盖区、公用设施管线等。内容列表：内容列表中将列出地图上的所有图层并显示各图层中要素所代表的内容。每个图层旁边的复选框可指示其显示状态当前处于打开还是关闭。内容列表中的图层顺序决定各图层在数据框中的绘制顺序（从下到上）。地图的内容列表有助于管理地图图层的显示顺序和符号分配，有助于设置各地图图层的显示和其他属性。数据框：对于给定的地图范围和地图投影，数据框将显示以特定顺序绘制的一系列图层。位于地图窗口左侧的内容列表显示由数据框中各图层组成的列表。目录窗口：通过目录窗口可将各种类型的地理信息作为逻辑集合进行组织和管理。标注：用于标注土地图层中要素的文本字符串。“属性”可用于定义作为文本字符串源的属性列并定义标准在地图中的描绘方式。符号：在地图显示中使用的图形元素，包括显示点位置的标记、显示线状要素和边界的线符号、填充面的填充符号、设置字体、字号、颜色和其他文本属性的文本符号等多种类型。 （3）ArcGIS中的数据Shape数据：Shapefile是存储地理要素几何位置及属性的非拓扑简单格式。存储在Shapefile文件中的几何要素以点、线、面来表示，其使用三个或更多特定文件扩展名的文件存储地理要素的几何位置及其属性。Shapefile是可以再ArcGIS中使用和编辑的其中一种空间数据格式。Geodatabase数据：ArcGIS数据主要存储在Geodatabase中，可以在Geodatabase中创建和编辑各种类型数据，如Feature Class（要素类）、Raster data（栅格数据）、Tables（表格）为三种基本数据。Geodatabase有File Geodatabase、Personal Geodatabase、ArcSDE Geodatabse三种类型。2.1.3 ArcGIS应用基础技术要点无2.1.4 ArcGIS应用基础支撑与服务知识点（1）支撑知识点l ArcGIS组件l ArcGIS中的数据（2）服务知识点l 无2.2 地理信息数据采集2.2.1 地理信息数据采集预备知识（1）地理信息数据采集的基本内容不同的数据源，有不同的采集与处理方法，总体上讲，空间数据的采集与处理基本内容包括：数据源的选择、采集方法的确定、数据的编辑与处理、数据质量控制与评价、数据入库。如图2.2.1所示。图2.2.1 空间数据采集的基本内容（2）地理信息数据采集的基本流程目前，地图数字化一般采用扫描矢量化的方法。根据地图幅面大小，选择合适规格的扫描仪，对纸质地图扫描生成栅格图像。然后在经过几何纠正之后，即进行矢量化。其基本工作流程如图2.2.2所示。2.2.2 地理信息数据扫描矢量化的基本流程2.2.2地理信息数据采集操作步骤（1）地图配准本节采用影像配准及数据采集文件夹中待校正影像“J48G024008.jpg”来完成。【1】 打开配准工具1、启动ArcMap，在工具栏如图所示空白处单击鼠标右键2、在弹出的右键菜单中选择Georeferencing。【2】选择配准图层1、ArcMap配准图层通过Georeferencing工具条上的Layer下拉框来完成配准图层选择。【3】 选取控制点1、把自动校正勾掉：在Georeferencing的下拉菜单中将Auto Adjust的复选框的勾去掉，具体位置见图3-10所示 ：2、选取控制点l 在“Georeferencing”工具栏上，点击“添加控制点”按钮，图3-11所示：l 将控制点放大，单击鼠标左键，完成控制点输入。l 单击鼠标右键，在弹出的右键菜单中选择“Input X and Y”，弹出“Enter Coordinates”对话框。l 分别在X和Y的文本框里面输入控制点真实坐标。l 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。l 删除控制点：单击配准工具条上的链接表按钮，在弹出的Link Table中选中需要删除的控制点，点击右边的删除按钮。l 加载、保存控制点：点击Link Table中的Load按钮，加载控制点文件。点击Save按钮，将控制点保存为文本格式文件。【4】计算误差和配准算法1、点击“影像配准”工具栏上的“查看链接表”按钮，如下图所示。2、通过在Transformation中选择配准算法后，在“链接表”的Residual列会自动计算控制点的残差和RMS如下图所示：【5】配准1、选取好控制点后，点击GeoreferencingTransformationAdjust对影像进行校正。如下图所示：【6】配准结果1、点击Georeferencing的下拉菜单中Recify，弹出的Save As对话框。2、在Resample Type的下拉菜单中选择Bilinear Interpolation(for continuous data)、Name修改为校正后.img，再点击Save即可（具体设置见下图）；【7】为配准图层赋投影信息1、在ArcMap目录窗口中找到“校正后”文件。2、在“校正后”文件处单击鼠标右键，在弹出的右键菜单中选择Properties。3、在弹出的Raster Dataset Properties对话框中，将右侧滚动条下拉至底部，点击Spatial Reference右侧的Edit按钮。4、在弹出的Spatial Reference Properties中点击Select按钮。5、在弹出Browser for Coordinate System对话框中，选择Projected Coordinate SystemsGauss KrugerXian 1980Xian 1980 3 Degree GK CM 102E.prj，单击Add按钮完成投影坐标的添加。（2）地图数据采集与编辑能够掌握ArcGIS进行地图数据采集方法与流程。【1】新建要素图层在进行数据采集之前需要建立高程点、等高线、居民地三个矢量图层来存放采集要素。在ArcGIS中点、线、面的创建流程相同，下面以等高线的创建为例。1、启动ArcCatalog在需要创建图层的文件上单击鼠标右键在弹出的功能菜单中选择New-选择Shapefile，弹出Create New Shapefile窗口。2、在弹出的中Name处输入名称“等高线”、Feature Type处输入“polyline”。3、点击Edit按钮，弹出的“Spatial Reference Properties”对话框中选择投影信息，点击Import按钮。4、在Browser for Dataset中选择配准好的栅格影像，因为采集的数据需要与配准后影像投影信息保持一致。5、用同样的方法，创建“高程点”、“居民地”图层。【2】点要素采集与编辑将已创建的高程点图层添加到ArcMap中。此处用示例数据中的影像配准及数据采集高程点高程点.shp为例。1、启动ArcMap，点击Add Data按钮添加示例数据中影像配准及数据采集高程点高程点.shp到ArcMap中。2、修改高程点图例，单击Table of Content中图例来调整高程点颜色。3、新建高程点要素l 点击工具栏中按钮，弹出Editor工具条。l 单击Editor下拉按钮选择“Starting Editing”。l 在右侧的Create Feature单击鼠标左键，选中高程点。l 用放大、缩小、平移等工具放大高程点，单击鼠标左键完成高程点的输入。【3】线要素采集与编辑将创建的等高线图层添加到ArcMap中。此处用示例数据中的影像配准及数据采集等高线等高线 shp为例。1、用打开的ArcMap，点击Add Data按钮添加示例数据影像配准及数据采集等高线等高线.shp到ArcMap中。2、修改等高线图例。通过单击Table of Content中图例来调整等高线颜色至舒适状态，如红色。3、设置等高线图层成编辑状态与点要素编辑步骤一致，这里不再重复。4、打开并激活“ArcScan”工具条（1）ArcMap在工具条空白处右击选择ArcScan弹出ArcScan工具条。（2）激活ArcScan工具条。工具条Tools选择Extensions弹出的Extensions对话框勾选ArcScan。 5、二值化校正后地形图（1）打开 Spatial Analyst工具条。在ArcMap工具条空白处右击选择 Spatial Analyst弹出Spatial Analyst工具条。（2）单击Spatial Analyst下拉按钮选择Reclassify弹出Reclassfy对话框选择Unique在Output raster中选择存储路径点击Ok。（3）在Table of Content中在reclassify单击鼠标右键，弹出右键菜单中选择Properties，弹出的Layer Properties对话框。（4）切换到Symbology选项卡，将Color Ramp换成灰度色系。（5）点击Classify按钮，弹出Classification对话框，输入210作为二值化阈值。通过上述步骤完成地形图二值化。6、编辑等高线要素（1）点击ArcScan中自动跟踪工具按钮。（2）将等高线放大到一定比例尺后，通过左键的方式打点进行等高线自动追踪。注意：l 如果不能跟踪时按键盘“S”键不动，切换到自动打点状态。l 按“Ctrl+Z”回退；双击鼠标左键，停止画线。l 点击EditorSave Edits 保存编辑结果，点击EditorStop Editing停止编辑。【4】面要素采集与编辑将已创建的居民地图层添加到ArcMap中。此处用示例数据中的影像配准及数据采集居民地居民地.shp为例。1、用打开的ArcMap，点击Add Data按钮添加示例数据影像配准及数据采集居民地居民地.shp到ArcMap中。2、修改居民地图例。单击Table of Content中图例来调整居民区颜色至舒适状态。3、编辑居民区（1）点击工具栏中按钮，弹出Editor工具条。（2）单击Editor下拉按钮选择“Starting Editing”。（3）在右侧的Create Feature单击鼠标左键，选中居民区。（4）用放大、缩小、平移等工具放大至绘制的居民区处，单击鼠标左键完成第一角点输入，接着单击鼠标左键完成第二个角点输入.，至最后一个角点时双击完成面要素的绘制。（3）拓扑构建与编辑【1】 创建拓扑1、新建数据库（Geodatabase）和数据集（Feature Dataset）（1）用ArcCatalog在创建数据库文件夹单击鼠标右键弹出右键菜单选择New选择Personal Geodatabase命名为“TopologyDatabase”。（2）在“TopologyDatabase”单击鼠标右键弹出右键菜单选择New选择Feature Dataset命名为“TopologyDataset”。2、导入图层（1）在TopologyDataset单击鼠标右键弹出菜单选择ImportFeature Class Single（Multiple）。（2）在弹出的Feature Class to Geodatabase（Multiple）点击右侧文件夹按钮，选择示例数据中的等高线。（3）点击Ok按钮。3、创建拓扑（1）在TopologyDataset数据集上右击选择NewTopology，弹出New Topology向导窗体。（2）单击下一步直至选择拓扑检查图层，勾选等高线图层。（3）选择拓扑检查规则。l 点击Add Rule按钮，弹出Add Rule对话，在Rule处选择Must Not Overlap为检查规则之一。l 重复上述步骤，选择 Must Not Overlap：要素和要素间不能重叠；Must Not Interssect：要素和要素间不能相交；Must Not Have Pseudos：不能有伪结点；Must Not self Overlap：要素不能自重叠；Must Not Self Intersect：要素不能自相交；Must Be a Single Part：等高线要素不能为单独的一部分。（4）点击下一步，直至完成。【2】 拓扑编辑1、将10.4.1中创建的拓扑“TopologyDataset_Topology”在ArcMap中打开。2、打开拓扑编辑工具条（1）在Editor工具条中Start Editing等高线图层。（2）在Editor下拉菜单下选择More Editing Tools展开将Topology工具条打开。3、单击拓扑工具条中的错误识别器，弹出的Error Inspecto拓扑错误列表。4、右键点击每一条错误，选择Zoom to，则图中自动定位到出错的位置。5、拓扑处理。根据Error Inspector中识别出来的错误，结合Reshape、Modify、Construct、Split等工具或ArcMap中其他编辑工具进行处理。6、拓扑错误修改完毕后，点击拓扑工具条上的按钮（Validate Topology in Current Exten）t或按钮（Validate Topology in Special Area）按钮进行重新验证。7、如果重新验证后没有错误，则完成最终的拓扑处理。（4）属性编辑在完成地图数据采集后，为了使采集的数据更完整，还需要为采集的图层添加属性字段。本小节以示例数据文件中的高程点为例。【1】 建立属性字段示例数据中的影像配准及数据采集高程点高程点.shp添加到ArcMap中。1、启动ArcMap，点击Add Data按钮添加示例数据中影像配准及数据采集高程点高程点.shp到ArcMap中。2、在高程点图层上单击鼠标右键，在弹出的右键菜单中选择Open Attribute Table。3、在弹出的Table窗口中，单击Table Options右边的下拉按钮，在弹出的右键菜单中选择Add Field。4、在弹出的对话框中输入字段名称及字段类型，点击OK按钮完成字段的添加。【2】添加属性值1、在Editor工具条中Start Editing高程点图层。2、用编辑工具选择要输入属性的要素。3、在Editor工具条上，点击Attribute按钮，弹出Attributes对话框中的高程处输入对应字段的数值。2.2.3地理信息数据采集技术要点（1）地图配准（2）点、线、面图层的建立与数据采集（3）拓扑构建与编辑（4）属性输入2.2.4地理信息数据采集支撑与服务知识点（1）支撑知识点l 无（2）服务知识点l 无2.3 空间数据处理2.3.1 空间数据处理预备知识（1）ArcToolbox软件模块ArcToolbox 是ArcGIS Desktop中的一个软件模块。内嵌在 ArcCatalog 和 ArcMap 中，在 ArcView、ArcEditor 和 ArcInfo 中 都可以使用。ArcToolbox 具有许多复杂的空间处理功能，包括的工具有：l 数据管理l 数据转换l Coverage 的处理l 矢量分析l 地理编码 l 统计分析空间间数据处理是基于已有数据派生新数据的一种方法。是通过空间分析方法来实现的。是基于矢量数据进行的，包括如下几种常用的操作：融合，剪切，拼接，合并（并集），相交（交集）。（2）地理坐标系（Geogrpahic Coordinate System）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。椭球体长半轴a（米）短半轴b（米）Krassovsky（北京54采用）63782456356863.0188IAG 75（西安80采用）63781406356755.2882WGS 8463781376356752.3142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：l GCS_WGS1984(基于WGS84 基准面)l GCS_BEIJING1954(基于北京1954基准面)l GCS_XIAN1980(基于西安1980基准面)（3）投影坐标系（Projected Coordinate Systems）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l 地理坐标系（由基准面确定，比如：北京54、西安80、WGS84）l 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。附注：实验操作数据云南县界.shp; Clip.shp西双版纳森林覆盖.shp 西双版纳县界.shp将所需要的数据下载后，解压。设定工作区:在ArcMap中 执行菜单命令：，在“空间处理”选项页里，点击“环境变量”按钮，在环境变量对话框中的常规设置选项中，设定“临时工作空间”为 如：e:gisdata2.3.2 空间数据处理操作步骤见GIS基础应用技能指导书空间数据处理部分2.3.3空间数据处理技术要点（1）要素融合（2）图层合并（3）图层相交（4）地图投影定义（5）投影变换2.3.4空间数据处理支撑与服务知识点（1）支撑知识点l 无（2）服务知识点l 无2.4 地理信息可视化2.4.1地理信息可视化预备知识（1）地图及地理信息可视化的定义地图是按照一定法则，有选择地以二维(2D)或多维形式(3D)与手段在平面或球面上表示地球(Earth)(或其它星球)若干现象的图形或图像，它具有严格的数学基础、符号系统、文字注记，并能用地图概括原则，科学地反映出自然和社会经济现象的分布特征及其相互关系。可视化直观理解就是转化为视觉所能感知。可视化的基本含义是将科学计算中产生的大量非直观的、抽象的或者不可见的数据，借助计算机图形学和图像处理等技术，以图形图像信息的形式，直观、形象地表达出来，并进行交互处理。地理信息可视化是运用图形学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、查询、分析以及预测的结果和数据以图形符号、图标、文字、表格、视频等可视化形式显示并进行交互的理论、方法和技术。（2）地图符号的定义地图符号是表示地图信息各要素空间位置、大小与数量质量特征，具有不同颜色特定的点、线和几何图形等图解语言。（3）数据符号化的相关知识符号化有两个含义：在地图设计工作中，地图数据的符号化是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。而在数字地图转换为模拟地图过程中，地图数据的符号化指的是将已处理好的矢量地图数据恢复成连续图形，并附之以不同符号表示的过程。这里所讲的符号化是指后者。符号化的原则是按实际形状确定地图符号的基本形状，以符号的颜色或者形状区分事物的性质。例如用点、线、面符号表示呈点、线、面分布特征的交通要素，点表示建筑或者特定地点，线表示公路和铁路，面用来表示地区。一般来说符号化方法可分为以下几类：单一符号、分类符号、分级符号、分级色彩、比率符号、组合符号、统计符号、彩色阴影等。单一符号：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：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的定量差异。色彩选择和分级方案是分级色彩表示方法的重要环节，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。分级符号：与分级色彩设置有所不同，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，无法体现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小的差异。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：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。以上方法均为矢量数据的符号化方法，此外，还有栅格图形符号化方法。专题栅格数据是栅格数据中的一种重要类型，其符号化方法主要有分类栅格符号设置、分类栅格符号设置和栅格影像设置，其中栅格影像设置又分单波段影像设置和多波段影响设置。如何显示栅格文件依赖于它所