地信GIS软件及其应用复习上课讲义

1、第一章基于 MAPGIS的人口数据库建立基于MapGIS的人口数据库建立的基本步骤为数据库设计，空间数据和属性 数据的输入，数据的编辑修改，地图整饰和输出等。结合本课程实验一，简述基于MapGIS的湖南省人口数据库建立的基本过程第二章 ARCGIS应用基础For personal use only in study and research; not for commercial use空间分析是从空间物体的空间位置、联系等方面去研究空间事物，以对空间事物做出 定量的描述。其主要任务是对空间构成的描述和分析。For pers onal use only in study and researc

2、h; not for commercial use空间分析是从GIS目标之间的空间关系中获取派生的信息和新的知识。分 析对象是地理目标的空间关系。空间分析内容由拓扑空间查询、缓冲区分析、叠置分析、空间集合分析和地学分析组成。基于GIS的空间分析按空间数据结构类型可分为栅格数据分析和矢量数据 分析两种不同的空间分析模式。基于GIS的空间分析按分析对象的维数来看，包括一维、二维、三维及多 维分析。For pers onal use only in study and research; not for commercial use基于GIS的空间分析按分析复杂程度来看，可分为空间查询分析、空间信

3、息提取、空间综合分析、数据挖掘与知识发现、模型构建等。ArcGIS9由ESRI2004年推出，由数据服务器ArcSDE及4个基础框架组成： 桌面软件Desktop GIS、服务器Server GIS、嵌入式Embedded GIS和移动Mobile GIS。ArcMap、ArcCatalog 和 Geoprocessing是 ArcGIS 的基础模块。For pers onal use only in study and research; not for commercial useArcMap用于显示、查询、编辑和分析 地图数据，具有地图制图的所有功能ArcCatalog是一个空间数据资源

4、管理器。它以数据为核心，用于定位、浏览、 搜索、组织和管理空间数据。Geoprocessing空间处 理框架 主要包 括两个 部分：ArcToolbox 和 ModelBuilder。For pers onal use only in study and research; not for commercial useArcMap提供了两种地图显示状态：数据视图Data View和版面视图LayoutView，对应的显示工具分别为 Tools和Layout。ArcMap中加载数据层主要有两种方法：一是直接在新地图文档上加载数据 层；二是用ArcCatalog加载数据层。ArcMap加载数据层时

5、，第一个被加载的数据层的坐标系统被作为该数据组 的默认坐标系统。ArcGIS的空间分析功能主要包括空间分析模块、3D分析模块、地统计分析 模块、网络分析模块、或跟踪分析模块等。空间统计分析的目的是找出某种属性分布的整体特征和趋势，了解其中的规律，以便对其进行科学的分析和预测。ArcGIS Geostatistical A nalyst模块主要用于研究数据可变性、查找不合理数 据）、检查数据的整体变化趋势或分析空间自相关和多数据集之间的相关关系， 或预报标准误差、计算大于某一阈值的概率和分位图绘制等工作。第三章空间数据采集与组织要素类是具有相同几何类型和属性的要素的集合。要素数据集是共享空间参考

6、系统并具有某种关系的多个要素类的集合。ArcGIS中主要有Shapefile、Coverage Geodatabase三种数据组织方式。Shapefile文件由存储空间数据的shape文件、存储属性数据的dBase和存储 空间数据与属性数据关系的shx文件组成。Coverage的空间数据存储在一系列二进制文件中，属性数据和拓扑数据存 储在INFO表中。要素类是具有相同几何类型和属性的要素的集合。对象类、要素类和要素数据集是 Geodatabase的基本组成项。对象类是指存储非空间数据的表格。要素数据集是共享空间参考系统并具有某种关系的多个要素类的集合。几何网络是要素数据集中要素类集合之间的拓扑

7、关系，几何网络中的每一个要素都有一个角色：边或连接。Geodatabase建立的一般过程为Geodatabase设计、Geodatabase建立、建立 Geodatabase的 基本组 成项、向 Geodatabase各项加载数据、进一步定义 Geodatabase属性域表述的是属性的取值范围；子类型是根据要素类的属性值将要素划分 为更小的分类。描述对象之间的关系分为以下四种：一对一、一对多、多对一和多对多。要创建关系，对象类或要素类中必须至少包含一个“共同”的字段，这样的 字段称为“键”。在关联的两个表中，关联的键字段不一定要一致，但是数据类 型必须一致。网络中的方向是从源到汇，几何网络中的

8、连接要素可作为源或汇。几何网络要素包括边网络要素和连接网络要素。在几何网络中的任何一个边要素或接合点要素在逻辑网络中可以是有效的，也可以是无效的，其状态由Enabled属性字段来维护。拓扑表达的是地理对象之间的相邻、包含、关联等空间关系。数据编辑是纠正数据错误的重要手段，包括几何数据和属性数据的编辑。建立几何网络的流程是：创建本地Geodatabase创建数据集、导入数据、建立几何网络、添加新的几何网络要素类、定义网络规则等。第四章数据转换与处理地理信息系统的空间数据结构主要有（栅格结构）和（矢量结构），栅格结构又称网格结构或象元结构。数据提取是从已有数据中，根据属性表内容选择符合条件的数据，

9、构成新的数据层。 可通过设置SQL表达式进行条件选择。由于数据源的多样性，当数据的空间参考系统与用户需求不一致时，就需要对数据进行投影变换。在Arctoolbox的Projection and Transformatipns工具集中分为栅格和要素类 两种类型的投影变换。数据变换是指对数据进行诸如放大、缩小、翻转、移动、扭曲等几何位置、 形状和方位的改变等操作。不同数据结构间的转换主要包括矢量数据到栅格数据的转换和栅格到矢量 数据的转换。第五章数据可视化表达分类栅格符号表示法是表达专题栅格数据的一种常用方法， 类似于分类色彩符号法，是利用不同 的颜色来表示不同的专题类别。无论点状、线状或面地理信

10、息可视化表示的内容表现为地图数据的可视化、 地理信息量的可视化）和空间分析结果的可视化等。状要素，都可以根据要素的属性特征实现数据的符号化。一般来说符号化方法可分为单一符号、分类符号、分级符号、分级色彩、比 率符号、组合符号、统计符号等。单一符号只反映制图要素的地理位置而不能反映要素的定量差异的符号设 置方法是。分类符号是根据图层要素属性值来设置地图符号的方法。分级符号采用不同的符号来表示不同级别的要素属性值。分级色彩法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。地图上说明图面要素的名称，质量与数量特征的文字或数字，统称为地图注 记。地图注记的标注可分为以下三

11、种交互式标注、自动标注、链接式标注。无论点状、线状，还是面状要素，都可以根据要素的属性采取单一符号、分 类符号、分级符号、统计图形等多种表示方法实现矢量数据的符号化。地理信息可视化表示的内容表现方面有地图数据的可视化，地理信息的可 视化和空间分析结果的可视化。第六章矢量数据分析叠置分析是指同一地区、同一比例尺的两组或两组以上的多边形要素的数据文件进行 叠置，叠置后产生具有多重属性的新多边形。最佳路径：是指从始点到末点的最短距离或花费最少的路线。最短路径分析是在网络中寻找节点间累积阻抗最小的路径。网络分析的主要用途是选择最佳路径、最佳布局中心以及网络流分析。缓冲区是指围绕地理要素一定宽度的区域。

12、缓冲区分析：是根据数据库的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内 的缓冲多边形实体，从而实现空间数据在水平方向得以扩展的信息分析方法。叠置分析中的交集操作是通过叠置处理得到两个图层的交集部分，并且原图层的所有属性将同时在得到的新图层上显示出来。叠置分析：是地理信息系统中一种基本的空间分析方法， 它是在统一空间坐标系 下，将同一地区的两个或两个以上地理要素图层进行叠置， 以产生空间区域的多 重属性特征的分析方法。通过叠置分析，能够对叠置后产生的多重属性进行新的分类，建立地理对象之间的空间对应关系，提取某个区域范围内某些专题内容的数量特征。从运算角度，叠置分析是两个或两个以上的地理要素图层进

13、行空间逻辑的 交、并、差运算。ArcGIS中常见矢量叠加分析的类型：图层擦除（Erase）识别叠加（Identity）， 交集叠加（In tersect），图层合并（Un ion），修正更新（Update）等。图层擦除根据参照图层的范围大小，擦除参照图层所覆盖的输入图层内的要素。 缓冲区是指围绕地理要素一定宽度的区域。缓冲区分析是用来确定不同地理要素的空间邻近性和接近程度的一种分析 方法。线目标的缓冲区生成有两种基本算法：角平分线法和凸角圆弧法。网络分析是对地理网络、城市基础设施网络进行地理分析和模型化过程，实现对网络结构及其资源等的优化。网络分析主要包括路径分析、地址匹配和资源分配。网络模型

14、主要有两种模式：传输网络、效用网络。效用（Utility ）网络常用于水、电、气等管网的连通性分析。特点：在效用网络中，水、电、气通过管道和线路输送给消费者，水、电、 气被动地由高压向低压输送，不能主观选择方向。传输网络常用于道路、地铁等交通网络分析。特点：在传输网络中，汽车和火车都是可以自由移动的物体， 具有主观选择 方向的能力。以ArcGIS软件为平台，简述基于矢量数据的市区择房分析的技术过程。以ArcGIS软件为平台，简述网络分析中求取从家到一个商业中心的最佳路径的技术过程。第七章栅格数据分析栅格数据的空间分析一般功能在 ArcToolbox中的Spatial analyst tools

15、实现。栅格数据分析基于单元和格网，能在单个单元、单元组或整个格网单元的不 同层次上进行，使用一个或多个格网。简单、直观，计算效率咼栅格数据的空间分析包括距离制图、密度制图、表面生成、表面分析、统计 分析、重分类和栅格计算等。栅格数据的分析处理方法可以概括为聚类聚合分析、多层面复合分析、追踪分析、窗口分析、统计分析、量算等几种基本的分析模式。栅格数据的聚类、聚合分析是指将一个单一层面的栅格数据系统经某种变换而得到一个具有新含义的 栅格数据系统的数据处理过程表面分析主要通过生成新数据集，诸如等值线、坡度、坡向、山体阴影等派生数据， 获得更多的反映原始数据集中所暗含的空间特征、空间格局等信息。距离制

16、图根据每一栅格相距其最邻近要素的距离分析制图，从而反映每一栅格与其最邻近源的相互关系。ArcGIS中的距离制图函数主要包括：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 等。源：源即距离分析中的目标或目的地。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。直线距离函数：用于量测每一栅格单元到最近源的直线距离。它表示的是每一栅 格单元中心到最近源所在栅格单元中心的距离。距离方向函数：它表示了从每一单元出发，沿着最低累计成本路径到达最近源 的路线方向。密度制图

17、根据输入的要素数据集计算整个区域的数据聚集状况，从而产生一 个连续的密度表面。密度制图可分为核函数密度制图和简单密度制图。最短路径：通过最短路径函数获取从一个源或一组源出发，到达一个目标地或一组目标地的最短直线或最小成本路径。通过已采样点的数值来推算未采样点值，这样的过程称为栅格插值。栅格插值包括简单栅格表面的生成和栅格数据重采样。通过栅格插值运算生成表面主要有三种实现方法：反距离权重插值（IDW）、样条函数插值（SPLINE）和克里金插值（Kriging ）。反距离权重插值IDW是以插值点与样本点间的距离为权重进行加权平均，离插值点越近的样本点赋予的权重越大。样条函数插值采用两种不同的计算方

18、法：Regularized spline （规则样条）和Tension spline （张力样条）。Regularized spline生成一个平滑、渐变的表面，插值 结果可能会超出样本点的取值范围较多；Ten sion spli ne根据要生成现象的特征生 成一个比较坚硬的表面，插值结果更接近限制在样本点的取值范围。克里格插值是以变异函数理论和结构分析为基础，在有限区域内对区域化变量进行无偏 最优估计的一种方法。IDW和Spline插值受采样点密度的影响较大。在采样点分布比较密集的区 域，插值结果差异较小；在插值点分布比较稀疏的区域，插值结果差异较大。在采样点取值变化剧烈和频繁的区域，IDW

19、和Spline插值结果差异较大， 而在变化比较均衡的区域，插值结果比较接近。成本距离加权：通过成本距离加权函数，计算出每个栅格到距离最近、成 本最低源的最少累加成本。成本方向：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。 最短路径分析：从指定源出发，到达目标源的最短直线或最小成本路径。栅格数据的重采样主要有三种方法：最邻近法采样，双线性采样和三次卷积采样。常用的地形因子可划分为微观地形因子与宏观地形因子。重分类是基于原有数值，对原有数值重新进行分类整理从而得到一组新值并 输出。定义：对数据用新的等级体系分类，或将多个栅格数据用统一的等级体系重 新归类。意义：消除了量纲的影响，使各

20、数据之间具有量值可比性。利用栅格计算器，可以方便的完成基于数学运算符的栅格运算，以及基于数学函数的栅格运算等。以ArcGIS软件为平台，简述基于栅格数据的学校选址分析的技术过程。 简述利用ArcGIS空间分析工具，寻找最佳路径的基本方法和步骤。第八章三维分析ArcGIS三维分析模块中可进行表面创建、表面分析及在ArcScene中数据的三维可视化。ArcGIS三维分析模块允许以规则空间格网（栅格模型）或不规则三角网（TIN 模型）两种形式来创建表面，以适合于某些特定的数据分析。ArcGIS三维分析模块创建表面模型主要有两种方法： 插值法和三角测量法。ArceSce ne中的动画是由一条或多条轨迹组成，帧是动画中最基本的元素。利用DEM数据可进行坡度、山谷线、山顶点等基本地形指标的提取。微观地形因子有：坡度、坡向、坡度变率、坡向变率等；宏观地形因子有：坡形因子、地形粗糙度、地表切割深度等。坡度变率是地面坡度在微分空间的变率，在一定程度上可以很好地反映剖面 曲率信息。坡向变化率，亦即坡向之坡度，坡向的变化率。它可以很好地反