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1、基础知识库什么是 GIS？ Resource Center » 基本知识库 » 什么是 GIS？地理信息系统 (GIS) 是以可视化和分析地理引用信息为目的，用于描述和表征地球及其他地理现象的一种系统。许多人已经将 GIS 视为最强大的信息技术之一，因为它致力于整合来自多种来源的知识（例如，作为地图中的各种图层）并创建一个跨领域的合作环境。此外，对于大多数接触过 GIS 的人们来说，它直观易懂，具有很大的吸引力。它将强大的可视化环境（使用地图进行沟通和可视化）与基于地理科学的稳健的分析和建模框架相结合。这种结合孕育出一项科学、可信且易于交流（通过地图和其他地理视图）的新技术

2、。在您开始使用 ArcGIS 时，应了解 GIS 的一些基础知识以及在软件的使用过程中 ArcGIS 如何实现这些理论，这一点十分重要。在本部分中，您将会了解到有关一些 GIS 重要方面以及如何依据一系列重要地图概念构建地理信息模型的信息。GIS 的重要方面 Resource Center » 基本知识库 » 什么是 GIS？ArcGIS 结合了 GIS 的多个重要方面： GIS 利用基于图层的地理信息模型来表征和描述世界。 ArcGIS 通过建模将地理信息转化为一系列逻辑图层或专题数据。例如，GIS 可包含带有下列信息的数据图层：· 表示为中心线的街道·

3、; 表示植被、居民区、商业区等的土地利用区域。· 行政区· 水体与河流· 表示土地所有权的宗地多边形· 用于表示高程和地形的表面· 某一感兴趣区域的航空影像或卫星图像地理信息图层（例如这里所描述的图层）使用一些常用的 GIS 数据结构来表示：· 要素类： 要素类是同一类型要素的逻辑集合（例如此处所示的四种要素类型）。· 栅格数据集：栅格是基于栅格单元的数据集，用于存放影像、数字高程模型以及其他专题数据。· 属性和描述信息：这些是传统表格信息，用于描述每个数据集中地理对象的要素和类别。与地图图层类似，GIS 数据集也

4、需要进行地理配准以便可以相互叠加并定位在地球表面上。有关建模和表示地理信息的详细内容，请参阅地理信息元素概述。GIS 通过地图来显示和利用地理信息。每个 GIS 都包括一系列的交互式智能地图和其他视图（例如 3D 地球），用于显示地球表面上的要素以及要素之间的关系。可为基础地理信息构建各种地图视图，这些地图可作为“地理数据库的窗口”，通过它们可对地理信息进行查询、分析和编辑。还可通过地图访问用于派生新信息的地理建模工具。GIS 地图是交互式地图，有助于传达大量信息。通过交互式地图，您可以为最终用户提供任何有助于他们完成任务并开展重要工作的信息。有关制图和可视化的详细信息，请参阅地图如何传达地理

5、信息。GIS 提供一套全面的分析和数据变换工具，用于执行空间分析和数据处理。 GIS 包括大量地理处理功能，用于从现有数据集中获取信息、应用分析功能以及将结果写入新的结果数据集。此外，还提供了大量空间运算符，例如此处所示的“缓冲区”工具和“相交”工具，它们可应用于 GIS 数据。每个地理处理工具将现有信息作为输入并得出新结果，这些结果随后可用于后续的操作。GIS 的重要功能之一即，通过构建一个模型将一系列的逻辑操作串联在一起，从而便于用户进行空间分析和自动执行数据处理。有关地理处理的详细信息，请参阅地理处理 - 使用地理数据进行计算。地理配准和坐标系 Resource Center »

6、; 基本知识库 » 什么是 GIS？地理配准是指使用地图坐标为地图要素指定空间位置。地图图层中的所有元素都具有特定的地理位置和范围，这使得它们能够定位到地球表面或靠近地球表面的位置。精确定位地理要素的功能对于制图和 GIS 来说都至关重要。要正确地描述要素的位置和形状，需要一个用于定义实际位置的坐标框架。地理坐标系用于将地理位置指定给对象。使用经度和纬度的全局坐标系就是这样一种框架。还有一种是由地球框架派生的平面坐标系或直角坐标系。地图使用格网、经纬网和标有各种地面位置的控制点标记来表示地球表面上的位置，测量单位既可采用经纬度，也可采用投影坐标系的单位（例如 UTM 米）。包含在各种

7、地图图层中的地理元素依据给定的地图范围，按照特定顺序（相互叠放）进行绘制。GIS 数据集在全局坐标系或直角坐标系中存储坐标位置以记录地理位置和形状。通过此种方式，可将多个 GIS 数据图层叠加在地球表面上。经度和纬度 此种方法使用经度和纬度的球面测量值来描述地球表面上的地理位置。具体是指地球中心与地球表面上某一点构成的角（以度为单位）的测量值。此类坐标参考系常被称为地理坐标系。经度用于测量东西方向的角度。经度测量通常以本初子午线为起点，它是一条从北极点通过英格兰格林尼治并一直延伸到南极点的假想线。此角度的经度为 0。本初子午线往西通常记为负经度，往东记为正经度。例如，加利福尼亚州洛杉矶的纬度约

8、为“正 33 度，56 分”，经度约为“负 118 度，24 分”。尽管使用经度和纬度可定位到地球表面上的确切位置，但二者的长度和距离测量单位并不相同。只有在赤道上，一经度所表示的距离才约等于一纬度所表示的距离。这是因为，赤道是唯一一条长度与经线相同的纬线。（半径与球面地球半径相同的圆称为大圆。赤道和所有经线都是大圆。）在赤道上方和下方，用来定义纬度线的圆将逐渐变小，直到最终在南极点和北极点（所有经线均在此处相交）处变为一个点。由于经线沿极点方向逐渐会聚，所以一经度所表示的距离最终将减小为零。在克拉克 1866 椭球体上，赤道上的一经度等于 111.321 千米，而在 60° 纬度上

9、，却只有 55.802 千米。由于经纬度的度数不对应某一标准长度，因此无法精确测量距离或面积，也难以在平面地图或计算机屏幕上显示数据。在使用许多（不是全部）GIS 分析和制图应用程序时，经常需要由投影坐标系提供的更稳定的平面坐标框架。此外，用于空间运算符的某些算法可考虑到球面（地理）坐标系的几何行为。使用直角坐标系的地图投影投影坐标系是指用于平面（例如打印的地图或计算机屏幕）的任何坐标系。2D 和 3D 直角坐标系都可使用 x 值和 y 值（在后面会讲到，也可使用栅格的列和行）描述要素的地理位置和形状。直角坐标系使用两个轴：一条水平轴 (x)，表示东西方向，一条垂直轴 (y)，表示南北方向。两

10、轴的交汇点称为原点。地理对象的位置使用 (x,y) 标记法相对于原点进行定义，其中 x 表示沿水平轴的距离，y 表示沿垂直轴的距离。原点定义为 (0,0)。在下图中，标记 (4,3) 所记录的点在 x 轴方向距原点四个单位，在 y 轴方向距原点三个单位。3D 坐标系投影坐标系也逐渐地开始使用 z 值来测量平均海平面以上或以下的高程。在下图中，标记 (2,3,4) 所记录的点在 x 轴方向距原点两个单位，在 y 轴方向距原点三个单位并且高程为地球表面以上四个单位（例如平均海平面以上 4 米）。地图投影中的属性和变形由于地球是球体，所以制图人员和 GIS 专家所要面临的一个挑战就是如何使用平面坐标

11、系表达真实世界。要体会这种两难的困境，只需想一想如何将半个篮球变平即可；如果不改变它的形状或创建不连续的区域，就无法做到这一点。将地球变平的过程称为投影，由此而产生了术语地图投影。投影坐标系在二维平面中进行定义。可为 2D (x,y) 或 3D (x,y,z) 定义投影坐标，其中 x 和 y 测量值表示地球表面上的位置，z 表示平均海平面以上或以下的高度。与地理坐标系不同，在二维空间范围内，投影坐标系的长度、角度和面积恒定。不过，将地球表面表示为平面地图的所有地图投影会在某些方面（例如距离、面积、形状或方向）产生变形。用户可通过使用适合所需用途、特定地理位置和范围的地图投影来解决上述限制。GI

12、S 软件也可在坐标系之间进行信息转换，以支持对具有不同坐标系的数据集进行整合以及支持许多关键的工作流。许多地图投影具有特定用途。某一地图投影可能用于保持形状不变，而另一个可能用于保持面积不变（“等角”投影与“等积”投影）。在为每个 GIS 数据集和地图定义坐标系时，这些属性（地图投影连同椭球体和基准面）将成为重要的参数。通过为每个 GIS 数据集记录这些属性的详细描述，计算机可以动态地将数据集元素的地理位置重新投影并转换到适当的坐标系中。因此，可以从多个 GIS 图层中整合及合并信息，而不用考虑它们所使用的坐标系。这是 GIS 的一项基本功能。精确定位构成了几乎所有 GIS 操作的基础。了解有

13、关地图投影的详细信息。地图如何传达地理信息 Resource Center » 基本知识库 » 什么是 GIS？GIS 的基本概念与地图及其内容密切相关。事实上，地图概念是全面了解 GIS 的基础。本主题将探究一些基本的地图概念并说明如何在 GIS 中应用和使用这些概念。 地图 地图以一系列专题图层的形式表示某一感兴趣区域的空间或地理信息。打印的地图还包含页面上排布和组织的其他地图元素。地图框架提供了信息的地理视图，而位于地图边缘的其他元素（例如符号图例、比例尺、指北针、描述性文本以及地图标题）可帮助您了解、阅读和解释地图的内容。用户还可以通过工具来使用计算机地图（即计算机

14、屏幕上的交互式影像），这些工具允许用户查询地图的基础地理信息并与其进行交互。所有地图的共同特征就是表示真实世界要素的专题图层集。图层地理实体由一系列覆盖给定地图范围的地图图层表示。例如，可以查看公路、河流、地名、建筑物、行政边界、表面高程和卫星影像等地图图层。在地图中，地理元素即通过这一系列的地图图层进行描绘。地图图层是地理信息（例如交通、水和高程）的专题制图表达。每个地图图层使用符号、颜色和文本来描绘有关各个地理元素的重要的说明性信息。地图图层借助以下元素传达信息：· 离散要素，例如点集合、线集合与面集合· 地图符号、颜色和标注，用于帮助描述地图中的对象· 覆盖

15、地图范围的航空摄影或卫星影像· 连续表面（例如高程），它可通过多种方式来表达，例如通过等值线与高程点集合或晕渲地貌地图布局与组成除地图框架外，地图还通过在页面上排布一系列的综合地图元素来呈现其他信息。常见的地图元素包括指北针、比例尺、符号图例及其他图形元素。这些元素会定义每个地图符号的含义并提供地图内容的相关信息，对于解读地图大有帮助。这样，地图只需以系统、直观的方式来描绘海量信息即可传达出更多的内容。而这样一来，也有助于每一位地图浏览者查看并理解其工作所需的相关内容。地图中的空间关系通过地图来表示地理关系能使其便于地图浏览者进行解释和分析。基于位置的关系称为空间关系。以下是一些示例

16、：· 地理要素相互连接（例如，Water Street 与 18th Ave 相连。）· 地理要素彼此相邻（毗连）（例如，城市公园与大学相邻。）· 某地理要素包含在 某一区域内（例如，建筑物覆盖区包含在宗地边界内。）· 地理要素互相叠加（例如，铁路与高速公路交叉。）· 地理要素互相接近（邻近）（例如，法院靠近国会大厦。）· 要素几何相同（例如，城市公园与历史古迹多边形相同。）· 地理要素的海拔不同（例如，国会大厦位于水平面以上。）· 某一要素沿着 另一要素（例如，公交线路沿着街道网络。）在地图中，这样的关系并不会明

17、确地表示出来。而是需要地图浏览者自身通过从地图元素（例如街道、等值线、建筑物、湖、铁路及其他要素）的相对位置和形状中获取信息来解释这些关系。在 GIS 中，可通过应用丰富的数据类型和行为（例如拓扑和网络）以及对地理对象应用一组综合性的空间运算符（例如缓冲区和面叠加）来对此类关系进行建模。如何在 GIS 中使用地图 Resource Center » 基本知识库 » 什么是 GIS？地图在 GIS 中起着特殊作用：· 地图以地图图层的形式描绘地理信息的逻辑集合。· 地图是 GIS 应用的关键所在。· 地图为地理信息的建模和组织提供了一种有效机制，

18、即以一系列专题图层的形式进行建模和组织。此外，交互式 GIS 地图所提供的焦点将便于使用地理信息并使这些信息变得生动形象。同时，GIS 地图是专业 GIS 用户之间以及与在线用户共享 GIS 内容的主要方式。本主题包含相关重要信息，用以说明在向众多新用户介绍 GIS 时地图所起到的作用。 地图扮演着重要角色，几乎所有人都可从高质量地图中方便地获取所需信息。 地图发展历经多个阶段 - 从传统的纸质地图和影像到计算机、网络和移动设备上使用的新型多媒体地图。GIS 地图是一种新型地图，其所呈现的内容远非静态地图所能及。它为访问和使用所有地理信息、描述性数据以及 GIS 专业人士创建的丰富的空间分析模

19、型提供了交互式窗口。GIS 地图的作用如下：· 宣传和共享 GIS· 编译和维护 GIS 内容· 使用专题图层设计和组织地理信息· 通过地理处理获取新信息，然后对信息进行可视化、汇总、分析、比较并解释分析结果· 共享可在网络中使用的地理信息地图用途示例用于传递和了解信息地图用于以一种有组织的形式显示和传递大量信息。人类具有空间思维能力，能够查看地图，将地图上的位置与实际地理位置相关联，并从每幅地图所包含的大量内容中获取和了解关键信息。 虽然地图包含大量信息，但其表示信息的方式却清晰有效。通过使用地图，您可以开始理解并获取地图背后所隐含的信息。用

20、于研究各种现象地图可用于发现和研究某些现象，例如某城市的人口特征或羚羊在冬夏两季栖息地之间的迁徙情况。在 GIS 中，很多地图可以是动态的，并且可以生成报告和图像以反映某些时间范围内的多种特征和变化。 地图可直观地反映现象。此地图显示出南加利福尼亚州部分地区的人口年龄分布情况。颜色越暗，表示对应地区的人口平均年龄越大。单击地图上的一个要素即可显示所选块组的年龄分布情况。这样，便可通过地图来获取丰富的地理信息和图表信息。而关键在于，GIS 地图提供了地图隐含信息的交互式报告 - 不仅是属性列表，还有图表、报告、照片和几乎所有相关内容（例如，网站链接）。定义如何报告要素和通过地图要素可获取哪些信息

21、是创建 GIS 地图时设计和捕获的关键规范之一。您还可以将随时间变化的图层的地图交互属性定义和保留为 GIS 地图定义的一部分。例如，下方是通过 GPS 追踪设备获得的动物迁徙情况动态地图。您可以使用时间滑块工具来显示动物在不同日期所处的位置。单击向前箭头可移至下一天的观测结果。上方四张在线动态地图快照显示了叉角羚羊在 300 天迁徙过程中特定四天的位置。这些点表示在 10 个月时间（从 2002 年十月到 2003 年八月）内叉角羚羊的每日迁徙情况。ArcMap 中的“时间滑块”工具用于以动态形式呈现动态地图。通过分析获得新信息GIS 地图将强大的可视化功能与稳定的分析和建模系统相结合。GI

22、S 中的分析模型用于生成模型结果，生成的结果可作为新获得的地图图层添加到地图显示画面中。正如可以通过各个地图图层获得丰富的要素信息一样，您可以通过地图获得大量分析结果。实际上，您通过 GIS 地图来访问分析模型并将分析结果显示为新的地图图层，新图层可具有相同类型的要素报告、可视化和动画功能（即上文所述功能）。表示犯罪率的“热点图”。颜色越偏向暖色调，表示犯罪率越高。影像由费城警局 ( 提供。此地图显示了对非洲疟疾流行情况的预测。颜色越暗，表示疟疾病例的投影密度越高。影像由 Adaptation Atlas (/) 提供。此地图中已绘制出

23、三条路线，这些路线用于缩短车队中的三辆车在停靠点之间的行驶时间。使用网络分析优化车辆路线的组织通常每年将节省 20% 或更多的运输成本。空间分析是 GIS 中值得关注且引人注目的功能之一。通过空间分析，GIS 用户可借助于一组大型、丰富且复杂的空间运算符将来自许多独立信息源的信息进行组合，从而得到一组全新的信息（结果）。GIS 专业人员使用地理处理“将自己的想法编写成程序”以获得分析结果。这些结果将转而应用于各种各样的问题。获得状态报告在 Web 上，地图可用于显示状态并确保团队及时了解最新发生的事件。GIS 信息具有动态性，并且对于很多图层，GIS 信息经常更新。动态地图是人们通过普通图像了

24、解最新信息的有效方式。 联合国人道事务协调办公室 (Office for the Coordination of Humanitarian Affairs, OCHA) 提供的这张状态地图显示了对 2010 年一月海地地震的人道主义救援活动的情况。影像由 OCHA (/) 提供。一种非常普遍的 GIS 应用是显示数据源和特定用户组状态的运营仪表板。仪表板中的信息图层针对特定用户群和他们的运营需求，使他们能够更为有效地工作并更为迅速地做出响应。很多 Web 地图被用作运营仪表板，这些仪表板将显示多个工作团队的状态信息，以确保每位成员均能够及时了解最新

25、信息。这是公用事业水网的运营仪表板。此运营仪表板中显示了直接来自现场、运营中心和呼叫中心的最新信息。编译地理信息可使用地图对要素和其他数据进行编译和编辑，这些要素和数据在地理数据库中进行管理和维护。可供编辑的最佳 GIS 地图会提供要添加到地图中的特定类型要素以及相关编辑工具和属性特性。用户可通过 ArcGIS 将这些编辑属性作为图层设计的一部分进行定义和共享。 在此地图中，使用了表示土地利用类型的要素调色板来显示不同类型的土地利用区域。您可以简单绘制（绘制出轮廓）多个建议区域，以便对各种土地利用方案进行可视化和分析。可使用移动 GIS 地图在现场采集数据并在移动地图上接收和查看状态报告。展示

26、构想、概念、计划和设计方案地图有助于展示构想、计划和设计方案。结合交互式要素报告的有效图层显示是可视化、展示和了解多种不同方案的重要途径。 上方所示是一些用于开发和显示设计方案的 2D 地图和 3D 地图，以及一些用作设计决策的输入的分析结果。开放式共享地理知识如上方地图示例所示，地图可有效并且高效地对地理知识进行形象化的展现。GIS 用户可凭借高质量的地图进行相互交流并共享地理信息和地理知识。地图信息元素地理信息元素概述Resource Center » 基本知识库 » 什么是 GIS？ » 地理信息元素与地图一样，GIS 也是基于图层的。就像地图中的专题图层，

27、GIS 数据集表示单个要素的逻辑集合，同时将各个要素的地理位置、形状以及相关描述性信息作为属性进行存储。 在 GIS 技术出现之前，地图制作者通过创建一系列地图图层来描述地理位置并表示其特征。他们通常采用可在看版台上进行叠加的透明度。这些集成显示用于显示空间关系并有助于了解某个地点的相关特征。专业人士会依据这些显示进行解释并得出相关结论。Ian McHarg 博士就是一位将此过程应用于规划的梦想家，他既是一名景观设计师，也是在使用自然系统进行区域规划方面的著名作家。他于 1969 年出版了重要著作设计结合自然，明确提出了生态规划的概念，此概念即运用了地图叠加原理。可通过“维基百科”了解有关 I

28、an McHarg 及其著作的详细信息。大约在同一时期，“GIS 之父”Roger Tomlinson 博士也提出了早期的 GIS 理念。他从 GIS 其他方面更深入地阐述了作为 GIS 基石的专题图层及叠加图层的概念。 这些早期的 GIS 专业人士一直积极探索如何将地理信息分割成一系列逻辑信息图层，而不仅仅是对象的随机组合。他们曾经设想将同类制图表达的集合作为图层进行管理。这些 GIS 用户按数据主题（其中每个数据主题描述某一现象的分布情况）对信息进行分类并对如何跨地理范围描绘各个专题进行说明。他们发现可以使用相对简单的 GIS 数据类型（点、线、面及栅格）。这些简单的数据图层可通过位置进行

29、合并，也就是说，通过地理配准可在地图中合并数据集或使用地理处理操作（如面叠加）进行叠加。这些先驱者同样也提出了数据采集协议以及将这些采集数据作为地理数据图层进行管理的方法。以下是一个表示土壤的示例。可为指定范围内的每个区域（面）分配一个主体土壤类型并使用每个面的属性或特性对土壤类型进行分类和描述，从而确保其分类和描述信息保持一致。在土壤示例中，将为各个土壤多边形记录经常涉及到的属性集。 可将主题定义为描述代表主体土壤类型的各个不同区域（也就是说，是土壤类型多边形的图层集合及其作为属性值的描述信息）。这种地理图层组织原则后来成为了通用的 GIS 原则之一，为 GIS 系统如何表示、操作、管理和应

30、用地理信息奠定了基础。地理信息图层的三种基本制图表达形式 Resource Center » 基本知识库 » 什么是 GIS？ » 地理信息元素所有用于表示和管理地理信息的 GIS 行为都基于地理信息的三种基本制图表达或表现形式：· 要素（点、线和面的集合）· 属性· 影像下文将对每一种类型进行描述。要素 - 点、线和面地理要素用于表示位于地球表面或接近地球表面的事物。地理要素可以是自然事物（例如河流和植被），可以是人造事物（例如道路、管线、井和建筑物），还可以是细分用地（例如县、行政区和地块）。虽然还有多种其他类型的要素，但地理要素

31、最常使用点、线或面来表示。· 点 用于定义小到无法用线或面表示的地理要素的离散位置，例如井位、电话线杆和河水位标。点还可表示地址位置、GPS 坐标或山峰。 · 线 用于表示宽度过小而无法用面表示的地理对象（例如街道中心线和河流）的形状和位置。线还可用于表示只具有长度而不具有面积的要素，例如等值线和行政边界。（等值线很值得关注，因为它们可作为连续表面的另一种表示方法。下文中将对等值线进行介绍。） · 面 是闭合区域（多边形），用于表示同质要素（例如州、县、宗地、土壤类型和土地利用区域）的形状和位置。在以下示例中，面表示地块。 属性地图通过地图符号、颜色和标注来传达描

32、述性信息。例如：· 道路基于各自道路类（例如表示分车道高速公路、主街道、居住区街道、未铺面道路和小路的线符号）来显示。· 河流和水体通常使用表示水的蓝色来绘制。· 城市街道标有名称，并通常标有一些地址范围信息。· 特殊的点符号和线符号用来表示特殊要素，例如铁路线、机场、学校、医院和各种类型的事件。在 GIS 中，描述性属性在表中进行管理，而表以一系列基本关系数据库概念为基础。属性表为存储和使用属性信息提供了简单、通用的数据模型。属性表本身是开放的，因为所具有的简单性和灵活性的特征使属性表能够广泛支持众多应用程序。以下是几个重要的概念：· 使用表

33、组织描述性数据。· 表包含行。· 表中所有行具有相同的列。· 每一列都具有一种类型，例如整型、小数型、字符型和日期型。· 在关系数据库中，这些概念还包括一系列可用于处理表及其数据元素的关系函数和操作符。即“结构化查询语言”或 SQL。影像GIS 中的影像通常指多种类型的基于像元或基于像素的数据源 - 用于卫星、航空摄影、数字高程模型、栅格数据集等。影像作为一种栅格数据类型进行管理，这种类型的栅格数据由像元组成，像元则以行和列组成的格网结构排列。除地图投影之外，栅格数据集的坐标系还包含栅格数据的像元大小和一个参考坐标（通常位于格网的左上角或左下角）。通过这

34、些属性可使用从左上角一行开始的一系列像元值描述栅格数据集。通过原点的参考坐标、像元大小以及行数和列数可自动定位每个像元。典型的影像源包括可拍摄航空像片的照相机，可根据地面位置对所拍摄的航空像片进行地理配准和校正（例如数字正射影像）。影像也用于收集电磁光谱的可见部分和不可见部分中的数据。例如美国陆地资源卫星 (Landsat) 所携带的多光谱扫描仪，这一系统可使用电磁光谱中的七个波段（或范围）来记录影像。每一波段的测量值都会记录到单独的格网中。七个格网的堆栈共同构成了多波段影像。空间关系和行为 Resource Center » 基本知识库 » 什么是 GIS？ »

35、 地理信息元素除 GIS 数据类型之外，要素和栅格还常与其他要素和保存在多个表中的属性值产生关系。这些空间和属性关系以及某些行为可通过扩展三种基本类型的地理信息进行建模。下面是空间和属性关系的一些示例。网络某些线状要素会彼此相连。例如，道路网中的街段、水网中的管道、水文网中的河流线以及电网中的电线都会互相连接。通过追踪网络可执行许多操作，例如，查找最快行驶路径、识别出水网中要关闭的阀门或者追踪河流的下游。 拓扑许多要素彼此相邻并具有重叠几何；例如，相邻的县、宗地及其他行政区域共享重叠的边。 相关表要素的许多描述性信息通常存储在单独的属性表中。使用标准的关系数据库方法可将这些单独属性表中的属性与

36、各个要素相关联。 汇总所有类型的地理信息（要素、栅格和属性）均可参与这些空间和属性关系。在 GIS 中，可使用扩展的数据类型（例如拓扑和网络）对这样的关系进行建模。 此外，可通过对地理对象应用一系列的空间运算符来发现和识别出多种类型的空间关系。例如，可在要素周围的给定距离处创建缓冲区并与另一个数据集进行面叠加，从而识别出 GIS 中靠近某一要素的其他要素。示例：表示表面 Resource Center » 基本知识库 » 什么是 GIS？ » 地理信息元素此示例说明如何在 GIS 中进行表面高程建模。此示例非常有用，因为用户通常需要使用多个数据集表示和分析表面高程

37、。而其中大多数数据集都是来自为数不多的几个数据源。 通常需要以下数据集：· 存储为栅格形式的数字高程模型 (DEM) 数据集。DEM 用于表面分析应用，其作用是派生显示表面所需的其他数据集。· 不规则三角网 (TIN)。TIN 主要从激光雷达、其他 3D 点以及 3D 线（如水体海岸线、山脊线等）等数据源获取。· 等值线和高程点。这些要素类由 DEM 派生，用于显示表面高程。· 晕渲地貌栅格也由 DEM 派生，同样用于表面高程显示。GIS 中的连续表面 连续表面描述地球上的每个点都有值的情况。例如，表面高程即是一个连续图层，它由整个数据集中位于平均海平面

38、以上的地面高程的值构成。此外，降雨量、污染浓度、人口密度和地下地质构造制图表达等也属于表面类型。表面表示颇具挑战性。对于连续数据集，不可能将所有位置的所有值都表示出来。有多种使用要素和栅格表示表面的备选方案。 GIS 通常需要使用多个表面表示和数据集来描述表面高程。例如：等值线和高程点 - 等值线是表示具有相等值（如表面高程高度）的位置的线。高程点可用于表示重要的山峰。栅格数据集 - 每个栅格包含一个由栅格单元组成的矩阵，每个单元值表示连续变量的一个测量值。例如，DEM 常用于表示表面高程并通常使用晕渲地貌地图进行描绘。TIN - TIN 是以多个三角形相连的网络表示表面的数据结构。每个三角形

39、结点都有一个 x,y 坐标和一个 z 值或表面高程值。TIN 可以包含表面高程建模所需的其他信息，如山脊线、水系线、建筑垫层和水体边界。与 DEM 类似，TIN 制图表达可用于通过插值估计任意位置的表面值。地理信息元素GIS 如何表示地理信息并构建信息模型 Resource Center » 基本知识库 » 什么是 GIS？所有地理信息都使用三个主要的 GIS 数据结构来表示和管理：· 要素类· 属性表· 栅格数据集这三个基本的数据类型可通过增加一些功能而进行扩展，以管理数据的完整性、建立地理关系的模型（如网络连通性和流向）并添加重要的地理行为

40、。每个 GIS 都有一组数据集 通常，GIS 用于处理若干不同的数据集，其中每个数据集都包含关于特定要素集合（例如，道路）的数据，而特定要素集合则被地理引用到地球表面。GIS 数据库根据一系列数据专题而设计，每一专题均有指定的地理制图表达。例如，单个的地理实体可表示为以下内容：要素（如点、线和面），使用栅格的影像，使用要素、栅格或 TIN 的表面，以及保存在表格里的描述性属性。在 GIS 中，地理对象的同类集合被组织为宗地、井、建筑物、正射影像和基于栅格的数字高程模型 (DEM) 等数据专题。精确而简单定义的地理数据集对于有用的地理信息系统是至关重要的，而基于图层的数据专题的设计则是一个关键的

41、 GIS 概念。GIS 数据集是地理要素的逻辑集合数据集是每一专题同类要素的集合。地理制图表达在一系列数据集或图层中进行组织。大多数数据集是道路网络、宗地边界集合、土壤类型、高程表面、某个日期的卫星影像、井位或地表水等简单地理元素的集合。在 GIS 中，空间数据集合通常被组织为要素类数据集或基于栅格的数据集。许多数据专题最好使用土壤类型或井位等单一数据集表示。其他专题，如交通框架或表面高程，经常使用多个数据集表示。例如，交通可能被表示为街道、十字路口、桥梁、高速公路坡道、铁路等多个要素类。下表说明了如何使用多个数据集来表示表面高程。栅格数据集用于表示地理配准影像及高程、坡度和坡向等连续表面。常

42、用的 GIS 制图表达 专题地理制图表达河流线大型水体面植被面城镇地区面道路中心线线行政边界面井位点正射投影栅格卫星影像栅格表面高程DEM 栅格等值线高程点晕渲地貌栅格地块面宗地税记录表专题图层变为数据集。这是 GIS 数据库中的关键组织原则。每个 GIS 的公共地理区域中都将含有多个专题。专题的集合用作图层的堆叠。每个专题均可作为独立于其他专题的信息集进行管理。每个专题都有自己的制图表达（作为点、线、面、表面、栅格等的集合）。 因为图层是空间参考的，所以图层互相叠加并且可以在常用地图显示里组合在一起。此外，面叠加等 GIS 分析工具可以融合数据图层之间的信息以发现并处理派生出的空间关系。任何

43、有效的 GIS 数据库都将遵守这些通用原则和概念。每个 GIS 都需要一种利用这些术语说明地理数据的机制，还需要一整套使用、管理和共享该信息的工具。GIS 用户如何处理地理信息用户以两种基本方式处理地理数据：· 作为数据集，这些数据集是要素、栅格或属性的同类集合，如宗地、井、建筑物、正射影像和基于栅格的数字高程模型· 作为单个元素或子集，如单个要素、栅格和包含在每个数据集里的属性值处理 GIS 数据集在 ArcGIS 中，地理对象的同类集合被组织为关于宗地、井、道路、建筑物、正射影像和基于栅格的 DEM 等常见主题的数据集。用户在 ArcGIS 中执行的许多操作都使用数据集

44、作为输入或创建新数据集作为结果。数据集也是在 GIS 用户之间共享数据的最常用的方法。数据集为以下每一项提供主要数据源：地图、地球和 3D 场景：这些视图以一系列地图图层的方式，展示地理信息的概况。每个地图图层都引用一个特定的 GIS 数据集，并用于符号化和标注该数据集。因此，地图图层有助于 GIS 数据集在 GIS 中生动展示。2D 地图和 3D 场景里的地图图层用于符号化和标注 GIS 数据集。这张地图中包含城市、高速公路、州县边界、水体和河流的图层。每个图层都用于描绘一个 GIS 数据集。 地理处理输入和派生出的数据集：GIS 数据集是常见的数据源，用于地理处理、自动数据处理和 GIS

45、分析。数据集用作输入，于是派生出新数据集，作为各种地理处理工具的结果。通过地理处理可将许多任务作为一系列的操作来自动完成，这样，在一个步骤中即可同时运行多个任务。这有助于创建可重复执行且记录完备的数据处理工作流。 用户还可以处理 ArcGIS 数据集以执行空间分析。 此模型说明了如何对潜在的新公园地点进行标识和分级。好的候选地址必须人流密集，且不能离已有的公园太近。 处理数据集中的单个要素和元素除了处理数据集之外，用户还可以处理数据集中的单个元素。这些元素包括单个要素、属性表中的行和列，以及栅格数据集中的单个单元。例如，在指向一块宗地对其进行标识时，即是在处理数据集中的单个数据元素： 正如编辑

46、道路中心线的示例所示，编辑要素时，即是在处理单个数据元素： 处理表时，用户即是在处理行和列中的描述信息，如下所示： 地图应用程序为 GIS 提供基础的用户界面 Resource Center » 基本知识库 » 什么是 GIS？GIS 用户使用的是交互式地图。有一系列 GIS 地图应用程序可为用户使用 ArcGIS 提供主要界面。使用地图文档 (ArcMap MXD) 和 ArcGIS Web 地图来封装在这些应用程序中使用和共享的地图。 多种 GIS 地图应用程序GIS 地图为许多 GIS 应用程序提供基础的用户界面。用户可以指向地图要素以显示要素相关信息、发现新的关系、

47、执行编辑和分析以及使用地理视图有效地传达结果。 可以在多种应用程序框架中部署大量替代 GIS 地图应用程序，以支持多种类型的用户和任务。其中包括以下内容：专业 GIS 地图ArcGIS Desktop 用户（ArcView 用户、ArcEditor 用户和 ArcInfo 用户，通常还包括自定义 ArcGIS Engine 应用程序用户）可使用一组丰富的制图应用程序（例如 ArcMap）来执行日常工作。ArcGIS Desktop 提供了专业的 GIS 应用程序，可用于制作和使用地图、使用 3D 场景和地球、编译数据、运行 GIS 分析以及发布 GIS 信息产品以供组织中的其他人使用。 专业

48、GIS 地图应用程序的常见任务包括：· 制作地图。· 编辑数据。· 执行空间分析。· 显示结果。· 创建地理信息动画。· 数据成图。· 以桌面地图、Web 地图和 ArcGIS Explorer 地图形式发布和共享。· 打印地图。Web 地图Web 地图受众广泛（从市民到现场工作人员、操作人员、管理人员和主管）并且与 ArcGIS Server 一同发布。Web GIS 应用程序的用户体验与许多用户 Web 地图（例如 Google 地图和 Microsoft Bing 地图）很像。 您可以创建和共享自己的自定义

49、Web 地图应用程序，这些应用程序由 ArcGIS Server 托管的强大的后端地图和地理服务提供支持。Web 地图彼此之间可以轻松组合（即混搭）。 Web 应用程序在 ArcGIS 中，可通过以下应用程序编程接口 (API) 构建和部署 Web 地图：JavaScript、Adobe Flex 和 Microsoft Silverlight。Web 制图应用程序适用于对多个 Web 地图和 GIS 服务器中的信息进行合并。下面列出了一些在自定义应用程序中使用的典型任务：· 地图与专门任务（识别、查询、汇总等）一起使用· 简单编辑（例如，允许公民作为社区成员编译和共享自己

50、的信息）· 基于属性和表单进行更新· 访问状态地图（环境感知）· 融合多个服务器中的信息ArcGIS ExplorerArcGIS Explorer 是 ESRI 提供的免费应用程序，可与任意用户共享。Explorer 用于构建以 2D 和 3D 视图形式提供地理信息的交互式 Web 地图。这些 GIS 地图可集成多个信息集。ArcGIS Explorer 通常依赖于 ArcGIS Web 和其他 Web 服务（KML、WMS 等），但也可以使用本地数据集。 以下是 ArcGIS Explorer 的一些特征：· 可以访问通过 ArcGIS Server

51、 发布的任意 2D 或 3D 底图，并且能够叠加几乎所有 GIS 服务（KML、OGC、Bing 以及其他服务）。· 支持高级 GIS 任务和访问地理处理服务。· ArcGIS Explorer 演示模式对使用地图和 GIS 来揭示信息以及与社区进行沟通和可视化社区非常有效。· 可以帮助用户回答许多问题，远远超过简单的 Web 制图功能： § 客户在哪？§ 应该在哪开设新店面或设施点？§ 这次突发事件会影响到谁？第一个响应者在哪？弱势群体处于哪个位置？数量是多少？受影响的老年人在哪？孩子们在哪？疏散中心应该设在哪？§ 对停电

52、做出响应的最佳方法是什么？能否准确定位停电位置？§ 城市中交通最拥挤的区域在哪？§ 依据此备选拟议计划，地块的预计税基是多少？§ 新开发项目会对环境造成什么影响？§ 空气质量对主要道路附近的孩子们有什么影响？§ 如果水位上升一米将会怎样？· 可免费下载和使用。移动 GIS 应用程序无线移动设备的广泛使用（手机使用的发展）以及全球定位系统 (GPS) 的普遍应用加速了移动 GIS 的发展。ArcGIS 提供的移动功能可在无线设备（使用移动 Web）以及带有高级 GPS 功能的设备（用于野外数据采集和制图）上使用。无线移动设备使用标准的

53、Web 地图框架，而 Tablet PC 和专业 GPS 设备则使用特殊地图，可使用 ArcGIS Mobile 技术通过移动设备将这些特殊地图带到野外。ArcMap 文档和 Web 地图 Resource Center » 基本知识库 » 什么是 GIS？地图可用于实现 GIS 的部署和共享。每个交互式 GIS 地图都是一种说明如何将地理信息结合在一起并进行描绘的规范。创建地图时，需要指定地图图层以及它们在地图中的绘制顺序。每个图层都可用于对特定数据集进行符号化和标注。此外，还需要定义通过各图层中的要素可访问哪些信息，以及可对图层执行哪些附加操作（例如，空间分析或编辑）。

54、 可将地图定义作为地图文档进行保存和共享。例如，您可将 GIS 地图副本发送给其他用户。这样，用户便可在多种应用程序以及多个组织中部署共享的地图。ArcGIS 用户使用和共享两种主要类型的交互式地图 - ArcMap 文档（及其图层）和 GIS Web 地图。· 通过 ArcMap 文档，Desktop 用户可与其他 Desktop 用户共享专业的 GIS 工作。借助地图文档，还可通过 ArcGIS Server 将地图及其包含的基本地理信息以地图服务和其他 GIS 服务的形式进行发布。· 通过 Web 地图，可在很多在线客户端中共享和使用地图服务，例如，可在 ArcGIS

55、 Desktop、ArcGIS Explorer、iPhone 和其他移动客户端中打开和使用 Web 地图。Desktop 用户和初学者均可创建和共享 Web 地图。下面将对各种地图文档进行详细的介绍。ArcMap 文档 ArcMap 文档和图层在 ArcMap 中创建和使用，ArcMap 是 ArcGIS 的主要制图应用程序。 每个 ArcMap 文档都包含完整的地图规范 - 地图图层、图层的显示属性、编辑规则、分析模型、属性访问和报告等。创建 ArcMap 文档并为其定义各种地图属性后，GIS 地图的所有属性也将被保存。这将收集多种图层属性和交互设置 - 数据源；地理数据的符号化、标注和可

56、视化方式；所使用的地图比例和各比例下的图层外观；工具规范（例如，如何编辑图层以及在哪些数据集中存储新要素）；用于处理特性信息的属性等等。这些属性被捕获并封装在地图包和图层包中。地图还可以完整封装如下信息：如何编辑要素、使用哪些属性以及如何在弹出窗口中显示这些属性。地图包将指定保存数据的地理数据库、用于获取新信息集的地理处理模型（即工具）和用于将附加属性信息与地图相关联的关联表。所有这些设置均被捕获为地图的一部分。每个 ArcGIS 地图文档都可捕获制图以及地理信息的其他所有元素 - 地理数据库、编辑模板和编辑规则、分析模型、表和图表的使用方法等。地图文档中的关键信息元素之一就是地图图层，用户通

57、常还希望以独立的图层文件或图层包形式共享和封装图层信息。这样，用户便可相互之间共享地图，从而使多个用户以共同的方式查看和使用地理信息。任何 ArcGIS Desktop 用户均可获得其他用户的地图包或图层包的副本，随后，只需双击即可在 ArcMap 中打开并使用这些文档。从其他用户接收到地图包（或图层包）后，可将该包下载到您的计算机上，该包将对 ArcGIS Desktop 进行相应调整 - 该包同样能够完成用户设计并构建到共享的地图包或图层包中的所有工作。其他用户能够完成的每项操作，您现在也可以完成。此外，这些 ArcGIS 文档和包也可作为地图服务发布在 Web 上。凭借 ArcGIS S

58、erver，用户可以将任何地图、地理数据库或模型转换为 GIS Web 服务，以便在工作组或整个企业范围内共享，或者在云端进行开放式共享。在地图中封装相关信息并使用 ArcGIS Desktop 共享地图和图层 文档关键属性共享形式地图文档· 地图名称、摘要、描述等· 地图图层列表· 地理数据库· 地理处理工具· 影像服务· 每个图层的属性· 地图文档 (MXD)· 包含相关数据的地图包 (MPK)图层· 图层名称、摘要、描述等· 特性（名称、元数据、地图比例、数据源、透明度等）· 特

59、性：可见字段、别名、显示表达式、只读与更新等· 符号系统· 标注· 编辑属性· 要素的附件· 识别和弹出窗口属性· 时间感知属性· 图层文件 (LYR)· 包含相关数据的图层包 (LPK)· 地图文档/包中的一个图层有关地图文档和图层的详细信息，请参阅什么是 ArcMap？。ArcGIS Web 地图ArcGIS Web 地图是一组经过编排的地图服务图层，它们可作为单个地图同时打开和使用。Web 地图可在 Web 上共享，并且可在任一 ArcGIS 客户端应用程序（例如，ArcMap、ArcGIS Explorer Online、ArcGIS.com、iPhone 等）中打开。 您可使用 web 浏览器来合并