ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程

ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程

目录

1.内容综述.................................................4

1.1研究背景.................................................5

1.2研究目的.................................................6

1.3研究内容.................................................6

2.ArcGIS基硒;操作..........................................8

2.1ArcGIS软件安装与启动...................................8

2.2ArcGIS界面介绍...........................................9

2.3数据管理.................................................11

2.3.1数据类型..............................................12

2.3.2数据导入导出..........................................14

2.4图形编辑.................................................15

2.4.1点、线、面要素编辑..................................16

2.4.2图形属性编辑.........................................18

3.空间数据准备............................................19

3.1空间数据格式............................................20

3.2空间数据预处理..........................................21

3.2.1数据检查..............................................23

3.2.2数据转换..............................................24

3.3空间参考系统............................................26

3.3.1坐标系统类型.........................................27

3.3.2坐标系统转换.........................................28

4.空间分析基本概念......................................29

4.1空间分析概述............................................30

4.2空间分析方法............................................32

4.2.1距离分析..............................................33

4.2.2密度分析..............................................34

4.2.3覆盖分析..............................................35

4.2.4聚类分析..............................................37

5.距离分析实验............................................39

5.1距离分析概述............................................39

5.2距离分析操作............................................40

5.2.1〃算最近点.........................................41

5.2.2距离缓冲区............................................42

6.密度分析实验............................................43

6.1密度分析概述...........................................44

6.2密度分析操作...........................................45

6.2.1频率密度分析.........................................47

6.2.2高斯密度分析.........................................48

7.覆盖分析实验............................................50

7.1覆盖分析概述...........................................51

7.2覆盖分析操作............................................52

7.2.1查询重叠区域.........................................53

7.2.2求交集................................................54

8.聚类分析实验.............................................55

8.1聚类分析概述............................................56

8.2聚类分析操作............................................57

8.2.1K均值聚类.............................................58

8.2.2系统聚类..............................................59

9.高级空间分析实验.........................................60

9.1空间插值................................................61

9.1.1空间插值方法..........................................62

9.1.2空间插值操作.........................................63

9.2空间网络分析............................................64

9.2.1空间网络分析概念....................................65

9.2.2空间网络分析操作...................................66

9.3空间统计分析............................................67

9.3.1空间统计分析方法.....................................68

9.3.2空间统计分析操作....................................69

10.实验结果分析与解释......................................71

10.1结果分析原则...........................................72

10.2结果解释方法.........................................73

11.总结与展望.............................................74

1.内容综述

本教程旨在为ArcGIS地理信息系统用户提供一个全面的空间分析实验指导。内容

涵盖ArcGIS软件的基本操作、空间数据的处理方法、以及各类空间分析技术的应用。

教程分为以下几个主要部分：

（1）ArcGIS基础操作：介绍ArcGIS软件的基本界面、数据管理、视图控制等基

本功能，帮助用户快速上手。

（2）空间数据预处理：讲解如何导入、编辑、及影和转换空间数据，确保空间数

据的质量和一致性。

（3）空间数据查询与分析：介绍空间查询、缓冲区分析、叠加分析等常用空间分

析方法，帮助用户从空间数据中提取有用信息。

（4）网络分析•：详细讲解网络分析的基本原理和常用算法，如路径分析•、服务区

分析等，以满足不同场景下的路径优化和资源分配需求。

（5）空间统计与分析：介绍空间统计方法，如密度分析、聚类分析等，以及空间

插值技术，帮助用户分析地理空间现象的分布和变化规律。

（6）空间模型与模拟：讲解如何利用ArcGIS进行空间模型构建和模拟实验，为决

策提供科学依据。

（7）案例分析：通过实际案例，展示空间分析在实际工作中的应用，帮助用户更

好地理解和掌握空间分析方法。

通过本教程的学习，用户能够熟练运用ArcGIS进行空间数据的处理和分析，为地

理信息系统的研究和应用提供有力支持。

1.1研究背景

随着科技的飞速发展，地理信息系统（GIS）已成为现代社会管理和决策的重要工

具。ArcGIS作为GIS领域内的领先软件，广泛应用于城市规划、资源管理、环境保护、

灾害预防等多个领域。空间分析作为GIS的核心功能之一，能够对地理空间数据进行深

入挖掘和分析，为解决实际问题提供科学依据入

在我国，随着经济社会的快速发展和城市化进程的不断加快，对地理信息系统的需

求日益增长。ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程的编制，旨在为广大地理信息专

业学生和实际工作者提供一个系统、实用的空间分析学习平台。通过对ArcGIS软件的

操作和应用，学习者可以掌握空间分析的基本原理和方法，提高解决实际问题的能力。

当前，空间分析在以下方面具有广泛的应用前景：

1.城市规划与设计：利用空间分析技术，可以对城市土地利用、交通网络、环境质

量等进行评估，为城市规划提供科学依据。

2.资源管理：通过对自然资源、土地、水资源等进行空间分析，有助于优化资源配

置,提高资源利用效率。

3.环境保护：空间分析可以帮助监测生态环境变化，评估环境风险，为环境保护决

策提供支持。

4.灾害预防与应急管理：利用空间分析技术，可以对自然灾害、事故等进行风险评

估和预警，提高灾害预防和应急管理水平。

5.农业生产：空间分析在农业生产领域可用于土壤类型划分、作物产量预测等，为

农业生产提供科学指导。

因此，ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程的编写具有重要的现实意义，有助

于推动地理信息系统在各个领域的应用与发展。

1.2研究目的

本研究旨在通过ArcGIS地理信息系统，对空间分析的基本原理和方法进行系统学

习和实践。具体研究目的如下：

1.掌握ArcGIS软件的基本操作和功能，为后续的空间分析实验打下坚实基础。

2.理解和熟悉空间数据结构，包括矢量数据和栅格数据的特点和应用场景。

3.学习并运用空间分析的基本方法，如缓冲区分析、叠加分析、网络分析等，解决

实际问题。

4.培养空间思维能力和问题解决能力，提高地理信息系统在地理研究、城市规划、

资源管理等方面的应用水平。

5.探索ArcGIS在多学科领域的应用潜力，为我国地理信息科学的发展提供有益参

考和借鉴。通过本次实验，期望学生能够将理论知识与实践相结合，提升自身在

实际工作中运用地理信息系统进行空间分析的能力。

1.3研究内容

本实验教程旨在通过ArcGIS地理信息系统进行空间分析，涵盖了以下几个主要研

究内容：

1.空间数据基础：介绍ArcGIS中常用的空间数据类型，包括矢量数据和栅格数据,

以及如何导入、编辑和管理这些数据。

2.基础空间分析操作：讲解如何使用ArcGIS进行空间数据的叠加、缓冲区分析、

距离分析、邻近分析等基本空间操作，以及如何生成空间索引以优化空间查询效

率。

3.空间查询与检索：探讨如何利用ArcGIS进行空间查询，包括属性查询、空间查

询和SQL查询，以及如何利用空间索引快速检索空间数据。

4.空间统计与分析：介绍如何使用ArcGIS进行空间统计分析，包括统计地理分布、

计算空间密度、识别热点区域等，以及如何进行空间自相关分析和地理集中性分

析。

5.地理网络分析：讲解如何利用ArcGIS进行网络分析，包括路径分析、服务区分

析、网络成本分配等，以及如何构建和优化地理网络模型。

6.空间建模与可视化：介绍如何使用ArcGIS进行空间建模，包括创建空间模型、

运行模型和评估模型结果，以及如何利用地图符号化和可视化技术展示空间分析

结果。

7.实例分析与应用：通过实际案例，展示如何将ArcGIS的空间分析功能应用于不

同领域，如城市规划、环境监测、资源管理、灾害评估等。

通过以上内容的学习，读者将能够熟练掌握ArcGIS的空间分析技能，并能够将其

应用于实际问题解决中。

2.ArcGIS基础操作

在开始进行空间分析实验之前，了解和掌握ArcGIS软件的基础操作是至关重要的。

以下是一些ArcGIS中常用的基础操作步骤：

(1)安装与启动ArcGIS

1.确保您的计算机满足ArcGIS的硬件和软件要求。

2.从ArcGIS官方网站或授权经销商处获取ArcGIS软件安装包。

3.运行安装程序，按照提示完成安装过程。

4.安装完成后，在开始菜单或泉面快捷方式中找到ArcGIS软件，并双击启动。

(2)界面布局

ArcGIS界面主要包括以下几个部分：

•工具栏：提供各种常用工具的快捷按钮。

•菜单栏：包含ArcGIS中所有功能的下拉菜单。

•地图窗口：显示当前打开的地图内容。

•图层列表：列出当前地图中所有图层的列表。

•属性栏：显示当前选中图层的属性信息。

•工具箱：提供各种空间分析工具。

（3）数据管理

1.打开地图：通过菜单栏的“文件”菜单选择“打开”，选择一个包含所需数据的

地图文件（.mxd）。

2.添加数据：在图层列表中右键点击，选择“添加数据”，然后从文件夹中导入所

需的数据文件（如.shp.tif等）。

3.数据编辑：在图层列表中右键点击所需图层，选择“编辑”，进行数据的添加、

删除、修改等操作。

（4）空间查询

1.属性查询：在图层列表中右键点击所需图层，选择“属性”，然后通过查询条件

筛选数据。

2.空间查询：使用工具栏中的“空间查询”工具，根据空间关系（如包含、相交等）

筛选数据。

（5）空间分析工具

ArcGIS提供了丰富的空间分析工具，以下是一些常用的空间分析操作：

2.1ArcGIS软件安装与启动

在开始进行ArcGIS地理信息系统空间分析实验之前，首先需要确保您的计算机上

已经安装了ArcGIS软件。以下是ArcGIS软件的安装与启动步骤：

1.软件获取:

•您可以通过购买ArcGIS软件的正版授权来获取软件安装包。

•也可以通过学校或工作单位的授权渠道获取ArcGIS软件的安装包。

2.安装准备：

•在安装前，请确保您的计算机满足ArcGIS软件的系统要求，包括操作系统版本、

CPU、内存、硬盘空间等。

•在安装过程中，请确保网络连接稳定，以便下载必要的组件。

3.安装步骤：

•双击安装包，启动安装程序。

•阅读软件许可协议，勾选同意条款。

•选择安装类型，通常推荐选择“典型安装”或“自定义安装”，以便安装所有必

要的组件。

•选择安装路径，建议选择系统分区以外的磁盘，以便于管理和维护。

•安装过程中可能会提示您选择附加的组件或工具，根据您的需求进行选择。

•点击“安装”按钮，开始安装过程。

4.安装完成：

•安装完成后，系统会提示您重启计算机以完成安装。

•重启计算机后，ArcGIS软件即安装完成。

5.启动ArcGIS软件：

•在开始菜单中找到ArcGIS软件的启动程序，通常位于“ArcGIS”或“Esri”文

件夹下。

•双击启动程序，即可打开ArcGIS软件界面。

启动软件后，您将看到ArcGTS的欢迎界面，这里可以浏览教程、打开项目或创建

新的地图文档。接下来，您就可以开始进行ArcGIS地理信息系统空间分析实验了。

2.2ArcGIS界面介绍

ArcGIS作为一款功能强大的地理信息系统（GIS）软件，其用户界面设计旨在提供

直观、高效的操作体验。在开始进行空间分析实验之前，了解ArcGIS的界面布局和各

个组件的功能是非常重要的。以下是ArcGIS界面的主要组成部分及其简要介绍：

1.标题栏：位于界面顶部，显示当前打开的ArcGIS项目文件的名称，以及软件的

版本信息。

2.菜单栏：位于标题栏下方，包含一系列菜单选项，如文件（File）、编转（Edit）.

视图（View）、工具（Tools）、数据（Data）、分析（Analysis）、窗口（Window）

和帮助（Help）。通过菜单栏可以访问ArcGIS的各种功能和选项。

3.工具栏：菜单栏下方通常有一个或多个工具栏，其中包含常用的快捷工具按钮，

如新建、保存、导出、放大、缩小、全图显示等。

4.地图显示窗口：是ArcGIS的核心部分，用于显示和操作地图。用户可以在地图

窗口中查看、编辑和创建地理数据。

5.图层列表：通常位于地图显示窗口的左侧或右侧，用于管理和组织地图中的各个

图层。用户可以通过图层列表来添加、删除、排序和配置图层属性。

6.属性表：位于图层列表下方，用于显示和编辑图层中的属性数据。用户可以在此

窗口中查看和编辑图层的字段值。

7.目录树：位于属性表下方，用于展示和管理GIS项目中的数据、地图文档、工具

箱和其他资源。

8,分析工具箱：位于目录树下方，提供了丰富的空间分析工具，包括缓冲区分析、

叠加分析、网络分析等。

9.书签：用于保存地图的视图和配置，方便用户在不同视图之间快速切换。

10.进度条：位于界面底部，用于显示当前操作的进度，如数据加载、分析处理等。

通过熟悉这些界面组件的功能和操作方式，用户可以更加高效地利用ArcGIS进行

空间分析实验。在后续的实验过程中，我们将详细介绍如何使用这些组件来完成具体的

分析任务。

2.3数据管理

在ArcGIS地理信息系统空间分析中，数据管理是至关重要的环节。有效的数据管

理不仅能够保证数据的质量和安全性，还能提高空间分析的效率。以下是在ArcGIS中

进行数据管理的一些关键步骤和注意事项：

（1）数据组织

1.图层结构：合理组织图层结构，将相关的地理要素划分为不同的图层，便于后续

的查询、分析和可视化。

2.文件夹管理：使用文件夹对数据进行分类管理，如按照数据类型、项目名称或时

间顺序进行划分，便于查找和更新。

3.数据命名：遵循统一的数据命名规范，确保数据名称简洁、明了，易于识别和记

忆。

（2）数据导入与导出

1.数据导入；将外部数据源（如CSV、Shapefile、Excel等）导入到ArcGIS中,

可以使用ArcGIS的“数据”菜单或“导入”工具条。

2.数据导出：将ArcGIS中的数据导出到其他格式,如Shapefile、KML、CSV等,

以便在其他软件或平台中使用。

（3）数据质量检查

1.拓扑检查：确保图层中的要素满足拓扑规则，如避免重叠、自相交等，可以使用

ArcGIS的“拓扑检查”工具。

2.数据完整性检查：检查数据中是否存在缺失、错误或不一致的信息，可以使用

ArcGIS的“数据质量检查”工具。

3.坐标系统检查：确认数据的坐标系统正确，并与其他相关数据进行匹配.

（4）数据备份与恢复

1.定期备份：定期对数据进行备份，以防数据丢失或损坏。可以使用ArcGIS的“备

份”功能或外部备份工具。

2.恢复数据：在数据丢失或损坏的情况下，可以使用备份文件恢复数据。

（5）数据共享与协作

1.使用网络数据库：通过ArcGIS的地理数据库或云数据库，实现数据的共享和协

作。

2.使用共享图层：在ArcGISOnline中创建共享图层，与其他用户或团队共享空间

数据。

通过以上步骤，可以有效地管理ArcGIS中的空间数据，为后续的空间分析工作奠

定坚实的基础。

2.3.1数据类型

在ArcGIS地理信息系统空间分析中，正确理解和处理数据类型是至关重要的。

ArcGIS支持多种数据类型，主要包括以下几种：

1.矢量数据（VectorData）：

矢量数据是由点、线和面组成的，用于表示地理特征的空间位置和形状。在ArcGIS

中，欠量数据类型包括:

•点(Point)：表示空间中的一个位置，如城市、山峰等。

•线(Line)：表示空间中的线性特征，如道路、河流等。

•多边形(Polygon)：表示空间中的闭合区域，如湖泊、区域等。

2.栅格数据(RasterData)：

栅格数据是由像素组成的，每个像素包含一个或多个属性值。栅格数据常用于表示

连续变化的地理现象，如地表温度、高程等。在ArcGIS中，栅格数据类型包括：

•栅格图层(RasterLayer)：表示连续空间属性的栅格数据。

•栅格缓存(RasterDataset)：用于存储栅格数据的文件。

3.网络数据(NetworkData)：

网络数据用于表示地理空间中的路径和连接关系，如道路网络、交通网络等。在

ArcGTS中，网络数据类型包括：

•网络图层(NetworkLayer)：表示空间网络的结构和属性。

4.地形数据(TopographicData)：

地形数据用于表示地面的高程和地形特征，在ArcGIS中，地形数据类型包括：

•地形图层(TopographicLayer)：表示地形特征,如山脉、平原等。

5.属性数据(AttributeData)：

属性数据是与地理空间特征相关的非空间信息，通常以表格形式存储。在ArcGIS

中，属性数据类型包括：

•属性表(AttributeTable)：存储与地理空间特征相关的信息。

了解这些数据类型对于进行空间分析至关重要，因为不同的分析方法和工具适用于

不同的数据类型。在开始进行空间分析实验之前，正确识别和处理这些数据类型是确保

分析结果准确性的第一步。

2.3.2数据导入导出

数据导入导出是ArcGIS地理信息系统空间分析中不可或缺的一个环节。它涉及到

将外部数据源中的地理信息导入到ArcGIS中，以及将ArcGIS中的地理信息导出到其他

数据格式或系统中。以下是数据导入导出的一些基本步骤和注意事项：

（1）数据导入

1.选择数据源：在ArcGIS中，您可以通过多种方式导入数据，包括直接从文件、

数据库、网络服务等来源导入。首先，需要确定您要导入的数据类型和来源。

2.数据格式识别:ArcGIS支持多种数据格式，如Shapefile、GeoDatabase>CSV>

Excel等。在导入数据之前，需要识别并确认数据的格式。

3.数据连接：根据数据源的不同，可能需要建立相应的数据连接。例如，对于SDE

（SpatialDatabaseEngine）数据库，需要配置正确的连接参数。

4.导入操作：

•使用“数据”工具栏中的“导入”按钮，或者在“地理数据库”管理器中右键点

击相应的数据库，选择“导入数据”。

•选择要导入的数据文件或数据库，按照提示完成导入过程。

5.数据验证：导入完成后，应检查数据是否正确导入，包括空间参考、属性信息等。

（2）数据导出

1.选择数据目标；在ArcGIS中导出数据时，需要确定数据的目标格式和存储位置。

2.导出操作：

•在ArcGIS中，选择要导出的图层或要素集。

•使用“文件”菜单中的“导出”选项，或者右键点击图层并选择“导出数据”。

•选择导出格式（如Shapefile、KML等），指定导出文件的保存位置。

3.数据导出设置.：

•在导出过程中，可能需要设置一些选项，如坐标参考系统、字段过滤、属性信息

等。

•确保所有设置符合导出数据的需要。

4.导出验证：导出完成后，应检查导出的数据是否符合预期，包括空间信息、属性

信息等。

在进行数据导入导出时，以下几点需要注意：

•确保数据的安全性，避免在导入导出过程中丢失数据。

•保留原始数据的备份，以防数据损坏或丢失。

•根据实际需求选择合适的数据格式，以便于数据在不同系统间的兼容和共享。

•了解不同数据格式的优缺点，以便做出最佳选择。

2.4图形编辑

图形编辑是ArcGIS地理信息系统空间分析中不可或缺的环节，它允许用户对矢量

数据进行精确的修改和操作。以下是图形编辑的基本操作步骤和注意事项：

(1)图形编辑工具

ArcGIS提供了丰富的图形编辑工具，包括：

•选择工具：用于选取地图上的图形要素。

•移动工具；用于移动选定的图形要素。

•缩放工具：用于放大或缩小地图显示范围。

•节点编辑工具：用于编辑图形要素的节点，如线要素的顶点和折点。

•裁剪工具：用于裁剪图形要素，使其与指定的边界匹配。

•合并工具：用于将多个图形要素合并为一个。

•分割工具：用于分割图形要素。

•删除工具：用于删除选定的图形要素。

（2）图形编辑步骤

1.打开图形编辑环境：在ArcGIS中，点击工具栏中的“编辑”按钮或使用快捷键

（通常是Ctrl+E）,进入图形编错模式。

2.选择图形要素：使用选择工具选中需要进行编辑的图形要素。

3.编辑图形：

•移动：选择移动工具，然后拖动选中的图形要素到新的位置。

•节点编辑：选择节点编辑工具，然后选中节点并拖动以改变图形的形状。

•裁剪：选择裁剪工具，然后选择一个裁剪边界，裁剪后的图形将保留边界内的部

分。

•合并与分割：根据需要选择合并或分割工具，对图形要素进行相应的操作。

4.保存编辑结果：完成编辑后，点击“编辑”工具栏中的“保存编辑”按钮，将修

改后的数据保存到项目中。

（3）注意事项

•在编辑过程中，注意保持图形要素的拓扑一致性，避免出现悬挂节点或自相交等

问题。

•在进行复杂编辑时，可以先创建一个新的图形要素层，以便于编辑和保存编辑结

果。

•在编辑过程中，定期保存工作，以防止数据丢失。

通过熟练掌握图形编辑工具和技巧，用户可以有效地对ArcGIS中的矢量数据进行

编辑，从而满足空间分析的需求。

2.4.1点、线、面要素编辑

在进行ArcGIS地理信息系统的空间分析之前，正确地编辑和管理点、线、面要素

是至关重要的。本节将详细介绍如何在ArcGIS中进行点、线、面要素的编辑操作。

（1）点要素编辑

点要素通常表示地理位置上的特定点，如城市、建筑物等。以下是编辑点要素的基

本步骤：

1.选择编辑工具：在ArcGIS的编辑工具栏中，选择“编辑”工具或使用快捷键（如

Ctrl+E）进入编辑模式。

2.诜择要素：在地图现图中，通过点击或框选的方式选择需要编辑的点要素。

3.编辑点位置：选中点后，可以直接拖动点来改变其位置。

4.添加新点：在编辑模式下，可以通过点击地图来添加新的点要素。

5.删除点：选中不需要的点要素，右击选择“删除”或使用Delete键进行删除。

6.保存编辑：完成编辑操作后，确保保存编辑结果以更新图层数据。

（2）线要素编辑

线要素用于表示连续的路径，如河流、道路等。以下是编辑线要素的基本步骤：

1.选择编辑工具：与点要素编辑类似，选择“编辑”工具进入编辑模式。

2.选择要素：选择需要编辑的线要素。

3.编辑线段：选中线段后，可以拖动线段的两端点来改变线段的长度和方向。

4.添加新线段：在编辑模式下，可以在线要素上点击来添加新的线段。

5.删除线段：选中不需要的线段，右击选择“删除”或使用Delete键进行删除。

6.闭合线要素：如果需要将线要素闭合成封闭的多边形，可以通过添加线段使其首

尾相连。

7.保存编辑：完成编辑后，保存编辑结果。

（3）面要素编辑

面要素通常用于表示闭合的空间区域，如湖泊、地块等。以下是编辑面要素的基本

步骤：

1.选择编辑工具：进入编辑模式。

2.选择要素：选择需要编辑的面要素。

3.编辑顶点：选中面要素后，可以拖动顶点来改变面的形状。

4.添加新顶点：在编辑模式下，可以在面要素上点击来添加新的顶点。

5.删除顶点：选中不需要的顶点，右击选择“删除”或使用Delete键进行删除。

6.编辑边界：可以通过拖动边界来改变面的边界形状。

7.合并和分割面：利用ArcGIS提供的工具，可以将多个面合并成一个面，或将一

个面分割成多个面。

8.保存编辑：完成所有编辑操作后，保存图层数据。

通过以上步骤，用户可以有效地在ArcGIS中编辑点、线、面要素，为后续的空间

分析工作打下坚实的基础。

2.4.2图形属性编辑

在ArcGIS地理信息系统中，图形属性编辑是空间数据管理的重要环节，它涉及到

对图形对象的属性信息进行添加、修改、删除等操作。以下将详细介绍图形属性编辑的

具体步骤和方法：

（1）属性表的查看与编辑

1.打开属性表：

•在ArcGIS中，首先需要打开含有需要编辑图形属性的数据源。例如，打开一

个.shp文件或.gdb数据库。

•选择图形图层，点击“属性”或右键点击图层名称选择“属性表”。

2.查看属性：

•属性表窗口将显示当前图层的所有图形属性信息。列名代表属性字段，行表示每

个图形对象的属性值。

3.编辑属性：

•双击属性值或点击“编辑”按钮，可以修改图形对象的属性信息。

•修改完成后，点击“保存”或“关闭”按钮以保存更改。

(2)使用“编辑器”工具

1.启动编辑器：

•在ArcGIS的“工具栏”或“工具”菜单中找到“编辑器”工具，点击“开始编

辑”按钮。

2.选择编辑工具：

•编辑器工具栏提供了多种编辑工具，如添加点、线、面，修改节点，移动、删除

和插入元素等。

3.编辑图形属性：

•使用编辑工具对图形对象进行修改，同时可以同步编辑其属性信息。

•在编辑过程中，可以实时查看和编辑属性表中的数据。

(3)属性域和字段设置

1.属性域定义：

•在创建或编辑要素类时，可以定义属性域，包括字段名、数据类型、长度、精度

等。

•属性域有助于确保数据的一致性和准确性。

2.字段设置：

•在属性表中，可以没置字段的显示顺序、是否可见、是否为必填项等。

•通过设置字段，可以优化数据的输入和使用效率。

(4)属性数据的导入与导出

1.导入数据:

•可以将其他数据源中的属性数据导入到ArcGIS中，例如通过“数据”菜单下的

“导入数据”功能。

2.导出数据：

•将ArcGIS中的属性数据导出到其他格式，如Excel、CSV等，以便在其他软件或

数据库中进行进一少处理。

通过以上步骤，用户可以在ArcGIS中进行图形属性的编辑，从而实现对空间数据

的精细化管理。

3.空间数据准备

在进行ArcGIS地理信息系统空间分析实验之前，首先需要准备相应的空间数据。

空间数据是进行地理信息系统分析的基础，它包含了地理空间位置、属性信息以及它们

之间的关系。以下是对空间数据准备的具体步骤和注意事项：

(1)数据来源

空间数据的来源可以多种多样，包括：

•官方数据源：如国家地理信息公共服务平台、各类政府部门发布的地理信息数据

等。

•商业数据源：如ESRI、Mapinfo等公司提供的数据服务。

•开源数据：如OpenStreetMap等社区提供的免费地理数据。

•自采集数据：通过GPS、遥感等手段自行采集的数据。

在选择数据源时，应考虑数据的准确性、完整性和更新频率。

（2）数据格式

ArcGIS支持多种空间数据格式，包括：

•矢量数据：如Shapefile、Gcodatabas。等。

•栅格数据：如TIFF、ERDASIMAGINE等。

•三维数据：如3DAnalyst支持的格式。

在准备数据时，应确保所选数据格式与ArcGIS兼容，并转换为ArcGIS支持的格式。

（3）数据预处理

在将数据导入ArcGIS之前，通常需要进行以下预处理步骤：

•坐标系统转换：确保所有数据都使用相同的坐标系统，以便进行空间分析。

•拓扑检查：检查矢量数据的拓扑错误，如断线、重叠等。

•数据投影：根据分析需求对数据投影到合适的投影坐标系。

•数据裁剪：根据分析区域裁剪数据，去除无关部分，提高分析效率。

（4）数据导入

将准备好的数据导入ArcGIS,可以通过以下方法：

•使用“添加图层”工具：直接将数据文件拖拽到ArcMap界面中。

•使用“数据管理工具箱”：通过“导入”功能导入数据。

•使用“地理数据库”：将数据存储在地理数据库中，以便更好地管理和更新数据。

（5）数据检查

数据导入后，应进行以下检查:

•数据完整性：确保所有图层和要素都已正确导入。

•数据质量：检查数据是否存在错误或异常。

•属性信息：确认属性数据是否准确，并与空间位置相对应。

通过以上步骤，您可以确保空间数据准备工作的顺利进行，为后续的空间分析实验

打下坚实的基础。

3.1空间数据格式

在ArcGIS地理信息系统（GTS）中，空间数据是进行各种空间分析的基础。空间数

据格式决定了数据的存储、管理和分析方式。以下是几种常见的空间数据格式及其特点:

1.Shapefile

Shapefile是最常用的GIS数据格式之一，由多个文件组成，包括.shp（几何

形状）.shx（几何索引）.dbf（属性数据）和.prj（投影信息）。Shapefile支持多种

几何类型，如点、线和多边形，但其扩展性有限，不适合存储大量数据。

•优点：兼容性好，易于创建、编辑和分析。

•缺点：文件较大，不适合大规模数据存储。

2.GeoDatabase

GeoDatabase是ArcGIS的专用数据格式，分为文件GeoDatabase和文件

GeoDatabase两种。它支持复杂的地理数据和空间分析，能够存储和处理大规模

空间数据.

•优点：支持复杂的空间数据类型和空间分析功能，具有较好的扩展性。

•缺点：文件较大，对系统资源要求较高。

3.KML/KMZ

KML(KeyholeMarkupLanguage)和KMZ(KeyholeMarkupLanguageZipped)

是GoogleEarth和GoogleMaps等地理信息平台使用的格式。它们主要用于显示

地图、标记和路线等。

•优点：易于使用，支持在线地图服务。

•缺点：不支持复杂的空间分析和编辑功能。

4.NetCDF

NetCDF(NetworkCommonDataForm)是•种用于存储和共享科学数据的格

式，广泛应用于气象、海洋和地球科学等领域。

•优点：支持多维数据，适用于复杂的数据结构和空间分析。

•缺点：学习曲线较陡，对ArcGIS的兼容性有限。

5.栅格数据

栅格数据以像素矩阵的形式表示地理信息，每个像素包含一个或多个值，如海拔、

温度或土地覆盖类型。

•优点：易于处理和分析，适用于地形分析和遥感数据。

•缺点：数据量大，处理速度较慢。

了解不同空间数据格式的特点对于选择合适的数据格式至关重要。在实际应用中，

应根据项目需求、数据规模和系统资源等因素综合考虑。

3.2空间数据预处理

在进行空间分析之前，对空间数据进行预处理是非常重要的步骤。这一步骤旨在确

保数据的质量和一致性，为后续的空间分析提供可靠的基础。以下是空间数据预处理的

主要步骤：

(1)数据检查

1.数据完整性检查：检查数据是否完整，是否存在缺失值或重复记录。

2.数据类型检查：确认数据类型是否符合分析需求，如坐标数据是否为地理坐标或

投影坐标。

3.数据质量检查：检查数据是否满足空间分析所需的精度要求，是否存在明显错误

或异常值。

(2)数据格式转换

1.格式转换：根据分析需求，将不同格式的数据转换为统一的格式，如将Shapefile

转换为GeoDatabaseo

2.坐标系转换：确保所有数据都在同一坐标系下，以便进行空间分析。使用ArcGIS

软件中的“投影”工具进行坐标系的转换。

(3)数据简化

1.拓扑检查：检查数据中的拓扑错误，如重叠、断线等问题。

2.数据简化：对数据进行简化处理，如减少节点数量，以提高分析效率。

(4)数据裁剪和提取

1.裁剪：根据分析范围，对数据进行裁剪，去除不需要的部分。

2.提取：从原始数据中提取所需的空间要素，圳提取河流数据或土地利用数据。

(5)数据合并和叠加

1.数据合并：将多个数据集合并成一个数据集，以便进行统一分析工

2.数据叠加：将不同数据集进行叠加分析，如叠加人口分布与土地利用数据，以分

析人口密度与土地利用的关系。

通过以上步骤，我们可以确保空间数据的质量和一致性，为后续的空间分析提供准

确、可靠的数据基础。在实际操作中，应根据具体分析需求灵活运用这些预处理方法。

3.2.1数据检查

在进行ArcGTS地理信息系统空间分析实验之前，对所使用的数据进行检查是至关

重要的步骤。这一环节旨在确保数据的准确性和完整性，避免在后续分析过程中因数据

问题导致分析结果的偏差或错误。以下是数据检查的主要内容：

1.数据来源和版本：首先，需要确认数据的来源，了解数据的生产单位、时间和版

本。不同版本的数据可能存在格式、坐标系、投影等方面的差异，这些都会影响

空间分析的结果。

2.数据格式和结构：检查数据文件的格式是否符合ArcGIS的兼容性要求。常见的

格式包括Shapefile、GeoDatabase等。同时，要确保数据结构完整，包括必要

的字段和数据类型。

3.坐标系和投影：核对数据所使用的坐标系和投影是否正确。不同坐标系和投影会

导致空间位置和面积的计算出现误差，因此在分析前应确保所有数据使用同一坐

标系和投影。

4.空间参考和精度：对于空间分析，空间参考的准确性和精度至关重要。检查数据

的空间参考信息，确保空间分析结果的空间位置准确性。

5.数据质量：分析数据中是否存在错误、缺失值或异常值。例如，地理要素的位置

偏移、属性数据的不一致等。这些错误可能会影响分析结果的可靠性。

6.数据完整性：确认数据是否包含所有必要的要素和属性信息。在某些分析中，缺

失的关键要素或属性可能会导致分析无法进行。

7.数据一致性：检查数据在不同图层之间的属性和空间关系是否一致。例如，在合

并多个图层时，确保要素的边界和属性信息没有冲突。

8.数据更新情况：如果数据是动态更新的，需检查数据的最新更新时间，确保分析

所使用的数据是最新的。

通过上述数据检查，可以确保在ArcGIS地理信息系统空间分析实验中，所使用的

数据是可靠和准确的，从而为后续的空间分析提供坚实的基础。

3.2.2数据转换

在进行空间分析之前，确保所有数据具有相同的坐标参考系统是非常重要的。数据

转换是指将数据从一种坐标系统转换到另一种坐标系统的过程。在ArcGIS中，数据转

换通常涉及以下步骤：

1.选择源坐标系统：首先，需要确定要转换的数据所使用的原始坐标系统。这可以

通过查看数据的属性信息或者使用ArcGIS的坐标系统工具来实现。

2.选择目标坐标系统：根据分析需求，选择一个合适的坐标系统作为目标系统。目

标坐标系统应该能够满足分析区域的空间范围和精度要求。

3.使用数据转换工具：

•坐标转换:在ArcGIS中,可以使用“坐标转换T♦具"(CoordinateTools)中的

“坐标转换”(Project)工具来执行坐标系统的转换。选择“投影”或“坐标系

统”选项，然后根据需要选择适当的转换方法。

•地理编码：如果数据包含地址信息，可能需要使用地理编码将地址转换为地理坐

标。

4.执行转换：在设置好源和目标坐标系统后，执行转换操作。ArcGIS会自动处理

坐标转换的计算，并将转换后的数据保存到新的数据文件中。

5.检查转换结果：转换完成后，应该检查转换后的数据是否正确。这可以通过查看

数据属性、进行空间分析或者与原始数据对比来实现。

6.处理可能的误差：在数据转换过程中，可能会出现一些误差。了解这些误差的来

源和影响，并采取相应的措施来减少误差，是确保分析结果准确性的关键。

以下是一些常见的数据转换场景：

•投影转换：将经纬度坐标转换为平面坐标系，如将WGS1984坐标转换为UTM投

影。

•坐标系统转换：将不同区域的相同投影系统数据进行合并分析，如将多个州或国

家的数据转换为相同的投影系统。

•地理编码转换：将地址信息转换为地理坐标，以便进行空间分析。

通过掌握数据转换的方法和技巧，可以确保空间分析的数据质量，为后续的分析工

作打下坚实的基础。

3.3空间参考系统

空间参考系统是地理信息系统中一个至关重要的概念，它确保了地理数据在空间上

的准确性和一致性。在ArcGIS中进行空间分析之前，理解并正确设置空间参考系统是

必不可少的。

（1）空间参考系统概述

空间参考系统由两部分组成：地理坐标系统和投影坐标系统。

•地理坐标系统：以地球椭球体为基础，用经纬度来表示地球表面的位置。例如，

WGS1984（WorldGeodeticSystem1984）是一个常用的地理坐标系统。

•投影坐标系统；将三维地球表面上的点投影到二维平面上，以便在地图上进行表

示。不同的投影方式适用于不同的地理范围和目的，如墨卡托投影、兰伯特投影

等。

（2）空间参考设置

在ArcGIS中，正确设置空间参考系统可以通过以下步骤进行:

1.选择数据源：在ArcGIS中打开一个数据集时，系统会自动检测其空间参考。

2.检查空间参考：在“属性”窗口中，可以查看数据集的空间参考信息，包括投影

类型、坐标单位等。

3.设置空间参考：如果需要将数据转换为不同的空间参考，可以在“投影”工具栏

中找到相应的转换工具，如“投影”或“坐标转换”。

4.创建新空间参考:在特定情况下，可能需要根据实际需求创建一个新的空词参考。

这可以通过“新建坐标系”或“新建投影”功能实现。

(3)空间参考的重要性

正确的空间参考系统对于以下方面至关重要：

•空间数据的准确性：确保地图上的位置与实际地理位置相匹配。

•空间分析的有效性：空间分析结果依赖于空间参考的准确性。

•数据共享和兼容性：不同来源的数据需要具有相同或兼容的空间参考，以便于共

享和分析。

在ArcGIS中进行空间分析实验时，务必注意空间参考的设置，以确保分析结果的

准确性和可靠性。

3.3.1坐标系统类型

在ArcGIS中，坐标系统是描述地理空间数据位置的基础框架。正确选择和使用坐

标系统对于空间数据的准确性和分析结果的可靠性至关重要。ArcGIS支持多种类型的

坐标系统，主要包括以下几种：

1.投影坐标系统：

投影坐标系统是一种将地球表面的三维空间投影到二维平面上的坐标系统。由于地

球是一个椭球体，而地图是平面的，因此在投影过程中会引入一定的变形。ArcGIS中

常用的投影坐标系统包括：

•高斯-克吕格投影：适用于中、小比例尺的地形图制作，常用于中国境内。

•墨卡托投影：适用于海图制作，具有等角航线特性，但纬度越高，变形越大。

•兰伯特投影：适用于小范围内的大比例尺地图，具有等面积特性。

2.地理坐标系统：

地理坐标系统是基于地球椭球体的坐标系统，使用经度和纬度来表示地理位置。这

种坐标系统没有投影变形，但无法直接用于实际地图制作。ArcGIS中常见的地理坐标

系统包括：

•WGS1984：全球通用的地理坐标系统，用于全球定位系统（GPS）数据。

•北京54：中国早期使用的地理坐标系统，现已逐渐被WGS1984替代。

3.平面坐标系统：

平面坐标系统是将地球表面的三维空间简化为二维平面进行表示的坐标系统。这种

系统适用于小范围、精度要求不高的区域。ArcGIS中常见的平面坐标系统包括：

•UTM（通用横轴墨卡托投影）：适用于全球范围内的大比例尺地图制作。

•北京坐标系：基于WGS1984坐标系，适用于中国境内。

在实际应用中，应根据数据来源、分析目的和区域特点选择合适的坐标系统,ArcGIS

提供了丰富的坐标系统选择和转换工具，帮助用户进行空间数据的正确管理和分析工

3.3.2坐标系统转换

在进行地理信息系统的空间分析时，坐标系统的转换是一个非常重要的步骤。由于

不同地区或不同数据源可能使用不同的坐标系统，因此在进行空间数据叠加、分析或输

出时，确保所有数据使用相同的坐标系统至关重要。

ArcGIS提供了强大的坐标系统转换功能，允许月户在多个坐标系之间进行转换。

以下是在ArcGIS中进行坐标系统转换的基本步骤：

1.选择数据：首先，在ArcGIS中打开需要转换坐标系统的数据。

2.打开属性对话框：选中数据图层，右击，选择“属性”，然后点击“坐标系统”

选项卡。

3.查看当前坐标系统：在“坐标系统”选项卡中，可以看到当前数据使用的坐标系

统信息。

4.选择目标坐标系统：在“坐标系统”下拉列表中，选择一个与您需要的数据相匹

配的目标坐标系统。ArcGIS提供了多种预定义的坐标系统，同时也可以使用自

定义的坐标系统。

5.应用转换：确认选择的目标坐标系统后，点击“确定”按钮。ArcGIS会自动将

数据转换为新的坐标系统。

6.验证转换结果：转换完成后，可以通过查看数据图层在地图上的显示效果来验证

坐标系统是否转换正确。如果数据在地图上显示位置准确，则转换成功。

在进行坐标系统转换时，需要注意以下几点：

•投影类型：不同的投影类型适用于不同的地理范围和数据用途。选择合适的投影

类型对于转换结果的准确性至关重要。

•坐标系统精度：在转换过程中，应考虑不同坐标系统的精度差异，以确保转换后

的数据质量。

•坐标系统兼容性：确保源坐标系统和目标坐标系统在地理范围、投影类型和精度

等方面具有兼容性。

通过合理运用ArcGIS的坐标系统转换功能，可以确保空间分析工作的顺利进行，

提高数据分析的准确性和效率。

4.空间分析基本概念

在ArcGIS地理信息系统中进行空间分析之前，了解一些基本概念是至关重要的。

以下是一些在空间分析中经常涉及的基本概念：

（1）空间数据

空间数据是地理信息系统（GIS）的核心，它描述了地球表面上的位置、形状和属

性。空间数据可以分为以下几类：

•矢量数据：使用点、线和面来表示地理特征，如道路、河流和行政区划。

•栅格数据：由像素组成，每个像素包含一个或多个属性值，如卫星图像或遥感数

据。

•地形数据：描述地形的起伏和地貌特征，如高程数据。

（2）空间位置

空间位置是指地球表面上的点、线和面的具体位置。在ArcGIS中，可以通过坐标

系统来定义和表示空间位置。坐标系统可以是投影坐标系统或地理坐标系统。

•投影坐标系统：将地球表面的地理坐标转换为平面坐标，适用于地图制作和地图

投影。

•地理坐标系统：以地球的几何形状为基础，使用经纬度来表示位置。

（3）属性数据

属性数据是与空间位置相关的信息，如人口统计、土地用途等。在ArcGIS中，属

性数据通常存储在属性表中，与空间数据关联起来。

（4）空间关系

空间关系描述了空间数据之间的相互关系，如相邻、包含、相交等。理解空间关系

对于进行有效的空间分析至关重要。

(5)空间分析类型

空间分析类型包括但不限于以下几种：

•空间查询：根据特定的空间条件搜索和选择空间数据。

4.1空间分析概述

空间分析是地理信息系统(GIS)的核心功能之一，它涉及对地理数据的空间关系、

属性特征以及相互作用的深入研究和计算。在ArcGIS地理信息系统中，空间分析提供

了强大的工具和算法，可以帮助用户从地理数据中提取有用信息，解决实际问题。

空间分析概述如下：

1.空间数据类型：空间分析的基础是地理数据，这些数据包括点、线、面等多种空

间数据类型。每种类型的数据都有其特定的空间属性和属性数据，如位置、长度、

面积等。

2.空间分析目的：空间分析的主要目的是揭示地理现象的空间分布规律、空间关系

和空间模式，进而为决策提供科学依据。常见的空间分析目的包括：

•空间查询：根据特定的条件在地理数据库中检索空间数据。

•空间叠加：将两个或多个地理数据图层进行叠加，分析它们的空间关系。

•缓冲区分析：创建地理要素周围一定距离的缓冲区，用于研究地理现象的扩展范

围。

•路径分析：计算从一个地点到另一个地点的最短路径，如最短距离、最快时间等。

•模型分析：利用空间分析工具建立模型，预测地理现象的未来发展趋势。

3.空间分析方法：ArcGIS提供了丰富的空间分析方法，主要包括：

•空间查询与分析：通过SQL查询、空间关系查询等手段，对地理数据进行筛选和

分析。

•空间数据转换：将不同类型、不同格式的地理数据转换为统一格式，以便进行后

续的空间分析。

•空间模型构建：利用地理模型工具，根据实际需求构建空间分析模型。

•空间数据可视化：通过地图、图表等方式将空间分析结果直观地展示出来。

4.空间分析应用：空间分析广泛应用于城市规划、环境管理、灾害防治、交通规划

等多个领域。通过ArcGIS的空间分析功能，可以实现对地理数据的深入挖掘，

为决策者提供科学依据，提高决策效率。

空间分析是ArcGIS地理信息系统中的重要组成部分，它为地理数据的深入研究和

应用提供了强大的技术支持。在本实验教程中，我们将通过一系列实例，详细介绍

ArcGIS空间分析的操作方法和应用技巧。

4.2空间分析方法

在ArcGIS地理信息系统中，空间分析方法是指利用地理信息系统对地理空间数据

进行处理和分析的一系列技术。这些方法可以帮助用户从空间数据中提取有价值的信息,

解决实际问题。以下是一些常见的空间分析方法：

1.叠加分析(OverlayAnalysis)：

叠加分析是空间分析中最基本的方法之一，它将两个或多个图层按照一定的规则进

行叠加，生成新的图层。叠加分析包括以下几种类型：

•相交(Intersect)；生成包含两个图层共有点、线、面的新图层。

•并集(Union)：生成包含两个图层所有点、线、面的新图层。

•差集(Difference)：生成包含一个图层中有而另一个图层中没有的点、线、面

的新图层。

•对称差集(SymmetricalDifference)：生成包含两个图层中不同部分的点、线、

面的新图层。

2.缓冲区分析(BufferAnalysis)：

缓冲区分析用于在地理要素周围创建一定距离的缓冲区，这对于分析地理要素与周

围环境的关系非常有用。例如，可以创建河流的100米缓冲区来分析河流对周边地区的

影响。

3.网络分析(NetworkAnalysis)：

网络分析是ArcGIS中的一种重要分析工具，它用于分析点、线、面要素在网络中

的连接关系。常见的网络分析方法包括：

•最短路径分析：找出两点之间的最短路径。

•最近设施分析：找出给定点或区域最近的设施。

•服务区域分析：确定某个设施可以服务的最大区域。

4.空间聚合(SpatialAggregation)：

空间聚合是将空间要素合并成更大的单元的过程，这种方法常用于将多个小的要素

合并成更大的统II单元，以便进行更高效的数据分析和可视化。

5.地理加权回归(GeographicallyWeightedRegression,GWR)：

GWR是一种空间统计方法，它考虑了地理空间位置对回归模型的影响。这种方法可

以揭示变量之间在空间上的相关性。

6.地形分析(TopographicAnalysis)：

地形分析用于分析地形的特征，如坡度、坡向、高程等。这些信息对于理解地形对

环境、生态系统和服务的影响至关重要。

通过掌握这些空间分析方法，用户可以更深入地理解地理空间数据，并将其应用于

各种地理研究和决策过程中。在ArcGIS中，这些方法通常通过相应的工具或扩展模块

来实现。

4.2.1距离分析

距离分析是ArcGI