ARCGIS的基本原理PPT

1、第第1 1章章 GISGIS基本原理與基本原理與ArcGISArcGIS軟件簡介軟件簡介隨著信息技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，尤其是隨著信息技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，尤其是計算機技術(shù)以前所未有的速度快速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)（計算機技術(shù)以前所未有的速度快速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱，簡稱GIS）技術(shù)也得到了飛）技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展。目前，地理信息系統(tǒng)軟件速的發(fā)展。目前，地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS已成為全世界用已成為全世界用戶群體最大、應(yīng)用領(lǐng)域最廣泛的戶群體最大、應(yīng)用領(lǐng)域最廣泛的GIS軟件平臺。其軟件平臺。其ESRI公司公司已

2、成為公認(rèn)的、世界領(lǐng)先的已成為公認(rèn)的、世界領(lǐng)先的GIS軟件供應(yīng)商。本章將詳細(xì)介紹軟件供應(yīng)商。本章將詳細(xì)介紹地理信息系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)與ArcGIS軟件的基本原理和基礎(chǔ)知識。軟件的基本原理和基礎(chǔ)知識。1.1 GIS1.1 GIS概述概述地理信息系統(tǒng)技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)。其發(fā)展共經(jīng)地理信息系統(tǒng)技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)。其發(fā)展共經(jīng)歷了歷了20世紀(jì)世紀(jì)60年代初始發(fā)展階段、年代初始發(fā)展階段、70年代發(fā)展鞏固階段、年代發(fā)展鞏固階段、80年代推廣應(yīng)用階段以及年代推廣應(yīng)用階段以及90年代以來的蓬勃發(fā)展階段。隨著地年代以來的蓬勃發(fā)展階段。隨著地理信息產(chǎn)品的建立和數(shù)字化信息產(chǎn)品在全世界的普及，理信息產(chǎn)品的建立和數(shù)

3、字化信息產(chǎn)品在全世界的普及，GIS已經(jīng)成為確定性的產(chǎn)業(yè)，并逐漸滲透到各行各業(yè)，成為人們已經(jīng)成為確定性的產(chǎn)業(yè)，并逐漸滲透到各行各業(yè)，成為人們生活、學(xué)習(xí)和工作不可缺少的工具和助手。生活、學(xué)習(xí)和工作不可缺少的工具和助手。1.1.1 GIS1.1.1 GIS的基本概念的基本概念地理信息系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)（GIS）是一門集計算機科學(xué)、信息學(xué)、）是一門集計算機科學(xué)、信息學(xué)、地理學(xué)等多門科學(xué)為一體的新興學(xué)科。它是在計算機軟件和地理學(xué)等多門科學(xué)為一體的新興學(xué)科。它是在計算機軟件和硬件支持下，運用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和硬件支持下，運用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)

4、據(jù)，以提供對規(guī)劃、管理、綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供對規(guī)劃、管理、決策和研究所需信息的空間信息系統(tǒng)。決策和研究所需信息的空間信息系統(tǒng)。GIS通常也被認(rèn)為是一種決策支持系統(tǒng)，它具有信息系通常也被認(rèn)為是一種決策支持系統(tǒng)，它具有信息系統(tǒng)的一般特點。統(tǒng)的一般特點。GIS可以通過管理、分析、通訊進行復(fù)雜圖案識別以及可以通過管理、分析、通訊進行復(fù)雜圖案識別以及空間建模和空間數(shù)據(jù)挖掘。空間建模和空間數(shù)據(jù)挖掘。1.1.2 GIS1.1.2 GIS系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成一個一個GIS系統(tǒng)的組成，可以分為系統(tǒng)的組成，可以分為5個主要部分：硬件個主要部分：硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員和方法。下面簡要介紹各個部分。

5、、軟件、數(shù)據(jù)、人員和方法。下面簡要介紹各個部分。 1硬件硬件 2軟件軟件 3數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 4人員人員 5方法方法1.1.3 GIS1.1.3 GIS的主要功能的主要功能一個完整的地理信息系統(tǒng)（一個完整的地理信息系統(tǒng)（GIS）可以具有以下）可以具有以下5個方個方面的功能。面的功能。l數(shù)據(jù)采集與編輯功能數(shù)據(jù)采集與編輯功能l數(shù)據(jù)的存儲和管理功能數(shù)據(jù)的存儲和管理功能l制圖功能制圖功能l空間查詢與空間分析功能空間查詢與空間分析功能l二次開發(fā)和編程功能二次開發(fā)和編程功能1.2 GIS1.2 GIS空間數(shù)據(jù)組織與結(jié)構(gòu)簡介空間數(shù)據(jù)組織與結(jié)構(gòu)簡介地理空間數(shù)據(jù)是地理空間數(shù)據(jù)是GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)組成部分，其也是系統(tǒng)的基礎(chǔ)

6、組成部分，其也是GIS軟件的直接操作對象。應(yīng)該說整個軟件的直接操作對象。應(yīng)該說整個GIS系統(tǒng)都是圍繞空間數(shù)系統(tǒng)都是圍繞空間數(shù)據(jù)的采集、加工、存儲、分析和表現(xiàn)等來展開的。據(jù)的采集、加工、存儲、分析和表現(xiàn)等來展開的。從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上來說，矢量和柵格是地理信息系統(tǒng)中兩從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上來說，矢量和柵格是地理信息系統(tǒng)中兩種主要的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。種主要的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。1.2.1 1.2.1 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基于柵格模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡稱為柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。我們基于柵格模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡稱為柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。我們可以把它看作是將空間分割成有規(guī)則的網(wǎng)格，并在各個網(wǎng)格可以把它看作是將空間分割成有規(guī)則的網(wǎng)格，并在各個網(wǎng)格上給出相

7、應(yīng)的屬性值，從而來表示地理實體的一種數(shù)據(jù)組織上給出相應(yīng)的屬性值，從而來表示地理實體的一種數(shù)據(jù)組織形式。簡單地講，形式。簡單地講，柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實際就是像元陣列，每個像柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實際就是像元陣列，每個像元由行列確定它的位置并有一個元由行列確定它的位置并有一個相應(yīng)的屬性值。相應(yīng)的屬性值。1.2.2 1.2.2 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)相對應(yīng)，矢量數(shù)據(jù)是與柵格數(shù)據(jù)相對應(yīng)，矢量數(shù)據(jù)是GIS中的另一種基本數(shù)據(jù)類型中的另一種基本數(shù)據(jù)類型。它的特點是通過記錄對象的邊界來表達(dá)空間對象，如一條線由一系。它的特點是通過記錄對象的邊界來表達(dá)空間對象，如一條線由一系列相鄰的坐標(biāo)串表達(dá)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過記錄坐

8、標(biāo)的方式，盡可能地列相鄰的坐標(biāo)串表達(dá)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過記錄坐標(biāo)的方式，盡可能地將點、線和面等地理實體表現(xiàn)得精確無誤。將點、線和面等地理實體表現(xiàn)得精確無誤。1.2.3 1.2.3 柵格矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較柵格矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較從圖形質(zhì)量出發(fā)，最初研究和發(fā)展的是矢量數(shù)據(jù)處理技術(shù)。從圖形質(zhì)量出發(fā)，最初研究和發(fā)展的是矢量數(shù)據(jù)處理技術(shù)。但到但到70年代后期，許多實際工作者都認(rèn)為在許多情況下，柵格方年代后期，許多實際工作者都認(rèn)為在許多情況下，柵格方案更有效。案更有效。另一方面，相互連接的線網(wǎng)絡(luò)和多邊形網(wǎng)絡(luò)則仍需應(yīng)用矢量另一方面，相互連接的線網(wǎng)絡(luò)和多邊形網(wǎng)絡(luò)則仍需應(yīng)用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式。因為矢量結(jié)構(gòu)更有利于網(wǎng)絡(luò)

9、分析（交通運輸網(wǎng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式。因為矢量結(jié)構(gòu)更有利于網(wǎng)絡(luò)分析（交通運輸網(wǎng)、給排水網(wǎng)等）和制圖應(yīng)用。但是矢量表示的多邊形網(wǎng)絡(luò)、線網(wǎng)絡(luò)給排水網(wǎng)等）和制圖應(yīng)用。但是矢量表示的多邊形網(wǎng)絡(luò)、線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包括了大量拓?fù)湫畔⒓搓P(guān)系數(shù)據(jù)等多余數(shù)據(jù)，也使矢數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包括了大量拓?fù)湫畔⒓搓P(guān)系數(shù)據(jù)等多余數(shù)據(jù)，也使矢量結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫容量大幅度增加。量結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫容量大幅度增加。1.3 ArcGIS 91.3 ArcGIS 9軟件體系結(jié)構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu)ArcGIS 9是是ESRI開發(fā)的新一代開發(fā)的新一代GIS軟件，在世界上應(yīng)用最為軟件，在世界上應(yīng)用最為廣泛。它由數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)服務(wù)器廣泛。它由數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)服務(wù)器ArcSDE及及

10、4個應(yīng)用基礎(chǔ)框架組成，即個應(yīng)用基礎(chǔ)框架組成，即桌面軟件桌面軟件Desktop、服務(wù)器、服務(wù)器GIS、嵌入式、嵌入式GIS和移動和移動GIS。1.3.1 ArcGIS1.3.1 ArcGIS桌面產(chǎn)品（桌面產(chǎn)品（Desktop GISDesktop GIS）ArcGIS桌面產(chǎn)品是一系列整合的應(yīng)用程序的總稱，其桌面產(chǎn)品是一系列整合的應(yīng)用程序的總稱，其包含諸如包含諸如ArcMap、ArcCatalog、ArcToobox以及以及ArcGlobe等在內(nèi)的用戶界面組件。其功能可分為以下幾個級別等在內(nèi)的用戶界面組件。其功能可分為以下幾個級別ArcView、ArcEditor和和ArcInfo，而，而ArcR

11、eader則是一個免費則是一個免費地圖瀏覽器組件。地圖瀏覽器組件。1ArcMap2ArcCatalog3ArcToolbox4ModelBuilder5ArcGlobe1.3.2 1.3.2 嵌入式嵌入式GISGIS（Embedded GISEmbedded GIS）在實際應(yīng)用中，有些在實際應(yīng)用中，有些GIS軟件要求簡單、有針對性的用戶軟件要求簡單、有針對性的用戶界面，它們通過高級的界面，它們通過高級的GIS邏輯執(zhí)行一些具體的任務(wù)。例如，邏輯執(zhí)行一些具體的任務(wù)。例如，很多組織只需要簡單的數(shù)據(jù)編輯器而不是一個完整功能的桌面很多組織只需要簡單的數(shù)據(jù)編輯器而不是一個完整功能的桌面GIS?？蛻艋??？?/p>

12、戶化的GIS應(yīng)用也要具有高度靈活的可定制性。用戶應(yīng)用也要具有高度靈活的可定制性。用戶界面是為了給不熟悉界面是為了給不熟悉GIS的用戶使用其功能。因此，軟件開發(fā)的用戶使用其功能。因此，軟件開發(fā)者需要有一個可編程的者需要有一個可編程的GIS工具包，在構(gòu)建應(yīng)用時提供常規(guī)的工具包，在構(gòu)建應(yīng)用時提供常規(guī)的GIS功能。功能。1.3.3 1.3.3 服務(wù)器服務(wù)器GISGIS（Server GIS Server GIS ）GIS軟件可以被集中地管理在應(yīng)用服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器軟件可以被集中地管理在應(yīng)用服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中。通過網(wǎng)絡(luò)，向任意數(shù)量的用戶提供各種中。通過網(wǎng)絡(luò)，向任意數(shù)量的用戶提供各種GIS功能。企業(yè)功能

13、。企業(yè)GIS用戶可以使用傳統(tǒng)的、高級的用戶可以使用傳統(tǒng)的、高級的GIS桌面軟件、網(wǎng)絡(luò)瀏覽桌面軟件、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、定制的應(yīng)用、移動計算設(shè)備、以及數(shù)字設(shè)備等連接到中器、定制的應(yīng)用、移動計算設(shè)備、以及數(shù)字設(shè)備等連接到中央央GIS服務(wù)器，獲得服務(wù)器，獲得GIS服務(wù)。服務(wù)。 這些服務(wù)器這些服務(wù)器GIS能夠提供豐能夠提供豐富的富的GIS功能。功能。1ArcSDE2ArcIMS3ArcGIS Server1.3.4 1.3.4 移動移動GISGIS（Mobile GISMobile GIS）在移動在移動GIS方面，方面，ArcGIS 9提供了實現(xiàn)簡單提供了實現(xiàn)簡單GIS操作的操作的ArcPad和實現(xiàn)高級和實現(xiàn)

14、高級GIS復(fù)雜操作的復(fù)雜操作的Mobile ArcGIS Desktop System。1.4 ArcGIS 91.4 ArcGIS 9軟件簡介與軟件安裝軟件簡介與軟件安裝美國環(huán)境系統(tǒng)研究所（美國環(huán)境系統(tǒng)研究所（Environment System Research Institute，ESRI）從）從1978年以來，相繼推出了多個版本系列的年以來，相繼推出了多個版本系列的GIS軟件，其產(chǎn)品不斷軟件，其產(chǎn)品不斷更新擴展，構(gòu)成適用各種用戶和機型的系列產(chǎn)品。更新擴展，構(gòu)成適用各種用戶和機型的系列產(chǎn)品。20世紀(jì)世紀(jì)90年代以來，年代以來，ESRI在全面整合了在全面整合了GIS與數(shù)據(jù)庫、軟件工程、人工

15、智能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其他與數(shù)據(jù)庫、軟件工程、人工智能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其他多方面的計算機主流技術(shù)之后，成功地推出了代表多方面的計算機主流技術(shù)之后，成功地推出了代表GIS最高技術(shù)水平的全最高技術(shù)水平的全系列系列ArcGIS產(chǎn)品。產(chǎn)品。在常見的在常見的GIS系統(tǒng)中，系統(tǒng)中，ESRI的的ArcGIS以其強大的分析能力占據(jù)了大以其強大的分析能力占據(jù)了大量市場，成為主流的量市場，成為主流的GIS系統(tǒng)。系統(tǒng)。ArcGIS 9由由ESRI在在2004年推出，是一個統(tǒng)年推出，是一個統(tǒng)一的地理信息系統(tǒng)平臺。一的地理信息系統(tǒng)平臺。ArcGIS 9不僅是一個全面的不僅是一個全面的GIS平臺，而且還是平臺，而且還是一個可伸縮的

16、一個可伸縮的GIS平臺，為用戶構(gòu)建一個完善的平臺，為用戶構(gòu)建一個完善的GIS系統(tǒng)，提供完整的解系統(tǒng)，提供完整的解決方案。決方案。1.4.1 ArcGIS 91.4.1 ArcGIS 9軟件特色軟件特色ArcGIS 9是是ESRI發(fā)布的功能比較強大而又完善的版本。發(fā)布的功能比較強大而又完善的版本。ArcGIS 9的一個主要目標(biāo)是與現(xiàn)有的的一個主要目標(biāo)是與現(xiàn)有的ArcGIS 8.3平臺的功能和數(shù)據(jù)平臺的功能和數(shù)據(jù)模型完全兼容，使得最終用戶和開發(fā)商可以很方便地對系統(tǒng)進行升模型完全兼容，使得最終用戶和開發(fā)商可以很方便地對系統(tǒng)進行升級，同時在軟件穩(wěn)定性、測試、空間數(shù)據(jù)庫伸縮性和柵格處理的性級，同時在軟件

17、穩(wěn)定性、測試、空間數(shù)據(jù)庫伸縮性和柵格處理的性能方面作了改進；提供強大的跨平臺支持能力，包括能方面作了改進；提供強大的跨平臺支持能力，包括Windows、UNIX和和Linux平臺，這為用戶提供了更加靈活的配置選擇。平臺，這為用戶提供了更加靈活的配置選擇。 1制圖編輯的高度一體化制圖編輯的高度一體化2便捷的元數(shù)據(jù)管理便捷的元數(shù)據(jù)管理3靈活的定制與開發(fā)靈活的定制與開發(fā)4ArcGIS 9的新功能的新功能1.4.2 ArcGIS 91.4.2 ArcGIS 9軟件安裝軟件安裝ArcGIS 9軟件安裝首先需要獲得相關(guān)軟件以及運行許軟件安裝首先需要獲得相關(guān)軟件以及運行許可。下面就假設(shè)把安裝軟件存放在可。下

18、面就假設(shè)把安裝軟件存放在E盤根目錄下，來詳細(xì)地盤根目錄下，來詳細(xì)地介紹其安裝步驟。介紹其安裝步驟。1.5 ArcGIS 91.5 ArcGIS 9常用矢量數(shù)據(jù)模型簡介常用矢量數(shù)據(jù)模型簡介目前，目前，GIS數(shù)據(jù)模型和格式有數(shù)據(jù)模型和格式有200多種。多種。ArcGIS 9常用常用矢量數(shù)據(jù)模型主要包括矢量數(shù)據(jù)模型主要包括Shapefile、Coverage和和GeoDatabase等等3種。種。1.5.1 Shapefile1.5.1 ShapefileShapefile文件是美國環(huán)境系統(tǒng)研究所（文件是美國環(huán)境系統(tǒng)研究所（ESRI）所研制的）所研制的GIS文件系統(tǒng)格式文件，是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的矢量數(shù)據(jù)文件

19、。文件系統(tǒng)格式文件，是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的矢量數(shù)據(jù)文件。Shapefile將空將空間特征表中的非拓?fù)鋷缀螌ο蠛蛯傩孕畔⒋鎯υ跀?shù)據(jù)集中，特征間特征表中的非拓?fù)鋷缀螌ο蠛蛯傩孕畔⒋鎯υ跀?shù)據(jù)集中，特征表中的幾何對象存為以坐標(biāo)點集表示的圖形文件表中的幾何對象存為以坐標(biāo)點集表示的圖形文件SHP文件。文件。Shapefile文件并不含拓?fù)洌ㄎ募⒉缓負(fù)洌═opological）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個完整的一個完整的ESRI的的shape文件至少文件至少包括包括3個文件，詳細(xì)內(nèi)容如個文件，詳細(xì)內(nèi)容如下。下。1主文件主文件2索引文件索引文件3dBASE表表4其他文件其他文件1.5.2 Coverage1.5.2

20、Coverage1981年，年，ESRI推出他的第一個商業(yè)推出他的第一個商業(yè)GIS軟件軟件ArcInfo，它，它采用的是第二代地理數(shù)據(jù)模型采用的是第二代地理數(shù)據(jù)模型Coverage數(shù)據(jù)模型，也被稱為地數(shù)據(jù)模型，也被稱為地理相關(guān)模型（理相關(guān)模型（Georelational Data Model）。）。Arc/Info 確認(rèn)確認(rèn)c后面的斜杠是否正確后面的斜杠是否正確 采用一種混合數(shù)據(jù)模型采用一種混合數(shù)據(jù)模型定義和管理地理數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)使用拓?fù)鋽?shù)據(jù)模型來表示，而屬性定義和管理地理數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)使用拓?fù)鋽?shù)據(jù)模型來表示，而屬性數(shù)據(jù)則使用關(guān)系數(shù)據(jù)模型。在數(shù)據(jù)則使用關(guān)系數(shù)據(jù)模型。在Coverage中，主要用

21、弧段、節(jié)點、標(biāo)中，主要用弧段、節(jié)點、標(biāo)識點和多邊形來表示地圖上的點、線、面，除此之外，還有控制點識點和多邊形來表示地圖上的點、線、面，除此之外，還有控制點、覆蓋范圍、注記和、覆蓋范圍、注記和鏈鏈 確認(rèn)表述是正確確認(rèn)表述是正確。1Arc/Info數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與存儲方式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與存儲方式2Arc/Info文件結(jié)構(gòu)文件結(jié)構(gòu)3Arc/Info文件的優(yōu)勢文件的優(yōu)勢4Arc/Info文件的不足文件的不足1.5.3 GeoDatabase1.5.3 GeoDatabaseGeoDatabase數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)模型是ESRI公司在公司在Arcinfo中推出的一種新中推出的一種新型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，即第三代數(shù)據(jù)模型。它是建立在型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，即第三代數(shù)據(jù)模型。它是建立在DBMS之上之上的統(tǒng)一的、智能化的空間數(shù)據(jù)庫。其目的是為了讓用戶能更容易、的統(tǒng)一的、智能化的空間數(shù)據(jù)庫。其目的是為了讓用戶能更容易、更自然