ArcGIS緩沖區(qū)分析、疊加分析綜合案例練習

1、一、初始數(shù)據分析 本案例的要求為根據項目需求，進行數(shù)據搜集和空間分析，最終給該物種的潛在分布位置，最終制作一張珍稀物種待查棲息地位置分布圖以及相應圖表以供調查人員參考。提供的數(shù)據基礎有一張熱振森林公園界限圖（Coverage格式，數(shù)據名稱為“fanwei”）、由國家1：100萬公路數(shù)據得出的研究范圍內等級公路數(shù)據（shapefile格式，數(shù)據名稱為“road”）、數(shù)字高程數(shù)據一份（數(shù)據名稱為“dem”）以及一份研究范圍柵格地圖（其中包含居民點、景點、河流和植被類型數(shù)據，數(shù)據名稱為“熱振森林公園圖”）。打開Arcgis，新建項目，在未定義坐標系的空圖層中打開四份原始數(shù)據，可得到數(shù)據的以下信息：首

2、先四份數(shù)據雖然為同一研究范圍但是在同一圖層中打開后卻不在同一位置，其次分別查看四份數(shù)據的屬性信息，如圖1.1，可得road數(shù)據有基于1940克拉索夫斯基橢球（GCS_Krasovsky_1940）的地理坐標系，其范圍顯示也符合GIS案例介紹中關于熱振公園范圍的介紹（大致為東經91度23分91度42分，北緯30度12分30度30分），因此判斷該數(shù)據有正確的空間信息；fanwei數(shù)據沒有坐標系信息且其范圍數(shù)值很大，目前暫時無法判別數(shù)據的范圍是否正確；熱振森林公園圖.jpg數(shù)據也沒有坐標系參考，其范圍數(shù)值很大，但大體與fanwei數(shù)據相吻合；dem數(shù)據有坐標系信息，其空間參考信息為：基于1940克拉

3、索夫斯基橢球中央子午圈經度93的橫軸墨卡托投影（Krasovsky_1940_Transverse Mercator），其范圍數(shù)值與fanwei圖層一致，且在數(shù)據框中兩個數(shù)據相互重疊，因此認為fanwei圖層雖沒有坐標系信息但其坐標數(shù)值正確。（注：將沒有空間參考信息的圖層添加入數(shù)據框時會提示未知空間參考，如圖1.2。向不具有金字塔的 ArcGIS 應用程序添加柵格數(shù)據集時，系統(tǒng)將提示您構建金字塔。金字塔十分有用，因為金字塔提升了分辨率低于其全分辨率的柵格數(shù)據集的繪制速度。創(chuàng)建金字塔有三種重采樣技術：最鄰近法 - 用于標稱數(shù)據或具有色彩映射表（如土地利用或偽彩色圖像）的柵格數(shù)據集。雙線性插值法

4、- 用于衛(wèi)星影像或航空攝影等連續(xù)數(shù)據。 三次卷積插值法 - 用于衛(wèi)星影像或航空攝影等連續(xù)數(shù)據。它與雙線性插值法類似；不過，它使用較大的矩陣對數(shù)據進行重采樣。）圖1.1 四份原始數(shù)據的空間信息屬性圖1.2 添加數(shù)據無空間參考時彈出對話框提示圖1.3 首次添加柵格數(shù)據時提示是否為數(shù)據創(chuàng)建金字塔二、實驗數(shù)據預處理本次案例提供數(shù)據中的fanwei數(shù)據為Coverage格式，在當前Arcgis10.2的環(huán)境下無法對其進行投影等操作，因此需要將其轉換為Shapefile格式后才能對其進行投影操作。其次，原始數(shù)據中的熱振森林公園圖柵格數(shù)據中有經緯度格網，但經緯度格網交點處經緯度數(shù)值與數(shù)據框右下角數(shù)值稍有差異

5、，因此本著學習知識的態(tài)度而且盡量避免前人使用過數(shù)據對本次實驗造成影響，預處理時刪除柵格數(shù)據中除了柵格圖以外的其他信息，之后再對數(shù)據重新進行地理配準。2.1 將fanwei數(shù)據轉為Shapefile格式方法一（在ArcCatalog中導出為Shapefile）：直接在ArcCatalog中右鍵點擊fanwei圖層中的polygon要素，選擇“導出轉為Shapefile”，如圖2.1，彈出“要素類至要素”對話框，選擇輸入要素和輸出位置并為輸出的Shapefile文件命名，點擊確定后即可完成轉換，如圖2.2。圖2.1 轉為Shapefile方法一圖2.2 要素至要素類對話框方法二（在ArcMap中導

6、出為Shapefile）：先將數(shù)據添加至數(shù)據框中，右鍵單擊數(shù)據，選擇“數(shù)據導出數(shù)據”選項打開“導出數(shù)據”對話框，如圖2.3，選擇導出所有要素，坐標系信息目前先不設置，直接選源數(shù)據（源數(shù)據無空間參考信息），點擊“瀏覽”選擇輸出要素類位置時打開“保存數(shù)據”對話框，選擇保存位置，輸入新文件名稱，并將保存類型選擇為“Shapefile”，如圖2.4，點擊確定后即可將數(shù)據轉換為Shapefile格式。圖2.3 轉為Shapefile方法二圖2.4 保存數(shù)據對話框將fanwei數(shù)據中的Polygon要素轉換為Shapefile格式后，將arc要素也轉換為了Shapefile格式，實驗中很可能用得到。注：C

7、overage格式數(shù)據的要素類型包括基本要素類型、復合要素類型、輔助要素類型三大類，基本要素類型包括標注點Label Point、線Arc、多邊形Polygon三類，其中多邊形Polygon表示面狀區(qū)域，邊界由Arc構成。2.2刪除“熱振森林公園圖”柵格數(shù)據的多余信息將柵格數(shù)據復制到該步驟對應文件夾中，僅保留“JPG文件”和“XML文檔”格式的兩個文件作為后續(xù)試驗原始數(shù)據，其余全部刪除，此時若將柵格數(shù)據添加入數(shù)據框中，則柵格數(shù)據左上角第一個像元中心點的坐標將變?yōu)椋?,0），如圖2.5。圖2.5 柵格數(shù)據左上角第一個像素中心坐標值為（0,0）三、地理配準一般通過以下方法獲取柵格數(shù)據：掃描地圖、收

8、集航空像片和衛(wèi)星影像。掃描的地圖數(shù)據集通常不包含空間參考信息（嵌入于文件中或作為單獨的文件）。航空攝影和衛(wèi)星影像提供的位置信息通常不夠充分，無法與其他現(xiàn)有數(shù)據完全對齊。因此，要將這些柵格數(shù)據集與其他空間數(shù)據結合使用，通常需要將這些數(shù)據對齊或配準到某個地圖坐標系，這個過程稱為地理配準。本實驗將對“熱振森林公園圖”進行地理配準。本例中的柵格數(shù)據“熱振森林公園圖”便沒有空間參考信息（不具有坐標系信息且預處理過后柵格圖的坐標不正確，如圖3.1，因此需要進行地理配準操作。）圖3.1 未配準之前坐標信息不正確3.1 方法一（創(chuàng)建地理參考）：3.1.1 新建保存點位坐標文檔首先從柵格數(shù)據中可讀出經緯格網中四

9、個經緯度交點的經緯度信息，并將之寫入TXT文本或者Excel文檔中，如圖3.2所示（單位選用“十進制度”，本例中ABCD四點分別為柵格圖像由左上點、右上點、右下點、左下點）。圖3.2 在Excel文檔中輸入控制點坐標3.1.2 顯示地理參考點位并保存為Shapefile格式點擊ArcMap菜單中的“文件添加數(shù)據添加XY數(shù)據”選項，如圖3.3，彈出“添加XY數(shù)據”對話框，設置X字段為經度L，Y字段為緯度B，如圖3.4?；蛘呖梢杂益I單擊內容列表中的圖層，選擇“添加數(shù)據”將Excel表添加入圖層中，再右鍵單擊Excel表格并選擇“顯示XY數(shù)據”，如圖3.5，彈出“顯示XY數(shù)據”對話框中的設置內容與“

10、添加XY數(shù)據”中相同，兩種方法均可將準確坐標值的點位導入ArcMap數(shù)據框中，導入ArcMap數(shù)據框中的結果及其空間參考屬性信息如圖3.7。圖3.3 添加XY數(shù)據圖3.4 添加XY數(shù)據對話框3.5顯示XY數(shù)據3.5顯示XY數(shù)據3.6 提示沒有Object-ID字段此時創(chuàng)建的空間參考點文件具有柵格數(shù)據格網交點的正確坐標數(shù)值信息但是不具備坐標系信息，而且由于屬性表沒有Object-ID字段因此無法選擇或編輯圖中的點數(shù)據，但可以用將其導出為ShapeFile格式的方法為其自動穿件Object-ID字段和屬性，之后便可以對數(shù)據進行查詢、編輯和使用。圖3.7 添加至數(shù)據框的XY數(shù)據四個控制點在數(shù)據框中顯

11、示出之后按照上文中“將fanwei數(shù)據轉為Shapefile格式”中的方法二步驟將四個控制點保存為Shapefile文件。3.1.3 為地理參考圖層文件建立空間參考信息為控制點文件定義空間參考。使用ArcToolBox中 “數(shù)據管理工具投影和變換定義投影”工具將控制點Shapefile文件（“Pointshp”）定義投影為道路矢量數(shù)據“road”的地理坐標系（可以在選擇坐標系時選擇導入坐標系，如圖3.8，或者在同一數(shù)據框中同時打開“Pointshp”和“road”兩份數(shù)據，選擇坐標系是選擇“圖層”分類中road的空間參考信息如圖3.9，或定義數(shù)據框的空間參考為“road”數(shù)據的地理坐標系，再打

12、開“Pointshp”數(shù)據，右鍵點擊“Pointshp”數(shù)據，選擇“數(shù)據導出數(shù)據”選項，選擇“使用數(shù)據框相同的坐標系”，如圖3.10）。圖3.8 導入坐標系圖3.9選圖層中數(shù)據坐標系圖3.10 選擇數(shù)據框坐標系對“Pointshp”文件進行投影。使用ArcToolBox中 “數(shù)據管理工具投影和變換要素投影”工具將“Pointshp”文件的地理坐標系投影為“dem”數(shù)據所使用的投影坐標系，以便將柵格數(shù)據直接配準到“dem”數(shù)據所用的投影坐標系，選擇輸出坐標系的方法與上一步“為控制點文件定義空間參考”中的方法相同（此處選擇導入dem空間參考方法有時會發(fā)生中央子午圈經度發(fā)生變化的現(xiàn)象，應多加留意），

13、投影后文件命名為“Pointprj”。3.11投影3.1.4 對柵格數(shù)據進行地理配準對空白數(shù)據框中先導入“Pointprj”文件，然后將欲配準的柵格數(shù)據“熱振森林公園圖”導入數(shù)據框中。先將“地理配準”工具條（工具條中圖層選擇框后的工具分別為添加控制點、自動對位、選擇鏈接、縮放至鏈接、刪除鏈接、查看器、查看鏈接表、旋轉）中的“自動校正”取消（不取消也可，只是取消后保存校正后結果時會出現(xiàn)更多選項），然后選擇地理配準工具條的“添加控制點“功能，地理配準條如圖3.12。圖3.12 地理配準工具條依次鼠標左鍵點擊柵格圖上的經緯網交點與對應的控制點（點擊柵格圖上交點時應盡量放大圖片以使得選擇更準確，點擊矢

14、量圖層Pointprj上控制點前可以在工具條中開啟捕捉功能以準確點到控制點），如圖3.13、圖3.14。圖3.13 柵格圖上選控制點后縮放至地理參考圖層圖3.14 選擇地理參考圖層中相應控制點圖3.15 只選三個連接點時的殘差表圖3.16 選完四個連接點后之前連接點發(fā)生變化并產生殘差如圖3.15、圖3.16所示。只選擇三個連接點時連接點殘差均為0，而繼續(xù)增加連接點后開始產生殘差。本例中選擇了彷射變換（變換方法為平移、拉伸、縮放、旋轉），其中包括了6個未知量（X、Y平移、X、Y軸方向上的拉伸、縮放比例以及旋轉角度）而在圖中由三個點位配準過程中的X、Y量偏移量剛好可以得到6個方程，因此此時得到唯一

15、結果，不會產生誤差，因此RMS總誤差以及殘差均為0。但是為了檢查出配準錯誤，配準過程中使用三個以上的控制點，從而產生了殘差（由前三個控制點已可以確定出其余控制點的“期望位置”，配準其余控制點時就與這個“期望位置”產生偏差，從而計算出殘差值，再將這個殘差值以一定比例分配在所有控制點中（由圖3.15、圖3.16所對比，在增加了第四個控制點后第三個控制點也產生了殘差，另外兩個控制點情況相同）進而得到RMS總誤差。）二階三階樣條差值除了放射變換的平移、拉伸、縮放、旋轉方法外還會使得柵格圖想發(fā)生“扭曲現(xiàn)象”，一般這兩類方法要求控制點數(shù)較多，三次樣條差值至少需要10個以上的控制點。而且樣條差值的方法可以達

16、到局部范圍內精度最優(yōu)，而非全局考慮。當獲得通用公式并將其應用到控制點后，會返回誤差（殘差）的測量值。誤差就是起點所落到的位置與指定的實際位置（終點位置）之間的差。通過利用所有殘差的均方根 (RMS) 總和計算 RMS 誤差(RMSE)，再利用 RMS 誤差計算得到總誤差。此值可描述變換在不同控制點（鏈接）之間的一致程度。當誤差非常大時，可通過先移除控制點再添加控制點來校正誤差。盡管 RMS 誤差是評估變換精度的一種重要依據，但是不能將低 RMS 誤差與精確配準相混淆。例如，變換可能因為輸入的控制點較少而仍包含顯著的誤差。同等質量的控制點使用得越多，多項式就可越精確地將輸入數(shù)據轉換到輸出坐標。通

17、常，校正變換和樣條函數(shù)變換可以使 RMS 接近于零或等于零；不過，這并不意味著影像將得到完美的地理配準。如選取不準確欲重新配準可以點擊地理配準工具條中的“查看連接表”，將彈出 “鏈接”屬性表，其中列出了各個控制點的映射情況，檢查各控制點殘差（Residual）及均方差（Total RMS），對控制點進行修改使其達到符合要求。選擇錯誤鏈接點進行刪除，也可在連接表界面保存鏈接點，以便之后再次調用或修改，如圖3.17。選擇好鏈接點后點擊“校正”，彈出“另存為”對話框，選擇輸出位置，為新文件命名，選擇柵格數(shù)據格式和重采樣方法，（Resample Typle重采樣方法有三種：Nearest Neighb

18、or（最近鄰法）、Bilinear Interpolation（雙線性內插法）和Cubic Convolution（立方卷積法），最近鄰法不改變輸入像元的值，適合與柵格地圖的空間配準；雙線性內插法稍好，適合于遙感影像數(shù)據的空間配準；立方卷積法最光滑，應用最少。）完成柵格圖的配準，如圖3.18。配準結果如圖3.19。圖3.17配準連接表圖3.18配準后保存3.19配準結果3.2 方法二（為控制點輸入坐標值）：3.2.1 添加柵格數(shù)據在ArcCatalog中用鼠標左鍵選中欲進行地理配準的柵格數(shù)據“RasterGY”直接拖入ArcMap界面中。此時數(shù)據本身沒有坐標系信息，數(shù)據框也沒有空間參考信息，因

19、此圖框右下角的坐標值顯示為位置單位。3.20 導入數(shù)據3.2.2 設置圖層數(shù)據框的坐標參考系統(tǒng)并選擇數(shù)據框的數(shù)據單位將數(shù)據框的坐標系修改為GCS_Krasovsky_1940的地理坐標系（即與Road圖層相同的坐標系），然后將數(shù)據框的單位設置為“度分秒”。（由于柵格圖中可直接讀出經緯度坐標，比較方便）。3.21 修改數(shù)據框坐標系3.22修改數(shù)據框顯示單位3.2.3 輸入控制點坐標值將圖層顯示范圍放大到東經9130，北緯3025處附近區(qū)域，選擇地理配準工具條中的“添加控制點”工具，在柵格數(shù)據中添加控制點（注意事項與方法一相同），添加控制點后不移動鼠標并直接點擊右鍵，如圖3.23，選擇輸入經度和緯

20、度，如圖3.24。（若不預先設置數(shù)據框的空間參考信息則只能選擇“輸入X,Y坐標”，若選“輸入X,Y坐標”也可直接輸入經緯度在十進制度單位下的數(shù)值）圖3.23 選擇控制點圖3.24 輸入經緯度3.2.4 配準結果查看殘差表合格后后點擊“校正”，如圖3.25，彈出“另存為”對話框，選擇輸出位置，為新文件命名，選擇柵格數(shù)據格式和重采樣方法完成柵格圖的配準，如圖3.26。圖3.25 點擊“地理配準下”的“校正”圖3.26 另存為對話框配準完成后的結果如圖3.27，數(shù)據的坐標在正常范圍內。圖3.27 配準結果四、統(tǒng)一坐標系，將四幅數(shù)據嵌套到一起。使用ArcToolBox中的“數(shù)據管理工具投影和變換定義投

21、影”工具為配準后的柵格數(shù)據定義與“dem”數(shù)據相同的坐標系，以同樣的方法為“fwpolygonshp”定義坐標系。（方法之前已提到，若配準時為按照經緯度配準，則定義為“road”的坐標系，而后再通過“數(shù)據管理工具投影和變換柵格投影柵格”工具，如圖4.1投影為“dem”數(shù)據的坐標系，如圖4.2，或者按經緯度配準的柵格就定義為“road”的坐標系，而把“dem”數(shù)據的坐標系進行轉換。建議使用投影坐標系，以便于之后進行空間分析。）圖4.1 投影柵格工具此時四份數(shù)據都有了空間參考信息，在同一數(shù)據框下打開已可以嵌套在一起（“road”的坐標系雖為地理坐標系但是與其他三份數(shù)據的投影坐標系是基于同一橢球的，

22、因此在導入同一數(shù)據框時進行了動態(tài)投影（若第一份添加的數(shù)據為“road”則為其他三份數(shù)據進行動態(tài)投影）在數(shù)據框中位置相同），但為了繼續(xù)進行空間分析，還需使用ArcToolBox中 “數(shù)據管理工具投影和變換要素投影”工具對“road”數(shù)據進行一次投影。五、柵格數(shù)據矢量化 案例練習過程中會用到空間分析，而已知數(shù)據中只有道路、實驗區(qū)Dem影像、范圍圖層以及一張柵格圖，由實驗要求可知在分析過程中至少還要用到居民地、河流、小蒿草草甸等數(shù)據，因此還需將柵格圖像中的這部分數(shù)據進行矢量化。5.1新建地理數(shù)據庫首先在ArcCatalog窗體中于實驗存放目錄右鍵單擊文件夾，單擊“新建文件地理數(shù)據庫”創(chuàng)建文件地理數(shù)據

23、庫，命名為“RZSLGYUAN”，如圖5.1。圖5.1 新建文件地理數(shù)據庫5.2新建要素類在“RZSLGYUAN”數(shù)據庫中創(chuàng)建要素類，在本實驗中欲創(chuàng)建線要素類“River”、“RoadNew”來存放圖中的河流以及道路，面要素類“OAP”（Other Artificial Places）以及“KPM”（Kobresia Pygmaea Meadow）來存放圖中的“其他人造地區(qū)”和“小嵩草草甸”矢量數(shù)據，點要素類“OAPP”用來存放圖中的點狀居民地以及放牧地點，如圖5.2。新建要素類時選擇空間參考為本實驗中統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)：基于1940克拉索夫斯基橢球中央子午圈經度93的橫軸墨卡托投影（Krasov

24、sky_1940_Transverse Mercator），如圖5.3，在添加字段界面可以多添加幾個字段以備用，如圖5.4。圖5.2 新建要素類圖5.3 為要素類設置XY坐標系5.4 屬性表字段5.3創(chuàng)建要素在“編輯器”工具條上，單擊“編輯器開始編輯”后彈出要求選擇需要編輯的圖層對話框框，如圖5.5。選擇好圖層后點擊“編輯器編輯窗口創(chuàng)建要素”即可彈出“創(chuàng)建要素”工具，如圖5.6、圖5.7，選擇構造工具的模板之后便可開始創(chuàng)建要素以進行矢量化。圖5.5 選擇欲編輯的圖層圖5.6 編輯器圖5.7 創(chuàng)建要素工具在矢量化的過程中要縮放窗口界面至較大的比例尺，以期提高矢量化精度。創(chuàng)建面要素過程中只需沿線創(chuàng)

25、建面要素邊界即可生成面要素，不論外凸圖形或內凹圖形皆可用正常方法完成創(chuàng)建，其生成面的方法是用新建折點與起始折點連線掃過的區(qū)來生成面，同一區(qū)域若被掃過奇數(shù)次則生成面，掃過偶數(shù)次則反選掃過面域，最終生成正確的面狀區(qū)域，如圖5.8、圖5.9。矢量化的過程中如果有節(jié)點選錯位置可以在錯誤位置節(jié)點處單擊右鍵選擇“刪除節(jié)點”選項后重新選擇節(jié)點，如圖5.10。圖5.8 奇數(shù)次掃過面域時生成面圖5.9 偶數(shù)次掃過面域時取消生成面圖5.10刪除錯誤折點5.4保存矢量化結果在添加節(jié)點完成后點擊鼠標右鍵，選擇“完成部分”或者“完成草圖”選項即可完成編輯。（若選擇“完成草圖”，則此次編輯的內容將存為一個要素，若選擇“完

26、成部分”則直至選擇“完成草圖”前所編輯的所有內容將保存為同一個要素。）5.11完成草圖與完成部件最后點擊編輯器中的“保存編輯內容”按鈕，即可將繪制好的草圖內容保存到圖層中。5.12 保存編輯內容以此方法可以完成其他面圖層的矢量化，線和點圖層的矢量化步驟也與此相同。六、提高空間數(shù)據質量地理信息數(shù)據的數(shù)據結構比較復雜，地物之間又存在很多拓撲關系，如果不進行拓撲檢測就進行處理分析的話，很可能產生錯誤的分析結果，比如有時候如果多邊形閉合不恰當，就無法得出正確的疊加分析結果。拓撲管理能清晰地反映實體之間的邏輯結構關系，它比幾何數(shù)據更具穩(wěn)定性，可以有效地提高空間數(shù)據準確度和質量。（只有簡單要素類才能參與拓

27、撲，注記、尺寸等復雜要素類不能參與構建拓撲。）拓撲數(shù)據至少有三個優(yōu)點：首先是能確保數(shù)據質量和完整性，這是美國人口普查局最初使用拓撲的事實原因；其次拓撲可強化GIS分析；最后空間要素之間的拓撲關系使得GIS用戶可執(zhí)行空間數(shù)據查詢。例如訪問一個縣內有多少所學校，一條河流流經哪些省份等等。6.1拓撲編輯首先創(chuàng)建一份要素數(shù)據集，再將需要進行拓撲編輯的要素類數(shù)據導入到要素數(shù)據集中。（若要素數(shù)據集與欲導入其中的要素類處在同一地理數(shù)據庫中則無法使用批量導入（顯示要素已存在），單個導入時可以進行重命名，因此不會出現(xiàn)此類錯誤，若向另一地理數(shù)據庫中的要素類中導入要素則可使用批量。）創(chuàng)建拓撲有兩種方法，可以在Arc

28、ToolBox中實現(xiàn)也可在ArcCatalog 中實現(xiàn)，本報告以在ArcCatalog中實現(xiàn)拓撲為例實現(xiàn)對數(shù)據的拓撲編輯。6.1.1創(chuàng)建拓撲新建要素數(shù)據集，如圖6.1，右鍵單擊新建的要素數(shù)據集選擇“導入要素類（多個）”，如圖6.2，彈出“要素類至地理數(shù)據庫工具”，將要素導入數(shù)據集中，如圖6.3。圖6.1 新建要素數(shù)據集圖6.2 導入要素類6.3要素類至地理數(shù)據庫工具導入過后所選要素將會顯示在數(shù)據框中，如圖6.4圖6.4 導入完成自動顯示右鍵單擊導入了要素的要素數(shù)據集，選擇“拓撲”，如圖6.5，則會彈出“新建拓撲”對話框，如圖6.6，按照提示進行操作。圖6.5建立拓撲圖6.6新建拓撲對話框設定拓

29、撲中每個圖層要素的等級，等級最高為1，等級越高的圖層被移動的越少，即等級不同的兩個圖層之間出現(xiàn)拓撲錯誤則會優(yōu)先修改等級低的要素圖層，如圖6.7。圖6.7 設置要素等級點擊下一步后彈出指定拓撲規(guī)則窗體，如圖6.8。點擊“添加規(guī)則”按鈕，在彈出的“添加規(guī)則”窗口中選擇要參加拓撲的圖層以及相應的拓撲規(guī)則，如圖6.9，若為圖層之間的拓撲則還需選擇第二個圖層的要素類、點擊保存規(guī)則可以將拓撲規(guī)則保存，遇到類似數(shù)據可以直接使用“加載規(guī)則”，再做修改。圖6.8 設置拓撲規(guī)則圖6.9 添加規(guī)則并查看錯誤類型6.1.2驗證拓撲并查看拓撲錯誤建立拓撲后，彈出對話框詢問是否立即驗證，如圖6.10，點擊“是”，后結果將

30、直接顯示在窗口中。圖6.10 立即驗證拓撲在ArcCatalog中右鍵單擊拓撲文件可以選擇“驗證”再次驗證拓撲，如圖6.11，選擇“屬性”也可以添加、移除和修改拓撲規(guī)則。如圖6.12。圖6.11 驗證拓撲圖6.12 屬性窗口驗證拓撲結果如圖6.13，點拓撲錯誤為淺粉色，面拓撲錯誤為深粉色。圖6.13 拓撲驗證結果6.1.3拓撲編輯拓撲工具條如圖6.14，工具分別為“選擇拓撲”、“拓撲編輯工具”、“修改邊”、“整形邊工具”“對齊邊工具”、“概化邊緣”、“共享要素”、“驗證選中范圍內拓撲”、“驗證當前范圍內拓撲”“修復拓撲錯誤工具”和“錯誤查看器”。圖6.14 拓撲工具條點擊“編輯器”中的“開始編

31、輯后”，拓撲工具條變?yōu)榭捎茫蜷_錯誤檢查器，可以查看錯誤信息和拓撲錯誤要素，如圖6.15。圖6.15 錯誤檢查器 修復拓撲時要在錯誤檢查器中右鍵點擊錯誤，選擇“縮放至”，查看錯誤具體情況，然后點擊拓撲工具條中的“修復拓撲錯誤工具”，選中錯誤的點、線或者面，單擊右鍵選擇修復方法，“捕捉”為連接至一定范圍內的下一節(jié)點、“延伸”可將線的末尾節(jié)點延伸至最近的線要素上、“修剪”則是將末尾節(jié)點移至指定范圍內最近的詳解線上。懸掛節(jié)點若為河流源頭或道路起始位置可以標記為異常。圖6.16 縮放至錯誤位置圖6.17 修復錯誤修復拓撲錯誤操作需要視情況修復，還可能用到“編輯器”和“高級編輯”中的各項功能，如圖18。

32、圖6.18 編輯器 和 高級編輯修改后圖層中無拓撲錯誤，如圖19圖6.19修改拓撲錯誤后結果6.2非拓撲編輯在矢量化的過程中為了方便將大塊面積的面狀區(qū)域分成幾個部分分別進行矢量化，但在本次案例的分析中要考慮面積因素，因此為了避免由于矢量化的操作而產生誤導性甚至錯誤的結論，拓撲后再將本屬于同一地物的元素合并起來，如圖6.20、圖6.21就是將一大塊地物分塊進行了矢量化。圖6.20 面狀要素被分開矢量化結果圖6.21面狀要素被分開矢量化結果 鼠標左鍵選擇幾個欲合并的面狀要素之一，再按住“Shift”依次選擇其他與合并的面狀要素，選擇完成后使用控制器中的“合并”功能，如圖6.22。 圖6.22 合并

33、功能 在彈出的“合并”對話框中選擇將與其他要素合并的要素（保留此時未選擇的要素的ID），點擊“確定”后完成合并。圖6.23 合并對話框 合并后的結果如圖6.24所示圖6.24 合并完成后結果七、柵格數(shù)據矢量化（二）（對于第一次矢量化結果不滿意因此又進行了一次矢量化，而且第一次矢量化相當于是矢量化與入庫同步進行，因此在文檔中將兩種矢量化都保留了下來。）案例練習過程中會用到空間分析，而已知數(shù)據中只有道路、實驗區(qū)Dem影像、范圍圖層以及一張柵格圖，柵格圖如圖7.0.1，由實驗要求可知在分析過程中至少還要用到居民地、河流、小蒿草草甸等數(shù)據，因此還需將柵格圖像中的這部分數(shù)據進行矢量化。圖7.0.1 柵格

34、數(shù)據圖7.1新建Shapefile首先在ArcCatalog窗體中于實驗存放目錄右鍵單擊文件夾，單擊“新建Shapefile”創(chuàng)建Shapefile文件，如圖7.1.1。圖7.1.1 新建Shapefile文件 選擇新建Shapefile后彈出“創(chuàng)建新Shapefile”對話框，如圖7.1.2，在對話框中選擇要素的類型為點、線或面，點擊“空間參考”一欄下方的“編輯”后，即可彈出“空間參考屬性”對話框，為Shapefile文件設置空間參考屬性，如圖7.1.3。圖7.1.2 “新建Shapefile”對話框圖7.1.3 “空間參考屬性”對話框 選擇正確的坐標系后點擊確定，退回“創(chuàng)建新Shapefi

35、le”對話框，此時在“空間參考”的描述一欄已可看到新Shapefile數(shù)據的空間參考信息，如圖7.1.4所示。圖7.1.4 空間參考描述 以同樣的方法新建其他Shapefile文件，如ScenicSpot、VegetationCover面要素，分別存放圖中的景區(qū)和植被信息，River、RoadNew線要素存放圖中的河流和道路要素，Houses、OAPlaces分別存放圖中的居民地房屋以及其他人造要素（如景點和放牧地點等），新建Shapefile完成后如圖7.1.5。圖7.1.5 新建的Shapefile添加入圖層7.2創(chuàng)建要素進行矢量化新建Shapefile完成后即可開始創(chuàng)建要素，點擊“編輯器

36、”中的“開始編輯”按鈕后，彈出“開始編輯”對話框，如圖7.2.1所示。在對話框中選擇進行編輯的圖層，由于面要素的矢量化過程相對較為復雜，而且線要素和點要素矢量化的基本操作在面要素矢量化的過程中都會用到，因而本報告以植被覆蓋情況為例介紹矢量化步驟，因此選擇“VegetationCover”為要編輯的圖層，如圖7.2.2所示，同時在點擊“開始編輯”按鈕就后“編輯器”中的“創(chuàng)建要素”按鈕變?yōu)榭捎谩D7.2.1 編輯器工具圖7.2.2 開始編輯 點擊“創(chuàng)建要素”后彈出“創(chuàng)建要素”對話框，如圖7.2.3所示，在對話框中選擇創(chuàng)建要素的圖層以及構造工具，因所需矢量化區(qū)域形狀無特殊性（并不是規(guī)則圖形如園、橢圓

37、、矩形等），因此選擇“面”為構造工具。圖7.2.3 “創(chuàng)建要素”工具首先右鍵單擊“VegetationCover”圖層，選擇“打開屬性表”選項打開該圖層的屬性表如圖7.2.4，選擇“添加字段”選項彈出“添加字段”對話框，在此對話框中為圖層中的要素添加屬性字段，如圖7.2.5所示。圖7.2.4 添加字段圖7.2.5 設置字段屬性本例中暫時為“VegetationCover”圖層的要素添加“Type”和“Aera1”兩個字段，分別欲存放圖中的植被類型和對應的面積，如圖7.2.6所示。圖7.2.6 屬性表添加了新字段 新建好屬性字段，選擇好“構造工具”后可開始進行矢量化，手動矢量化的過程比較簡單，對

38、于面狀要素需要依次對其邊界添加折點，最后以這些折點圍成面狀要素，如圖7.2.7。圖7.2.7 面狀要素矢量化在添加節(jié)點完成后點擊鼠標右鍵，選擇“完成部分”或者“完成草圖”選項即可完成編輯，如圖7.2.8。（若選擇“完成草圖”，則此次編輯的內容將存為一個要素，若選擇“完成部分”則直至選擇“完成草圖”前所編輯的所有內容將保存為同一個要素。）圖7.2.8完成草圖與完成部件最后點擊編輯器中的“保存編輯內容”按鈕，如圖7.2.9，即可將繪制好的草圖內容保存到圖層中。圖7.2.9 保存編輯內容7.3面狀要素矢量化中注意事項在矢量化的過程中要縮放窗口界面至較大的比例尺，以期提高矢量化精度。創(chuàng)建面要素過程中只

39、需沿線創(chuàng)建面要素邊界即可生成面要素，不論外凸圖形或內凹圖形皆可用正常方法完成創(chuàng)建，去心區(qū)域也可先描外邊界后描內邊界，新建面要素的繪圖的方法是用新建折點與起始折點連線掃過的區(qū)來生成面，同一區(qū)域若被掃過奇數(shù)次則生成面，掃過偶數(shù)次則反選掃過面域，最終生成正確的面狀區(qū)域，如圖7.3.1、圖7.3.2。矢量化的過程中如果有節(jié)點選錯位置可以在錯誤位置節(jié)點處單擊右鍵選擇“刪除節(jié)點”選項后重新選擇節(jié)點，如圖7.3.3。圖7.3.1 奇數(shù)次掃過面域時生成面圖7.3.2 偶數(shù)次掃過面域時取消生成面圖7.3.3 刪除錯誤折點 矢量化過程中對于去心區(qū)域的處理方法是先描點繪出其外邊界再繪出內邊界，在繪完外邊界以及內邊界

40、時因為選點位置不準確繪產生縫隙，如圖7.3.4所示。圖7.3.4 矢量化去心區(qū)域此時可以用“編輯器”工具中的“編輯折點”功能進行修改，編輯器如圖7.3.5所示，右數(shù)第四個功能為“編輯折點”，右數(shù)第三個功能為“整形要素工具”。圖7.3.5 “編輯器”工具條修改圖7.3.4中錯誤的方法為使用“編輯折點”功能，將錯位的折點移動到一起，如圖7.3.6所示，由于此時該要素已經生成，因此“捕捉”功能可以捕捉到要素上的折點，因而移動的位置是準確的。（在矢量化過程中由于要素還沒有生成所以捕捉功能無法捕捉到要素上的折點或線）圖7.3.6矢量化去心區(qū)域修改移動折點后的效果如圖7.3.7所示，矢量化時外邊界與內邊界

41、的接合處已沒有縫隙。圖7.3.7 去心區(qū)域矢量化完成矢量化過程中還有可能遇到另外一種情況，即矢量化完成后發(fā)現(xiàn)矢量化過程中漏掉了一小部分凹形區(qū)域，如圖7.3.8所示，或是截斷了一小部分凸出的區(qū)域，此時可以使用編輯器工具條中“整形要素工具”進行處理。圖7.3.8 “整形要素工具”用法 “整形要素工具”的處理方法為先選中矢量化時“需凹進去的節(jié)點”，并依邊界對凹形區(qū)域進行矢量化，然后將最后的一個節(jié)點回到圖形的邊界上，如圖7.3.9所示。圖7.3.9“整形要素工具”用法“整形要素工具”的處理結果如圖7.3.10所示。圖7.3.10“整形要素工具”用法繪制好一個要素之后，選中要素點擊右鍵。選擇“屬性”選項

42、可以查看其屬性，如圖7.3.11所示，并可修改其屬性信息，如圖7.3.12所示，此時可對植被覆蓋面要素中區(qū)分植被類型的字段“Type”進行賦值，在本次案例中由于要素數(shù)量不多，因此也可以在完成矢量化后統(tǒng)一進行賦值。圖7.3.11 查看要素屬性圖7.3.12 編輯要素屬性 部分面狀區(qū)域矢量化結果如圖7.3.13所示。圖7.3.13 部分面狀要素矢量化成果7.4生成剩余區(qū)域面狀矢量圖形 此步驟將要用到ArcToolBox中“數(shù)據管理工具”“要素”中的“要素轉線”和“線轉要素”兩個工具，如圖7.4.1所示。圖7.4.1 “要素轉線”和“線轉要素”工具首先在矢量化的過程中新加入了一個面狀區(qū)域圍繞覆蓋圖幅

43、。使用“要素轉線”工具，將“ScenicSpot”景區(qū)圖層和“VegetationCover”植被圖層作為輸入要素，如圖7.4.2所示，選擇輸出要素的位置后點擊確定。以同樣方法再將覆蓋整個區(qū)域的面狀要素轉為線要素。圖7.4.2 “要素轉線”“要素轉線”工具生成的線要素如圖7.4.3所示。圖7.4.3 “要素轉線”成果 然后再使用“要素轉面”工具，彈出“要素轉面”對話框，選擇新生成的線要素“vegetationline”以及圖幅邊界線要素“clipline”為輸入要素，如圖7.4.4所示，選擇輸出要素的位置后點擊確定。（線生成面工具在使用時要求所使用的線為封閉的線，創(chuàng)建圖幅邊界要素文件的意義也在

44、于此。）圖7.4.4 “要素轉面”工具 “要素轉面”工具輸出結果如圖7.4.5所示，此時該圖層中的要素全部都是面要素。圖7.4.5 “要素轉面”成果生成面要素后其“Type”屬性字段全部丟失，對之后的空間分析帶來阻礙，因此需要重新添加字段并對每個要素進行賦值。首先將生成的面圖層“AllVegetation”和柵格數(shù)據在數(shù)據框中勾選為顯示狀態(tài)，然后點擊“AllVegetation”圖層下的符號管理器按鈕，打開“符號管理器”工具，將其顏色填充選為“無顏色填充”，再將邊界適當加粗，以看清面狀要素的邊界，如圖7.4.6所示。添加字段的過程不再贅述。7.4.6 設置為“無顏色填充”右鍵選擇“AllVeg

45、etation”，打開“AllVegetation”圖層的屬性表，在圖中選中一個要素后屬性表中相應該要素的一項即變?yōu)樗{色，并可以修改該要素的“Type”屬性，如圖7.4.7所示。為了將圖中的面要素進行區(qū)分，本案例中面要素的的“Type”屬性以數(shù)值12代表該要素為“大果園柏林”；以22代表植被類型為“沙棘林”；以31代表植被類型為“小蒿草草甸”；以41代表植被類型為“稀疏植被”；以51代表植被類型為“杜鵑灌叢”；以數(shù)值61代表該面狀要素為“生態(tài)旅游區(qū)”。圖7.4.7 編輯要素“Type”屬性若無法找到剩余的還未重新添加“Type”屬性的要素，則可在屬性表中選中未添加屬性的一項，單擊右鍵后選擇“閃

46、爍”選項，如圖7.4.8所示。圖7.4.8 “閃爍” 選擇閃爍后圖中的該要素即會閃爍一次，如圖7.4.9所示。此時可以查看圖例，找出該要素對應的“Type”屬性值，再將之添加到屬性表中。圖7.4.9 “閃爍”效果注：由于開始矢量化時沒有想到用線生成面的方法，但當面狀要素矢量化到最后一項面積最大的植被時意識到對該植被直接進行矢量化無異于對之前的所有其他面狀要素重新進行一次矢量化，甚至工作量還更大。（地圖邊界處也需進行矢量化，而且若選擇邊界節(jié)點時若捕捉漏掉一部分，則導致相鄰兩要素邊界不重合的情況，使得相鄰兩面要素之間存在重疊或縫隙，直接降低了空間數(shù)據的質量，因而產生了更多的問題）。因此在本報告中采

47、用了先將面轉為線再以線生成面的方法，先以面生成線則避免了線要素不閉合的問題，直接繪制線要素也可行，只是需要將一個面要素的邊界分成至少兩個線要素（分開保存則矢量化非第一條線要素時可以“捕捉”到之前保存的線要素節(jié)點，因此可以確保線要素閉合），或在對邊界要素矢量化為線要素之后再進行折點的編輯，將最后一個折點移動至起點處與起點重合形成閉合線要素。相較于直接矢量化剩余植被的方法，線生成面的方法還有一個優(yōu)勢是圖中相鄰面要素之間的分割線只被矢量化了一次，因此降低了空間數(shù)據的冗余度。7.5點、線要素的矢量化點要素以及線要素的矢量化過程相對較為簡單，因此在報告中只做簡單敘述。在選擇點要素的構造模型之后，點要素的

48、矢量化只需在圖中相應位置點擊左鍵，即可生成相應的點要素，如圖7.5.1，位置錯誤的點要素同樣也可以右鍵選中后刪除。圖7.5.1 點要素的矢量化 線要素的矢量化方法與描繪面要素的邊界相似，折點修改方法也相同，矢量化過程中會出現(xiàn)一些在拓撲中不可標記為異常的懸掛節(jié)點，如圖7.5.2可以通過右鍵選擇欲修改的線要素，然后選擇“編輯折點”的方法進行修改，可將折點直接移動至與線要素上，或將折點直接移動至與線要素上的其他折點，這樣則使用其他節(jié)點代替了原有懸掛節(jié)點，如圖7.5.3。圖7.5.2 懸掛節(jié)點圖7.5.3 “編輯折點”以修改懸掛節(jié)點7.6矢量化結果矢量化的結果如圖7.6.1所示圖7.6.1矢量化結果7

49、.7整理出實驗區(qū)數(shù)據 首先將矢量化的結果添加至數(shù)據框中，然后再將第四部分“同一坐標系，將四幅數(shù)據進行嵌套”中的范圍面狀要素“fwpolygonshp”也導入至數(shù)據框中，如圖7.7.1所示。圖7.7.1 將實驗區(qū)范圍加入數(shù)據框 點擊主菜單欄中的“地理處理”，如圖7.7.2，選擇其中的“裁剪”工具，打開“裁剪”對話框，選擇矢量化結果為輸入要素，范圍面狀要素為裁剪要素，如圖7.7.3選擇輸出位置后點擊確定完成裁剪。圖7.7.2 “裁剪”工具圖7.7.3 “裁剪”對話框“裁剪”工具實際上是提取兩個要素中相重合的部分，其中“輸入要素”為被裁剪要素，“裁剪要素”為需要從被裁剪要素中提取的重合部分，“裁剪要

50、素”只能選擇面狀要素，否則將會發(fā)生錯誤，而被裁剪要素可以是任何類型的要素。最后裁剪結果的要素類型與“輸入要要素”的數(shù)據類型相同。裁剪的結果如圖7.7.4所示。圖7.7.4 裁剪結果7.8矢量化結果入庫矢量數(shù)據（Shapefile文件）入庫后，其屬性信息中將顯示更多內容，同時對于其屬性內容的編輯也將更加簡單方便，如圖7.8.1更利于進行空間分析，因此最好將數(shù)據導入至數(shù)據庫中。另外Geodatabase（即地理數(shù)據庫，下同）是基于對象矢量數(shù)據模型的一個例子，它是由Esri公司開發(fā)的作為ArcGIS for Desktop基礎的ArcObjects 的一部分。Geodatabase 與 Covera

51、ge 相似，兩者的不同主要在于復合要素，如分區(qū)和路徑。Geodatabase將矢量數(shù)據集組織成要素類和要素數(shù)據集。要素類存儲具有相同集合類型的空間要素；要素數(shù)據集則存儲具有相同坐標系和區(qū)域范圍的要素類。Geodatabase也能存儲柵格數(shù)據、TIN、位置數(shù)據和屬性表。拓撲數(shù)據也能夠存儲在Geodatabase中并對特性進行建模。Geodatabase 可用于單個用戶，也可用于多個用戶。單用戶數(shù)據庫可以是個人Geodatabase 或者文件Geodatabase。個人Geodatabase將數(shù)據存儲在 Microsoft Access 數(shù)據庫的表格中。而文件Geodatabase 是把數(shù)據以許多

52、小文件的形式存儲在二進制文件夾中，在訪問時，文件Geodatabase 比個人Geodatabase 可以提供更好的性能。Geodatabase的優(yōu)點：第一，Geodatabase的等級結構對于數(shù)據組織和管理十分有利。第二，Geodatabase是ArcObjects 的一部分，它具有面向對象技術的優(yōu)勢。第三，Geodatabase提供即時拓撲，適用于要素類內的要素或者兩個或更多的參與要素。第四，在ArcObjects中有許多的對象、屬性和方法可供GIS用戶定制應用。第五，ArcObjects 提供了一個可以按照各行各業(yè)的需求定制對象的模型。圖7.8.1屬性信息中顯示更多內容，同時方便編輯首先

53、在欲創(chuàng)建地理數(shù)據庫的文件夾下單擊右鍵，選擇“新建文件地理數(shù)據庫”，如圖7.8.2所示，即可完成文件地理數(shù)據庫的新建，本例新建的數(shù)據庫為文件地理數(shù)據庫，一般來說文件地理數(shù)據庫比個人地理數(shù)據庫可以提供更好的性能。生成的數(shù)據庫名稱為默認名稱，可以對其直接進行重命名。圖7.8.2 新建“文件地理數(shù)據庫”右鍵單擊新建好的數(shù)據庫，選擇“導入要素類（多個或單個）”，如圖7.8.3所示，本案例選擇批量導入，即可彈出“要素類至地理數(shù)據庫（批量）”對話框，如圖7.8.4，將欲導入的要素圖層添加至“輸入要素”后點擊確定即可完成導入，“導入要素類（單個）”功能可以在導入的同時進行重命名，若數(shù)據庫中有相同名稱的要素類時

54、則可選擇單個導入的方法，多個導入會由于有同名要素類而導入失敗。也可以采用右鍵單擊欲導入至地理數(shù)據庫中的Shapefile文件后選擇“導出轉出至地理數(shù)據庫”選項，同樣彈出“要素類至地理數(shù)據庫”對話框，將Shapefile文件導入至地理數(shù)據庫中。圖7.8.3 導入要素類圖7.8.4 “要素類至地理數(shù)據庫”對話框若Shapefile文件已在數(shù)據框中打開，則也可以在數(shù)據框中選中相應文件，選擇“導出導出數(shù)據”選項，彈出“導出數(shù)據”對話框，如圖7.8.5，選擇導出所有要素以及相應的坐標系后，點擊輸出要素類位置后的“瀏覽”按鈕，出現(xiàn)“保存數(shù)據”對話框，在保存類型中選擇保存類型為“文件和個人地理數(shù)據庫要素類”

55、，如圖7.8.6所示，同樣可以完成Shapefile文件導入至數(shù)據庫的操作。圖7.8.5 導出數(shù)據圖7.8.6 保存為“地理數(shù)據庫要素類”八、空間分析本案例的要求如圖8.0.1，由圖所知，本案例需要對數(shù)據進行空間分析以達到案例目的，需要用到的空間分析方法為緩沖區(qū)分析、坡度分析、疊加分析。圖8.0.1 案例要求8.1緩沖區(qū)分析首先建立River的緩沖區(qū)。點擊打開ArcTtoolBbox快捷菜單，選擇“分析工具鄰域分析緩沖區(qū)”，打開“緩沖區(qū)”對話框，如圖8.1.1，在對話框中選擇“River”為輸入要素，在輸出要素類中距離設置為1000m，融合字段選擇“ALL”，單擊“確定”后可完成緩沖區(qū)的建立。

56、同樣選擇主菜單中的“地理處理緩沖區(qū)”也可打開“緩沖區(qū)”對話框。圖圖8.1.1 “緩沖區(qū)”對話框對話框中部分選項意義如下： 距離 值或字段 與要緩沖的輸入要素之間的距離。該距離可以用表示線性距離的某個值來指定，也可以用輸入要素中的某個字段（包含用來對每個要素進行緩沖的距離）來指定。如可設定河流等級，并在屬性表中加入該等級對應的緩沖區(qū)距離，便可選擇該字段對河流進行緩沖區(qū)分析。側類型將進行緩沖的輸入要素的側。（線要素的左側右側、面要素的內部外部）末端類型 (可選) 線輸入要素末端的緩沖區(qū)形狀。此參數(shù)對于面輸入要素無效。ROUND緩沖區(qū)的末端為圓形，即半圓形，是默認設置。 FLAT緩沖區(qū)的末端很平整或者為方形，并且在輸入線要素的端點處終止。 融合類型 (可選) 指定要執(zhí)行哪種融合操作以移除緩沖區(qū)重疊。NONE無論如何重疊，均保持每個要素的獨立緩沖區(qū)，是默