ARCGIS的基本原理.ppt

1、第1章 GIS基本原理與ArcGIS軟件簡介,隨著信息技術的發(fā)展以及應用領域的不斷擴大，尤其是計算機技術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GIS）技術也得到了飛速的發(fā)展。目前，地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS已成為全世界用戶群體最大、應用領域最廣泛的GIS軟件平臺。其ESRI公司已成為公認的、世界領先的GIS軟件供應商。本章將詳細介紹地理信息系統(tǒng)與ArcGIS軟件的基本原理和基礎知識。,1.1 GIS概述,地理信息系統(tǒng)技術是一門綜合性的技術。其發(fā)展共經(jīng)歷了20世紀60年代初始發(fā)展階段、70年代發(fā)展鞏固階段、80年代推廣應用階段以

2、及90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，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)，成為人們生活、學習和工作不可缺少的工具和助手。,1.1.1 GIS的基本概念,地理信息系統(tǒng)（GIS）是一門集計算機科學、信息學、地理學等多門科學為一體的新興學科。它是在計算機軟件和硬件支持下，運用系統(tǒng)工程和信息科學的理論，科學管理和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)。 GIS通常也被認為是一種決策支持系統(tǒng)，它具有信息系統(tǒng)的一般特點。 GIS可以通過管理、分析、通訊進行復雜圖案識別以及空間建模和空間數(shù)據(jù)挖掘。,1.

3、1.2 GIS系統(tǒng)的組成,一個GIS系統(tǒng)的組成，可以分為5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。 1硬件 2軟件 3數(shù)據(jù) 4人員 5方法,1.1.3 GIS的主要功能,一個完整的地理信息系統(tǒng)（GIS）可以具有以下5個方面的功能。 數(shù)據(jù)采集與編輯功能 數(shù)據(jù)的存儲和管理功能 制圖功能 空間查詢與空間分析功能 二次開發(fā)和編程功能,1.2 GIS空間數(shù)據(jù)組織與結構簡介,地理空間數(shù)據(jù)是GIS系統(tǒng)的基礎組成部分，其也是GIS軟件的直接操作對象。應該說整個GIS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。 從數(shù)據(jù)結構上來說，矢量和柵格是地理信息系統(tǒng)中兩種主要的空間

4、數(shù)據(jù)結構。,1.2.1 柵格數(shù)據(jù)結構,基于柵格模型的數(shù)據(jù)結構簡稱為柵格數(shù)據(jù)結構。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)格上給出相應的屬性值，從而來表示地理實體的一種數(shù)據(jù)組織形式。簡單地講，柵格數(shù)據(jù)結構實際就是像元陣列，每個像元由行列確定它的位置并有一個相應的屬性值。,1.2.2 矢量數(shù)據(jù)結構,與柵格數(shù)據(jù)相對應，矢量數(shù)據(jù)是GIS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空間對象，如一條線由一系列相鄰的坐標串表達。矢量數(shù)據(jù)結構通過記錄坐標的方式，盡可能地將點、線和面等地理實體表現(xiàn)得精確無誤。,1.2.3 柵格矢量數(shù)據(jù)結構的比較,從圖形質量出發(fā)，最初研究和發(fā)展的是矢量

5、數(shù)據(jù)處理技術。但到70年代后期，許多實際工作者都認為在許多情況下，柵格方案更有效。 另一方面，相互連接的線網(wǎng)絡和多邊形網(wǎng)絡則仍需應用矢量數(shù)據(jù)結構模式。因為矢量結構更有利于網(wǎng)絡分析（交通運輸網(wǎng)、給排水網(wǎng)等）和制圖應用。但是矢量表示的多邊形網(wǎng)絡、線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)結構中包括了大量拓撲信息即關系數(shù)據(jù)等多余數(shù)據(jù)，也使矢量結構的數(shù)據(jù)庫容量大幅度增加。,1.3 ArcGIS 9軟件體系結構,ArcGIS 9是ESRI開發(fā)的新一代GIS軟件，在世界上應用最為廣泛。它由數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)服務器ArcSDE及4個應用基礎框架組成，即桌面軟件Desktop、服務器GIS、嵌入式GIS和移動GIS。,1.3.1 ArcGIS桌面產(chǎn)

6、品（Desktop GIS）,ArcGIS桌面產(chǎn)品是一系列整合的應用程序的總稱，其包含諸如ArcMap、ArcCatalog、ArcToobox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ArcView、ArcEditor和ArcInfo，而ArcReader則是一個免費地圖瀏覽器組件。 1ArcMap 2ArcCatalog 3ArcToolbox 4ModelBuilder 5ArcGlobe,1.3.2 嵌入式GIS（Embedded GIS）,在實際應用中，有些GIS軟件要求簡單、有針對性的用戶界面，它們通過高級的GIS邏輯執(zhí)行一些具體的任務。例如，很多組織只需要

7、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腉IS應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GIS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GIS工具包，在構建應用時提供常規(guī)的GIS功能。,1.3.3 服務器GIS（Server GIS ）,GIS軟件可以被集中地管理在應用服務器和網(wǎng)絡服務器中。通過網(wǎng)絡，向任意數(shù)量的用戶提供各種GIS功能。企業(yè)GIS用戶可以使用傳統(tǒng)的、高級的GIS桌面軟件、網(wǎng)絡瀏覽器、定制的應用、移動計算設備、以及數(shù)字設備等連接到中央GIS服務器，獲得GIS服務。 這些服務器GIS能夠提供豐富的GIS功能。 1ArcSDE 2ArcIMS 3

8、ArcGIS Server,1.3.4 移動GIS（Mobile GIS）,在移動GIS方面，ArcGIS 9提供了實現(xiàn)簡單GIS操作的ArcPad和實現(xiàn)高級GIS復雜操作的Mobile ArcGIS Desktop System。,1.4 ArcGIS 9軟件簡介與軟件安裝,美國環(huán)境系統(tǒng)研究所（Environment System Research Institute，ESRI）從1978年以來，相繼推出了多個版本系列的GIS軟件，其產(chǎn)品不斷更新擴展，構成適用各種用戶和機型的系列產(chǎn)品。20世紀90年代以來，ESRI在全面整合了GIS與數(shù)據(jù)庫、軟件工程、人工智能、網(wǎng)絡技術及其他多方面的計算機主

9、流技術之后，成功地推出了代表GIS最高技術水平的全系列ArcGIS產(chǎn)品。 在常見的GIS系統(tǒng)中，ESRI的ArcGIS以其強大的分析能力占據(jù)了大量市場，成為主流的GIS系統(tǒng)。ArcGIS 9由ESRI在2004年推出，是一個統(tǒng)一的地理信息系統(tǒng)平臺。ArcGIS 9不僅是一個全面的GIS平臺，而且還是一個可伸縮的GIS平臺，為用戶構建一個完善的GIS系統(tǒng)，提供完整的解決方案。,1.4.1 ArcGIS 9軟件特色,ArcGIS 9是ESRI發(fā)布的功能比較強大而又完善的版本。ArcGIS 9的一個主要目標是與現(xiàn)有的ArcGIS 8.3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

10、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能方面作了改進；提供強大的跨平臺支持能力，包括Windows、UNIX和Linux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 2便捷的元數(shù)據(jù)管理 3靈活的定制與開發(fā) 4ArcGIS 9的新功能,1.4.2 ArcGIS 9軟件安裝,ArcGIS 9軟件安裝首先需要獲得相關軟件以及運行許可。下面就假設把安裝軟件存放在E盤根目錄下，來詳細地介紹其安裝步驟。,1.5 ArcGIS 9常用矢量數(shù)據(jù)模型簡介,目前，GIS數(shù)據(jù)模型和格式有200多種。ArcGIS 9常用矢量數(shù)據(jù)模型主要包括Shapefile、Cove

11、rage和GeoDatabase等3種。,1.5.1 Shapefile,Shapefile文件是美國環(huán)境系統(tǒng)研究所（ESRI）所研制的GIS文件系統(tǒng)格式文件，是工業(yè)標準的矢量數(shù)據(jù)文件。Shapefile將空間特征表中的非拓撲幾何對象和屬性信息存儲在數(shù)據(jù)集中，特征表中的幾何對象存為以坐標點集表示的圖形文件SHP文件。Shapefile文件并不含拓撲（Topological）數(shù)據(jù)結構。 一個完整的ESRI的shape文件至少包括3個文件，詳細內(nèi)容如下。 1主文件 2索引文件 3dBASE表 4其他文件,1.5.2 Coverage,1981年，ESRI推出他的第一個商業(yè)GIS軟件ArcInfo，

12、它采用的是第二代地理數(shù)據(jù)模型Coverage數(shù)據(jù)模型，也被稱為地理相關模型（Georelational Data Model）。 Arc/Info 確認c后面的斜杠是否正確 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)使用拓撲數(shù)據(jù)模型來表示，而屬性數(shù)據(jù)則使用關系數(shù)據(jù)模型。在Coverage中，主要用弧段、節(jié)點、標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、注記和鏈 確認表述是正確。 1Arc/Info數(shù)據(jù)結構與存儲方式 2Arc/Info文件結構 3Arc/Info文件的優(yōu)勢 4Arc/Info文件的不足,1.5.3 GeoDatabase,GeoDatabase數(shù)據(jù)模型是ESRI公司在Arcinfo中推出的一種新型面向對象數(shù)據(jù)模型，即第三代數(shù)據(jù)模型。它是建立在DBMS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、更自然地表示GIS數(shù)據(jù)特征和更易建立特征之間的各種關系。 1GeoDatabase數(shù)據(jù)模型的結構 2GeoDatabase數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點,1.6 小結,本章簡單介紹了一些GIS的基本理論知識，并就GIS的兩大空間數(shù)據(jù)組織與結構（柵格、矢量數(shù)據(jù)結構）進行了介紹，探討了兩種結構的優(yōu)缺點。緊接著本章對ArcGIS 9軟件進行了詳細地介紹，包括ArcGIS 9軟件的結構、體系和安裝等。最后對ArcGIS 9軟件所