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的發展以及應用領域的不斷擴大，尤其是隨著信息技術的發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展，地理信息系統（計算機技術以前所未有的速度快速發展，地理信息系統（geographic information system，簡稱，簡稱gis）技術也得到了飛）技術也得到了飛速的發展。目前，地理信息系統軟件速的發展。目前，地理信息系統軟件arcgis已成為全世界用已成為全世界用戶群體最大、應用領域最廣泛的戶群體最大、應用領域最廣泛的gis軟件平臺。其軟件平臺。其esri公司公司已

2、成為公認的、世界領先的已成為公認的、世界領先的gis軟件供應商。本章將詳細介紹軟件供應商。本章將詳細介紹地理信息系統與地理信息系統與arcgis軟件的基本原理和基礎知識。軟件的基本原理和基礎知識。1.1 gis1.1 gis概述概述地理信息系統技術是一門綜合性的技術。其發展共經地理信息系統技術是一門綜合性的技術。其發展共經歷了歷了20世紀世紀60年代初始發展階段、年代初始發展階段、70年代發展鞏固階段、年代發展鞏固階段、80年代推廣應用階段以及年代推廣應用階段以及90年代以來的蓬勃發展階段。隨著地年代以來的蓬勃發展階段。隨著地理信息產品的建立和數字化信息產品在全世界的普及，理信息產品的建立和數

3、字化信息產品在全世界的普及，gis已經成為確定性的產業，并逐漸滲透到各行各業，成為人們已經成為確定性的產業，并逐漸滲透到各行各業，成為人們生活、學習和工作不可缺少的工具和助手。生活、學習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（地理信息系統（gis）是一門集計算機科學、信息學、）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，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理和硬件支持下，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數

4、據，以提供對規劃、管理、綜合分析具有空間內涵的地理數據，以提供對規劃、管理、決策和研究所需信息的空間信息系統。決策和研究所需信息的空間信息系統。gis通常也被認為是一種決策支持系統，它具有信息系通常也被認為是一種決策支持系統，它具有信息系統的一般特點。統的一般特點。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據挖掘。空間建模和空間數據挖掘。1.1.2 gis1.1.2 gis系統的組成系統的組成一個一個gis系統的組成，可以分為系統的組成，可以分為5個主要部分：硬件個主要部分：硬件、軟件、數據、人員和方法。下面簡要介紹各個部分。

5、、軟件、數據、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數據數據 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（一個完整的地理信息系統（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數據采集與編輯功能數據采集與編輯功能l數據的存儲和管理功能數據的存儲和管理功能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二次開發和編程功能二次開發和編程功能1.2 gis1.2 gis空間數據組織與結構簡介空間數據組織與結構簡介地理空間數據是地理空間數據是gis系統的基礎組成部分，其也是系統的基礎

6、組成部分，其也是gis軟件的直接操作對象。應該說整個軟件的直接操作對象。應該說整個gis系統都是圍繞空間數系統都是圍繞空間數據的采集、加工、存儲、分析和表現等來展開的。據的采集、加工、存儲、分析和表現等來展開的。從數據結構上來說，矢量和柵格是地理信息系統中兩從數據結構上來說，矢量和柵格是地理信息系統中兩種主要的空間數據結構。種主要的空間數據結構。1.2.1 1.2.1 柵格數據結構柵格數據結構基于柵格模型的數據結構簡稱為柵格數據結構。我們基于柵格模型的數據結構簡稱為柵格數據結構。我們可以把它看作是將空間分割成有規則的網格，并在各個網格可以把它看作是將空間分割成有規則的網格，并在各個網格上給出相

7、應的屬性值，從而來表示地理實體的一種數據組織上給出相應的屬性值，從而來表示地理實體的一種數據組織形式。簡單地講，形式。簡單地講，柵格數據結構實際就是像元陣列，每個像柵格數據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元由行列確定它的位置并有一個相應的屬性值。相應的屬性值。1.2.2 1.2.2 矢量數據結構矢量數據結構與柵格數據相對應，矢量數據是與柵格數據相對應，矢量數據是gis中的另一種基本數據類型中的另一種基本數據類型。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。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。矢量數據結構通過記錄坐

8、標的方式，盡可能地列相鄰的坐標串表達。矢量數據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得精確無誤。將點、線和面等地理實體表現得精確無誤。1.2.3 1.2.3 柵格矢量數據結構的比較柵格矢量數據結構的比較從圖形質量出發，最初研究和發展的是矢量數據處理技術。從圖形質量出發，最初研究和發展的是矢量數據處理技術。但到但到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。案更有效。另一方面，相互連接的線網絡和多邊形網絡則仍需應用矢量另一方面，相互連接的線網絡和多邊形網絡則仍需應用矢量數據結構模式。因為矢量結構更有利于網絡

9、分析（交通運輸網、數據結構模式。因為矢量結構更有利于網絡分析（交通運輸網、給排水網等）和制圖應用。但是矢量表示的多邊形網絡、線網絡給排水網等）和制圖應用。但是矢量表示的多邊形網絡、線網絡數據結構中包括了大量拓撲信息即關系數據等多余數據，也使矢數據結構中包括了大量拓撲信息即關系數據等多余數據，也使矢量結構的數據庫容量大幅度增加。量結構的數據庫容量大幅度增加。1.3 arcgis 91.3 arcgis 9軟件體系結構軟件體系結構arcgis 9是是esri開發的新一代開發的新一代gis軟件，在世界上應用最為軟件，在世界上應用最為廣泛。它由數據、數據服務器廣泛。它由數據、數據服務器arcsde及及

10、4個應用基礎框架組成，即個應用基礎框架組成，即桌面軟件桌面軟件desktop、服務器、服務器gis、嵌入式、嵌入式gis和移動和移動gis。1.3.1 arcgis1.3.1 arcgis桌面產品（桌面產品（desktop gisdesktop gis）arcgis桌面產品是一系列整合的應用程序的總稱，其桌面產品是一系列整合的應用程序的總稱，其包含諸如包含諸如arcmap、arccatalog、arctoobox以及以及arcglobe等在內的用戶界面組件。其功能可分為以下幾個級別等在內的用戶界面組件。其功能可分為以下幾個級別arcview、arceditor和和arcinfo，而，而arcr

11、eader則是一個免則是一個免費地圖瀏覽器組件。費地圖瀏覽器組件。1arcmap2arccatalog3arctoolbox4modelbuilder5arcglobe1.3.2 1.3.2 嵌入式嵌入式gisgis（embedded gisembedded gis）在實際應用中，有些在實際應用中，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邏輯執行一些具體的任務。例如，邏輯執行一些具體的任務。例如，很多組織只需要簡單的數據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據編輯器而不是一個完整功能的桌面gis。客戶化的。客

12、戶化的gis應用也要具有高度靈活的可定制性。用戶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界面是為了給不熟悉gis的用戶使用其功能。因此，軟件開發的用戶使用其功能。因此，軟件開發者需要有一個可編程的者需要有一個可編程的gis工具包，在構建應用時提供常規的工具包，在構建應用時提供常規的gis功能。功能。1.3.3 1.3.3 服務器服務器gisgis（server gis server gis ）gis軟件可以被集中地管理在應用服務器和網絡服務器軟件可以被集中地管理在應用服務器和網絡服務器中。通過網絡，向任意數量的用戶提供各種中。通過網絡，向任意數量的用戶提供各種gis功能。企業功能

13、。企業gis用戶可以使用傳統的、高級的用戶可以使用傳統的、高級的gis桌面軟件、網絡瀏覽桌面軟件、網絡瀏覽器、定制的應用、移動計算設備、以及數字設備等連接到中器、定制的應用、移動計算設備、以及數字設備等連接到中央央gis服務器，獲得服務器，獲得gis服務。服務。 這些服務器這些服務器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提供了實現簡單提供了實現簡單gis操作的操作的arcpad和實現高級和實現

14、高級gis復雜操作的復雜操作的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境系統研究所（美國環境系統研究所（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，其產品不斷軟件，其產品不斷更新擴展，構成適用各種用戶和機型的系列產品。更新擴展，構成適用各種用戶和機型的系列產品。20世紀世紀90年代以來，年代以來，esri在全面整合了在全面整合了gis與數據庫、軟件工程、人工

15、智能、網絡技術及其他與數據庫、軟件工程、人工智能、網絡技術及其他多方面的計算機主流技術之后，成功地推出了代表多方面的計算機主流技術之后，成功地推出了代表gis最高技術水平的全最高技術水平的全系列系列arcgis產品。產品。在常見的在常見的gis系統中，系統中，esri的的arcgis以其強大的分析能力占據了大以其強大的分析能力占據了大量市場，成為主流的量市場，成為主流的gis系統。系統。arcgis 9由由esri在在2004年推出，是一個統年推出，是一個統一的地理信息系統平臺。一的地理信息系統平臺。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，為用戶構建一個完善的平臺，為用戶構建一個完善的gis系統，提供完整的解系統，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發布的功能比較強大而又完善的版本。發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有的的一個主要目標是與現有的arcgis 8.3平臺的功能和數據平臺的功能和數據模型完全兼容，使得最終用戶和開發商可以很方便地對系統進行升模型完全兼容，使得最終用戶和開發商可以很方便地對系統進行升級，同時在軟件穩定性、測試、空間數據庫伸縮性和柵格處理的性級，同時在軟件

17、穩定性、測試、空間數據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便捷的元數據管理便捷的元數據管理3靈活的定制與開發靈活的定制與開發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軟件以及運行許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可。下

18、面就假設把安裝軟件存放在e盤根目錄下，來詳細地盤根目錄下，來詳細地介紹其安裝步驟。介紹其安裝步驟。1.5 arcgis 91.5 arcgis 9常用矢量數據模型簡介常用矢量數據模型簡介目前，目前，gis數據模型和格式有數據模型和格式有200多種。多種。arcgis 9常用常用矢量數據模型主要包括矢量數據模型主要包括shapefile、coverage和和geodatabase等等3種。種。1.5.1 shapefile1.5.1 shapefileshapefile文件是美國環境系統研究所（文件是美國環境系統研究所（esri）所研制的）所研制的gis文件系統格式文件，是工業標準的矢量數據文件

19、。文件系統格式文件，是工業標準的矢量數據文件。shapefile將空將空間特征表中的非拓撲幾何對象和屬性信息存儲在數據集中，特征間特征表中的非拓撲幾何對象和屬性信息存儲在數據集中，特征表中的幾何對象存為以坐標點集表示的圖形文件表中的幾何對象存為以坐標點集表示的圖形文件shp文件。文件。shapefile文件并不含拓撲（文件并不含拓撲（topological）數據結構。）數據結構。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，詳細內容如個文件，詳細內容如下。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推出他的第一個商業gis軟件軟件arcinfo，它，它采用的是第二代地理數據模型采用的是第二代地理數據模型coverage數據模型，也被稱為地數據模型，也被稱為地理相關模型（理相關模型（georelational data model）。）。arc/info 確認確認c后面的斜杠是否正確后面的斜杠是否正確 采用一種混合數據模型采用一種混合數據模型定義和管理地理數據。空間數據使用拓撲數據模型來表示，而屬性定義和管理地理數據。空間數據使用拓撲數據模型來表示，而屬性數據則使用關系數據模型。在數據則使用關系數據模型。在coverage中，主要用

21、弧段、節點、標中，主要用弧段、節點、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 確認表述是正確確認表述是正確。1arc/info數據結構與存儲方式數據結構與存儲方式2arc/info文件結構文件結構3arc/info文件的優勢文件的優勢4arc/info文件的不足文件的不足1.5.3 geodatabase1.5.3 geodatabasegeodatabase數據模型是數據模型是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對象數據模型，即第三代數據模型。它是建立在型面向對象數據模型，即第三代數據模型。它是建立在dbms之上之上的統一的、智能化的空間數據庫。其目的是為了讓用戶能更容易、的統一的、智能化的空間數據庫。其目的是為了讓用戶能更容易、更自然