GIS理论与实践
实习一 ArcGIS Desktop的使用
实习目的
z了解ArcGIS Desktop的基础模块及主要功能
宗法制z掌握ArcMap的一些基本操作
z掌握ArcCatalog的一些基本操作
主要内容
z介绍ArcGIS软件的体系结构和数据模型，重点介绍Coverage和Geodatabase两种数据模型z介绍ArcGIS Deskpro的三个基础模块：ArcMap、ArcCatalog和Geoprocessing z介绍ArcMap的一些基本操作，包括如何新建地图、保存地图、加载数据层、对数据层进行操作等。
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z介绍ArcCatalog的一些基本操作，包括如何创建数据文件、查看数据基本信息、对数据文件的属性进行编辑等。
一、 ArcGIS的体系结构和数据模型
1.ESRI简介
美国环境系统研究所公司（Environmental Systems Research Institute, Inc. 简称ESRI公司）成立于1969年，总部设在美国加州RedLands市，是世界最大的地理信息系统（Geographic Information System GIS）技术提供商。ESRI公司的ArcGIS系列是一个全面的、完善的、可伸缩的GIS软件平台，无论是单用户，还是多用户，无论是在桌面端、服务器端、互联网还是野外操作，都可以通过ArcGIS 构建地理信息系统。 2.ArcGIS的体系结构
ArcGIS是一个全面的，可伸缩的GIS平台，为用户构建一个完善的GIS系统提供完整的解决方案。ArcGIS的基本体系能够让用户在任何需要的地方部署GIS功能和业务逻辑，无论是在桌面、服务器、网络还是在野外：
桌面GIS（ArcGIS Desktop）—ArcGIS桌面GIS软件产品是用来编辑、设计、共享、管理和发布地理
信息和概念。ArcGIS桌面可伸缩的产品结构，从ArcReader，向上扩展到ArcView、ArcEditor和
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ArcInfo。目前ArcInfo被公认为是功能最强大的GIS产品。通过一系列的可选的软件扩展模块，ArcGIS Desktop产品的能力还可以进一步得到扩展。
嵌入式GIS（Embedded GIS）—ArcGIS Engine是一个完整的嵌入式GIS组件库和工具包，开发者能用它创建一个新的、或扩展原有的可定制的桌面应用程序。使用ArcGIS Engine，开发者能将GIS 功能嵌入到已有的应用程序中，如基于工业标准的产品以及一些商业应用，也可以创建自定义的应用程序，为组织机构中的众多用户提供GIS功能。
服务器GIS（Server GIS）—ArcGIS Server、ArcIMS和ArcSDE用于创建和管理基于服务的GIS应用程序，在大型机构和互联网上众多用户之间共享地理信息。ArcGIS Server是一个中心应用服务器，它包含一个可共享的GIS软件对象库，能在企业和Web计算框架中建立服务器端的GIS应用。ArcIMS 是通过开放的Internet协议发布地图、数据和元数据的可伸缩的网络地图服务器。ArcSDE是在各种关系型数据库管理系统中管理地理信息的高级空间数据服务器。
移动GIS（Mobile GIS）—ArcPad，支持GPS的无线移动设备，越来越多地应用在野外数据采集和信
息访问中。ArcGIS桌面和ArcGIS Engine 可以运行在便携式电脑或平板电脑上，用户可以在野外进行数据采集、分析和乃至制定决策。
其中，ArcGIS Desktop的体系结构如下图所示
注：ArcView、ArcEditor和ArcInfo是ArcGIS软件家族的三个产品，它们在功能上是逐级增加的。ArcView提供了完全的制图工具和分析工具，以及简单的编辑和地理处理工具。ArcEditor包括ArcView的全部功能，以及对Coverage和GeoDatabase的高级编辑功能。ArcInfo在前两者的功能之上增加了高级的地理处理功能，并包括ArcInfo Workstation（Arc，ARCPLOT(tm)，ARCEDIT(tm)等）。
其中，ArcGIS Desktop中ArcInfo的体系结构如下图所示
ArcInfo由两个部分构成：Workstation ArcInfo和Desktop ArcInfo。其中，Workstation ArcInfo可在UNIX和NT平台上运行；Desktop ArcInfo在Windows NT上运行。安装时，Workstation ArcInfo 是装在UNIX上还是NT上，由用户根据自己的网络结构和应用自行决定，就功能而言，UNIX版和NT版的Workstation ArcInfo是一样的。Workstation ArcInfo和Desktop ArcInfo可以装在同一（或不同的）Windows NT服务器或工作站上。由用户自行决定。
我们实习所使用的主要是ArcGIS Desktop的ArcInfo版，介绍的操作都是基于ArcGIS 9.0 Desktop（ArcInfo产品）。
资料详见：
租借法案
/produce/esri/ESRIdefault.htm星火计划
3.ArcGIS的数据模型
ArcGIS采用一种称为地理关系模型的混合数据，支持地理对象的矢量方式和栅格方式的表示。ArcGIS的数据模型通过支持以下几种重要的数据结构来实现空间信息的表达和管理。
频率控制字Coverage：矢量数据的主要表示方式；适合于精确地表达点、线和面状要素地形状和边界。 Shape：矢量数据格式；将属性信息通过DBASE表的方式挂接到空间信息上。
GRID：栅格数据的主要表示方式；适合用作空间分析。
属性表：各种图像的属性。
TIN：适合于表达连续表面。
影像：是Arc/Info可以显示和管理地图的另一种数据结构。
几种常见的数据模型的详细介绍：
(1)Coverage
1981 年，ESRI（Environmental System Research Institute，Inc.）推出了它的第一个商用GIS 软件，ArcInfo，它实现了第二代地理数据模型——coverage 数据模型（也称地理关系数据模型）。这
个模型有两个关键之处：
DUTTAPHRYNUS MELANOSTICTUS
z空间数据与属性数据相结合。空间数据存储在二进制索引文件中，使得显示和访问最优化。属性数据存储在表格中，用等于二进制文件中要素数目的行来存储，并且属性和要素使用同一ID 连接。
z矢量要素之间的拓扑关系也被存储。这意味着，线的空间数据记录包含这些信息：哪些结点分割线、可以推算有哪些线相连，同时还包含线的右侧及左侧有哪些多边形的信息。
Coverage 数据模型的优势是用户可以自定义要素表格；不仅可以添加字段并且还可以建立与外部数
据表格的关联。因为计算机硬件和数据库软件的性能局限，当时把空间数据直接存储在关系数据库是不可能的。所以，coverage 数据模型将二进制文件中的空间数据与表格中的属性数据连接起来。
尽管将空间数据和属性数据分开存储，coverage 数据模型依然在GIS 领域占统治地位。其原因在于：coverage 数据模型使追求高性能的GIS 成为可能，储拓扑关系的存储使得高级的地理分析操作和更精确的数据输入得以实现。
但是，Coverage 数据模型有个重大缺陷——要素是以统一的行为聚集的点、线和面的集合。也就是说，表示道路的线的行为和表示溪流的线的行为是一模一样的——显然，这并不是我们所需求的。
(2)Geodatabase
Geodatabase是ESRI公司在ArcGIS8引入的一个全新的空间数据模型，是建立在关系型数据库管理信息系统之上的统一的、智能化的空间数据库。它是在新的一体化数据存储技术的基础上发展起来的新数据模型。实现了Geodatabase之前所有（包括Coverage\Shape）空间数据模型都无法完成的数据统
一管理，即在一个公共模型框架下对GIS通常所处理和表达的地理空间特征如矢量、栅格、TIN、网络、地址进行同一描述。同时，Geodatabase是面向对象的地理数据模型，其地理空间特征的表达较之以往的模型更接近我们对现实事物对象的认识和表达。
Geodatabase提供以下功能：
z处理丰富的数据类型
z应用复杂的规则和关系
z存取大量的存储在文件和数据库中的地理数据
以下是Geodatabase 数据模型的一些优点：
z地理数据统一存储的仓库。所有数据都能在同一数据库里存储并中心化管理。
z数据输入和编辑更加准确，通过智能的属性验证确定减少很多的编辑错误——这对于很多用户来说，便是采用Geodatabase 数据模型的最根本原因
z用户更为直观地处理数据模型。有了准确的设计，Geodatabase 包含了与用户数据模型相对应的数据对象。操作Geodatabase 的数据，与处理一般的点、线和多边形要素不同，用户可以针对操作他们感兴趣的现实对象一样，比如变压器、道路和湖泊等等。
z要素具有丰富的关联环境。使用拓扑关系、空间表达和一般关联，你不仅可以定义要素的特征，还可
以定义要素与其它要素的关联情况。当与要素相关的要素被移动、改变或删除的时候，用户预先定义好的关联要素也会做出相应的变化。
z可以制作蕴含丰富信息的地图。通过直接在ArcInfo 制图应用窗口——ArcMap 中应用先进的绘图工具，可以更好地控制要素的绘制，还可以添加一些智能的绘图行为。有一些特殊的专业化绘图行为的操作也能够通过编写代码实现。
z地图显示中，要素是动态的。在ArcInfo 中处理要素时，它们能根据相邻要素的变化做出响应。
你也可以将要素与自定义查询或分析工具关联到一起。
z要素形状可以更形象地定义。Geodatabase 数据模型中，你可以使用直线、圆弧、椭圆弧和贝塞尔曲线来定义要素形状。
z要素都是连续无缝的。Geodatabase 中可以实现无缝无分块的海量要素的存储。
z多用户并发编辑地理数据。Geodatabase 数据模型允许多用户编辑同一区域的要素，并可以协调出现的冲突。
确切地说，要实现上面列举的某些优点，是可以不需要使用面向对象的数据模型的。但是，如果不使
用这种数据模型，你发现会遇到很多的困难和麻烦——很多时候，你都得编写连接要素的外部代码，但是这样的代码编写十分复杂，并且容易出错。总的来说，Geodatabase数据模型的主要优点是它搭建了一个框架，这样用户便可以轻易地创建智能化要素，模拟真实世界中对象之间的作用和行为。
文件和Geodatabase实现的比较
基于文件的数据集 Geodatabase
•Coverages
•Shapefiles
•栅格
•不规则三角网
•影像（多种各式）
•矢量产品的格式文件
•计算机辅助设计文件（多种格式）•地理标志性语言（很多的概述）•表（很多的格式）
•直接读取100+矢量和栅格格式•可扩展标示语言（XML）•带有其特殊类型的DB2 •具有其特殊类型的Informix •结构化查询语言SQL Server •Oracle
•Oracle with Spatial or Locator •个人Geodatabase（Microsoft Access）
除了文件和RDBMS数据源外，ArcGIS的Geodatabase还可以利用数据转换来处理许多附加的格
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