之前研究了 GIS，接觸到了很多 GIS 的概念,。因此找了《 ArcGIS 地理信息系統(tǒng)教程（第 4 版）》來看,。書的版本比較老了，不過一些基本概念還是想通的,，因為我重點在于 GIS 概念整理，而不是 ArcGIS。

以下以教材章節(jié)為順序整理,。本文目的主要是備查，因此有點流水賬化：

第零章——簡介

GIS 數(shù)據(jù)

GIS 實際上是采用地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行工作的一種數(shù)據(jù)庫

非空間數(shù)據(jù)

非空間數(shù)據(jù)指的與位置信息不直接相關(guān)的數(shù)據(jù),。

比如需要寄送給客戶的賬單信息,、客戶的電話號碼之類的。這些數(shù)據(jù)和客戶的空間位置相關(guān),，但是不必一定需要知道具體位置,。

空間數(shù)據(jù)

空間數(shù)據(jù)指的是對應(yīng)精確位置的數(shù)據(jù)，對于空間數(shù)據(jù)而言,，位置信息是最重要的,。比如：

某一個區(qū)域發(fā)生了停電事件，那么服務(wù)部門要第一時間確定影響范圍,，定位出停電事故精確的發(fā)生地點,，然后給維修服務(wù)人員規(guī)劃前往維修的最短路徑等等。

GIS 組成

計算機(jī)硬件平臺

傳統(tǒng)意義上,，GIS 的組成也應(yīng)當(dāng)是包含硬件的,。由于 GIS 涉及大量運算，以前的 GIS 只能在工作站上使用,，不過現(xiàn)在可以用于 PC,，所以對計算機(jī)硬件的關(guān)注就不用太多了,。

GIS 軟件

作為 GIS 軟件，不同的 GIS 軟件提供的功能并不相同,。不過 GIS 軟件至少應(yīng)當(dāng)提供一些最低要求的基本功能：

• 從不同數(shù)據(jù)源輸入數(shù)據(jù),、并且輸出到其他程序的方法

• 數(shù)據(jù)管理工具

• 數(shù)據(jù)集構(gòu)建工具

• 空間要素及其屬性編輯工具

• 坐標(biāo)系統(tǒng)和投影管理工具

• 專題制圖功能

• 以地圖形式顯示數(shù)據(jù)

• 采用不同方法對地圖要素進(jìn)行符號化處理

• 組合地圖圖層以用于表達(dá)

• 數(shù)據(jù)分析功能

• 探索地圖涂層內(nèi)部和圖層之間的空間關(guān)系

• 地圖布局功能

其他

教材中，對于 GIS 組成還列出了以下內(nèi)容：

• 數(shù)據(jù)存儲：也就是數(shù)據(jù)庫之類的,，后文會說明

• 數(shù)據(jù)輸入/輸出硬件：除了鼠標(biāo)鍵盤之外,，還包含了一些專業(yè)的數(shù)據(jù)采集工具（無人機(jī)、衛(wèi)星,、etc）,，我們可以不用關(guān)注

• GIS 數(shù)據(jù)：這里關(guān)注的是數(shù)據(jù)的專業(yè)性、格式化和用途方面,。從 IT 的角度出發(fā),，我們可以不用太關(guān)注。

• GIS 從業(yè)者：GIS 從業(yè)者也是整個 GIS 的組成部分

GIS 用途

GIS 用途其實多種多樣,，而且視乎對 GIS 概念外延大小的定義不同,，也有很多不同的說法。參考材料中的解釋是：提供數(shù)據(jù)采集,、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)分析方法,，并據(jù)此生成可以輔助決策的信息。

GIS 項目管理

這里講的是針對 GIS 項目的流程管理,，包括以下部分：

• 了解需求——規(guī)定要采用哪些圖層,，同時在文檔中規(guī)定圖層的精度

• 建立合適的模型——這里主要是 GIS 數(shù)據(jù)模型（參見下文第一章），而不是采集數(shù)據(jù)之后執(zhí)行的數(shù)學(xué)建模（比如海綿城市中用到的水力模型,，不在這個階段,，而是在后面的 “執(zhí)行分析” 階段）

• 數(shù)據(jù)采集——數(shù)據(jù)采集不是我們需要關(guān)注的問題，這主要是地理專業(yè)的問題,。GIS 數(shù)據(jù)被存儲為圖層,，每個圖層代表一種信息類型

• 執(zhí)行分析——對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，包括展示,，也包括數(shù)學(xué)建模分析

第一章——GIS 數(shù)據(jù)

這一章節(jié)主要說明 GIS 數(shù)據(jù)中的一些重要概念,。

概念

矢量模型

矢量模型指的是 GIS 中的數(shù)據(jù)以點、線,、面（多邊形）的形式存在,，采用一個或多個 x-y 坐標(biāo)對數(shù)據(jù)進(jìn)行表達(dá)的空間要素。每一個要素通過要素識別碼（FID）鏈接到數(shù)據(jù)庫中的對應(yīng)這一數(shù)據(jù)的其他屬性數(shù)據(jù),。每個要素對應(yīng)于表中的一行記錄

空間要素本身,，舉例有：

• 點：比如地圖上的一個城市就是一個點

• 線：地圖上的一條河流，則對應(yīng)這一條（不合并的）線

• 面：面以一個區(qū)域的方式存在，用多邊形的方式定義了這個區(qū)域的邊界,。比如一個行政區(qū)的邊界,、比如國界，這些是封閉的曲線,，一般不會歸類于線，而是歸類于 “面” 中

需要注意的是,，同一個對象,，在不同的比例尺下，其存在的形式可能是不一樣的,。比如城市,，在國際級的比例尺中，往往只是一個點,，但是在省市級的比例尺下,，則往往是一個多邊形。

屬性數(shù)據(jù),，則是針對對應(yīng)模型數(shù)據(jù)的一些屬性值,。每個空間要素可以存儲成百上千個屬性值。比如一個城市,，可以對應(yīng)以下要素屬性：

• 城市名

• 人口

• 工業(yè)產(chǎn)值

• ……

柵格模型

柵格模型將空間數(shù)據(jù)表示為一系列 cell 或 pixel 的小方格組成,，這種很像一些城市建設(shè)游戲中的地形方格，但往往精度高很多,。柵格模型的分類有：

• 離散柵格：比如數(shù)字柵格圖和分類數(shù)據(jù)

• 連續(xù)柵格數(shù)據(jù)集：連續(xù)柵格數(shù)據(jù)集能夠從一個位置平滑地過渡到另一個位置的大范圍數(shù)值集,，整個完整的數(shù)據(jù)集可以形成一個表面或者地域。比如：數(shù)字高程模型

柵格模型的定義比較虛,，可能要搭配實際案例,。

柵格模型的缺點有：

• 數(shù)據(jù)多，需要占用大量的存儲空間和網(wǎng)絡(luò)傳輸流量（如果采用 web GIS 的話）

• 每個柵格單元只有一個數(shù)值,，不能額外存儲屬性值,，因為單一的一個柵格單元本身是沒有意義的，它需要搭配鄰接的多個柵格單元,。

坐標(biāo)系統(tǒng)

地球不是純球形,，所以需要使用專門設(shè)計的坐標(biāo)系統(tǒng)對空間地理信息進(jìn)行描述。教材中并沒有清晰地列出常用的坐標(biāo)系統(tǒng),。實際上其中一個常見的就是 WGS1984,。

要素的拓?fù)浣＃ㄊ噶磕Ｐ停?/h3>

這一段主要是講矢量模型要素之間的拓?fù)潢P(guān)系

無位相模型

這種模型中，文件要素為獨立對象,，彼此之間不相關(guān)聯(lián),。比如1?以點的形式存在的各個城市，那么彼此之間就沒什么聯(lián)系。

拓?fù)淠Ｐ?/h4>

這種模型中,，要素在空間范圍內(nèi)是彼此相關(guān),。比如一個城市地圖中的各行政區(qū)之間、各條道路之間,，就包含了關(guān)系,。這些關(guān)系包括以下內(nèi)容：

• 鄰近性

• 連通性

• 疊加性

• 相交性

這些性質(zhì)在需要的時候，可以通過計算得出,。但如果一些性質(zhì)頻繁存取的話,，專門存儲會更有效

以上性質(zhì)也可以可用于分析要素之間的一致性，后文有專門章節(jié)講

ArcGIS

由于近年來 web GIS 的發(fā)展,，現(xiàn)在的 ArcGIS 大致分為 Desktop 和 Server 兩部分了,。不過教材成文時，web GIS 還不是很普及,，所以教材中并沒有專門說明 web GIS?，F(xiàn)在的 ArcGIS Desktop 已經(jīng)變成 ArcGIS Pro，各組件還有,，只是更多更強(qiáng),。

下文說明 ArcGIS Desktop（在當(dāng)年）的組成。

ArcGIS Desktop

• ArcMap：顯示,、分析,、編輯空間數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)表

• ArcCatalog：查看和管理空間數(shù)據(jù)文件

數(shù)據(jù)文件

• shapefile：非常古老、傳統(tǒng)但仍然很流行的矢量數(shù)據(jù)存儲文件格式,，擴(kuò)展名為 .shp,，但實際上包含許多其他擴(kuò)展名的文件，是一個總集合

• 地理數(shù)據(jù)庫：Geodatabase

• Coverage：矢量數(shù)據(jù)格式——不過對此了解不多,，好像不是很流行

• 柵格數(shù)據(jù)

• 基于網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫——不過在 ArcGIS Desktop 年代,，用得并不多

• 互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器——其實就是基于互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布的地理信息數(shù)據(jù)。這一部分本教材中并沒有詳細(xì)說明

第二章——GIS 數(shù)據(jù)制圖

本章主要說明一些基本概念：

比例尺

比例尺分為大比例尺和小比例尺,。比例尺就是我們在地圖中常見的 1:1000,000 這樣的比例,。大比例尺的墳?zāi)贡容^小，顯示的地圖細(xì)節(jié)比較多,；而小比例尺分母比較大,，顯示的地圖范圍比較大。

地圖分類

這里講的是各種 GIS 地圖,，可以按照什么來分類——

命名數(shù)據(jù)和分類數(shù)據(jù)

按照展示的數(shù)據(jù)信息類型來分類：

• 命名數(shù)據(jù)：比如——州名,、省名、要素名

• 分類數(shù)據(jù)：比如——土壤類型,、民族分布

• 次序數(shù)據(jù)：這種數(shù)據(jù)類似于分類數(shù)據(jù)的呈現(xiàn),，但通過不同顏色表示同一類型數(shù)據(jù)的不同值域,，比如分不同的顏色，展現(xiàn)出不同區(qū)域的人口密度,；又比如六邊形熱點圖,，如下：

數(shù)值數(shù)據(jù)

比如：省/市人口信息圖，采用不同直徑的符號表示,，如下圖：

數(shù)值數(shù)據(jù)的表現(xiàn)方式有：

• 點：

• 不同直徑的圓形,、圓餅

• 不同密度的點

• 線：

• 不同粗細(xì)的線

• 多邊形

• 不同顏色，類似于次序數(shù)據(jù)

圖表地圖

• 餅圖

• 條形圖

• 多層條形圖

第三章——GIS 數(shù)據(jù)展示

開始一個 GIS 項目,，文中建議按照如下工作流程開展：

• 明確地圖設(shè)計目標(biāo)

• 確定要包含的數(shù)據(jù)涂層

• 規(guī)劃合理布局,，包含所需的全部數(shù)據(jù)框和其他地圖元素（圖例等）

• 選擇創(chuàng)建效果正確和具有最大化可讀性的顏色和符號

• 創(chuàng)建地圖

第四章——屬性數(shù)據(jù)

還記得前面的空間要素數(shù)據(jù)嗎？本章節(jié)說明和空間要素數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的屬性數(shù)據(jù),。屬性數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)表中，數(shù)據(jù)表是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),，用于存儲關(guān)于位置或者對象的多個屬性,。

組成

• 行：每一行也就對應(yīng)這一個空間要素，稱為一個 “記錄” ,，record

• 列：數(shù)據(jù)表的每一列成為稱為 “字段”,，F(xiàn)ield；也稱為稱為 “屬性字段” ,，Attribute Field

數(shù)據(jù)文件類型

數(shù)據(jù)文件類型有兩種,，如下：

• 屬性表

• 采用 Feature ID 唯一標(biāo)識每個要素

• 采用對象 ID（OID）唯一標(biāo)識每個要素

• 獨立表

• 僅采用表格格式來包含一個或更多對象的相關(guān)信息，獨立表中只有 OID

第六章——空間連接

本章講的是使用 ArcGIS,，將空間要素之間按照指定的條件,，進(jìn)行篩選并合并的功能?？臻g連接之后,，會創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)表，原油數(shù)據(jù)表并不會被修改,。

• 距離連接：基于一個要素是否最接近于另一個要素,，從而將一個要素及其屬性連接到另一個要素。比如將機(jī)場和鄰近城市信息連接

• 內(nèi)部連接：判斷一個要素是否位于另一個要素的內(nèi)部（全部或部分）,，連接不同要素類的多個記錄

這個功能其實很簡單,，具體可以去看書。

第七章——地理處理

本章是第一種中 “要素的拓?fù)浣,！?中 “分析要素之間的一致性” 展開的第一部分,。其實就是數(shù)據(jù)的集合處理，這里只需要簡單說明一下即可,，都是些理所當(dāng)然的功能,。

地圖疊加

將兩個地圖進(jìn)行數(shù)據(jù)集處理：

• 合并屬性：提取 Extraction，其實就是集合的減法

• 裁剪 Clip

• 排除 Erase

• 不合并屬性

• 交集 Intersece

• 并集 Union

其他空間分析功能

• 融合 Dissolve——比如：將擁有同一名稱的所有街道編程同一個元素，對分離的道路進(jìn)行合并

• 建立緩沖區(qū) Buffer——比如：機(jī)場管制范圍周圍建立 100 米的警戒區(qū)

• 追加 Append,，合并兩個或更多圖層的要素,，從而創(chuàng)建已有圖層的單一要素。這對屬性字段有要求,，要求不同圖層必須有相同的定義和順序的屬性字段

• 合并 Merge,，類似于追加，但屬性表可以不匹配

第八章——柵格分析

本章節(jié)列舉的是基于柵格數(shù)據(jù)（基于柵格模型的數(shù)據(jù)）所做的數(shù)據(jù)分析功能

柵格坐標(biāo)系統(tǒng)

本小節(jié)解釋了柵格坐標(biāo)系統(tǒng),，簡單理解即可,。柵格坐標(biāo)系統(tǒng)包含了投影和基準(zhǔn)面兩個概念。

柵格分析

• 地圖代數(shù)：意思就是相同區(qū)域但是不同屬性的柵格中的數(shù)值可以進(jìn)行代數(shù)相加,，這與前文的空間連接類似

• 布爾疊加：AND 和 OR

• 距離功能：計算最佳行駛路程

• 柵格插值：柵格是二維的,，這里講的就是二維上的數(shù)值插值運算

• 鄰域統(tǒng)計：計算一個像元及其周邊九宮格的平均值。當(dāng)然也可以是5x5,、7x7等等

• 區(qū)域統(tǒng)計：類似于鄰域統(tǒng)計,，但范圍不是九宮格，而是給定的實際區(qū)域,，比如一個海綿的匯水分區(qū)

• 重（chong）分類和重采樣：重新生成柵格數(shù)據(jù)

第九章——網(wǎng)絡(luò)分析

概念

網(wǎng)絡(luò),，其實就是現(xiàn)實生活中的各種網(wǎng)狀架構(gòu)，比如河流,、道路,、官網(wǎng)等等。對這些在 GIS 中抽象了之后的網(wǎng)絡(luò)狀的數(shù)據(jù)對象進(jìn)行分析,，就是網(wǎng)絡(luò)分析,。

網(wǎng)絡(luò)的組成

網(wǎng)絡(luò)由 “邊線”（edge）和 “交匯點”（juction）組成

網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)

網(wǎng)絡(luò)有可運行和不可運行兩種狀態(tài)，個人理解就是 enabled 和 disabled 兩種狀態(tài)

網(wǎng)絡(luò)類型

• 傳輸網(wǎng)絡(luò) Transportation Network

• 定向網(wǎng)絡(luò) Utility Network

個人理解就是雙向和單向兩種網(wǎng)絡(luò),。

網(wǎng)絡(luò)分析

在 ArcGIS 中,，采用 ArcMap 里的 Solvers 套件進(jìn)行分析。

第十章——地理編碼

本章節(jié)可以不用關(guān)注,，主要是偏向地理方面,。指的是所謂的 “地址標(biāo)準(zhǔn)化”（Address Standardization），是數(shù)據(jù)編制角度的概念,，也就是將現(xiàn)實生活中的地址,，提取標(biāo)準(zhǔn)元素，然后轉(zhuǎn)換成可以在計算機(jī)語言中識別的地理位置特性信息,。這些特性信息不見得就是地理定位,，也可能是一系列的屬性，甚至這些屬性是一定程度上的 human readable,。

第十一章——坐標(biāo)系統(tǒng)

本章講的有三個概念,，重點是通過這些概念,，了解為什么需要存在坐標(biāo)系統(tǒng)。

幾個概念,，需要知道一下：

• 地理坐標(biāo)系 Geographic Coordinate System,，GCS

• 橢球和基準(zhǔn)面

• 地圖投影

地圖投影

地圖投影是三維 GCS 的二維表達(dá)。ArcGIS 參考資料為：http://desktop./zh-cn/arcmap/10.3/guide-books/map-projections/what-are-map-projections.htm

投影類型有以下幾種：

圓柱投影

我國處于中緯度,，圓柱投影是最常用的,。

按方向分類，有：

• 圓柱筒底面在兩極的,，稱為圓柱投影

• 圓柱筒底面在赤道的,，稱為橫軸圓柱投影

• 斜軸圓柱投影

按照切割位置分類，有：

• 切圓柱（切字可省略）

• 割圓柱

圓錐投影

常用于高緯度地區(qū)

• 切圓錐

• 割圓錐

方位投影

南極地圖就是典型的方位投影,；最適宜于具有圓形輪廓的地區(qū),。

第十二、十三章——編輯

本章節(jié)講的是 ArcGIS 中編輯地圖要素時的一些操作,。簡單了解即可：

• 捕捉要素：自動將兩個元素相交的功能,，有點像 Photoshop 中的套索。

• 創(chuàng)建鄰接多邊形：將兩個鄰接多邊形共享便捷,，消除縫隙的功能

• 拓?fù)?/p>

• 組合要素

• 合并

• 聯(lián)合

• 相交

• 裁剪

• 建立要素緩沖區(qū)

• 流數(shù)字化

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