地理信息系统软件介绍

1. 地理信息系统软件介绍 ——GIS 软件ArcGIS的WORKSTATION 应用与开发 武汉大学资源环境学院

2. 一、Arc/Info介绍 • Arcinfo是ESRI公司系列产品中最经典的、功能最强大的专业GIS产品，它是美国ESRI公司实力的标志，经多年的实践考验，它的一些先进的设计思想和概念被其他产品借鉴和采纳，成为引导全球的GIS发展方向的旗帜。目前，ESRI在全面整合了GIS与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其它多方面的计算机主流技术之后，成功地推出了代表GIS最高技术水平的全系列GIS平台——ArcGIS系列。ArcGIS是一个统一的地理信息系统平台，由三个重要部分组成：

3. ArcGIS桌面软件，一个一体化的高级的GIS应用ArcSDE通路，一个用数据管理系统（RDBMS）管理空间数据库的接口ArcIMS软件，基于Internet的分布式数据和服务的GISArcGIS桌面软件，一个一体化的高级的GIS应用ArcSDE通路，一个用数据管理系统（RDBMS）管理空间数据库的接口ArcIMS软件，基于Internet的分布式数据和服务的GIS • ArcGIS为单用户或多用户的GIS应用提供了框架。ArcGIS还可以通过其他的软件如Windows CE上的ArcPad进行扩展。 • ArcGIS桌面指ArcView，ArcEditor和ArcInfo。它们分享通用的结构，通用的代码基础，通用的扩展模块和统一的开发环境。从ArcView到ArcEditor到ArcInfo，功能由简到繁。

4. 所有的ArcGIS桌面软件都由一组相同的应用环境构成：ArcMap，ArcCatalog和ArcToolbox。通过这三个应用的协调工作，你可以完成任何从简单到复杂的GIS工作，包括制图，数据管理，地理分析和空间处理。还包括与Internet地图和服务的整合，地理编码，高级数据编辑，高质量的制图，动态投影，元数据管理，基于向导的截面和对近40种数据格式的直接支持。所有的ArcGIS桌面软件都由一组相同的应用环境构成：ArcMap，ArcCatalog和ArcToolbox。通过这三个应用的协调工作，你可以完成任何从简单到复杂的GIS工作，包括制图，数据管理，地理分析和空间处理。还包括与Internet地图和服务的整合，地理编码，高级数据编辑，高质量的制图，动态投影，元数据管理，基于向导的截面和对近40种数据格式的直接支持。 • ArcGis软件有桌面版和工作站版之分，工作站版使用命令操作，响应速度快，对于熟悉的操作人员来讲，使用方便.桌面版的界面友好，操作方面，类似于windows操作系统下的操作。 • （在这里，我们主要介绍arcgis桌面版和工作站版的一些相关的信息）

5. 二、ArcGIS的安装 1.ArcGIS运行环境 arcgis是基于NT接结构的，所以建议安装环境Windows 2000 Pro或者 Winnt server 4.0 +Sp6+IE5 2.arcgis系列软件 主要存在license管理问题，一般而言，正版软件带有硬件狗，在服务器上安装成功后，可以将license许可浮动到各用户上。 3. 破解软件的安装步骤 （1）许可安装 将cracker 目录下的所有文件复制到硬盘某一个目录

6. 运行Arcgis8的setup.exe,根据提示进行安装.先选择安装license，在系统提示要求license文件时,浏览选取license.dat所在的目录. 完成安装并重新启动,这时Arcgis继续注册它的DLL. • 打开控制面板,打开服务,若Esri License Manager已经运 行,请停止服务. • 进入“c:\Program Files\Esri\License”目录,将前面的Cracker目录下所有文件复制到本目录. 如有同名覆盖 • 修改license.dat文件内容，将机器名该为本机名.（修改处见下页图片所示） • 开始Esri License Manager服务.确定服务所用的文件路径为c:\Program Files\Esri\License下的文件

7. kg

8. 启动License Manager tools，在Server List中选 “Configuration Services” 这样可以对服务设置进行修改

9. 在这里要注意在注册管理时要选择服务器管理，然后按项修各页的设置，然后试运行,行调试.在这里要注意在注册管理时要选择服务器管理，然后按项修各页的设置，然后试运行,行调试. （2）桌面版和工作站版的安装 在正确安装成功许可后，选择安装桌面版和工作站版，这两种版本可以选择的安装其一，也可以都安装，选择安装时也不存在顺序的先后。后面的安装只要按要求进行就可以了 选择desktop或者workstation文件夹中的setup.exe运行，按下一步下一步的提示进行就可。 （3）安装成功后运行，在开始-〉程序-〉arcgis->arcinfo workstation->arc 运行，就可以看到弹出来的工作站版的运行界面 在在开始-〉程序-〉arcgis->arcmap就可以看到桌面版 的运行界面，至此安装成功

10. Arcgis的基本概念 地理数据及其表示 ArcGis中存储和管理的数据可以是多种格式的，最基本的3种数据模型就是，矢量数据（vector),栅格（raster)，不规则网（TIN）。 矢量 常用来描述离散特征（如建筑物、水管或者地类边界等） •点(Point)：一个x和y坐标对。 　 •线(Line)：x和y坐标对点集的有序集合 　 •面(Polygon)：具有相同起点和终点坐标的x和y坐标对点集的有序集合 　 •表面(Surface)：与每一对x和y坐标对相对应的点都有一个描述该空间位置上某种属性的值的集合。 arcgis常使用3种矢量模型来描述特征：Coverages,shapefle和Geodatabae.

11. 栅格 在栅格模型中，世界描述为连续的表面，用规则的单元阵列表示 栅格数据包括图像（遥感图片卫星像片或者扫描图）、格网grid 栅格数据可以用来存储离散的或者连续的现象特征，前者如土地利用，后者如地面高程现象

12. Tin模型 世界描述为一个由具有X、Y、Z值的不规则三角网连成的网络，这一模型在描述和分析表面时很有效。Arcgis将不规则表面以Tin数据集存储，也可以象对其他模式数据操作一样显示查看Tin数据。 特征数据的格式 • Coverage 一种常规的传统的数据格式。地理特征及其相关的专题属性数据，按照一定的逻辑关系组织在一起的一个集合体，在ArcInfo中，Coverage以目录形式存在，与其相关的专题属性信息存贮在与Coverage同级(Coverage所处的工作空间)的INFO目录中。 Coverage中所处理的地理特征类型包括：点特征（node,label point，tic）线特征（arc,section,route）面特征（polygon,region）注记特征 分别对应不同的特征属性表如aat，nat,tat等。

13. 基本特征类 point label

14. 复合特征 route、section region

15. 次级特征 annotation tic link

16. Coverage的存储 存储在工作区（workspace）中,一个工作区就是系统中的一个文件夹，其中包含一个info的文件加和其他对应于每个coverage名称的文件夹 Coverage文件夹中包含一系列文件来记录特征的信息（坐标，拓扑等等）而相关的属性信息存储在info文件夹中，由info数据管理系统管理

17. Info Info存储工作空间所有地理信息数据的info文件，是工作空间的一个局部数据库。它提供了一种机制，使得位于coverage或者grid或者tin等目录下的数据可以被info访问。Info子目录中为每个info用户准备两个文件，一个是ARCDR9,它是用户的目录文件；另一个是ARCNSP,是默认的打印文件。此外，还有一系列的磁盘文件，它们是： ARCnnnDAT:为相应info文件保存数据或者记录外部文件路径名的磁盘文件 ARCnnnNIT:包含为读取数据的数据项定义 (nnn表示顺序赋给内部info数据文件的一个三位数字（001-999）) 它具有所有数据管理的功能，包括：用户管理、创建数据库、创建数据表、更新和维护数据、存取和查询数据，统计分析数据、产生报表、程序设计等。系统用INFO数据模型来管理与空间数据相关的专题属性数据。ArcInfo与INFO数据库管理系统通过用户名联系起来，INFO数据库管理自动具有名为“Arc”的用户。ArcInfo的特征属性表、一些Lookup表等都是以INFO表的形式存在的。 ArcInfo主要利用了INFO数据库的数据创建和维护、查询和统计分析功能，而对其它一些功能利用的比较少。

18. 空间信息与属性信息的联系 现实世界中的对象既具有空间信息，同时具有描述其状态的专题属性信息。ArcInfo用如下的方法实现地物特征的空间信息与专题属性信息的联系： 每个地理对象都存贮一个标识码。对象的标识码在对象的空间特征(描述它的坐标信息)产生时一同产生，它唯一地代表这个地理对象，这个标识存贮在一张记录有对象几何特征(线的长度、多边形的面积等)的属性表中，这个属性表称为特征属性表(Feature Attribute Table, FAT)。 　 地理特征的专题属性信息可以直接存贮与FAT表中，也可以存贮其它的数据表中，后者通过对象标识码与FAT产生联系，建立地理特征与专题属性信息间的联系。 从空间信息检索专题属性信息，或从专题属性信息检索空间信息的实现就依赖于地理信息系统所建立起来的这种联系。

20. Shape文件 Shape文件和coverage相似，比较简单，它没有存储特征之间的拓扑关系，每一个shape文件只能存储某一单一特征类 点特征：有点和多点特征之分 点就是单一的点特征多点就是将

21. Simple Line和multipart polyline Simple area 和multipart area

22. 三、arcgis桌面版的操作简单介绍 1、 打开arcmap 按下面步骤打开arcmap程序： （1）点取“开始”-〉“程序”-〉arcgis->arcmap,打开arcmap程序，也可以在windows资源管理器中直接双击arcmap文件，或者在arccatolog中双击标准工具栏上的arcmap图标，打开arcmap。 （2）按下添加数据(add button)按钮，调入数据，也可以用标准工具栏上的open按钮来打开地图。 在file的下拉菜单中，也可以打开最近操作过的地图。 在启动arcmap对话框中，也可以选中open an exiting map 选项来打开地图。 打开后的 结果见图。

23. 常用的标准工具条 内容表 TOC 绘制工具栏

24. 在arccatolog中打开arcmap: (1)开始arccatolog；(2)打开包含地图的文件夹 (3)点取缩微（thumbnails)按钮，可看到文件夹所包含的全部地图。(4)双击。

25. 2.在数据视图(dataview)和版面视图（layoutview)之间切换2.在数据视图(dataview)和版面视图（layoutview)之间切换 数据视图是用来在地图上浏览、显示和查询数据，它省略了比例尺、指北针等地图元素，使得用户聚焦于数据上。而版面视图是用来出图的，在版面视图上，会看到虚拟的地图页，上面有地图的各种元素。 方法：点取菜单view 点取data view 或者layout view 这样就是在两种视图之间实现了切换 也可以用视图窗下面的实现按钮快速切换。

27. 3.对地图数据的阅览，放大、缩小和移动 可以使用tools工具条上的放大缩小的按钮实 现浏览，工具条上面的按钮有 如左图： 4.查询数据： 用指定(Identify)按钮来查询， 先点取按钮，将鼠标移到要查询的特征上， 选中，可见层的特 征就弹出来如图。

28. 创建地图 1.打开创建的界面 可以打开arcmap程序的对话框中，选中创建地图的选项或者 在标准工具栏中点击new按钮或者用一个地图模版创建具体的 步骤：点击file-〉new；点击符合要创建类型的标签；点取想 要的模板；点取文档，以创建一个新的地图文档；点取OK。

29. 2.添加图层 在地图中，数据是以层的形式表现的。层可以 代表一个特殊的特征类型，例如公路，湖泊等， 或者CAD图，数字表面模型等。在一个层中， 并没有存储数据本身，象地图一样，以存储在 GIS数据库中的数据作为参考，因而层总是反 映了数据库中的数据的最新变化。 添加一个地图，可以使用arccatolog来添加，这时同时打开Arccatolog和arcmap，然后从catolog中将要添加的数据直接拖到arcmap中。 也可以使用adddata按钮来添加，这样就可以将适合于arcinfo的各种数据如coverage，shapefiles等加进来。

30. 3.编辑数据 arcmap可以对下列类型的数据进行编辑：feature dataset(特征数据集),coverage和shapefile 在开始编辑之前，了解arcmap的编辑界面如下

31. *开始编辑－点取编辑工具条按钮，出现editor，在选取starting editing，开始编辑对当前的数据层进行编辑工作。 *选择编辑对象的方法 用编辑工具栏中的编辑工具进行选择，也可以在task任务栏中使用线或者区域进行选择编辑特征 • 常用的编辑 • 拖动，选中，然后按住鼠标，即可拖到目标位置，也可以点击编辑菜单中的move，在弹出的菜单中输入坐标，就可以完成这一操作。 • 旋转。选择要旋转的特征，在按工具栏中的旋转按钮，就可以旋到理想的位置。或者在点击旋转按钮后，按A键，输入角度数，就可以旋转特征。

33. 删除特征:选中特特征，点击工具栏上的删除按钮，或者直接键盘上的删除键就可以。删除特征:选中特特征，点击工具栏上的删除按钮，或者直接键盘上的删除键就可以。 拷贝和粘贴：在目标类型中选中要拷贝的特征的类型，然后选择拷贝的特征，点击copy，再点击粘贴，这样特征就被拷贝过来，同时特征的属性也一起拷贝过来。 5、创造新特征 要创建新特征，先要在任务下拉列表中选择“create new feature”然后利用草图面板来创造。

34. 还有一些工具也是创建草图时使用的：在创建的草图外右击，弹出上下文菜单，这个菜单可以帮助精确的创建特征。在创建的草图上右击，弹出的菜单更能帮助直接特征的创建。还有一些工具也是创建草图时使用的：在创建的草图外右击，弹出上下文菜单，这个菜单可以帮助精确的创建特征。在创建的草图上右击，弹出的菜单更能帮助直接特征的创建。

35. 创建特征的过程： 先在task任务栏中选择 create new featuew；确定创建的特征类型并在target层中选择目标层，点取工具面板中的笔，在图上进行创建。 1.创建点特征 可以直接在图上位置点击创建新特征或者以绝对坐标(右键菜单选中或者用F6激活)来确定点的位置。添加特征 2.线和多边形 直接点击鼠标左键开始线段创建，结束时用右键菜单finish sketch或者F2或者双击左键完成。 在这过程中可以使用草图工具的上下文菜单帮助完成，创建平行线垂直线等一定的角度一定弯度等。

36. 在编辑成功后，要保存编辑成果，在编辑菜单中选择save edits 即可，或者在stop edting停止编辑，会出现提示按提示保存编辑。 如果我们要建立一个完全新的的图层而不是在其他已有的基础上编辑修改 则

37. 在arccatolog下先创建新的图层，然后在arcmap下添加编辑。在arccatolog下先创建新的图层，然后在arcmap下添加编辑。 对于arcinfo的一些数据分析功能，数据转换功能，arcgis采用arctoolbox中的工具来实现的。Arctoolbox的界面和基本工具如下

39. 工作站版介绍 （一）基本功能 Arc/info有复杂的数据处理工具套件，可输入、编辑、处理、管理、分析、现实和输出地理信息。 具体地说，其核心模块主要提供以下功能： • 数据输入和编辑功能 支持数字化仪手扶跟踪扫描及矢量化，也可以接受GPS测量数据，能对图形数据进行编辑。 • 数据转换和集成 能转换多种标准的矢量格式和栅格格式的数据，并全方位的支持符合 SQL标准的商业关系数据库。 • 数据查询和显示工具 支持复杂空间数据和属性数据查询，进行图形显示，包括栅格图像显示和管理。 • 地理数据管理 能对大型的、分布式的、多用户数据库进行有效的存储管理。 • 数据输出 提供地图制作、报表生成并可输出其他格式的数据 • 用户界面 提供生产图形用户界面工具formedit，使得用户不用变成就可以方便的制作出图形用户界面。 • 系统的二次开发能力 用aml语言编写程序或系统。 • 程序之间的相互通讯（IAC）

40. (二)ArcInfo系统结构

41. (三)各模块介绍 •ARC模块：ArcInfo的总体管理模块，不具有图形功能。负责生成和管理数据库中的地理数据集(Coverage, TIN, Grid,  Lattice等)、数据转换、操作空间与属性数据等。 具体地说： （1）工作空间和文件管理操作，如列表显示、改名字、 拷贝删除和描述地图数据文件。 （2）加载数据进出ARC/INFO做数据转换。 （3）地图coverage的数字化和编辑。 （4）在地图数据自动化中发现错误和检索错误的命令。 （5）对于图幅拼接和叠合很有用的坐标投影和变换功能。 （6）特征属性的管理和操作。 （7）分析操作包括缓冲区的建立、地图叠置、网络建模、表面分析、水文建模、最近邻域分析和累计统计报告等。

42. • ARCEDIT模块：具有交互式的图形编辑环境。数字化或编辑Coverage、空间和属性数据的编辑、数据的编码。可以方便地选用不同的符号，有选择地绘制图层的各种要素，显示注记文本，提供影像和其他图层数据作为背景显示。它还提供了多种命令使你能容易用特定符号显示、诊断和修改数字化时产生的错误，在不退出ARCEDIT模块下能完成表格数据的维护和更新工作。 • ARCPLOT模块：具有交互式图形环境。负责空间数据的显示、查询、分析、制图等。有丰富的制图命令，可以选择多幅地图特征，并根据它们的地理属性分类，用不同的符号来输出地图。ARCPLOT还提供了丰富的符号库，并且提供用户自己定义制图符号的工具。这包括字体编辑器和线状符号、点状符号、填充符号和文字符号的交互符号编辑器。ARCPLOT支持多种多样的显示设备，在屏幕上建立地图图形，在主机所配备的笔式绘图仪，静电绘图仪或图形打印机上绘制大幅面的地图。• TABLES模块：进行INFO数据文件管理和维护的数据库管理系统。它是ARC/INFO中一个简单的属性数据管理系统，在此系统中将属性数据表达为一个二维表，在表中用列表示属性域称之为属性项，用行表示特征的各个属性值称之为记录，每个记录描述了一个现实事物，它是通过定义属性项来定义的，是建立地图数据库常用工具。它的功能是INFO数据库管理系统的一个子集，主要目标是实现与空间数据相关的属性数据的管理 。

43. • INFO是一个完全的关系数据库管理系统，它管理着地图Coverage中的地理特征联系的表格数据。ARC/INFO通过内部标识号将地图特征作为INFO数据文件存贮起来的地图特征属性表相联系，并对它们进行更新和维护。INFO提供了定义新文件数据，修改已有数据文件，数据文件输入和更新以及分类，查询和统计等基本功能。 • LIBRARIAN模块：地图数据库管理系统 • COGO模块：属扩展模块，主要应用于对坐标的几何精度要求比较高的应用中。 • NETWORK模块：线性网络模型系统 • TIN模块：三维表面模型 • GRID模块：栅格分析模块 此外还有新增模块： ARCSCAN,ARCPRESS,ARCSTORM,ARCEXPRESS

45. (一) 等高线数据的录入获取 获取地图上的数据进入ARC/INFO的方法有多种，如数字化，扫描，以几何坐标输入数据或者把别的格式数据转换而来。 本次实习的数据将中国的典型的地貌（构造地貌、喀斯特地貌、冰川地貌、风成地貌、黄土地貌海岸地貌等）的等高线图进行扫描，然后将扫描的图像在coreldraw下导入，新建一个图层，跟踪等高线，为了数据的完整和计算的正确，要求跟踪时要准确性，在必要的地方要添加辅助等高线。在等高线描述特殊的地方要进行特别的处理，如陡坎在等高线图上以符号描述，在跟踪时要把这些部分跟出来，有利于地貌的完整表述。 然后打开文件菜单的导出，将当前的coreldraw图形文件导出，选择导出Autocad的dxf格式，选择导出版本为R9或者R10，这样Arc/Info的数据转换命令可以识别文件中的关键字。

46. 在Arc/Info下建立一个新的工作区，在arc下转换dxf格式文件为一个coverage，在Arc/Info下建立一个新的工作区，在arc下转换dxf格式文件为一个coverage， Arc: dxfarc Usage: DXFARC<in_dxf_file><out_cover>{text_width}{attrib_width} Arc: dxfarc hs17.dxf hs17 Enter layer names and options (type END or $REST when done) =========================================================== Enter the 1st layer and options : tt arcs Enter the 2nd layer and options : $rest Do you wish to use the above layers and options (Y/N)? y Processing E:\ARCTEST\HS17\HS17.DXF ... Externalling BND and TIC... 374 Arcs written. 21 Labels written. 0 Annotations written. 0 Annotation levels.

47. 在跟踪的过程中，难免会出现一些错误，因此，在将数据转入后，要对数据跟踪的错误进行改正，将断开的等高线连接起来，将多余的或交叉的线进行纠正，在空间关系正确之后，进行赋值，等高线的高程值作为等高线弧段的一个属性项，在编辑状态下给每一个等高线赋高程值。在此之前，先对cover 进行坐标变换，把缺省的坐标体系变换为地理坐标。 具体的步骤如下： 1. 利用此等高线cover为边界和控制点参考cover，在arc模块下创建新的控制点cover tic，在编辑模块arcedit下打开此cover tic，设置编辑特征为tic，选择控制点并将坐标值改为真实的地理坐标值，保存退出编辑环境，在arc下利用transform命令将等高线数据cover转换到tic层中。在此为了命名的方便，可以将原来的cover 删除，将tic层改名为易识别的名称。如： Arc: transform hs17 tic Arc: kill hs17 all Arc: rename tic hs17

48. 2．进入编辑环境，对等高线错误的地方进行编辑。2．进入编辑环境，对等高线错误的地方进行编辑。 在跟踪转换的过程中，有连续的等高线可能会被转成不连续的等高线，设置绘图环境为 de arc node errors，绘制等高线图，此时，悬挂点以一个方形的小框表示，伪结点是一小菱形表示。要去掉弧段中间的悬挂点和伪结点，连接相同值的等高线，首先设置结合环境，包括点结合环境和弧段结合环境，前者控制点到点的结合，后者控制点到弧段的结合，在已经转为真实地理坐标的情况下，我们设置这些环境分别为10 和10的容限距、最近搜索方式。同使用intersectarcs命令控制当弧与存在的弧段相交时自动分裂生成结点。 Arcedit: arcsnap on 10 Arcedit: nodesnap closest 10 Arcedit: intersectarcs all 在编辑弧段的状态下设置编辑特征对象为弧段，选择要连接的添加遗漏的等高线，用命令 Arcedit: vertex move 1 = Select 2 = Next 3 = Who 4 = Move 9 = Quit 选择移动的顶点，同时按住数字键4，把鼠标移动到此顶点的新位置。产生新的结点，连接弧段。 也可以用命令extend延伸选择的弧段到已有的弧段，弧段相交，完成连接的任务。

49. 对于丢失和多余的等高线，用弧段编辑的添加和删除命令即可。对于丢失和多余的等高线，用弧段编辑的添加和删除命令即可。 3．为了下一步数据计算的准确性，增加标识山峰、山脊、谷底和坡度突变的数据点，在等高线稀疏的地方添加辅助等高线。 4．建立弧段和点的属性表，在当前的编辑特征下，用createattribute命令，然后添加属性项来存放高程值。 Arcedit:ef arc Arcedit:createattributes Arcedit:additem elevation 8 18 f 5 Arcedit:ef point Arcedit:createattributes Arcedit:additem elevation 8 18 f 5 现在，我们就可以给每个等高线和高程点赋值，选择赋值的对象，用CALCULATE <target_item> = <arithmetic_expression> 命令赋值。赋值过程中，工作量大，而且很容易出错，所以一定要经过检查。在这里可以将这些命令集中起来编写一个菜单或者程序方便的进行。

50. （二）用分层设色来描述地貌数据 为了使我们对等高线反映的地貌有一个直观的了解，我们用其他的方法对等高线进行显示，可以用多种方法来描述。 分层设色 ，即按制图的规则，不同的高程带赋以不同的颜色，在外观上直接区分出不同高程带。在这里我们在GRID中实现这一功能。 （1）等高线的矢量COVER转换成栅格格式的GRID.下面介绍其中的一种方法 首先用ARCTIN命令将等高线（CONTOUR LINE）或者等值线(ISOLINE)的COVER转成TIN。 等高线数据作为CREATETIN命令的一个COVER输入源，但不幸的是，等高线也是建立一个好的TIN的比较难的数据源，从等高线数据创建一个好的TIN必须要理解表面采样的原理和可能出现的不符合实际的平坦地形三角形，由于建立三角形的三个点在同一条等高线上，就会出现平坦三角形，通常都是以描述表面值的标识点来补充等高线数据，或者用断线来增加三角网的准确性，断线可以是有常量z值的如海岸线、建筑物的底线，也可以是变化z值的如测量航线和其他的工程数据，也可以是没有z值的如河流、山脊或者件就区域的边界，它们没有办法获得准确的z值。