GIS和空间分析的基本方法[1].doc

第一部分GIS和空间分析的基本方法201第一章ArcGIS入门：数据管理及基本的空间分析工具地理信息系统（GIS）是一种计算机信息系统用于获取、存储、处理、查询、分析及显示地理数据。在GIS众多功能中制图一直是它的一项主要功能。本章的首要目的是演示如何借助GIS进行电脑制图。主要技巧包括空间与非空间（属性）数据的管理以及二者之间的联系。但是GIS远不只是一种制图工具随着GIS软件功能越来越强大界面越来越友好它在空间分析中的应用越来越广。本章第二个目的是介绍GIS的一些基本空间分析工具。鉴于ArcGIS在教育、商业及政府机构中的广泛应用本书采用它作为主要的软件平台来完成GIS任务。除非特别说明本书所有GIS操作都是基于ArcGIS9.0。各章结构的安排类似：先从基本概念着手介绍GIS方法的基本内容；然后用案例来使者熟悉刚刚介绍的GIS方法。本章第1.1节简要介绍ArcGIS中的空间及属性数据管理第1.2节为案例1A通过绘制库婭霍加县的人口密度分布图来演示基于GIS作图的基本过程。第1.3节介绍ArcGIS中基本的空间分析工具包括空间查询、空间连接、地图叠加等。第1.4节为案例1B演示了一些空间分析工具：提取克里夫兰市的普查小区生成多边形邻接矩阵。在高级空间统计研究如空间聚类和空间回归分析中我们常常用多边形邻接矩阵来定义空间权重（参见第九章）。本书假设读者具有初极GIS知识。本章不会涵盖所有的ArcGIS功能。相反它只是回顾ArcGIS的主要功能给读者一个”热身赛”以便引导读者继续学习章节中的一些高级空间分析方法。1.1ArcGIS中的空间和属性数据管理2因为本书选择ArcGIS作为主要的软件平台所以有必要简单介绍一下它的主要模块及功能。ArcGIS是美国环境系统研究所（ESRI）2001年发布的一种基于图形界面（GUI）的软件平台用以代替以前基于命令行的ArcInfo。ArcGIS包括3个主要模块：ArcCatalog、ArcMap和ArcToolbox。ArcCatalog用于查看、管理空间数据文件。ArcMap用于显示、分析、编辑空间及属性数据。ArcToolbox整合了各种数据管理和数据分析工具箱包括地图投影管理、数据格式转换以及实现早期的ArcInfo命令。在ArcGIS9.0中ArcToolbox可以从ArcMap或ArcCatalog界面中激活。大部分（但不是全部）早期ArcInfo命令都可以在ArcGIS中实现。对于有些命令或功能我们作空间分析还是用的较勤仍然需要用到ArcInfo的命令行界面。例如在附录1中讨论了如何用ArcInfoWorkstation来读取、输出ASCII文件。第二章中的案例2介绍了如何用ArcInfoWorkstation来计算网络距离。1.1.1地图投影及空间数据模型GIS不同于其他信息系统的一个显著特点是它能够管理地理或空间（区位）数据。为了理解这一点我们需要具备地理坐标系统的基础知识例如我们需要了解经纬度及用x、y坐标在各种平面坐标系上的表示方法。将地球的椭球表面转换为平面或在不同平面坐标系之间进行转换的过程称为地图投影。在ArcGIS中ArcMap会自动地将不同坐标系的数据转化为最先添加的图层坐标系这个过程一般称为即时投影变换（on-the-flyreprojections）。但是如果数据量较大的话这个过程可能会花很多时间。所以同一个项目里面的所有图层最好用同一种投影。美国常用的投影有两种：通用横轴墨卡托投影（UTM）和州平面坐标系统（StatePlaneCoordinateSystemSPCS）。严格来说SPCS并不是单一的一种投影它可能使用三种投影中的一种：兰伯特等角圆锥投影、横轴墨卡托投影、斜轴墨卡托投影。为了尽量减少变形南北向长条形的州或地区使用横轴墨卡托投影东西向长条形的州或地区使用兰伯特等角圆锥投影。有些州（如阿拉斯加、纽约州）可能用不只一种投影。更多内容读者可以参阅ESRI公司ArcGIS光盘上的“理解地图投影”PDF文件。在ArcGIS中查看空间数据图层的投影可以在ArcCatalog中点击该图层然后选择Metadata>Spatial或者在ArcMap右键单击图层依次选择layer>Properties>Source。在ArcToolbox中进行投影相关操作的办法为：依次点击DataManagementTools>ProjectionsandTransformations在投影与变换工具箱（ProjectionsandTransformations）下投影定义工具（DefineProjection）将新建一个包含投影参数的投影文件（PRJ）或者矫正原来的错误投影。投影定义工具只是标记地理数据的正确坐标系统坐