GIS和空间分析的基本方法[1]

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1、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

2、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

3、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。20A

4、rcCatalog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

5、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

6、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（StatePlaneCoordinateSystem，SPCS）。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

7、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（Define20Projection）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