《地理信息系统》实习指导书刘琳主编石河子大学师范学院地理系2010年2月
1 《地理信息系统》 实习指导书 刘琳 主编 石河子大学师范学院地理系 2010 年 2 月
前言地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）是上世纪60年代发展起来的新兴学科。四十几年的发展历程中，GIS极大地拓宽了信息系统技术的应用范围和应用深度，特别随计算机硬、软件技术的快速发展，目前正处在一个极快的发展阶段，其应用已不仅限于测绘、地矿、制图、资源与环境管理等传统领域，其在设施管理、交通管理、工程建设、城市规划、灾害防治及评估、军事战略分析、商业策划、文化教育和文物考古等领域中也愈来愈扮演着重要的角色。此外，地理信息系统还进入了军事战略分析、商业策划和文化教育等更为广泛的领域，甚至还和其他科学技术结合，进入了普通人的生活。本实习指导书内容涉及GIS数据输入、数据处理、空间分析等GIS主要的基本操作，旨在帮助GIS初学者理解GIS理论、技术和应用，初步掌握ArcGIS软件！培养利用GIS解决地学科学问题和诸多现实问题的能力。石河子大学师范学院地理系《地理信息系统》课程面向地理信息系统方向学生开设。地理信息系统课程组在师资队伍、教学标准和教学资料积累方面均有很大投入，为课程打下了良好的基础。目前网络地理信息系统开发方面的书籍较少，适合教学实习的指导书更少。有鉴于此，根据教学需要和近几年从事GIS科研和应用的实际，笔者编译了这本参考书籍，可作为本科网络地理信息系统课程的教学辅助材料和学生上机实习的参考用书，可与有关教材、手册配合使用。本书主要以ArcGIS9.2为平台和工具设计所有实习环节，使用数据来源于石河子大学师范学院地理系GIS教学资源库。由于时间紧迫，缺乏笔者水平和经验所限，书中难免存在纸漏之处，恩求读者批评指正。刘琳2014年2月于石河子大学2
2 前 言 地理信息系统（Geographic Information System，简称 GIS）是上世纪 60 年代 发展起来的新兴学科。四十几年的发展历程中，GIS 极大地拓宽了信息系统技术的 应用范围和应用深度，特别随计算机硬、软件技术的快速发展，目前正处在一个极 快的发展阶段，其应用已不仅限于测绘、地矿、制图、资源与环境管理等传统领域， 其在设施管理、交通管理、工程建设、城市规划、灾害防治及评估、军事战略分析、 商业策划、文化教育和文物考古等领域中也愈来愈扮演着重要的角色。此外，地理 信息系统还进入了军事战略分析、商业策划和文化教育等更为广泛的领域，甚至还 和其他科学技术结合，进入了普通人的生活。 本实习指导书内容涉及 GIS 数据输入、数据处理、空间分析等 GIS 主要的基 本操作，旨在帮助 GIS 初学者理解 GIS 理论、技术和应用，初步掌握 ArcGIS 软件， 培养利用 GIS 解决地学科学问题和诸多现实问题的能力。 石河子大学师范学院地理系《地理信息系统》课程面向地理信息系统方向学生 开设。地理信息系统课程组在师资队伍、教学标准和教学资料积累方面均有很大投 入，为课程打下了良好的基础。 目前网络地理信息系统开发方面的书籍较少，适合教学实习的指导书更少。有 鉴于此，根据教学需要和近几年从事 GIS 科研和应用的实际，笔者编译了这本参考 书籍，可作为本科网络地理信息系统课程的教学辅助材料和学生上机实习的参考用 书，可与有关教材、手册配合使用。本书主要以 ArcGIS9.2 为平台和工具设计所有 实习环节，使用数据来源于石河子大学师范学院地理系 GIS 教学资源库。 由于时间紧迫，缺乏笔者水平和经验所限，书中难免存在纰漏之处，恳求读者 批评指正。 刘 琳 2014 年 2 月于石河子大学
目录第一章GIS概述A一、什么是地理信息系统A二、地理信息系统的产生4三、当代GIS的发展趋势.6.8四、GIS相关软件及功能概述第二章ArcGIS9概述...12一、ArcGIS9简介..12二、ArcGIS 采用的数据.17三、怎样学习ArcGIS？..19第三章ArcGIS基本操作....21一、ArcGIS 安装..22二、ArcMap应用基础.33三、ArcCatalog应用基础....40四、ArcToolbox应用基础.43第四章图形配准及矢量化....45一、图形配准45...50二、图形矢量化第五章空间数据处理..53..55一、空间数据处理..二、投影定义及转换.58第六章多边形叠合分析....61第七章缓冲区分析..54第八章网络分析......61第九章三维分析.703
3 目 录 第一章 G IS 概述.4 一、什么是地理信息系统.4 二、地理信息系统的产生.4 三、当代 GIS 的发展趋势.6 四、GIS 相关软件及功能概述.8 第二章 ArcGIS 9 概述.12 一、ArcGIS 9 简介.12 二、ArcGIS 采用的数据.17 三、怎样学习 ArcGIS？.19 第三章 ArcGIS 基本操作.21 一、ArcGIS 安装.22 二、ArcMap 应用基础.33 三、ArcCatalog 应用基础.40 四、ArcToolbox 应用基础.43 第四章 图形配准及矢量化.45 一、图形配准.45 二、图形矢量化.50 第五章 空间数据处理.53 一、空间数据处理.55 二、投影定义及转换.58 第六章 多边形叠合分析.6 1 第七章 缓冲区分析.54 第八章 网络分析 .6 1 第九章 三维分析.7 0
第一章GIS概述一、什么是地理信息系统在信息化高速发达的现代社会，至少在知识界，人们对“信息系统”都不感陌生，各种各样的管理信息系统、咨询服务系统、决策支持系统乃至专家系统在夜以继日地帮助着人们进行着规划、管理、决策、事务处理及信息咨询，极大地提高了人们的工作效率和方便了人们的生活。但在更多的时候，人们规划、管理、决策、事务处理及信息咨询的信息内容常常要求必须与周围的地理环境和地理位置相联系，就像人们经常使用的地图或图纸，不仅要求能表达事件发生的过程和结果，还要求能表达事件发生的地点、周围环境、以及与其它事物之间的空间相互关系等这就产生了地理信息系统(GeographicInformationSystem，简称GIS）。从地理信息系统的专业角度看，可以将人们经常使用的信息划分为两类信息一即空间信息和非空间信息，所谓空间信息，就是信息内容本身就包含有形状、分布、空间定位、空间相互关系等内容的信息。如一条道路，一座桥梁，或一幢建筑物，一个行政区，一个天体等的几何形状及其所处的空间位置等。地理信息是人们应用最多的空间信息，根据统计，人们日常使用的信息80%以上都是地理信息。远在四千多年前，人们就知道了使用地图，从而掌握与地理空间信息打交道的直观、简易的方法。而现代科学技术的发展，已将人们带入了一个以前从未想象到的高速发展的信息时代，计算机的使用和数据库技术的快速发展更使得人们学会了用信息系统管理和使用信息。地理信息系统就是能够输入、存储、管理并处理分析地理空间数据的信息系统。地理信息系统是信息系统技术发展到高级阶段的产物，这不仅是随机算机软件技术发展的应运而生”，其实在很大程度上也得益于计算机硬件水平的发展，试想，一个有实际应用价值的地理信息系统少则几十兆、大则数十G（1G=109）字节或更大规模的图形或图像信息，其存储、显示和快速的处理分析，对早期的计算机系统特别是早期的微型计算机系统来说是多么的不可思义！4
4 第一章 GIS 概述 一、什么是地理信息系统 在信息化高速发达的现代社会，至少在知识界，人们对“信息系统” 都不感陌 生，各种各样的管理信息系统、咨询服务系统、决策支持系统乃至专家系统在夜以 继日地帮助着人们进行着规划、管理、决策、事务处理及信息咨询，极大地提高了 人们的工作效率和方便了人们的生活。但在更多的时候，人们规划、管理、决策、 事务处理及信息咨询的信息内容常常要求必须与周围的地理环境和地理位置相联 系，就像人们经常使用的地图或图纸，不仅要求能表达事件发生的过程和结果，还 要求能表达事件发生的地点、周围环境、以及与其它事物之间的空间相互关系等， 这就产生了地理信息系统(Geographic Information System，简称 GIS）。 从地理信息系统的专业角度看，可以将人们经常使用的信息划分为两类信息 — 即空间信息和非空间信息，所谓空间信息，就是信息内容本身就包含有形状、分 布、空间定位、空间相互关系等内容的信息。如一条道路，一座桥梁，或一幢建筑 物，一个行政区，一个天体等的几何形状及其所处的空间位置等。 地理信息是人们应用最多的空间信息，根据统计，人们日常使用的信息 80%以 上都是地理信息。远在四千多年前，人们就知道了使用地图，从而掌握与地理空间 信息打交道的直观、简易的方法。而现代科学技术的发展，已将人们带入了一个以 前从未想象到的高速发展的信息时代，计算机的使用和数据库技术的快速发展更使 得人们学会了用信息系统管理和使用信息。 地理信息系统就是能够输入、存储、管理并处理分析地理空间数据的信息系统。 地理信息系统是信息系统技术发展到高级阶段的产物，这不仅是随机算机软件技术 发展的“应运而生”，其实在很大程度上也得益于计算机硬件水平的发展，试想，一 个有实际应用价值的地理信息系统少则几十兆、大则数十 G（1G=109）字节或更大 规模的图形或图像信息，其存储、显示和快速的处理分析，对早期的计算机系统， 特别是早期的微型计算机系统来说是多么的不可思义！
二、地理信息系统的产生地理信息系统最早萌芽于北美，上世纪60年代初，加拿大的RogerF.Tomlinson和美国的DuaneF.Marble在不同的地方、从不同角度提出了地理信息系统的构想Tomlinson于1962年提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用数据，编建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息统（CGIS）。到1972年，CGIS全面投入运行，成为世界上第一个运行的地理信息系统。CGIS提出的地理数据模型、栅格-失量数据相互转换、空间数据、属性数据连接及空间数据空间上分块、内容上分层等基本的设计思想，为地理信息系统技术的后来发展起到了奠基的作用。几乎在同一时间，DuaneF.Marble在美国的西北大学研究了利用数字计算机研制数据处理软件系统，以支持大规模城市交通研究，并提出了地理信息系统软件系统的思想。来此美国西北技术研究所的HowardFisher教授在福特基金的资助下，建立了哈佛大学计算机图形与空间分析实验室，开发了SYMAPIODYSSEY等软件包，其中，SYMAP对当今的栅格地理信息系统有相当影响，而ODYSSEY则被认为是当代失量地理信息系统的原型。其实，地理信息系统是计算机地理制图和计算机图像处理技术发展的必然产物。在上世纪60年代，随世界经济的快速发展，对地形图的数量和质量提出了更高要求，一般的手工作业方式已远远不能满足地形图生产的要求，也不能对地面日新月异的发展变化及时更新，而计算机技术的发展，就使得使用计算机进行地图制图成为了客观上的必然。而另一方面，航空和航天遥感技术的发展，又使得人们必须寻找遥感资料的快速与高精度的处理方法，这同样要用到计算机，这几方面的共同要求，就必然刺激到计算机图像处理技术的快速发展。由于计算机地理制图和计算机图像处理均主要是对地面地理对象进行的，两者之间必然有相同的基础和存在着许多共同的部分，如投影、误差、控制点、比例尺等基本制图信息，以及地名、行政界、交通、河流、居民点等基本地理信息，更重要的一点，是两者又往往是同一技术过程的不同阶段，也就是说，计算机图像处理和计算机地理制图往往是同一批人，从事同一项研究而进行的不同阶段的工作，所以，人们很自然地会将它们结合起来。随着技术的发展，将两者基础的部分和共同5
5 二、地理信息系统的产生 地理信息系统最早萌芽于北美，上世纪 60 年代初，加拿大的 Roger F.Tomlinson 和美国的 Duane F.Marble 在不同的地方、从不同角度提出了地理信息系统的构想。 Tomlinson 于 1962 年提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用数据，编建议 加拿大土地调查局建立加拿大地理信息统（CGIS）。到 1972 年，CGIS 全面投入运 行，成为世界上第一个运行的地理信息系统。CGIS 提出的地理数据模型、栅格-矢 量数据相互转换、空间数据、属性数据连接及空间数据空间上分块、内容上分层等 基本的设计思想，为地理信息系统技术的后来发展起到了奠基的作用。 几乎在同一时间，Duane F.Marble 在美国的西北大学研究了利用数字计算机研 制数据处理软件系统，以支持大规模城市交通研究，并提出了地理信息系统软件系 统的思想。来此美国西北技术研究所的 Howard Fisher 教授在福特基金的资助下，建 立了哈佛大学计算机图形与空间分析实验室，开发了 SYMAP\ODYSSEY 等软件包， 其中，SYMAP 对当今的栅格地理信息系统有相当影响，而 ODYSSEY 则被认为是 当代矢量地理信息系统的原型。 其实，地理信息系统是计算机地理制图和计算机图像处理技术发展的必然产 物。在上世纪 60 年代，随世界经济的快速发展，对地形图的数量和质量提出了更高 要求，一般的手工作业方式已远远不能满足地形图生产的要求，也不能对地面日新 月异的发展变化及时更新，而计算机技术的发展，就使得使用计算机进行地图制图 成为了客观上的必然。而另一方面，航空和航天遥感技术的发展，又使得人们必须 寻找遥感资料的快速与高精度的处理方法，这同样要用到计算机，这几方面的共同 要求，就必然刺激到计算机图像处理技术的快速发展。 由于计算机地理制图和计算机图像处理均主要是对地面地理对象进行的，两者 之间必然有相同的基础和存在着许多共同的部分，如投影、误差、控制点、比例尺 等基本制图信息，以及地名、行政界、交通、河流、居民点等基本地理信息，更重 要的一点，是两者又往往是同一技术过程的不同阶段，也就是说，计算机图像处理 和计算机地理制图往往是同一批人，从事同一项研究而进行的不同阶段的工作，所 以，人们很自然地会将它们结合起来。随着技术的发展，将两者基础的部分和共同