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第1 章 ArcGIS 基本知識與操作

1.1 ArcGIS 的數據組織與管理

要學習ArcGIS 的使用方法， 必須了解ArcGIS 的數據組織和管理方式， 否

則， 對某些ArcGIS 功能的必要性和實用性就會產生疑問。另外， GIS 是一種多

數據融合平臺， 要完成一項工作， 往往需要多種數據的配合， 不同的數據格式和

數據結構具有各自的特征。因此， 在使用中經常需要進行數據格式和結構的轉

換。同時， 在使用ArcGIS 的過程中， 往往需要閱讀對應的幫助文檔， 在閱讀這

些文檔過程中， 需要對某些術語進行了解。

1.1.1 ArcGIS 的數據類型及其術語

① Feature (矢量要素) ： 泛指用于描述實際地物的幾何形狀， 如用點、線、

面等描述地物的位置及空間形態的矢量要素。Feature 是ArcGIS 中最基本的存

儲單元， 每一個Feature 對應著某個地物要素的幾何坐標信息和屬性信息， 如

個鉆孔， 或者一個行政區劃單元。

② Feature Class (矢量要素類) ： 具有完整數據結構的、表達某種地物要素

類型的一個數據組， 在形式上可以是一組文件， 如Shapefile 或者Coverage 等，

也可以是保存在Geodatabase 中的矢量要素表。每個Feature Class 代表一種具有

明確屬性的實體， 如保存所有鉆孔數據文件， 具有如鉆孔深度、地下水位、鉆探

時間等固有屬性結構表。

③ Geodatabase (地理數據庫) ： 存儲在數據庫中的數據， 包括Personal

Geodatabase (獨享數據庫， 相當于在計算機上創建一個Access 數據庫文件，

.mdb)和Multi-user Geodatabase (也稱為ArcSDE Geodatabase ， 可以實現多

用戶共享， 包括編輯和調用) 。數據庫中可以存儲矢量要素類數據也可以存儲柵

格(圖像) 要素。

④ Feature Dataset (矢量要素集) ： 可以包括不同種類Feature Class ， 但同

屬于相同研究區域范圍或者圍繞同一研究目標的要素類或者拓撲信息。位于同

個Feature Dataset 中的數據， 共享相同的空間參考和坐標系統。在Feature

Dataset 中除了可以包含代表實際地物要素的Feature Class 以外， 還可以包括

些用于GIS 分析的關系表， 如網絡分析、拓撲分析、數據鏈接表等。

⑤ Raster 或Raster Dataset (柵格數據) ： 與Feature Class 同級的數據文件，

用于存儲柵格數據。典型的ArcGIS 柵格數據格式是Grid 文件， 在Windows 文

件管理器中表現為一個以.aux 為擴展名的文件， 和一個保存著以.adf 為擴

展名的多個文件的文件夾。將Raster 數據和Feature Class 數據保存在Geodata-

base 中可以方便管理和應用。

⑥ Shapefile (矢量數據文件) ： Feature Class 的一種物理存儲方式， 是以多

個文件構成的文件組， 共同描述某一類矢量要素， 數據結構中不保存拓撲信息。

該文件類型在ArcGIS 應用中非常廣泛。

⑦ Coverage (具有拓撲結構的矢量數據文件) ： 是Feature Class 的另一種物

理存儲方式， 具有拓撲結構的矢量數據存儲方式。在硬盤文件中存儲較為復雜，

一般包括Info 文件夾和一個存儲數據關聯關系的文件夾， 文件夾中包含多個數

據， 當需要進行一些特殊拓撲分析時， 需要該數據格式。

⑧ Topology (拓撲數據) ： 與存儲地物要素的數據(如Feature Class ，

Shapefile 等) 不同， 拓撲數據只能存儲在數據集(Feature Dataset) 中， 主要存

儲的是拓撲規則、容限值以及適用的Feature Class 等信息。

⑨ Image (圖像) ： Image 與GIS 中普遍使用的Raster 存在細微的差別。實

際上， 在ArcGIS 的很多應用中， Raster 與Image 沒有本質區別， 但是需要注

意， 兩者在數據內涵上是存在差別的。首先， Image 不具有地理坐標系統， 其

次， Image 數據一般保存的是整型數值(灰度值) 。ArcGIS 中允許為圖像文件進

行地理配準， 并附加一個.aux 的坐標信息文件， 該文件可以保障在ArcGIS 中

打開該圖像時， 在正確的地理位置顯示圖像， 因此這個坐標文件非常重要， 千萬

不能遺失， 否則需要重新配準。

⑩ Layer (圖層) ： 當矢量要素文件或者柵格文件在界面中顯示時， 除了坐

標信息來自數據文件外， 還包括一些符號化等信息， 這些信息被保存在單獨的文

件(內存或者存儲介質) 中。需要注意的是， Layer 本身并不會保存要素的空間

和屬性信息， 而是引用數據文件中的相關信息。因此， 如果刪除了硬盤中的

Feature Class 數據， 則對應的Layer 也無法正確顯示和工作。同樣， 對Feature

Layer 或者Feature Class 中的要素進行修改也會同時影響對方的數據， 兩者數據

源相同。

???Attribute Table (屬性表) ： 用于描述矢量地物要素屬性或柵格單元統計

屬性的數據表。柵格數據和矢量數據存儲屬性的機制不同， 柵格數據存儲時， 會

將具有相同屬性的柵格進行屬性合并， 合并后進行分組統計， 并自動添加柵格計

數(Count) 字段。矢量數據則是逐一記錄要素的屬性值。屬性表是地理數據信

息存儲和查詢的基礎。

???Table (表文件) ： 除了包括Feature Attribute Table 外， 還包括其他表格

數據， 或者可以表格化的文本數據， 如： dbf 數據， txt ( ASCII 文件， 逗號分

隔) ， csv 等。其中， txt 文件和csv 文件屬于純文本文件， 可以在記事本文件中

直接打開。文本文件在ArcGIS 應用中也同樣占有重要位置， 大多數情況下使用

的純文本文件實際上是按照表格的結構存儲的， 可以用于批量數據的編輯和

處理。

???Graphic (圖形) ： 除了保存在數據文件中的地物要素( Features) 數據

外， 在地圖文檔中還可以繪制各種圖形， 如多邊形、點、線、面等。這些圖形只

保存在文檔中， 其作用是地圖標注。

???Element (元素) ： 包括Graphic 在內的一些地圖編輯或者顯示時所需要的

附加要素的統稱， 包括如文本、線條、多邊形、指北針、圖例、比例尺等。它們

與數據文件中存儲的地圖數據描述的地物要素不同， 這些內容一般只存儲在文檔

之中， 不會存儲在地圖數據文件中。

1.1.2 ArcGIS 的文件組織

在ArcGIS 的主工作模塊ArcMap 和ArcScene 中都涉及文件組織問題。對

初學者而言， 可能更多地關注圖層(Layer) ， 每個圖層都是地理信息的可視化數

據表達方式。當用戶向窗口中添加一個數據文件(Feature Class 或Raster) 時，

地圖窗口中會產生一幅經過初步渲染的地圖。當將地圖中的某些要素進行自定義

渲染后， 這些自定義的渲染方式并不會保存在數據文件中， 而是保存在內存中。

要想保留這些自定義內容， 則必須保存為圖層文件(Layer) ， 或者保存在文檔中

(Document) 中。文檔(Document) 、圖層(Layer) 和數據文件(Feature Class

或Raster) 之間的關系如圖1-1 所示。

(1) 文檔(Document)

Document 中記錄除地理數據之外的所有設置信息， ArcMap 文檔在硬盤中

保存為.mxd 文件(其中模板文檔名稱為.mxt) ， ArcScene 中的文檔數據保

存為.asd 文件。啟動ArcMap 進行工作之后， 缺省情況下， 系統自動創建

個" Untitle.mxd" 文檔文件。

需要注意的是， 對要素幾何信息或者屬性信息的任何修改， 都不會在文檔中

保存， 而是保存在數據文件中。以Shapefile 為例， 幾何坐標數據保存在.shp

文件， 屬性數據保存在.dbf 文件中。當在ArcGIS 中打開文檔文件時， 系統將

按照文檔保存時數據文件的路徑來尋找數據文件， 如果這些文件不在原來的

路徑下， 則系統打開文件失敗。

提示： 在ArcMap 中可以對文檔中的數據調用方式選擇存取路徑或者相對路徑， 如

果存儲的是相對路徑， 則只要文檔文件與數據文件保存在同一個文件夾或者子文件夾下， 則

文檔可以正常打開數據文件， 具體方法見1.2.5 節。

圖1-2 添加數據文件出錯

如圖1-2 所示的"DownZ" 圖層， 因該圖

層從原來存儲位置被移走， 文檔無法正常打

開DownZ 數據文件。在對應的圖層標簽處呈

現灰化狀態， 并且用一個紅色嘆號標志。通

過雙擊圖層標簽(或者右鍵點擊圖層， 并在

彈出的浮動菜單中選擇"Properties") 彈出屬

性設置對話框， 并選擇"Source" 選項卡， 然

后點擊"Set Data Source … " 按鈕， 并找到對

應文件的物理存儲位置即可。

當在某臺計算機上工作， 并保存了一個

文檔文件， 即使將文檔文件和數據文件一起

復制到另一臺計算機的不同名文件夾， 或者

同一臺計算機的另一個文件下， 打開文檔時，

仍有可能無法正常打開數據文件， 需要對文件路徑進行上述設置。

(2) 數據框架(Data Frame)

一個數據框架內的所有圖層共享相同的坐標系統、數據范圍、日照等區域信

息， 這些信息保存在文檔中。在ArcMap 中， 不同框架之間需要進行切換， 同

時刻只能有一個框架處于工作狀態， 切換方式是： 右鍵點擊想要啟用的框架， 在

彈出的浮動菜單中選擇" Activate" ， 系統將切換到該框架對應的工作范圍內。

缺省情況下， 系統提供一個缺省名為" Layers" 的數據框架。ArcGIS 的功能中

除了進行數據處理和分析之外， 另一個重要功能就是地圖制版( Layout) 。數據

框架可以將不同的工作區域(地理位置相差甚遠， 或者比例尺差異較大) 在同

個頁面布局中進行制版。在圖1-2 中有標志的即為數據框架， 選中數據框架名

后輕擊框架名稱可以對其重命名(右鍵彈出對話框中選擇"Rename" 也可以修

改框架名稱) 。

(3) 圖層組(Group Layer)

同一組內的圖層， 共享相同的顯示比例設置、圖層渲染順序等一些特殊設

置。圖層組的作用是主題圖層分類， 便于管理和可視化顯示， 一般情況下可以不

設置圖層組。在以數據可視化為主的應用中， 為了更好地控制圖層的渲染和顯示

樣式， 可以考慮使用圖層組。與數據框架一樣， 可以對圖層組進行重命名。

(4) 圖層(Layer)

當硬盤的地圖數據文件(Feature Class) 被打開后， 系統在內存中為其建立

一個圖層文件， 與數據文件建立對應關系， 并進行可視化顯示。用戶可以將圖層

保存為一個獨立的硬盤文件( .lyr) ， 圖層文件中保留關于圖層渲染樣式、選

擇狀態等附加信息。Layer 的另外一個功能就是將某些矢量要素的選擇集保存為

獨立的Layer 數據， 但需要注意的是， Layer 數據中并不保存幾何數據或者屬性

數據， 而是從Feature Class 中調用數據， 并在創建的.lyr 文件中保存選擇集

信息以及其他附加信息。

(5) 數據(Feature Class 或Raster)

每個圖層對應一個硬盤存儲的數據文件(組) 或者數據庫中的數據表。數據

是地圖最基礎的內容， 記錄著要素的空間坐標信息、屬性信息以及關聯信息等。

1.1.3 ArcGIS 的數據類型

在使用ArcGIS 過程中， 需要理解不同數據的類別， 以確定某些功能應用的

數據類型， 因此， 以下幾種數據需要進行區別：

從數據種類上， 也可以將數據分為以下四類：

(1) 矢量地圖數據(Shapefile ， Coverage ， Geodatabase 等)

矢量地圖數據一般由兩部分組成， 一是地物要素幾何數據， 即坐標數據； 二

是與幾何要素對應的屬性數據。每個矢量數據具有的幾何要素類型， 包括

點、多點、線、多邊形以及面片要素。除了ArcGIS 常用的Shapefile 、Coverage 和

Geodatabase 三種矢量數據格式外， 為了與其他制圖軟件或GIS 軟件進行數據交換，

ArcGIS 也支持如CAD ( .Dwg ， .DXF) ， 交換格式數據( .e00)的顯示和轉化

功能。由于ArcGIS 在GIS 領域中的特殊地位， 很多GIS 軟件也提供轉化為

Shapefile 的功能。

Shapefile 是ArcGIS 中最常使用的不具有拓撲結構的文件數據格式， 以文件

組的方式存儲在硬盤中， 一般包括三個文件， 如下所示。

.shp 文件： Shapefile 的主文件， 存儲地物要素的幾何坐標信息， 每個

地物要素被稱為一個shape 。

.sbx 文件： 索引文件， 記錄主文件中的shape 與頭文件的坐標偏移量，

用于空間檢索。

.dbf 文件： 存儲地物要素的屬性信息， 與主文件中的幾何數據對應。

以上三個文件是Shapefile 的主要組成部分， 在文件復制和轉移時必須同時

轉移這三個文件。在文件編輯中還會動態產生其他一些文件， 這些文件只在

ArcGIS 工作中起作用， 不是必需的文件。如幾何要素編輯時會產生數據索引文

件( .sbx 和.sbn) ， 在屬性關聯時產生關聯文件( .ain 和.aih) 。

另外， 坐標文件( .prj) 是另一個重要文件， 但不是必需的。它用于定義

主文件中存儲的幾何數據的坐標系統， 只有為數據定義了坐標系之后才產生， 是

坐標系轉換時的依據。如果沒有.prj 文件， 則打開文件時， 系統會提示該數據

沒有坐標信息， 并自動為其賦予一個"unknown" 坐標系。

Coverage 是ArcGIS 中特有的文件格式， 具有拓撲結構， 以弧段及拓撲表方

式存儲地物要素， 在硬盤中以兩個文件夾存儲， 其中的"Info" 文件夾是一個多

數據共享的文件夾， 用于存儲屬性數據， 另一個是以主文件名命名的文件夾， 在

該文件夾中存儲多個文件， 文件的擴展名相同， 但文件名不同。Coverage 文件

組織比較復雜， 一般情況下不建議使用， 在需要用到拓撲結構時(某些功能只有

在Coverage 數據結構中才可以實現) ， 可以將Shapefile 轉換成Coverage 進行相

關分析， 完成后再轉化為Shapefile 即可。

Geodatabase 是ArcGIS 近期版本中主推的數據存儲和管理方式， 該數據結

構將數據以數據庫表的方式存儲在數據庫中， 大大簡化了數據管理工作。Arc-

GIS 提供兩種Geodatabase ， 即Personal Geodatabase 和Multi-user Geodatabase

(也稱為ArcSDE Geodatabase) 。Personal Geodatabase 是應用于個人PC 上的數

據庫格式， 數據存儲在.mdb 文件中， 該文件可以用Microsoft Office 文件包

中的Access 程序打開， 在該數據庫中存儲一系列的數據表。在文件轉移時只

要轉移數據庫文件( .mdb) 即可。Multi-user Geodatabase 則是通過ArcGIS

提供的數據庫引擎(ArcSDE) 建立與商用關系型數據庫的連接， 將數據表存儲

在商用數據庫(SQL Server ， Oracle 等) ， 通過ArcSDE 進行數據的讀寫和管理。

提示： 在數據庫中存儲的矢量數據， 系統為每個要素創建一個周長和面積字段， 并在創

建要素后自動賦值。

(2) 柵格數據(Grid ， Geodatabase Raster Dataset ， IMAGINE ， TIFF 等)

ArcGIS 可以操作的柵格數據種類很多， 包括幾乎所有的圖像格式數據

(JPG ， BMP ， TIFF ， GIF 等) 以及Grid (文件組合) ， 其中Grid 是ArcGIS 柵

格數據的工作格式。同時， ArcGIS 也接受如遙感數據IMAGINE ( .img) 等。

同矢量數據一樣， 柵格數據也可以保存在數據庫中。