ARCINFO在生态学中的应用

ARC/INFO在生态学中的应用国庆喜2000年\n第一章前言早在30年前，一些地理学家们就在构思一种能在计算机上存储和管理信息的系统。近十年来，这种技术已经开展成熟起来，即地理信息系统〔GIS〕，并得到了广泛的应用。例如土地利用规划，自然资源管理，环境评估和规划，生态学研究，急救车船的派遣，地貌研究，商业用途等等。GIS可以说是当前计算机最广泛的应用领域。为什么人们对GIS的兴趣与日俱增？因为GIS所提供的处理数据的手段可以帮助我们认识目前人类所面临的棘手问题——滥伐热带林，酸雨，城市化迅速，人口过多，饥饿，疾病的蔓延，全球气候变化所带来的影响，等等。GIS可以帮助我们将这些问题的相关数据组织起来，并说明它们之间的空间关系。从而为制定更明智的决策提供依据。GIS之所以开展得如此迅速，首先归因于急速下降的计算机硬件价格，使更多的人对GIS不再是可望而不可得。更重要的原因是，我们逐渐意识到我们的世界离不开地理学〔及其描述数据〕，几乎每个决策都受到地理因素的制约和影响。我们尽可能以最短的路径派遣救火车去火场；研究疾病时，要确定流行的地区和蔓延速度；研究某物种的分布，需要了解该物种与气候、地貌等因素的关系，等等，就要求掌握尽可能详尽的地理信息，因此也促进了GIS技术的开展。GIS可用于广阔的领域，如区域开发战略研究、农村或城市开展规划、专业分析与专业制图、地形制图和地形分析、地籍制图和地籍管理、市政工程设计、航空摄影和遥感卫星分析与制图等。至今仍存在难于克服的弱点，如数据标准、地理分析模型、空间分析精度和查询速度等，地理信息模式并不是简单的算术运算，例如在土地质量评价、土地适宜性评价、土壤侵蚀评价、环境质量评价、生产潜力分析、农业结构优化、区域开发方案等工作中，假设需要应用计算机来模拟，必须先建立相应的数学模型。GIS的概念“一种将计算机硬件、软件、地理数据及使用者的目的组织起来的集合体，可以有效地获得、存储、更新、处理、分析和表现各种形式的地理相关信息。〞虽然这个定义比拟确切，被广泛接受，但对新学者却没有多大的益处，目前可以考虑这个简单的定义：“能够存储和使用数据来描述地球外表位置的计算机系统。〞很多计算机程序，如AUTOCAD、SAS等，也可以处理简单的地理或空间数据，那么为什么他们就不能称作GIS呢？答案是：只有能够对数据进行空间操作的才能称为GIS。\nGIS可以链接不同系列的数据，例如，假设你想知道每个国家生产的粮食中，用于出口局部的百分比。你已经找到了你要的数据，但是每个国家的粮食总产量的数据存储在一个文件中，而粮食出口数据却存储在另一个文件中，你必须将这两个文件组合起来才能解决这个问题。一旦将文件组合之后，让计算机给出答案就轻而易举。为什么数据的链接如此重要？设想一下，如果对某个地区有两套数据，例如县的年收入和住房平均费用。每套数据都可以单独分析和制图。当然也可以将他们组合起来，得到更多的信息。但是，假设你有20套该县的数据，就可能有上百万个组合。尽管并不是所有的组合都有意义〔例如失业与土地类型〕，你也可以比单独处理这些数据答复更多的问题。要做到这一点，你需要GIS。GIS能够答复的问题1．位置问题。即“在某个特定位置有什么〞的问题。位置可以用多种方式描述，如名称，，地理参照物等。2．条件问题。即“在哪里〞的问题。这个问题与上述相反，并且需要依靠空间分析来答复。这个问题要求找到满足某个条件的地点。〔比方要找到一块无林地，要求是面积为2000平方米，距离公路100米以内，土壤可以支撑建筑物〕。3．趋势问题。即“自从……以来发生了哪些变化？〞的问题。可以观察某地区随时间的变化。4．格局问题。这个问题较为复杂。比方要确定核电站附近的居民，其死亡是否主要由癌症所致。5．模型问题。即“如果……，会发生什么？〞的问题。例如如果一条新道路参加网络，或一种有毒物质渗漏至当地水源供给的地方时，会发生什么事情。答复这些问题需要有关地理学以及其他的信息。需要注意的几个问题GIS并不仅仅是一个简单的计算机制图系统，尽管它能够以各种比例尺、各种投影方式和各种颜色制图。GIS是一个分析工具。它的主要优点在于使你确定图形特征之间的空间关系。GIS并不是以传统的方式存储图形，它存储数据，你可以用来绘制图形以满足不同需要。GIS将空间数据与某一地图特征的地理信息连接起来。这个信息作为图形特征的属性被存储起来。例如，在地图上表示道路的一条线只能告诉你道路的位置，为了查找道路宽度和铺设材料类型等信息，你必须查询数据库。总之，GIS不存储地图或图像，它存储数据库。数据库的概念是GIS的核心，也是GIS与其他绘图系统的主要区别。\n第二章地理数据概念在一个GIS工程中，第一步是建立一个数字地图数据库。必须明确应该存储哪些信息，如何记录数据，以及如何使用这个地图数据库。地理数据的表示地图的信息有两种。一种是空间信息。描述地理特征的位置和形状，以及与其他特征的空间关系。一种是关于这些特征的描述信息。地图用点、线、颜色、图形符号和文字等形式，通过地理特征符号来表示现实世界。这里先介绍点、线、面的特征。点特征：表示有关特征的位置信息，用特定的符号或标识来表示。当某一特征太小，无法用线或面表示时，一般使用点特征。如水井、电线杆等。也可用点表示没有面积的位置，如山峰。线特征：表示线型特征，如公路、河流、管线等。当某一特征太窄，无法表示面积时，一般使用线特征。也可以是没有宽度的特征，如等高线。在ARC/INFO中，“线〞即指弧。面特征：面特征是指用边界线包围起来的同质区域。如国家、县、水体。ARC/INFO的主要根本空间特征有：点：定义为空间的一对XY或XYZ坐标。线：定义为一系列有顺序的空间点。面：由一组或多组线围成的多边形。结点：线的起点或终点。其中只作为一条线的起点终点的叫悬挂结点。有两条线通过或既是一条线的起点又是其终点叫伪结点，因为去掉此结点，不影响围成的多边形及线的连通关系。。存储地理数据一个数字地图数据库包括两类信息：空间的和描述性的。计算机存储一系列的文件，包含有地图特征的空间或描述性的数据。GIS的能力在于它可连接两种数据，并且保持地图特征之间的空间关系。将图形数据与表数据集成在一起，增强了分析数据的能力。你可以通过地图来获取表数据库信息，或者基于表数据库信息来生成地图。地球外表的特征是用点、线、面绘制在二维的平面图上的。可以用x，y坐标系统〔Cartesian〕将图上位置与实际位置联系起来。每个点都有x，y坐标对，线特征是用一组有序的x，y坐标来记录的，面特征用一组x，y坐标对定义的封闭的弧线表示。\n刚刚所阐述的坐标其实都使用页面单位，如英尺或厘米，来测量图上距离，或查找某一x，y坐标位置。但地图通常要表示现实世界的坐标，那么这些坐标就代表了地球外表某处的真实位置。在任一研究区域，都可以根据需要和可能选择地理要素，通常应包括根本地理要素，如河流、地形、居民点、交通等。其每一要素在ARC/INFO中称为“层〞，即要素层。如果面对一个较大的研究区域，可以划分成假设干个子区，称为分区〔Title〕，分区方法可以是地形图分幅、行政区、自然区、流域范围等。对于每一个要素层，视其复杂程度，进一步分解为假设干个子层，例如水网，可以区分出河流和湖泊，前者是线状要素，后者是多边形。又如点状要素和面状要素不能共存于一个子层中，因为每一个多边形都具有一个内部标识点。ARC/INFO将每个分区中的每一个子层的图形形式称为MAPSHEET，其中对应的数字形式叫做Coverage，前者是资料加工、数字化的根本单元，后者是计算机管理、编辑和存储的根本单元。ARC/INFO的各种功能都是围绕着如何输入、编辑、处理和显示Coverage提出来的。ARC/INFO提供了灵活的管理方式，采用了索引和文件相结合的方法，每一个Coverage下，总是由假设干文件组成。用户可以在任何一层操作ARC/INFO，解决不同的问题。每个Coverage由以下文件组成：1，TIC文件，即地面控制点文件，是用来进行几何纠正和坐标变换的参考点文件，最少由4个TIC点组成。2，BND文件，即控制一个Coverage的范围文件，在图形编辑、图形输出中起到边界控制作用。3，ARC文件，即弧段文件。弧段是根本存储单元，一个弧段的数据包括两端节点和弧段上的特征点〔转弯点〕坐标组成。对应于ARC文件的是AAT文件，即弧段属性文件，它表达每个弧段的根本特征，包括起始和终止节点号，弧段左右两边的多边形记录号，弧段内部记录号，弧段用户识别号，弧段长度。4，POINT文件，如果存在点状特征时，数字化后就会产生这种文件，并对应于产生点的属性文件——PAT文件。5，LAB文件，即多边形内部标识点文件，它对应的属性存放于多边形属性文件PAT中。6，POLY文件，即多边形索引文件，只存储每个多边形对应弧段号和弧段总数，对应于属性文件PAT。第三章空间数据的录入录入空间数据即是将地图特征转换为计算机中的数字格式。在ARC/INFO中，一幅数字地图称作一个Coverage，手工获取空间数据的过程称作数字化〔Digitizing〕。\n数据的获取方法地图上的数据可以通过对每个特征的数字化来获取，或者使用扫描仪来获取整页的特征，已经知道坐标值的数据也可通过输入x，y坐标来获取。数字化将地图上的空间特征转换为数字格式。构成地图的点、线、面特征转换成x，y坐标。单个的坐标代表一个点；一系列坐标代表一条线；一条或多条线构成一个区域，里面有一个标识点，来标记这个面特征。因此数字化就是获取一系列点和线的过程。数字化的4个步骤一、使用好的底图二、设计你的流程三、准备地图1．标明Tic点并给他们指定单独的名字。他们必须是的点，具备现实世界的坐标。2．绘制一个新边界，比实际的稍大3mm或1/8inch，将内部的线延长至边界外，这样可以确保你数字化的数据会完全充满研究区域。然后可以使用研究区域的实际边界来剪掉所有超出边界的数据。四、数字化地图这一步需要使用ARC/INFO的ARCEDIT功能。ARC/INFO的数字化过程使用数字化仪输入数据：1．启动ARC/INFO。2．建立子目录例如creatworkspaceland3．进入land子目录&workspaceland4．ARC：&station99995．ARC：Arcedit6．DIGITIZER9100COM2STREAM7．COORDINATEDIGITIZER8．CREATETICCOV建立一新的Coverage。TICCOV是一个空的Coverage。提示符要求输入Tic点，在以后的转换中，要用到这些Tic点。9．Tic点和边界输入完毕后，可以向Ticcov中参加任何特征。输入完Tic点后，可以使用命令将Tic点绘制出来供检查。在使用绘制命令DRAW之前，必须用Drawenvironment\n〔简写为DE〕命令来告诉ARCEDIT你想要绘制哪些特征。例：Arcedit：DRAWENVIRONMENTTICIDArcedit：DRAW如果没有显示出所有的Tic点，可以用MAPEXTENT命令来重置显示区域大小。例：Arcedit：MAPEXTENTTICTICCOVArcedit：DRAW到目前为止，我们已经建立了一个Tic点主文件Ticcov。现在让我们在这根底上建立一个新的Coverage，即LANDDG01。这个Coverage的Tic点将从主Tic点文件Ticcov中拷贝过来。Arcedit：CREATELANDDG01TICCOV当追加Arcs〔弧段〕到新的Coverage之前，应设置结点捕获环境。使两条ARCS的两个结点在一定距离内可以自动连接合并。这样可以保证arc与相邻的arc正确地连接。默认的结点捕获范围很小，可使用NODESNAP命令重新设置。例如：Arcedit：NODESNAPCLOSEST0.05当初设置的绘图环境包括了Tic点和它们的ID。在数字化开始之前，应将弧〔arcs〕、结点〔nodes〕、标识点〔labelpoints〕都加进绘图环境中。Arcedit：DrawenvironmentarcnodelabelidsArcedit是面向特征的编辑系统。这意味着一次只能编辑一种类型的特征。每次开始编辑之前，都必须指定特征类型。例：指定要编辑的特征是弧Arcedit：Editfeaturearc然后键入ADD来翻开追加arc的菜单：Arcedit：add在具体数字化操作中，要了解菜单上各选项的用途。数字化有两种方式：点模式和流模式。在点模式下输入时，在弧段转向处，按“1〞键来增加中间点，从而确定了一条弧的形状。在流模式下，假设按“1〞键不放，那么弧自动增加中间点。点模式适用于输入只有两个点的弧段，或中间点少的弧段；对于长的弧段，需要很多的中间点来确定弧段的形状，使用流模式可以大大地缩短时间。在输入过程中，如果想要删除某一弧段，需执行以下命令：Arcedit：select然后将Keypad的十字丝放在要删除的弧段上，按任一键来选中这条弧段，使用delete命令将该弧段删除。要完成对LANDDG01的数字化工作，需要将标识点追加到这个Coverage中，这些标识点被用来识别多边形，以及用来将属性数据输入进多边形中。为了追加标识点，需要先指定编辑的特征。Arcedit：Editfeaturelabel键入add以翻开追加标识点的菜单。Arcedit：add\n图上的每一个多边形都用一个独一无二的值来标识。一般来讲，数字化的第一个标识点被默认为1。在本例中，这些值的范围在59到77之间，共有19个标识点。这些值将要用来在属性表中识别每个多边形。如果想自己决定标识点的值，可用Autoincrementon和Setincrement10100〔从100开始，以10为增量〕。任何明显的错误〔如缺弧段或标识点〕都可以当时得到纠正。现在我们将这个Coverage画出来，突出显示结点错误，但不显示标识点。Arcedit：Drawenvironmentnodeerrorslabeloff〔设置画图环境〕Arcedit：Draw〔画图〕Arcedit：Quit〔退出Arcedit〕在Arc下可用Listcoverages命令列出当前工作区的Coverages。Arc：Listcoverages〔简写为LC〕可以使用Describe命令来查看某一Coverage的信息。Arc：DescribeLanddg01Arc：Quit〔退出Arc/Info〕一些常用命令：复制工作区命令：copyworkspace删除工作区命令：deleteworkspace显示工作区命令：listworkspace复制coverage命令：在arcedit中换名存储：如editaa，savebb。使用键盘输入数据：Arcedit：coordinatekeyboardxyArcedit：mapextent*Enterx，y：12Enterx，y：6.84.2…………具体命令可参考帮助说明。使用generate命令输入数据：本命令将某个特征参加一个COVERAGE中，坐标可由终端或文本文件输入。文本文件格式如下：CirclesLinesPointsPolysTics201,3,7,2.0501601,3,7701,7,7801,0,0207,9,4,3.02,8602,9,73,9802,0,10end5,8603,5,44,5803,10,105,5End8,4804,10,0End9,7End5026,9\n1,23,94,5EndEndEndEnd使用举例：Arc：generateptcovGenerate：inputpt.fileGenerate：pointsGeneratingpoints..Generate：quitExternallingBNDandTIC..Arc：buildptcovpoint用Ungenerate命令可以从coverage生成一个含有坐标的文本文件，这个文件可用于保存坐标信息或编辑。注意：用本命令可以建立新的特征，但不建立拓扑或属性。建立新的coverage时，坐标精度由precision决定，否那么为单精度。如果从文件中输入的数据为双精度，那么要用precision指定建立的规那么为double，再运行generate。第四章修改空间数据数字化工作完毕后，需要查找并消除新输入的Coverage中是否存在错误，尤其应该确保：1．没有遗漏数据；2．没有多余数据；3．数据准确〔特征位置，弧段形状等〕；4．该连接的特征都要连上；5．每一个多边形要有一个Tic点，而且只能有一个；6．所有特征都在外边界内。在这一节中，我们需要学习以下步骤来确保空间数据的正确性。1．建立拓扑关系拓扑使一个Coverage内的地理特征之间的关系更加简洁。在建立拓扑的过程中，能够找出数字化过程中的错误。例如可以找到：没有连接到其他弧段上的弧；没有封闭的多边形；没有标识点或标识点太多的多边形；错误的用户标识。等等。建立拓扑关系之所以能够发现错误，是因为它产生弧段的交叉点，判别构成多边形的每个弧段，将多边形与标识点联系起来。在建立拓扑关系之前，多边形并不存在，而且相互交叉的弧段并不以结点相交。\n1．识别数字化错误ARC/INFO使用特殊符号来识别和标记结点错误。以下简单描述两类结点及潜在错误。伪结点—用钻石符号表示，当单条线自相交时，或只有两条弧相交时，会产生伪结点。伪结点不一定就是错误的，例如代表土地的多边形，或道路铺设材料改变之处等的伪结点都是可以的。悬挂结点—用方块符号表示，只与一条弧相连。例如一条弧构成的未连接的多边形、出头、欠头等。在某些场合可以应用悬挂结点。在多边形Coverage中，常见的标识错误包括没有标识点的多边形以及一个多边形中含有多个标识点。建立拓扑后，ARC命令NODEERRORS和LABELERRORS能够自动地找出一些错误，其他的错误只能通过将数字化的数据与原图比拟来找到。2．纠正错误是建立数据库中一个最重要的步骤。如果不纠正数据中的错误，那么以后的计算、分析与制图都是无意义的。比方，一个多边形要是没有标识点，就不能具有描述的属性数据；未封闭的多边形也不能进行准确的面积计算。3．重建拓扑关系对一个Coverage的空间特征的编辑会改变它的拓扑关系。这样就需要经常地重新建立拓扑关系。对多边形的查错命令：select$labels=0可以查找没有标识点的多边形；select$labelsgt1可以查找有多个标识点的多边形。建立拓扑关系为了在一个Coverage中各特征之间建立空间关系，必须构建拓扑。ARC/INFO为每个特征都指定了一个内部号码。这些号码用来确定弧段的连接性和多边形的相邻性。经过计算后，这些值以表格形式记录存储下来，即特征属性表。特征属性表是与每个特征类型相关联的INFO文件。例如为一个多边形构建拓扑时，生成了一个多边形属性表〔PAT〕；对一个线形的Coverage，生成一个弧段属性表〔AAT〕；对一个点的Coverage，生成一个点属性表〔PAT〕。每个表由行和列组成。列代表工程，如周长，而行代表一个单独的特征，如2号多边形。特征属性表使用时和特征类型的标准工程作为模板。只有点和多边形Coverage使用同一模板，PAT，它包括AREA、PERIMETER、Cover#、Cover-ID等标准工程。在ARC/INFO中，有两个构建拓扑的命令。尽管这两个命令的作用一致——构建拓扑，生成特征属性表，但还是有重要的区别。BUILD为点、线、多边形、结点，以及标识Coverage生成或更新特征属性表。而CLEAN那么进行坐标编辑，而且只为多边形与线Coverage生成特征属性表。使用BUILD还是CLEAN来生成多边形或弧段的拓扑取决于当初数字化数据的方式。BUILD仅识别现有的交叉点，而CLEAN那么为相互交叉的线产生交叉点。\nBUILD假定坐标数据是正确的，而CLEAN查找交叉的弧段并在交叉处放置一个结点，并且在一个特定范围内可以纠正欠头和出头。基于这些区别，你可以选择适合的命令。第五章输入属性数据我们已经完成了数据库的设计和图形的输入，而且纠正了数字化数据的错误，为coverage建立了拓扑关系。在你进行分析之前，需要数据库的额外的信息，例如每个多边形都代表哪个土地类型，这样就需要将描述性的属性数据输入进土地类型coverage中。这些属性包括代表土地类型的代码，由每个多边形表示〔例如森林或农田〕，又包括每公顷本钱，因而你可以计算每个所选地点的购置本钱。输入属性数据的步骤1．建立一个INFO文件来存放这些属性，就是说，要往特征属性表中追加属性，需要另一个INFO数据文件；2．将属性值输入新建的INFO数据文件中；3．将INFO数据文件与Coverage的特征属性表的公共字段作为关键字，进行合并。下面具体讲述。1．建立一个INFO文件来存放这些属性一个特征属性表是一个INFO文件，包含一些预先定义的标准项。ARC/INFO建立并维持特征属性表的记录与地图上的特征之间的关系。为了将属性增加进特征属性表中，你需要另一个INFO文件，并且定义新的工程，然后才可以输入属性值。2.将属性值输入INFO数据文件中3.将属性与特征属性表进行关联或合并将属性值输入INFO数据文件后，可以将它们参加到Coverage的特征属性表中，这需要使用一个双方都具有的工程作为关键项。因此你可以对数据进行查询或分析，使用新的属性表来生成地图。应用INFO来生成表格数据文件建立文件时，需要事先定义字段的名称、数据类型、存储空间。如果属性值包含非数值型字符，必须指定为C类型。\n如果属性值为带小数位的数值型，必须使用N或F类型。用F类型〔浮点二进制〕可以使你用小的空间存储较大的数值。如果数据文件中含有较多的数据，选用此类型很有好处。如果属性值为不带小数位的数值型，用I或B类型，并且使用B类型〔二进制整数〕可以节省存储空间。你可以将数字值存储为字符型，但不能进行数学处理。相关工程的定义将属性值参加到一个Coverage中，可以将特征属性表中已经有的数据〔如。AAT或PAT〕与单独的表文件关联起来。合并两个表格的步骤通常是使用一个公共的字段，常为USER-ID。在定义你的数据文件时，需要确定它包含一个字段，该字段与特征属性表中的USER-ID完全相同。其中字段类型为B，字段宽度为4，输出宽度为5，这一项即为关联字段，或关联项。操作步骤举例：Arc：INFOENTERUSERNAME>ARCENTERCOMMAND>DEFINELANDUSE.DATITEMNAME>LANDAT05-IDITEMWIDTH>4OUTPUTWIDTH>5ITEMTYPE>B如果想删除该文件,可以执行以下命令:ENTERCOMMAND>ERASELANDUSE.DAT一些常用命令：Items：列出文件的所有字段信息。Purge：删除文件中选择的记录Reselect，Aselect，NselectUpdatebyprompt：修改文件记录Move：改字符型字段的值，如Move‘abcd’tomaint-coCalculate：用于数值或日期类型字段计算。如：Calculaterate=rate*1.05Sort：排序记录，如SortonLnameAlter：修改字段名Dropitem：从一个INFO文件中删除一个字段，形成一个新INFO文件。不能删除USE-ID以前的字段。Pullitems：从一INFO文件中抽取局部字段至一新的INFO文件中。使用INFO来输入描述性属性数据文件已经存在，你可以将属性数据参加到文件中，这需要从键盘输入。1．用ADD命令将属性值输入到一个INFO数据文件中\nENTERCOMMAND>SELECTLANDUSE.DATENTERCOMMAND>ADD接下来可以输入数据，可用LIST命令来查看已经输入的数据。退出INFO状态，可使用以下命令：ENTERCOMMAND>QSTOP使用ARC/INFO将属性链接到地理特征中建立了拓扑关系后，相应地产生了属性表。每个地理特征与属性表中相应的一个记录就自动地建立了链接。当新文件中包含的属性值被链接到PAT文件中时，它们与地理特征之间就自动链接。JOINITEM命令使用一个公共的字段将某个文件与一个特征属性表合并起来，产生一个新文件。当两个表中的关联项数值相同时，数据文件中的某个记录就与特征属性表中的某个记录相匹配，输出到新的文件中。JOINITEM的用法举例。Arc>JOINITEMLAND01.PATLANDUSE.DATLAND01.PATLAND01-IDLAND01-ID说明：将特征属性表LAND01.PAT与另外建立的数据文件LANDUSE.DAT合并起来，将结果输出到特征属性表LAND01.PAT中，公共字段〔即关联项〕为LAND01-ID，数据文件的字段放在该公共字段右面。我们可以使用ARCPLOT模块来显示结果。Arc>ARCPLOTARCPLOT>&STATION9999ARCPLOT>CLEARARCPLOT>MAPEXTENTLAND01ARCPLOT>POLYGONSLAND01ARCPLOT>POLYGONTEXTLAND01LU-CODE〔用LU-CODE字段内容标注〕ARCPLOT>Arcsstrmat03〔用现有直线符号绘图〕ARCPLOT>ClearARCPLOT>Arclinesstrmat03strm-code〔用strm-code内容作为符号绘图〕ARCPLOT>QUITARC>其它1.使用背景CoverageArcedit:backcoveragecovnamesymbol名称符号值\nArcedit:backenvironmentcovnamearc〔设背景绘制环境〕名称特征Arcedit:backenvarcoff〔不画ARC〕Arcedit:removebackcovname〔删除背景〕1.按条件查询，并为特征指定符号Arcedit:editfarcArcedit:selectroad-type=3〔按条件选择特征〕Arcedit:calculate$symbol=23〔将所选特征指定symbol值〕注：Select选项：one〔默认〕，many〔多个特征〕，all〔所有特征〕，screen〔〕，box〔矩形区域〕，polygon〔多边形区域〕，circle〔圆形区域〕，outline，path，dangle，unclosed。有两种方法可以在arcedit中指定符号。首先是用$symbol命令，如Arcedit：editflabelArcedit：calculate$symbol=4〔对增加的或选中的特征有效〕Arcedit：add例如：Arcedit：editfarcArcedit：selectroad-type=3Arcedit：calculate$symbol=23还可以用symbolitem命令，例如：Arcedit：symbolitemarcs23Arcedit：draw对于许多应用来说，想为所画的特征存储一个永久的符号，这可以通过往特征属性表中追加符号项来实现。例如：Arcedit：symbolsetroadsArcedit：dearclabelArcedit：symbolitemarcsymbol〔字符型〕Arcedit：symbolitemlabelsymbolArcedit：draw2.绘制被选特征Arcedit:Setdrawsymbol0blueArcedit:drawselectall3.标注特征Arcedit:dearclabelArcedit:backtextitemlabel\nArcedit:Textitemlabelcounty〔将County值作为标识文本〕1.计算Arcedit:editflabelArcedit:SelectallArcedit:StatisticsStatistics:Meanpop-83Statistics:Minimumpop-83Statistics:EndDbaseinfo：Digtest9100com2Display9999size400，450，position380，10Display9999size650,700,position360,10第六章常用图形显示命令〔ARCPLOT命令〕Points：用现有符号绘制点特征Pointtext：用字段的值标注点Polygonbordertext：沿边界用字段值标注多边形Polygondots{dot-unit-value}：在多边形内绘制随机分布点，说明空间数据分布情况。例如：Polygondotsname6010在该多边形内随机画了6个点。Polygonlines{item|symbol}：用字段的值绘制多边形Polygons：用现有符号绘制多边形Polygonshades：用字段的值绘制填充多边形Polygontext：Arcs：Arclines：Arctext〔选项：point2，line，blank〕例如：arctextstreamsnamepoint2〔或line，blank〕；第七章数据库管理1，地图投影\n地图是平的，但它所代表的外表却是弯曲的，将三维空间转换成一个二维地图称为投影。投影公式是数学表达式，用于将球体或椭球体上的地理位置数据〔经纬度〕转换成平面上的位置。这种处理不可防止地将至少一个属性——形状、面积、距离、方向产生扭曲，由于这些属性常用于决策，任何利用地图进行分析的人都应了解投影导致了哪些属性发生扭曲，以及到什么程度。1，地球的形状虽然用椭球体来表示地球是最理想的，但有时地球会作为球体来处理，使数学计算更加容易。Arc/info默认的球体半径为6370997米，对小比例尺地图而言，可假定地球是一个球体〔小于1：5000，000比例尺〕，但对于大比例尺〔1：1000，000或更大〕的地图来说，必须将地球作为椭球体对待。2，为准确制图而定义不同的椭球体为了更好地理解地球外表特征及某些特别的不规那么性，对地球进行了屡次测量，已经定义了许多椭球体来描述地球，一般来讲，为适应不同国家或特定地区，应选择某个椭球体。由1860年Clarke得出的数据描述了为北美使用的椭球体，常称为NAD27，Clarke计算的主半径为6378206.4米。由于重力和地表特征的差异，地球既不是绝对的球体，也不是真正的椭球体，卫星技术已经揭示了某些差异。例如，南极比北极更接近迟到，应该注意到由卫星测量的椭球体正开始替代原有的地面测量的椭球体。在改变参照椭球体之前必须考虑一个因素，及所有原先测量的数值都将改变，由于改变参照椭球体比拟复杂，地面测量的椭球体仍在使用。3，球面测量尽管平面几何体易于理解，但应从理解球面几何开始来理解地图投影，在球面系统中，“水平线〞叫做纬线或平行线，“垂直线〞称作经线或子午线。在赤道上下，构成子午线的纬度圈会越来越小，两极是子午线聚集之处。经纬度传统上以度分秒测量〔DMS〕，对于纬度，0是赤道，90位于北纬，-90位于南极。对于经度，0为主子午线，从北极开始，经由GreeenwichEngland，止于南极，当从格林威治东行时，经度为正值，西行时为负值至-180，例如澳大利亚，位于赤道南部，格林威治东部，具有正的经度值和负的纬度值。4，平面测量由于在球面坐标中不易进行测量，地理数据常投影在平面坐标系上，一旦数据投影在平面上，球面的数值就会改变。在平面上，通过网格上的X，Y坐标来确定位置，以网格中心为原点，对该中心点来说，每点都有两个值。\nARC/INFO使用各种平面坐标系统来绘制地表，每个坐标系统都建立在特定的地图投影根底上，明白地图投影的使用和经纬度参照点是很重要的。转换是将数字化过程中得到的X，Y坐标从数字化仪的单位转变成相同的现实世界的坐标。如果不需要投影，转换可直接进行，如果TIC点位置以经纬度来记录，那么在转换之前必须先投影。投影转换步骤如下：1，建立一空白Coverage，只包含TIC点，这些TIC点以数字化仪单位表示。Arc：creategeoref01landat052，将TIC坐标更改为经纬度坐标TIC文件建立后，可在INFO中更改为现实世界坐标，这样可将数字化的数据转为其相应的现实世界位置，当TIC点以米或英尺为单位测量时，那么代表了底图的投影坐标系，如果这些位置是以经纬度为单位的，他们就只能是参照点，还没有被投影。编辑坐标系最简单的方法是在INFO中使用UPDATE命令，但经纬度应以DD，即小数值表示。TIC文件中的XTIC换为经度值〔假设在西半球，那么为负值〕；YTIC换为纬度值。3，定义Coverage的坐标系当前的TIC点属于现实世界坐标系，最好是用Coverage本身来记录该坐标系，这可用Projectdefine命令来实现。Arc：projectdefinecovergeoref01Project：projectionGeographicProject：unitsDDProject：parametersArc：使用Describe命令来查看该Coverage中是否储存了该坐标系。定义之后，这个信息就一直存在Coverage中。4，将TIC从参照单位投影到投影单位如果当前的实际TIC位置以经纬度为参照系，那么称为参照单位〔度〕，不是投影单位〔米或英尺〕，这些位置必须经过底图的投影之后，才能进行转换。例如：将当前的coverage转换为UTM投影Arc：Projectcovergeoref01georef02Projection:outputProjection:projectionUTMProjection:unitsmetersProjection:zone52Projection:parametersProjection:endArc:\n1，将Coverage从数字化仪单位转换至实际坐标，首先根据Coveragegeoref02建立一个空的Coverage——landat06：Arc：Createlandat06georef02Arc：Transformlandat05landat06这样就从原先的Coverage——landat05中，转换到了经过投影和TIC坐标转换的landat06中。一些命令：Near：计算一个点coverage中每个点到另一个coverage中最近的点、线或node的距离。Pointdistance：计算一个点coverage中的点与另一coverage中指定范围内所有点的距离。进行空间分析本课介绍空间分析的概念包括：准备分析的数据，建立缓冲区域，应用边界操作，进行多边形叠加，处理表数据。1、地理分析步骤1)建立分析的对象和标准2)准备空间操作数据3)进行空间操作4)用派生数据进行表分析5)进行表分析6)评价解释结果l建立分析的目标和标准进行地理分析之前，必须对你的问题进行定义，并明确操作的顺序以产生有意义的结果。在本书中，所分析的问题涉及到为一个新的大学农业实验室找到一个适合的地点。为解决这个问题，大学方案建造一座小的实验室和办公大楼来进行研究和农业的扩展工程。它们将地点限制在一片几个小城镇附近的沿海农场。他们想选择的地点要符合以下要求。A.土地利用方式最好是灌丛；B.选择有利于开发的土壤类型；C.地点必须在距离排污管道300米以内；D.地点必须在现有河流20米以外；\nA.地点必须至少到达2000平方米。为了更好地理解空间操作以到达满足要求的目的，我们分别考虑：1首先考虑土地利用的Coverage，它包含76个多边形，全部编码。其中，26个多边形代表的土地类型是灌丛，LU-CODE值是300。2再考虑土壤Coverage，它包含43个多边形，已经按照土壤类型和稳定程度为适宜性作了编码，比拟适宜和非常适宜的土壤的编码值分别为2和3。按照SUIT>2来判断便于开发的土壤类型，得到26个多边形包含适宜开发的土壤类型。3为了满足第三个条件，必须识别排污管线附近的区域〔300米以内〕。这个缓冲区可以从现有的排污管线中得到。排污管线附近的区域可以使用BUFFER的命令来识别。BUFFER命令为一组指定的COVERAGE特征产生一定距离范围之内的区域。4第四个条件是，所选地点必须在距河流和其它水体20米外以外，对SREAMS的COVERAGE中的直线进行BUFFER。5为满足最后一个条件，必须将所有以前的数据结合到一个新的COVERAGE中，识别所有符合前4个标准的多边形。然后形成一个至少包含2000平方米的多边形的清单。l为空间操作准备数据如果你已经成功地设计并完成了地理数据库，所有的图层应该可以用来分析了。但是这些图层需要额外的处理，或者你发现，观察分析的标准之后，你会发现需要追加一至更多的属性到数据库中的COVERAGE中来完成分析，本讲义中使用的数据为ARC/INFO软件自带的coverage数据，一般存储于以下的子目录中：aidata72\ugis\data。可以用copyworkspace命令将这些数据复制到一个新的工作区中，以便于操作练习。本次练习需要的coverage有landuse，streams，sewers，soils。l进行空间操作用准备好的数据，你可以开始进行空间操作来组合COVERAGE。尤其要注意在特征周围产生缓冲区，处理空间特征，进行多边形叠加。1、建立缓冲区某些需要识别地理特征周围区域的分析，要求的操作是建立缓冲区。缓冲区命令产生一个或多个围绕现有地理特征的多边形。你可以对任何类型的特征进行缓冲操作：点、线、多边形。不管哪种特征被缓冲，输出结果都是多边形COVERAGE和PAT文件。例如：ARC：Buffersewerssewerbuf##300\n由于默认的特征类型是LINE，所以不必指定。通过以下操作可以查看结果。ARC：ArcplotArcplot：MapextentsewerbufArcplot：ArcssewersArcplot：LinecolorredArcplot：polygonssewerbufBUFFER命令产生一个多边形coverage，属性表除了原有的4个标准字段外，还增加了一个称作INSIDE的字段。INSIDE字段包含一个代码将BUFFER命令产生的多边形区分为两类：缓冲区内部〔INSIDE=100〕缓冲区外部〔INSIDE=1〕。由于距离河流两岸20米之外作为潜在的开发地点，所以需要对河流建立缓冲区。Arcplot:arcbufferstreamsstrmbuf##20Arcplot:以下命令显示结果：Arcplot:mapextentstrmbufArcplot:polygonsstrmbufArcplot:1、用COVERAGE来处理空间特征地理特征可以按其是否在其它COVERAGE的边界内外来进行识别或选择。这可以使现有的COVERAGE之间进行叠加或组合来删除、替换、剪切、或合并地理特征。相关的空间操作（1）UPDATE：用剪切和粘贴操作合并新的特征。（2）CLIP：一个coverage被所包含的较小coverage裁剪下来。（3）SPLIT：将一个coverage分割成假设干小的coverage。（4）ERASE：将一个coverage内某区域删除。到现在为止，我们已经建立了两个缓冲区，一个是围绕排污管线，另一个围绕河流。为了满足在排污管线300米内和距河流20米之外的条件，需要使用ERASE命令。Arcplot：Arcerasesewerbufstrmbufbuffcov生成的buffcov中，在sewers缓冲区内去除了河道缓冲区区域。以下命令显示结果。Arcplot：ClearArcplot：Mapextentsewerbuf\nArcplot：LinecolorredArcplot：polygonsstrmbufArcplot：reselectbuffcovpolyinside=100Arcplot：polygonshadesbuffercov71、多边形叠加多边形叠加是一种空间操作，将一个多边形叠加到另一个多边形上，以产生一个新的多边形，同时对各多边形位置及其属性进行合并。其他的叠加操作包括线—多边形叠加，点—多边形叠加。叠加命令有以下3种：UNION：对多边形进行叠加，两个coverage的区域都被保存。IDENTITY：将点、线、或多边形与多边形叠加，保持所有输入的coverage的特征。INTERSECT：将点、线、多边形叠加到多边形上，保持共同的区域。为识别适于开发的多边形，必须进行叠加，因为你只对土壤类型及与之相关的包含在土地利用Coverage中的多边形感兴趣，可以选Identity叠加命令，将Landuse指定为输入的Coverage，Soils作为要Identity操作的Coverage，输出Coverage的地理范围将与Landuse一致。Arc：IdentityLandusesoilslanddsoilArc：arcplotArcplot：mapextentlandsoilArcplot：polygonslandsoilArcplot：Reselectlandsoilpolylu-code=300andsuitge2Arcplot：polygonshadeslandsoil3到现在为止，已经将土地利用和土壤类型的多边形进行了叠加，以下对生成的多边形landsoil进行显示，并查找适合的区域。Arcplot:mapextentlandsoilArcplot:polygonslandsoilArcplot:reselectlandsoilpolylu-code=300andsuitge2Arcplot:polygonshadeslandsoil3Arcplot:由LANDUSE和SOILS叠加生成的LANDSOIL有一些细碎的多边形。这些碎块是由于两个用来叠加的多边形中，同一个特征是分别数字化的，如果存在这种情况，最好将数字化最准确的coverage作为模板，不重复数字化。现在需要进行的步骤是，将buffcov和landsoil进行叠加。Arcplot:arcidentitylandsoilbuffcovfinalcov以下命令显示结果：Arcplot:mapextentfinalcov\nArcplot:polygonsfinalcov1．进行表格分析首先我们需要为finalcov.pat数据库增加一些必要的字段。在表格分析中，必须在每个潜在地点及其每公顷本钱根底上计算大致的购置本钱。还要加一个SUITABLE字段来对满足要求的地点进行标记。Arc:additemfinalcov.patfinalcov.patha46F2Arc:additemfinalcov.patfinalcov.patcost47BArc:additemfinalcov.patfinalcov.patsuitable11IArc:arcplotArcplot:reselectfinalcovpolylu-code=300andsuitge2andinside=100andareage2000结果显示628个多边形中有8个多边形被选中。Arcplot:calculatefinalcovpolysuitable=1Arcplot:listfinalcovpolylu-code,suit,inside,area,suitableArcplot:calculatefinalcovpolyha=area/10000Arcplot:calculatefinalcovpolycost=ha*cost/haArcplot:listfinalcovpolyarea,ha,cost5评价及解释结果初步的分析得出了一些结果，现在应该对其进行检查并确定其有效性。图形的显示和报告可以帮助你进行评价。以下是一些需要答复的问题：结果是否合理？资源专家会得出同样的结论吗？评价标准有效吗？是否有其他的标准或数据需要考虑？在评估时有错误吗？显示分析结果：Arcplot:mapextentfinalcovArcplot:polygonshadesfinalcovsuitableArcplot:linecolorgreenArcplot:arcstemplateArcplot:linecolorredArcplot:arcsroads现在可以使用IDENTITY命令列出其中一个特征的属性。Arcplot:identityfinalcovpoly*\n附录地图投影知识第一章圆锥投影1．1圆锥投影的一般概念为了说明圆锥投影的概念，可以设想用一个圆锥套在地球椭球体上而把该椭球体上的经纬网投影到圆锥面上，然后沿着某一条经线将圆锥面切开而展成平面，就得到圆锥投影。圆锥面和地球椭球体相切时称为切圆锥投影，圆锥面和地球椭球体相割时称为割圆锥投影。按圆锥投影与地球椭球体处于不同的相对位置，又可将圆锥投影划分为：正轴圆锥投影：圆锥轴与地球椭球体的旋转轴相一致。横轴圆锥投影：圆锥轴与地球椭球体的长轴相一致。斜轴圆锥投影：圆锥轴是通过椭球体的中心，但不与椭球体的长轴或短轴相重合。圆锥投影按变形性质可分为：等角投影、等面积投影和任意投影〔其中主要是等距离投影〕。在制图中，如果指定制图区域内某一条纬线上或沿着制图区域内的一条中间纬线上无长度变形，那么这种投影称为等角切圆锥投影，所指定的纬线为标准纬线。如果指定制图区域内某两条纬线，要求在这两条纬线上没有长度变形，那么该投影称为双标准纬线等角圆锥投影或等角割圆锥投影。在制图实践中，广泛采用正轴圆锥投影。对于斜轴、横轴圆锥投影，由于计算时需经坐标换算，且投影后的经纬线形状均为复杂曲面，所以较少应用。正轴圆锥投影的变形只与纬度发生关系，而与经差无关，因此同一条纬线上的变形是相等的。在圆锥投影中，变形的分布与变化随着标准纬线选择的不同而不同。圆锥投影在标准纬线上没有变形，离开标准纬线愈远那么变形愈大。圆锥投影最适宜于作为中纬度处沿纬线伸展的制图区域的投影。圆锥投影在编制各种比例尺的地图中均广泛使用，这是有一系列原因的：首先是地球上广阔陆地位于中纬地区，其次是这种投影经纬线形状简单，经线为辐射直线，纬线为同心圆圆弧。1．2确定圆锥投影标准纬线的近似方法由于确定标准纬线的计算方法非常繁琐，对标准纬线的计算可采用近似的估算方法。1．标准纬线距离制图区域中部与边缘的距离相等\n例如，中华人民共和国全图〔南海诸岛作插图〕，取制图区域南北两条边缘纬线为55和15，得到两条标准纬线：25，45。中科院地理研究所编制的1：400万中国地势图，采用等面积圆锥投影，标准纬线为25，45。1．顾及制图区域典型形状，依据长度均方变形为最小的条件，选择标准纬线的纬度的近似公式φ1=φS+〔φn-φS〕φ2=φn-〔φn-φS〕式中，φ1和φ2为两条标准纬线，φn和φS为制图区域边缘纬线，K为系数，其数值取决于制图区域不同的轮廓和形状。对于纬差较小而经差较大的区域，K值约为7；对于制图区域形状为南、北轴线较长的矩形或平行四边形，其各角皆位于边纬上，K值约等于5；假设制图区域为圆形或椭圆形，K值约为4；制图区域轮廓为正方形或菱形区域，且顶点位于边纬和中纬线上，K值约为3。K值到底取什么值为宜，需根据对制图区域形状的要求而定。一般来说，取K的数值越大，那么制图区域中部变形越大，南北边缘的变形越小；反之，取K的数值越小，那么制图区域中部的变形越小，南北边缘的变形越大。2．当制图区域纬差不大于20时，可应用以下近似公式计算标准纬线。φ1=φS+0.16〔φn-φS〕φ2=φn-0.12〔φn-φS〕第一章高斯—克吕格投影和UTM投影世界上多数国家采用高斯—克吕格投影作为比例尺大于百万分之一的地形图投影。这是一个横切等角椭圆柱投影。通用横轴墨卡托投影〔UniversalTransverseMercatorProjection〕取前三个英文字母大写而称UTM投影。与高斯—克吕格投影相比拟，这两种投影之间仅存在很少的差异。从几何意义上看，UTM投影属于横轴等角割圆锥投影。UTM投影在应用中具有以下特征：该投影将世界划分为60个投影带，带号1，2，3，……60连续编号，每带经差为6°，经度自180°W和174°W之间为起始带并连续向东计算。\n采用高斯—克吕格投影的地形图，将每一投影带的中央经线作为纵轴，赤道作为横轴，作平行于纵横轴的直线，就构成平面直角坐标系。依平面直角化成的网格为正方形，以公里为单位，故称方里网或公里网。为了防止负数起见，把纵轴自中央经线向西平移500公里，这样，中央经线的横坐标为500公里，中央经线以西的横坐标值为0—500公里，中央经线以东的横坐标值是500公里以上。纵坐标从赤道起算。为了区别投影带，在横坐标的前面加上所在投影带的带号。如19276，前面两个数字表示第19投影带。该投影在南纬80到北纬84和经差6的范围内使用UTM投影，对于两极地区那么采用UPS投影〔即通用球面极投影〕坐标系。第三章地图投影的选择正轴圆锥投影和圆柱投影最适宜于沿纬线伸展的地区，特别是正轴圆锥投影适宜于中纬度地区，正轴圆柱投影最适宜于低纬度和赤道地区。对于沿经线伸展的地区，宜采用横轴圆柱投影。中国分省〔区〕地图投影的选择〔1〕从制图区域的形状和位置来看：我国绝大多数省〔区〕处于中纬度地区，因此最适宜采用圆锥投影；对于个别省区，如广东省包括南海诸岛及南中国海域，它位于赤道附近地区，可采用正轴圆柱投影；对于经差较小的地区，亦可采用高斯—克吕格投影。即正轴等角圆锥投影；正轴等角割圆柱投影；宽带高斯—克吕格投影。我国目前各省〔区〕按制图区域单幅地图选择投影时，所采用的两条标准纬线如下：省〔区〕名称制图区域范围标准纬线φSφnλwλsφ1φ2\n河北省36004240113301200037304100内蒙古自治区3730533097001270040005100山西省34334045110001144036004000辽宁省38404330118001260040004200吉林省40504615121551313042004600黑龙江省43005400120001360046005100江苏省30403520116001223031303400浙江省27003130118001233028003030安徽省29203440114401195030303330江西省24303030113301183026002900福建省23202840115401205024002730山东省34103840114201234035003700广东省18102530108401173019302430广西壮族自治区20502630104301120022302530湖北省29003320108301162030303230湖南省24303010108401142026002900河南省31233621110201164032303530四川省2600340097201101027303300云南省2130292097201063022002830贵州省24302930103301093025202830西藏自治区263036307800990027303500陕西省31403940105401110033003800甘肃省3230425092101085034004100青海省3130393089301031033303800新疆维吾尔自治区340049107000960036304800宁夏回族自治区35103930104101074036003900\n台湾省21502530119301223022302500注：北京市、天津市标准纬线同河北省，上海市标准纬线同江苏省。南海诸岛采用正圆柱投影。另一种情况,是采用分带投影的方法，即把相近的同纬度省〔区〕合用一个投影，把全国各省〔区〕分别采用假设干个正轴等角圆锥投影，下表是将全国各省〔区〕分为10个投影带，计算得采用正轴等角圆锥投影时长度变形小于0.5%，编号适用省〔区〕标准纬线最大长度变形〔%〕φ1φ21黑龙江450052300.22吉林，辽宁400045300.23内蒙古390046000.44河北，山东，山西，陕西，甘肃，宁夏，青海33004200.035新疆363048000.56湖北，江苏，安徽，河南300035300.17四川，西藏273035000.28湖南，浙江，福建，江西，贵州250030300.29云南220028300.310广东，广西，台湾210025300.23中国常用的地图投影举例（1）世界地图的投影正轴等角割圆柱投影（2）半球地图的投影东半球图横轴等面积方位投影φ0=0，λ0=±70横轴等角方位投影φ0=0，λ0=±70\n西半球图横轴等面积方位投影φ0=0，λ0=-110横轴等角方位投影φ0=0，λ0=-110南北半球地图正轴等距离方位投影正轴等角方位投影正轴等面积方位投影亚洲地图的投影斜轴等面积方位投影φ0=+40，λ0=+90φ0=+40，λ0=+85彭纳投影标准纬线φ0=+40，中央纬线λ0=+80标准纬线φ0=+30，中央纬线λ0=+80中国全图〔南海诸岛作插图〕正轴等面积割圆锥投影两条标准纬线曾采用φ1=2400，φ2=4800或φ1=2500，φ2=4500或φ1=2330，φ2=4830目前常采用φ1=2500，φ2=4700