0、GIS的基本概念

柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)

上圖中，a為圖形模擬表示的地理對象，b為控件對象對應(yīng)的柵格數(shù)據(jù)模型表示，c為對應(yīng)的矢量數(shù)據(jù)模型表示。下圖分別表示的是點(diǎn)、線、面的矢量和柵格模型表示。

柵格圖是一個規(guī)則的陣列，包含著一定數(shù)量的像元或者柵格；而矢量圖是由一組描述點(diǎn)、線、面，以及它們的色彩、位置的數(shù)據(jù)，通過軟件算法計算得到的圖形。

常用的柵格圖格式有：tif,png,jpeg/jpg等，處理軟件如PS；

常用的矢量圖格式有：shp、eps、dwg、dxf等，處理軟件如AutoCAD、AI等。

ArcGIS可以同時處理柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)，常用的柵格數(shù)據(jù)格式為tif，常用的矢量數(shù)據(jù)格式為shapefile、coverage、TIN等。

GIS中常用的矢量數(shù)據(jù)格式

shapefile

shapefile 是一種用于存儲地理要素的幾何位置和屬性信息的非拓?fù)?/span>簡單格式。shapefile 中的地理要素可通過點(diǎn)、線或面（區(qū)域）來表示。shapefile 格式在應(yīng)存儲在同一項(xiàng)目工作空間且使用特定文件擴(kuò)展名的三個或更多文件中定義地理配準(zhǔn)要素的幾何和屬性

coverage

Coverage 是一種用于存儲矢量數(shù)據(jù)的地理相關(guān)數(shù)據(jù)模型，它包含地理要素的空間（位置）數(shù)據(jù)和屬性（描述性）數(shù)據(jù)。Coverage 使用一組要素類來表示地理要素。每個要素類存儲一組點(diǎn)、線（?。?、面或注記（文本）。Coverage 可以具有拓?fù)洌糜诖_定要素間的關(guān)系。

Coverage文件包括兩個文件夾，一個是info文件夾，一個是以文件名命名的文件夾（文件夾中重要文件包括AAT.DBF、BND.DBF、PAT.DBF、TIC.DBF、PRJ和ARC等。其中，ARC是用于定義地物空間位置和關(guān)系的拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；PRJ是投影文件；TIC是一個控制點(diǎn)文件；BND是一個邊界文件；PAT是一個多邊形屬性或點(diǎn)屬性表；AAT是一個弧段屬性。）

geojson

geojson是一種基于json的地理空間數(shù)據(jù)交換格式，它定義了幾種類型JSON對象以及它們組合在一起的方法，以表示有關(guān)地理要素、屬性和它們的空間范圍的數(shù)據(jù)。geojson是非常常見的地圖服務(wù)前后端傳輸格式。

topojson

topojson是 geojson 按拓?fù)鋵W(xué)編碼后的擴(kuò)展形式，對拓?fù)溥M(jìn)行編碼。相比 geojson ?直接使用 polygon、point 之類的幾何體來表示圖形的方法，topojson 中的每一個幾何體都是通過將共享邊（被稱為arcs）整合后組成的。

GIS中矢量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)層級

GIS中矢量數(shù)據(jù)可以分為地圖層、數(shù)據(jù)層、要素層、幾何層及屬性層。

對于ArcGIS，當(dāng)我們打開一個包含矢量數(shù)據(jù)的MXD文件，會看到數(shù)據(jù)框及圖層。數(shù)據(jù)框?qū)@示以特定順序繪制的一系列圖層。每個圖層都會引用存儲在地理數(shù)據(jù)庫、coverage、shapefile 和柵格等中的數(shù)據(jù)集。每個圖層對應(yīng)著一個要素類。比如在GIS中直接打開CAD文件，可以看到GIS將標(biāo)注、點(diǎn)、線、面、多面體等按類分為單獨(dú)的圖層。對于每個矢量圖層來說，里面存儲的要素類只能有一種，或是點(diǎn)或是線或是面。

打開圖層中的屬性表，會看到圖層中各要素的shape、其他屬性字段及屬性值。shape即幾何，對應(yīng)著顯示的矢量圖像。

#偽代碼 shp_datatset = ogr.Open(input_shape) layer = shp_datatset.GetLayer() feat = layer.GetFeature(0) polygon_shp = feat.GetGeometryRef() outring = polygon_shp.GetGeometryRef(0) outring.GetPoints(0)

而在GDAL中，我們可以通過ogr讀取矢量文件，調(diào)用封裝的方法讀取圖層，接著調(diào)用方法可以讀取要素，最后可以讀取到多邊形的外環(huán)及外環(huán)對應(yīng)的點(diǎn)。

１、ArcGIS矢量空間分析

矢量空間分析，主要包括緩沖區(qū)分析、疊加分析、網(wǎng)絡(luò)分析及追蹤分析。其中網(wǎng)絡(luò)分析雖然也是利用矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的，但其數(shù)據(jù)模型與緩沖區(qū)分析和疊加分析所使用的數(shù)據(jù)模型有所區(qū)別，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析前需要構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集。以下主要介紹緩沖區(qū)分析和疊加分析。

緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)程序?qū)⒈闅v輸入要素的每個折點(diǎn)并創(chuàng)建緩沖區(qū)偏移。通過這些偏移創(chuàng)建輸出緩沖區(qū)要素。ArcGIS中緩沖區(qū)分析可以使用緩沖向?qū)Щ蚓彌_區(qū)工具進(jìn)行操作。在ArcGIS中，構(gòu)建緩沖區(qū)有兩種基本方法，歐式方法和測地線方法。

• 如果輸入要素位于投影坐標(biāo)系中，則將創(chuàng)建歐氏緩沖區(qū)。

• 如果輸入要素位于地理坐標(biāo)系中且指定的緩沖距離單位為線性單位（米、英尺等，而非諸如度之類的角度單位），則會創(chuàng)建測地線緩沖區(qū)。

歐氏緩沖區(qū)是更常見的緩沖區(qū)類型，特別適合于分析投影坐標(biāo)系中要素周圍的距離，這些距離側(cè)重于相對較小的區(qū)域（如一個 UTM 帶）。當(dāng)輸入要素處于分散狀態(tài)（覆蓋多個 UTM 帶、大面積區(qū)域甚至整個地球），或

輸入要素的空間參考（地圖投影）為保留其他屬性（如面積）使距離發(fā)生變形。則應(yīng)始終考慮創(chuàng)建測地線緩沖區(qū)

具體可以參見官方文檔說明：https://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/latest/tools/analysis-toolbox/how-buffer-analysis-works.htm

疊加分析

疊加分析包括擦除（Erase）、標(biāo)識疊加（Identify）、圖層相交（Intersect）、交集取反（Symmetrical Difference）、聯(lián)合（Union）、更新修正（Update）。

其中可能比較不好理解的可能是標(biāo)識疊加和更新修正，建議實(shí)際操作一下。我這里簡單舉例說明一下。

首先是標(biāo)識疊加，顧名思義，可以理解為通過疊加另一要素對原要素進(jìn)行標(biāo)識。通常是用多邊形要素來標(biāo)識其他要素。比如我們用test1圖層來標(biāo)識test11，標(biāo)識疊加后，test11中的先要素會被切分為兩部分，相交部分，未相交部分。（ALL情況）test11屬性會全部增加到線test1上，并有一個獨(dú)特的標(biāo)識屬性（值為負(fù)1或1），該方法可以用來篩選在面上或線上的點(diǎn)要素。

而對于更新修正，我的理解是修正更新會將兩者相交的部分要素的字段屬性值修正為更新要素，更新要素?zé)o對應(yīng)字段時，該字段修正為空。

通常我們使用用某一個多邊形圖層的部分圖斑來修正該圖層，比如用test1的部分更新test1，可以看到，直接將覆蓋test1的對應(yīng)屬性的值。

3、實(shí)例練習(xí)

操作視頻見：https://www.bilibili.com/video/BV1zP4y1278K

實(shí)例練習(xí)材料及本文PPT鏈接（exe為自解壓文件）：

https://www.aliyundrive.com/s/vt9dQUHMi7s 提取碼: 9a5a

4、參考資料：

https://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/latest/manage-data/datatypes/about-geographic-data-formats.htm

GDAL中文文檔

ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程/湯國安，楊昕編著.—北京∶科學(xué)出版社，2006

ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程/湯國安，楊昕編著.—2版.—北京∶科學(xué)出版社，2012

地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論/（美）張康聰（Chang，K.T.）著；陳健飛，張筱林譯. —5版.—北京∶科學(xué)出版社，2010

ArcGIS 地理信息系統(tǒng)分析與應(yīng)用 / 晁怡，鄭貴洲，楊乃編著. —北京：電子工業(yè)出版社，2018.6?高等學(xué)校教材