之前研究了 GIS，接觸到了很多 GIS 的概念。因此找了《 ArcGIS 地理信息系統(tǒng)教程（第 4 版）》來(lái)看。書的版本比較老了，不過(guò)一些基本概念還是想通的，因?yàn)槲抑攸c(diǎn)在于 GIS 概念整理，而不是 ArcGIS。
以下以教材章節(jié)為順序整理。本文目的主要是備查，因此有點(diǎn)流水賬化：
GIS 實(shí)際上是采用地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行工作的一種數(shù)據(jù)庫(kù)
非空間數(shù)據(jù)指的與位置信息不直接相關(guān)的數(shù)據(jù)。
比如需要寄送給客戶的賬單信息、客戶的電話號(hào)碼之類的。這些數(shù)據(jù)和客戶的空間位置相關(guān)，但是不必一定需要知道具體位置。
空間數(shù)據(jù)指的是對(duì)應(yīng)精確位置的數(shù)據(jù)，對(duì)于空間數(shù)據(jù)而言，位置信息是最重要的。比如：
某一個(gè)區(qū)域發(fā)生了停電事件，那么服務(wù)部門要第一時(shí)間確定影響范圍，定位出停電事故精確的發(fā)生地點(diǎn)，然后給維修服務(wù)人員規(guī)劃前往維修的最短路徑等等。
傳統(tǒng)意義上，GIS 的組成也應(yīng)當(dāng)是包含硬件的。由于 GIS 涉及大量運(yùn)算，以前的 GIS 只能在工作站上使用，不過(guò)現(xiàn)在可以用于 PC，所以對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的關(guān)注就不用太多了。
作為 GIS 軟件，不同的 GIS 軟件提供的功能并不相同。不過(guò) GIS 軟件至少應(yīng)當(dāng)提供一些最低要求的基本功能：
從不同數(shù)據(jù)源輸入數(shù)據(jù)、并且輸出到其他程序的方法
數(shù)據(jù)管理工具
數(shù)據(jù)集構(gòu)建工具
空間要素及其屬性編輯工具
坐標(biāo)系統(tǒng)和投影管理工具
專題制圖功能
以地圖形式顯示數(shù)據(jù)
采用不同方法對(duì)地圖要素進(jìn)行符號(hào)化處理
組合地圖圖層以用于表達(dá)
數(shù)據(jù)分析功能
探索地圖涂層內(nèi)部和圖層之間的空間關(guān)系
地圖布局功能
教材中，對(duì)于 GIS 組成還列出了以下內(nèi)容：
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：也就是數(shù)據(jù)庫(kù)之類的，后文會(huì)說(shuō)明
數(shù)據(jù)輸入/輸出硬件：除了鼠標(biāo)鍵盤之外，還包含了一些專業(yè)的數(shù)據(jù)采集工具（無(wú)人機(jī)、衛(wèi)星、etc），我們可以不用關(guān)注
GIS 數(shù)據(jù)：這里關(guān)注的是數(shù)據(jù)的專業(yè)性、格式化和用途方面。從 IT 的角度出發(fā)，我們可以不用太關(guān)注。
GIS 從業(yè)者：GIS 從業(yè)者也是整個(gè) GIS 的組成部分
GIS 用途其實(shí)多種多樣，而且視乎對(duì) GIS 概念外延大小的定義不同，也有很多不同的說(shuō)法。參考材料中的解釋是：提供數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)分析方法，并據(jù)此生成可以輔助決策的信息。
這里講的是針對(duì) GIS 項(xiàng)目的流程管理，包括以下部分：
了解需求——規(guī)定要采用哪些圖層，同時(shí)在文檔中規(guī)定圖層的精度
建立合適的模型——這里主要是 GIS 數(shù)據(jù)模型（參見(jiàn)下文第一章），而不是采集數(shù)據(jù)之后執(zhí)行的數(shù)學(xué)建模（比如海綿城市中用到的水力模型，不在這個(gè)階段，而是在后面的 “執(zhí)行分析” 階段）
數(shù)據(jù)采集——數(shù)據(jù)采集不是我們需要關(guān)注的問(wèn)題，這主要是地理專業(yè)的問(wèn)題。GIS 數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)為圖層，每個(gè)圖層代表一種信息類型
執(zhí)行分析——對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，包括展示，也包括數(shù)學(xué)建模分析
這一章節(jié)主要說(shuō)明 GIS 數(shù)據(jù)中的一些重要概念。
矢量模型指的是 GIS 中的數(shù)據(jù)以點(diǎn)、線、面（多邊形）的形式存在，采用一個(gè)或多個(gè) x-y 坐標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行表達(dá)的空間要素。每一個(gè)要素通過(guò)要素識(shí)別碼（FID）鏈接到數(shù)據(jù)庫(kù)中的對(duì)應(yīng)這一數(shù)據(jù)的其他屬性數(shù)據(jù)。每個(gè)要素對(duì)應(yīng)于表中的一行記錄
空間要素本身，舉例有：
點(diǎn)：比如地圖上的一個(gè)城市就是一個(gè)點(diǎn)
線：地圖上的一條河流，則對(duì)應(yīng)這一條（不合并的）線
面：面以一個(gè)區(qū)域的方式存在，用多邊形的方式定義了這個(gè)區(qū)域的邊界。比如一個(gè)行政區(qū)的邊界、比如國(guó)界，這些是封閉的曲線，一般不會(huì)歸類于線，而是歸類于 “面” 中
需要注意的是，同一個(gè)對(duì)象，在不同的比例尺下，其存在的形式可能是不一樣的。比如城市，在國(guó)際級(jí)的比例尺中，往往只是一個(gè)點(diǎn)，但是在省市級(jí)的比例尺下，則往往是一個(gè)多邊形。
屬性數(shù)據(jù)，則是針對(duì)對(duì)應(yīng)模型數(shù)據(jù)的一些屬性值。每個(gè)空間要素可以存儲(chǔ)成百上千個(gè)屬性值。比如一個(gè)城市，可以對(duì)應(yīng)以下要素屬性：
城市名
人口
工業(yè)產(chǎn)值
……
柵格模型將空間數(shù)據(jù)表示為一系列 cell 或 pixel 的小方格組成，這種很像一些城市建設(shè)游戲中的地形方格，但往往精度高很多。柵格模型的分類有：
離散柵格：比如數(shù)字柵格圖和分類數(shù)據(jù)
連續(xù)柵格數(shù)據(jù)集：連續(xù)柵格數(shù)據(jù)集能夠從一個(gè)位置平滑地過(guò)渡到另一個(gè)位置的大范圍數(shù)值集，整個(gè)完整的數(shù)據(jù)集可以形成一個(gè)表面或者地域。比如：數(shù)字高程模型
柵格模型的定義比較虛，可能要搭配實(shí)際案例。
柵格模型的缺點(diǎn)有：
數(shù)據(jù)多，需要占用大量的存儲(chǔ)空間和網(wǎng)絡(luò)傳輸流量（如果采用 web GIS 的話）
每個(gè)柵格單元只有一個(gè)數(shù)值，不能額外存儲(chǔ)屬性值，因?yàn)閱我坏囊粋€(gè)柵格單元本身是沒(méi)有意義的，它需要搭配鄰接的多個(gè)柵格單元。
地球不是純球形，所以需要使用專門設(shè)計(jì)的坐標(biāo)系統(tǒng)對(duì)空間地理信息進(jìn)行描述。教材中并沒(méi)有清晰地列出常用的坐標(biāo)系統(tǒng)。實(shí)際上其中一個(gè)常見(jiàn)的就是 WGS1984。
這一段主要是講矢量模型要素之間的拓?fù)潢P(guān)系
這種模型中，文件要素為獨(dú)立對(duì)象，彼此之間不相關(guān)聯(lián)。比如1?以點(diǎn)的形式存在的各個(gè)城市，那么彼此之間就沒(méi)什么聯(lián)系。
這種模型中，要素在空間范圍內(nèi)是彼此相關(guān)。比如一個(gè)城市地圖中的各行政區(qū)之間、各條道路之間，就包含了關(guān)系。這些關(guān)系包括以下內(nèi)容：
鄰近性
連通性
疊加性
相交性
這些性質(zhì)在需要的時(shí)候，可以通過(guò)計(jì)算得出。但如果一些性質(zhì)頻繁存取的話，專門存儲(chǔ)會(huì)更有效
以上性質(zhì)也可以可用于分析要素之間的一致性，后文有專門章節(jié)講
由于近年來(lái) web GIS 的發(fā)展，現(xiàn)在的 ArcGIS 大致分為 Desktop 和 Server 兩部分了。不過(guò)教材成文時(shí)，web GIS 還不是很普及，所以教材中并沒(méi)有專門說(shuō)明 web GIS?，F(xiàn)在的 ArcGIS Desktop 已經(jīng)變成 ArcGIS Pro，各組件還有，只是更多更強(qiáng)。
下文說(shuō)明 ArcGIS Desktop（在當(dāng)年）的組成。
ArcMap：顯示、分析、編輯空間數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)表
ArcCatalog：查看和管理空間數(shù)據(jù)文件
shapefile：非常古老、傳統(tǒng)但仍然很流行的矢量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件格式，擴(kuò)展名為 .shp，但實(shí)際上包含許多其他擴(kuò)展名的文件，是一個(gè)總集合
地理數(shù)據(jù)庫(kù)：Geodatabase
Coverage：矢量數(shù)據(jù)格式——不過(guò)對(duì)此了解不多，好像不是很流行
柵格數(shù)據(jù)
基于網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)——不過(guò)在 ArcGIS Desktop 年代，用得并不多
互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器——其實(shí)就是基于互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布的地理信息數(shù)據(jù)。這一部分本教材中并沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明
本章主要說(shuō)明一些基本概念：
比例尺分為大比例尺和小比例尺。比例尺就是我們?cè)诘貓D中常見(jiàn)的 1:1000,000 這樣的比例。大比例尺的墳?zāi)贡容^小，顯示的地圖細(xì)節(jié)比較多；而小比例尺分母比較大，顯示的地圖范圍比較大。
這里講的是各種 GIS 地圖，可以按照什么來(lái)分類——
按照展示的數(shù)據(jù)信息類型來(lái)分類：
命名數(shù)據(jù)：比如——州名、省名、要素名
分類數(shù)據(jù)：比如——土壤類型、民族分布
次序數(shù)據(jù)：這種數(shù)據(jù)類似于分類數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)，但通過(guò)不同顏色表示同一類型數(shù)據(jù)的不同值域，比如分不同的顏色，展現(xiàn)出不同區(qū)域的人口密度；又比如六邊形熱點(diǎn)圖，如下：
比如：省/市人口信息圖，采用不同直徑的符號(hào)表示，如下圖：
數(shù)值數(shù)據(jù)的表現(xiàn)方式有：
點(diǎn)：
不同直徑的圓形、圓餅
不同密度的點(diǎn)
線：
不同粗細(xì)的線
多邊形
不同顏色，類似于次序數(shù)據(jù)
餅圖
條形圖
多層條形圖
開(kāi)始一個(gè) GIS 項(xiàng)目，文中建議按照如下工作流程開(kāi)展：
明確地圖設(shè)計(jì)目標(biāo)
確定要包含的數(shù)據(jù)涂層
規(guī)劃合理布局，包含所需的全部數(shù)據(jù)框和其他地圖元素（圖例等）
選擇創(chuàng)建效果正確和具有最大化可讀性的顏色和符號(hào)
創(chuàng)建地圖
還記得前面的空間要素?cái)?shù)據(jù)嗎？本章節(jié)說(shuō)明和空間要素?cái)?shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的屬性數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)表中，數(shù)據(jù)表是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)關(guān)于位置或者對(duì)象的多個(gè)屬性。
行：每一行也就對(duì)應(yīng)這一個(gè)空間要素，稱為一個(gè) “記錄” ，record
列：數(shù)據(jù)表的每一列成為稱為 “字段”，F(xiàn)ield；也稱為稱為 “屬性字段” ，Attribute Field
數(shù)據(jù)文件類型有兩種，如下：
屬性表
采用 Feature ID 唯一標(biāo)識(shí)每個(gè)要素
采用對(duì)象 ID（OID）唯一標(biāo)識(shí)每個(gè)要素
獨(dú)立表
僅采用表格格式來(lái)包含一個(gè)或更多對(duì)象的相關(guān)信息，獨(dú)立表中只有 OID
本章講的是使用 ArcGIS，將空間要素之間按照指定的條件，進(jìn)行篩選并合并的功能?？臻g連接之后，會(huì)創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)表，原油數(shù)據(jù)表并不會(huì)被修改。
距離連接：基于一個(gè)要素是否最接近于另一個(gè)要素，從而將一個(gè)要素及其屬性連接到另一個(gè)要素。比如將機(jī)場(chǎng)和鄰近城市信息連接
內(nèi)部連接：判斷一個(gè)要素是否位于另一個(gè)要素的內(nèi)部（全部或部分），連接不同要素類的多個(gè)記錄
這個(gè)功能其實(shí)很簡(jiǎn)單，具體可以去看書。
本章是第一種中 “要素的拓?fù)浣！?中 “分析要素之間的一致性” 展開(kāi)的第一部分。其實(shí)就是數(shù)據(jù)的集合處理，這里只需要簡(jiǎn)單說(shuō)明一下即可，都是些理所當(dāng)然的功能。
將兩個(gè)地圖進(jìn)行數(shù)據(jù)集處理：
合并屬性：提取 Extraction，其實(shí)就是集合的減法
裁剪 Clip
排除 Erase
不合并屬性
交集 Intersece
并集 Union
融合 Dissolve——比如：將擁有同一名稱的所有街道編程同一個(gè)元素，對(duì)分離的道路進(jìn)行合并
建立緩沖區(qū) Buffer——比如：機(jī)場(chǎng)管制范圍周圍建立 100 米的警戒區(qū)
追加 Append，合并兩個(gè)或更多圖層的要素，從而創(chuàng)建已有圖層的單一要素。這對(duì)屬性字段有要求，要求不同圖層必須有相同的定義和順序的屬性字段
合并 Merge，類似于追加，但屬性表可以不匹配
本章節(jié)列舉的是基于柵格數(shù)據(jù)（基于柵格模型的數(shù)據(jù)）所做的數(shù)據(jù)分析功能
本小節(jié)解釋了柵格坐標(biāo)系統(tǒng)，簡(jiǎn)單理解即可。柵格坐標(biāo)系統(tǒng)包含了投影和基準(zhǔn)面兩個(gè)概念。
地圖代數(shù)：意思就是相同區(qū)域但是不同屬性的柵格中的數(shù)值可以進(jìn)行代數(shù)相加，這與前文的空間連接類似
布爾疊加：AND 和 OR
距離功能：計(jì)算最佳行駛路程
柵格插值：柵格是二維的，這里講的就是二維上的數(shù)值插值運(yùn)算
鄰域統(tǒng)計(jì)：計(jì)算一個(gè)像元及其周邊九宮格的平均值。當(dāng)然也可以是5x5、7x7等等
區(qū)域統(tǒng)計(jì)：類似于鄰域統(tǒng)計(jì)，但范圍不是九宮格，而是給定的實(shí)際區(qū)域，比如一個(gè)海綿的匯水分區(qū)
重（chong）分類和重采樣：重新生成柵格數(shù)據(jù)
網(wǎng)絡(luò)，其實(shí)就是現(xiàn)實(shí)生活中的各種網(wǎng)狀架構(gòu)，比如河流、道路、官網(wǎng)等等。對(duì)這些在 GIS 中抽象了之后的網(wǎng)絡(luò)狀的數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行分析，就是網(wǎng)絡(luò)分析。
網(wǎng)絡(luò)由 “邊線”（edge）和 “交匯點(diǎn)”（juction）組成
網(wǎng)絡(luò)有可運(yùn)行和不可運(yùn)行兩種狀態(tài)，個(gè)人理解就是 enabled 和 disabled 兩種狀態(tài)
傳輸網(wǎng)絡(luò) Transportation Network
定向網(wǎng)絡(luò) Utility Network
個(gè)人理解就是雙向和單向兩種網(wǎng)絡(luò)。
在 ArcGIS 中，采用 ArcMap 里的 Solvers 套件進(jìn)行分析。
本章節(jié)可以不用關(guān)注，主要是偏向地理方面。指的是所謂的 “地址標(biāo)準(zhǔn)化”（Address Standardization），是數(shù)據(jù)編制角度的概念，也就是將現(xiàn)實(shí)生活中的地址，提取標(biāo)準(zhǔn)元素，然后轉(zhuǎn)換成可以在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中識(shí)別的地理位置特性信息。這些特性信息不見(jiàn)得就是地理定位，也可能是一系列的屬性，甚至這些屬性是一定程度上的 human readable。
本章講的有三個(gè)概念，重點(diǎn)是通過(guò)這些概念，了解為什么需要存在坐標(biāo)系統(tǒng)。
幾個(gè)概念，需要知道一下：
地理坐標(biāo)系 Geographic Coordinate System，GCS
橢球和基準(zhǔn)面
地圖投影
地圖投影是三維 GCS 的二維表達(dá)。ArcGIS 參考資料為：http://desktop.arcgis.com/zh-cn/arcmap/10.3/guide-books/map-projections/what-are-map-projections.htm
投影類型有以下幾種：
我國(guó)處于中緯度，圓柱投影是最常用的。
按方向分類，有：
圓柱筒底面在兩極的，稱為圓柱投影
圓柱筒底面在赤道的，稱為橫軸圓柱投影
斜軸圓柱投影
按照切割位置分類，有：
切圓柱（切字可省略）
割圓柱
常用于高緯度地區(qū)
切圓錐
割圓錐
南極地圖就是典型的方位投影；最適宜于具有圓形輪廓的地區(qū)。
本章節(jié)講的是 ArcGIS 中編輯地圖要素時(shí)的一些操作。簡(jiǎn)單了解即可：
捕捉要素：自動(dòng)將兩個(gè)元素相交的功能，有點(diǎn)像 Photoshop 中的套索。
創(chuàng)建鄰接多邊形：將兩個(gè)鄰接多邊形共享便捷，消除縫隙的功能
拓?fù)?/p>
組合要素
合并
聯(lián)合
相交
裁剪
建立要素緩沖區(qū)
流數(shù)字化
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