第1 章 ArcGIS 基本知識(shí)與操作
1.1 ArcGIS 的數(shù)據(jù)組織與管理
要學(xué)習(xí)ArcGIS 的使用方法， 必須了解ArcGIS 的數(shù)據(jù)組織和管理方式， 否
則， 對(duì)某些ArcGIS 功能的必要性和實(shí)用性就會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)。另外， GIS 是一種多
數(shù)據(jù)融合平臺(tái)， 要完成一項(xiàng)工作， 往往需要多種數(shù)據(jù)的配合， 不同的數(shù)據(jù)格式和
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有各自的特征。因此， 在使用中經(jīng)常需要進(jìn)行數(shù)據(jù)格式和結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)
換。同時(shí)， 在使用ArcGIS 的過(guò)程中， 往往需要閱讀對(duì)應(yīng)的幫助文檔， 在閱讀這
些文檔過(guò)程中， 需要對(duì)某些術(shù)語(yǔ)進(jìn)行了解。
1.1.1 ArcGIS 的數(shù)據(jù)類型及其術(shù)語(yǔ)
① Feature (矢量要素) ： 泛指用于描述實(shí)際地物的幾何形狀， 如用點(diǎn)、線、
面等描述地物的位置及空間形態(tài)的矢量要素。Feature 是ArcGIS 中最基本的存
儲(chǔ)單元， 每一個(gè)Feature 對(duì)應(yīng)著某個(gè)地物要素的幾何坐標(biāo)信息和屬性信息， 如
個(gè)鉆孔， 或者一個(gè)行政區(qū)劃單元。
② Feature Class (矢量要素類) ： 具有完整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的、表達(dá)某種地物要素
類型的一個(gè)數(shù)據(jù)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(gè)Feature Class 代表一種具有
明確屬性的實(shí)體， 如保存所有鉆孔數(shù)據(jù)文件， 具有如鉆孔深度、地下水位、鉆探
時(shí)間等固有屬性結(jié)構(gòu)表。
③ Geodatabase (地理數(shù)據(jù)庫(kù)) ： 存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)， 包括Personal
Geodatabase (獨(dú)享數(shù)據(jù)庫(kù)， 相當(dāng)于在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建一個(gè)Access 數(shù)據(jù)庫(kù)文件，
.mdb)和Multi-user Geodatabase (也稱為ArcSDE Geodatabase ， 可以實(shí)現(xiàn)多
用戶共享， 包括編輯和調(diào)用) 。數(shù)據(jù)庫(kù)中可以存儲(chǔ)矢量要素類數(shù)據(jù)也可以存儲(chǔ)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(qū)域范圍或者圍繞同一研究目標(biāo)的要素類或者拓?fù)湫畔ⅰＮ挥谕?/p>
個(gè)Feature Dataset 中的數(shù)據(jù)， 共享相同的空間參考和坐標(biāo)系統(tǒng)。在Feature
Dataset 中除了可以包含代表實(shí)際地物要素的Feature Class 以外， 還可以包括
些用于GIS 分析的關(guān)系表， 如網(wǎng)絡(luò)分析、拓?fù)浞治觥?shù)據(jù)鏈接表等。
⑤ Raster 或Raster Dataset (柵格數(shù)據(jù)) ： 與Feature Class 同級(jí)的數(shù)據(jù)文件，
用于存儲(chǔ)柵格數(shù)據(jù)。典型的ArcGIS 柵格數(shù)據(jù)格式是Grid 文件， 在Windows 文
件管理器中表現(xiàn)為一個(gè)以.aux 為擴(kuò)展名的文件， 和一個(gè)保存著以.adf 為擴(kuò)
展名的多個(gè)文件的文件夾。將Raster 數(shù)據(jù)和Feature Class 數(shù)據(jù)保存在Geodata-
base 中可以方便管理和應(yīng)用。
⑥ Shapefile (矢量數(shù)據(jù)文件) ： Feature Class 的一種物理存儲(chǔ)方式， 是以多
個(gè)文件構(gòu)成的文件組， 共同描述某一類矢量要素， 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中不保存拓?fù)湫畔ⅰ?/p>
該文件類型在ArcGIS 應(yīng)用中非常廣泛。
⑦ Coverage (具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的矢量數(shù)據(jù)文件) ： 是Feature Class 的另一種物
理存儲(chǔ)方式， 具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的矢量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式。在硬盤(pán)文件中存儲(chǔ)較為復(fù)雜，
一般包括Info 文件夾和一個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的文件夾， 文件夾中包含多個(gè)數(shù)
據(jù)， 當(dāng)需要進(jìn)行一些特殊拓?fù)浞治鰰r(shí)， 需要該數(shù)據(jù)格式。
⑧ Topology (拓?fù)鋽?shù)據(jù)) ： 與存儲(chǔ)地物要素的數(shù)據(jù)(如Feature Class ，
Shapefile 等) 不同， 拓?fù)鋽?shù)據(jù)只能存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)集(Feature Dataset) 中， 主要存
儲(chǔ)的是拓?fù)湟?guī)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(xì)微的差別。實(shí)
際上， 在ArcGIS 的很多應(yīng)用中， Raster 與Image 沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別， 但是需要注
意， 兩者在數(shù)據(jù)內(nèi)涵上是存在差別的。首先， Image 不具有地理坐標(biāo)系統(tǒng)， 其
次， Image 數(shù)據(jù)一般保存的是整型數(shù)值(灰度值) 。ArcGIS 中允許為圖像文件進(jìn)
行地理配準(zhǔn)， 并附加一個(gè).aux 的坐標(biāo)信息文件， 該文件可以保障在ArcGIS 中
打開(kāi)該圖像時(shí)， 在正確的地理位置顯示圖像， 因此這個(gè)坐標(biāo)文件非常重要， 千萬(wàn)
不能遺失， 否則需要重新配準(zhǔn)。
⑩ Layer (圖層) ： 當(dāng)矢量要素文件或者柵格文件在界面中顯示時(shí)， 除了坐
標(biāo)信息來(lái)自數(shù)據(jù)文件外， 還包括一些符號(hào)化等信息， 這些信息被保存在單獨(dú)的文
件(內(nèi)存或者存儲(chǔ)介質(zhì)) 中。需要注意的是， Layer 本身并不會(huì)保存要素的空間
和屬性信息， 而是引用數(shù)據(jù)文件中的相關(guān)信息。因此， 如果刪除了硬盤(pán)中的
Feature Class 數(shù)據(jù)， 則對(duì)應(yīng)的Layer 也無(wú)法正確顯示和工作。同樣， 對(duì)Feature
Layer 或者Feature Class 中的要素進(jìn)行修改也會(huì)同時(shí)影響對(duì)方的數(shù)據(jù)， 兩者數(shù)據(jù)
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(tǒng)計(jì)
屬性的數(shù)據(jù)表。柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)屬性的機(jī)制不同， 柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)， 會(huì)
將具有相同屬性的柵格進(jìn)行屬性合并， 合并后進(jìn)行分組統(tǒng)計(jì)， 并自動(dòng)添加?xùn)鸥裼?jì)
數(shù)(Count) 字段。矢量數(shù)據(jù)則是逐一記錄要素的屬性值。屬性表是地理數(shù)據(jù)信
息存儲(chǔ)和查詢的基礎(chǔ)。
???Table (表文件) ： 除了包括Feature Attribute Table 外， 還包括其他表格
數(shù)據(jù)， 或者可以表格化的文本數(shù)據(jù)， 如： dbf 數(shù)據(jù)， txt ( ASCII 文件， 逗號(hào)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(kāi)。文本文件在ArcGIS 應(yīng)用中也同樣占有重要位置， 大多數(shù)情況下使用
的純文本文件實(shí)際上是按照表格的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的， 可以用于批量數(shù)據(jù)的編輯和
處理。
???Graphic (圖形) ： 除了保存在數(shù)據(jù)文件中的地物要素( Features) 數(shù)據(jù)
外， 在地圖文檔中還可以繪制各種圖形， 如多邊形、點(diǎn)、線、面等。這些圖形只
保存在文檔中， 其作用是地圖標(biāo)注。
???Element (元素) ： 包括Graphic 在內(nèi)的一些地圖編輯或者顯示時(shí)所需要的
附加要素的統(tǒng)稱， 包括如文本、線條、多邊形、指北針、圖例、比例尺等。它們
與數(shù)據(jù)文件中存儲(chǔ)的地圖數(shù)據(jù)描述的地物要素不同， 這些內(nèi)容一般只存儲(chǔ)在文檔
之中， 不會(huì)存儲(chǔ)在地圖數(shù)據(jù)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(wèn)題。對(duì)
初學(xué)者而言， 可能更多地關(guān)注圖層(Layer) ， 每個(gè)圖層都是地理信息的可視化數(shù)
據(jù)表達(dá)方式。當(dāng)用戶向窗口中添加一個(gè)數(shù)據(jù)文件(Feature Class 或Raster) 時(shí)，
地圖窗口中會(huì)產(chǎn)生一幅經(jīng)過(guò)初步渲染的地圖。當(dāng)將地圖中的某些要素進(jìn)行自定義
渲染后， 這些自定義的渲染方式并不會(huì)保存在數(shù)據(jù)文件中， 而是保存在內(nèi)存中。
要想保留這些自定義內(nèi)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(shù)據(jù)文件(Feature Class
或Raster) 之間的關(guān)系如圖1-1 所示。
(1) 文檔(Document)
Document 中記錄除地理數(shù)據(jù)之外的所有設(shè)置信息， ArcMap 文檔在硬盤(pán)中
保存為.mxd 文件(其中模板文檔名稱為.mxt) ， ArcScene 中的文檔數(shù)據(jù)保
存為.asd 文件。啟動(dòng)ArcMap 進(jìn)行工作之后， 缺省情況下， 系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建
個(gè)" Untitle.mxd" 文檔文件。
需要注意的是， 對(duì)要素幾何信息或者屬性信息的任何修改， 都不會(huì)在文檔中
保存， 而是保存在數(shù)據(jù)文件中。以Shapefile 為例， 幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)保存在.shp
文件， 屬性數(shù)據(jù)保存在.dbf 文件中。當(dāng)在ArcGIS 中打開(kāi)文檔文件時(shí)， 系統(tǒng)將
按照文檔保存時(shí)數(shù)據(jù)文件的路徑來(lái)尋找數(shù)據(jù)文件， 如果這些文件不在原來(lái)的
路徑下， 則系統(tǒng)打開(kāi)文件失敗。
提示： 在ArcMap 中可以對(duì)文檔中的數(shù)據(jù)調(diào)用方式選擇存取路徑或者相對(duì)路徑， 如
果存儲(chǔ)的是相對(duì)路徑， 則只要文檔文件與數(shù)據(jù)文件保存在同一個(gè)文件夾或者子文件夾下， 則
文檔可以正常打開(kāi)數(shù)據(jù)文件， 具體方法見(jiàn)1.2.5 節(jié)。
圖1-2 添加數(shù)據(jù)文件出錯(cuò)
如圖1-2 所示的"DownZ" 圖層， 因該圖
層從原來(lái)存儲(chǔ)位置被移走， 文檔無(wú)法正常打
開(kāi)DownZ 數(shù)據(jù)文件。在對(duì)應(yīng)的圖層標(biāo)簽處呈
現(xiàn)灰化狀態(tài)， 并且用一個(gè)紅色嘆號(hào)標(biāo)志。通
過(guò)雙擊圖層標(biāo)簽(或者右鍵點(diǎn)擊圖層， 并在
彈出的浮動(dòng)菜單中選擇"Properties") 彈出屬
性設(shè)置對(duì)話框， 并選擇"Source" 選項(xiàng)卡， 然
后點(diǎn)擊"Set Data Source … " 按鈕， 并找到對(duì)
應(yīng)文件的物理存儲(chǔ)位置即可。
當(dāng)在某臺(tái)計(jì)算機(jī)上工作， 并保存了一個(gè)
文檔文件， 即使將文檔文件和數(shù)據(jù)文件一起
復(fù)制到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)的不同名文件夾， 或者
同一臺(tái)計(jì)算機(jī)的另一個(gè)文件下， 打開(kāi)文檔時(shí)，
仍有可能無(wú)法正常打開(kāi)數(shù)據(jù)文件， 需要對(duì)文件路徑進(jìn)行上述設(shè)置。
(2) 數(shù)據(jù)框架(Data Frame)
一個(gè)數(shù)據(jù)框架內(nèi)的所有圖層共享相同的坐標(biāo)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)范圍、日照等區(qū)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(jìn)行切換， 同
時(shí)刻只能有一個(gè)框架處于工作狀態(tài)， 切換方式是： 右鍵點(diǎn)擊想要啟用的框架， 在
彈出的浮動(dòng)菜單中選擇" Activate" ， 系統(tǒng)將切換到該框架對(duì)應(yīng)的工作范圍內(nèi)。
缺省情況下， 系統(tǒng)提供一個(gè)缺省名為" Layers" 的數(shù)據(jù)框架。ArcGIS 的功能中
除了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析之外， 另一個(gè)重要功能就是地圖制版( Layout) 。數(shù)據(jù)
框架可以將不同的工作區(qū)域(地理位置相差甚遠(yuǎn)， 或者比例尺差異較大) 在同
個(gè)頁(yè)面布局中進(jìn)行制版。在圖1-2 中有標(biāo)志的即為數(shù)據(jù)框架， 選中數(shù)據(jù)框架名
后輕擊框架名稱可以對(duì)其重命名(右鍵彈出對(duì)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(nèi)的圖層， 共享相同的顯示比例設(shè)置、圖層渲染順序等一些特殊設(shè)
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(shè)置圖層組。在以數(shù)據(jù)可視化為主的應(yīng)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(shù)據(jù)框架一樣， 可以對(duì)圖層組進(jìn)行重命名。
(4) 圖層(Layer)
當(dāng)硬盤(pán)的地圖數(shù)據(jù)文件(Feature Class) 被打開(kāi)后， 系統(tǒng)在內(nèi)存中為其建立
一個(gè)圖層文件， 與數(shù)據(jù)文件建立對(duì)應(yīng)關(guān)系， 并進(jìn)行可視化顯示。用戶可以將圖層
保存為一個(gè)獨(dú)立的硬盤(pán)文件( .lyr) ， 圖層文件中保留關(guān)于圖層渲染樣式、選
擇狀態(tài)等附加信息。Layer 的另外一個(gè)功能就是將某些矢量要素的選擇集保存為
獨(dú)立的Layer 數(shù)據(jù)， 但需要注意的是， Layer 數(shù)據(jù)中并不保存幾何數(shù)據(jù)或者屬性
數(shù)據(jù)， 而是從Feature Class 中調(diào)用數(shù)據(jù)， 并在創(chuàng)建的.lyr 文件中保存選擇集
信息以及其他附加信息。
(5) 數(shù)據(jù)(Feature Class 或Raster)
每個(gè)圖層對(duì)應(yīng)一個(gè)硬盤(pán)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)文件(組) 或者數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)表。數(shù)據(jù)
是地圖最基礎(chǔ)的內(nèi)容， 記錄著要素的空間坐標(biāo)信息、屬性信息以及關(guān)聯(lián)信息等。
1.1.3 ArcGIS 的數(shù)據(jù)類型
在使用ArcGIS 過(guò)程中， 需要理解不同數(shù)據(jù)的類別， 以確定某些功能應(yīng)用的
數(shù)據(jù)類型， 因此， 以下幾種數(shù)據(jù)需要進(jìn)行區(qū)別：
從數(shù)據(jù)種類上， 也可以將數(shù)據(jù)分為以下四類：
(1) 矢量地圖數(shù)據(jù)(Shapefile ， Coverage ， Geodatabase 等)
矢量地圖數(shù)據(jù)一般由兩部分組成， 一是地物要素幾何數(shù)據(jù)， 即坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 二
是與幾何要素對(duì)應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)。每個(gè)矢量數(shù)據(jù)具有的幾何要素類型， 包括
點(diǎn)、多點(diǎn)、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(shù)據(jù)格式外， 為了與其他制圖軟件或GIS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，
ArcGIS 也支持如CAD ( .Dwg ， .DXF) ， 交換格式數(shù)據(jù)( .e00)的顯示和轉(zhuǎn)化
功能。由于ArcGIS 在GIS 領(lǐng)域中的特殊地位， 很多GIS 軟件也提供轉(zhuǎn)化為
Shapefile 的功能。
Shapefile 是ArcGIS 中最常使用的不具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的文件數(shù)據(jù)格式， 以文件
組的方式存儲(chǔ)在硬盤(pán)中， 一般包括三個(gè)文件， 如下所示。
.shp 文件： Shapefile 的主文件， 存儲(chǔ)地物要素的幾何坐標(biāo)信息， 每個(gè)
地物要素被稱為一個(gè)shape 。
.sbx 文件： 索引文件， 記錄主文件中的shape 與頭文件的坐標(biāo)偏移量，
用于空間檢索。
.dbf 文件： 存儲(chǔ)地物要素的屬性信息， 與主文件中的幾何數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)。
以上三個(gè)文件是Shapefile 的主要組成部分， 在文件復(fù)制和轉(zhuǎn)移時(shí)必須同時(shí)
轉(zhuǎn)移這三個(gè)文件。在文件編輯中還會(huì)動(dòng)態(tài)產(chǎn)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(shí)會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)索引文
件( .sbx 和.sbn) ， 在屬性關(guān)聯(lián)時(shí)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)文件( .ain 和.aih) 。
另外， 坐標(biāo)文件( .prj) 是另一個(gè)重要文件， 但不是必需的。它用于定義
主文件中存儲(chǔ)的幾何數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)， 只有為數(shù)據(jù)定義了坐標(biāo)系之后才產(chǎn)生， 是
坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換時(shí)的依據(jù)。如果沒(méi)有.prj 文件， 則打開(kāi)文件時(shí)， 系統(tǒng)會(huì)提示該數(shù)據(jù)
沒(méi)有坐標(biāo)信息， 并自動(dòng)為其賦予一個(gè)"unknown" 坐標(biāo)系。
Coverage 是ArcGIS 中特有的文件格式， 具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 以弧段及拓?fù)浔矸?/p>
式存儲(chǔ)地物要素， 在硬盤(pán)中以兩個(gè)文件夾存儲(chǔ)， 其中的"Info" 文件夾是一個(gè)多
數(shù)據(jù)共享的文件夾， 用于存儲(chǔ)屬性數(shù)據(jù)， 另一個(gè)是以主文件名命名的文件夾， 在
該文件夾中存儲(chǔ)多個(gè)文件， 文件的擴(kuò)展名相同， 但文件名不同。Coverage 文件
組織比較復(fù)雜， 一般情況下不建議使用， 在需要用到拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)(某些功能只有
在Coverage 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中才可以實(shí)現(xiàn)) ， 可以將Shapefile 轉(zhuǎn)換成Coverage 進(jìn)行相
關(guān)分析， 完成后再轉(zhuǎn)化為Shapefile 即可。
Geodatabase 是ArcGIS 近期版本中主推的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理方式， 該數(shù)據(jù)結(jié)
構(gòu)將數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)表的方式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中， 大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)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(yīng)用于個(gè)人PC 上的數(shù)
據(jù)庫(kù)格式， 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在.mdb 文件中， 該文件可以用Microsoft Office 文件包
中的Access 程序打開(kāi)， 在該數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)一系列的數(shù)據(jù)表。在文件轉(zhuǎn)移時(shí)只
要轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)庫(kù)文件( .mdb) 即可。Multi-user Geodatabase 則是通過(guò)ArcGIS
提供的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎(ArcSDE) 建立與商用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的連接， 將數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)
在商用數(shù)據(jù)庫(kù)(SQL Server ， Oracle 等) ， 通過(guò)ArcSDE 進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)和管理。
提示： 在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的矢量數(shù)據(jù)， 系統(tǒng)為每個(gè)要素創(chuàng)建一個(gè)周長(zhǎng)和面積字段， 并在創(chuàng)
建要素后自動(dòng)賦值。
(2) 柵格數(shù)據(jù)(Grid ， Geodatabase Raster Dataset ， IMAGINE ， TIFF 等)
ArcGIS 可以操作的柵格數(shù)據(jù)種類很多， 包括幾乎所有的圖像格式數(shù)據(jù)
(JPG ， BMP ， TIFF ， GIF 等) 以及Grid (文件組合) ， 其中Grid 是ArcGIS 柵
格數(shù)據(jù)的工作格式。同時(shí)， ArcGIS 也接受如遙感數(shù)據(jù)IMAGINE ( .img) 等。
同矢量數(shù)據(jù)一樣， 柵格數(shù)據(jù)也可以保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。
