ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程

《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》是作者在总结多年教学与研究经验的基础上编写完成，主要介绍了ArcGIS的使用基础、ArcGIS空间分析工具以及地学分析实例。内容包括：ArcGIS简介、ArcMAP基础操作、数据的创建与编辑、数据变换、矢量数据的空间分析、栅格数据的空间分析、三维分析、空间统计分析、水文分析以及空间分析建模等。此外，《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》还配有具典型性意义的实例分析及大量的随书练习材料，并在光盘中辅以相应数据，以便于学生课后练习和复习。

目录
前言
第一章 导论 1
1.1 地理信息系统 1
1.1.1 基本概念 1
1.1.2 GIS系统构成 1
1.1.3 GIS功能与应用 3
1.1.4 GIS技术与发展 4
1.2 GIS空间分析 6
1.2.1 空间分析 6
1.2.2 基于GIS的空间分析 7
1.2.3 常用GIS平台空间分析功能比较 9
1.3 ArcGIS 9概述 10
1.3.1 ArcGIS 9体系结构 10
1.3.2 ArcGIS 9软件特色 12
1.3.3 ArcGIS 9空间分析 14
第二章 ArcGIS应用基础 15
2.1 ArcMap基础 15
2.1.1 ArcMap的窗口组成 15
2.1.2 新地图文档创建 19
2.1.3 数据层的加载 20
2.1.4 数据层的基本操作 21
2.1.5 数据层的保存 25
2.2 ArcCatalog应用基础 26
2.2.1 ArcCatalog基础操作 26
2.2.2 目录内容浏览 29
2.2.3 数据搜索 31
2.2.4 地图与图层操作 33
2.2.5 地理数据输出 34
2.3 Geoprocessing空间处理框架 35
2.3.1 空间处理框架的基本介绍 35
2.3.2 ArcToolbox应用基础 38
2.3.3 ArcToolbox内容简介 39
第三章 空间数据的采集与组织 41
3.1 Shapefile文件创建 41
3.1.1 创建Shapefile和dBASE表 41
3.1.2 添加和删除属性项 42
3.2 Coverage文件创建 43
3.2.1 创建新的Coverage和INFO表 43
3.2.2 建立拓扑 45
3.2.3 定义Coverage的坐标系统 45
3.2.4 Coverage维护操作 47
3.3 Geodatabase数据库创建 48
3.3.1 Geodatabase概述 48
3.3.2 Geodatabase建立的一般过程 50
3.3.3 创建一个新的Geodatabase 51
3.3.4 建立数据库中的基本组成项 52
3.3.5 向Geodatabase加载数据 56
3.3.6 进一步定义数据库 63
3.4 数据编辑 82
3.4.1 图形编辑 82
3.4.2 属性编辑 92
3.5 实例与练习 93
3.5.1 某地区地块的拓扑关系建立 93
3.5.2 某市区几何网络的建立 100
第四章 空间数据的转换与处理 106
4.1 投影变换 106
4.1.1 定义投影 107
4.1.2 投影变换 109
4.1.3 数据变换 111
4.2 数据格式转换 117
4.2.1 数据结构转换 118
4.2.2 数据格式转换 120
4.3 数据处理 122
4.3.1 数据裁切 122
4.3.2 数据拼接 125
4.3.3 数据提取 128
4.4 练习：数据更新变换 130
第五章 空间数据的可视化表达 137
5.1 数据符号化 137
5.1.1 矢量数据符号化 138
5.1.2 栅格数据符号化 148
5.2 专题地图编制 152
5.2.1 版面设计 152
5.2.2 制图数据操作 155
5.2.3 地图标注 163
5.2.4 地图整饰 166
5.2.5 地图输出 177
5.3 实例与练习——制作上海市行政区划图 178
第六章 GIS空间分析导论 183
6.1 空间分析的数据模型 183
6.2 GIS空间分析的基本原理与方法 186
6.2.1 栅格数据分析的模式 186
6.2.2 矢量数据分析方法 189
6.2.3 空间统计分析与内插 191
6.2.4 三维空间分析 193
6.3 ArcGIS 9空间分析模块和功能 194
第七章 矢量数据的空间分析 196
7.1 缓冲区分析 196
7.1.1 基本概念 196
7.1.2 缓冲区的建立 196
7.2 叠置分析 202
7.2.1 图层擦除(Erase) 202
7.2.2 识别叠加(Identity) 204
7.2.3 交集操作(Intersect) 206
7.2.4 对称区别(Symmetrical Difference) 208
7.2.5 图层合并(Union) 209
7.2.6 修正更新(Update) 211
7.3 网络分析 212
7.3.1 网络的组成和建立 213
7.3.2 网络分析的预处理 213
7.3.3 网络分析的基本功能和操作 219
7.4 实例与练习 233
7.4.1 市区择房分析 233
7.4.2 最短路径问题分析与应用 242
第八章 栅格数据的空间分析 248
8.1 设置分析环境 248
8.1.1 加载分析模块 248
8.1.2 设置工作路径 249
8.1.3 设置单元大小 249
8.1.4 设置分析区域 250
8.1.5 选择坐标系统 251
8.1.6 管理过程文件 251
8.2 距离制图 252
8.2.1 距离制图基础 252
8.2.2 直线距离 254
8.2.3 区域分配 255
8.2.4 成本距离加权 256
8.2.5 最短路径 257
8.3 密度制图 258
8.4 表面分析 260
8.4.1 栅格插值 260
8.4.2 等值线绘制 265
8.4.3 地形因子提取 266
8.4.4 山体阴影 270
8.5 统计分析 271
8.5.1 单元统计 271
8.5.2 邻域统计 272
8.5.3 分类区统计 275
8.6 重分类 277
8.6.1 新值替代 277
8.6.2 旧值合并 278
8.6.3 重新分类 279
8.6.4 空值设置 280
8.7 栅格计算 280
8.7.1 数学运算 281
8.7.2 函数运算 282
8.7.3 栅格计算器 283
8.8 实例与练习 285
8.8.1 学校选址 285
8.8.2 寻找最佳路径 290
8.8.3 熊猫分布密度制图 295
8.8.4 GDP区域分布图的生成与对比 298
8.8.5 山顶点的提取 304
第九章 三维分析 308
9.1 创建表面 308
9.1.1 栅格表面的创建 309
9.1.2 TIN表面的创建 313
9.2 表面分析 317
9.2.1 计算表面积与体积 318
9.2.2 坡度与坡向的计算 318
9.2.3 可视性分析 320
9.2.4 提取断面 323
9.2.5 表面阴影 324
9.2.6 表面长度的计算 326
9.3 ArcScene三维可视化 328
9.3.1 要素的立体显示 328
9.3.2 设置场景属性 332
9.3.3 飞行动画 335
9.4 数据转换 340
9.4.1 二维要素三维化 340
9.4.2 表面数据的矢量转换 341
9.5 实例与练习 343
9.5.1 地形指标提取 343
9.5.2 地形特征信息提取 349
9.5.3 表面创建及景观图制作 352
9.5.4 污染物在蓄水层中的可视化 356
9.5.5 模拟场景飞行 360
第十章 地统计分析 363
10.1 地统计基础 363
10.1.1 基本原理 363
10.1.2 克里格插值 368
10.1.3 ArcGIS地统计分析 369
10.2 探索性数据分析 372
10.2.1 数据分析工具 372
10.2.2 检验数据分布 381
10.2.3 寻找数据离群值 382
10.2.4 全局趋势分析 384
10.2.5 空间自相关及方向变异 385
10.2.6 多数据集协变分析 387
10.3 空间确定性插值 388
10.3.1 反距离加权插值 388
10.3.2 全局多项式插值 392
10.3.3 局部多项式插值 395
10.3.4 径向基函数插值 398
10.4 地统计插值 401
10.4.1 克里格插值基础 401
10.4.2 普通克里格插值 403
10.4.3 简单克里格插值 408
10.4.4 泛克里格插值 411
10.4.5 指示克里格插值 414
10.4.6 概率克里格插值 416
10.4.7 析取克里格插值 418
10.4.8 协同克里格插值 421
10.5 练习：克里格方法内插生成高程曲面 422
第十一章 水文分析 429
11.1 无洼地DEM生成 429
11.1.1 水流方向提取 429
11.1.2 洼地计算 431
11.1.3 洼地填充 435
11.2 汇流累积量 436
11.3 水流长度 438
11.4 河网的提取 439
11.4.1 河网的生成 439
11.4.2 Stream Link的生成 440
11.4.3 河网分级 442
11.5 流域的分割 443
11.5.1 流域盆地的确定 443
11.5.2 汇水区出水口的确定 444
11.5.3 集水流域的生成 445
11.6 实例与练习 446
11.6.1 山脊、山谷线的提取 446
11.6.2 地形鞍部的提取 449
11.6.3 沟谷网络的提取及沟壑密度的计算 452
第十二章 空间分析建模 456
12.1 空间分析模型与建模 456
12.1.1 空间分析模型及其分类 456
12.1.2 空间分析建模 457
12.2 图解建模 458
12.2.1 基本概念及类型 458
12.2.2 图解模型的形成过程 460
12.2.3 实例分析 463
12.3 脚本文件 466
12.3.1 简介 466
12.3.2 脚本编写基础 467
12.3.3 创建脚本文件 467
12.4 实例与练习 471
12.4.1 明暗等高线制作 471
12.4.2 提取坡向变率(SOA) 475
参考文献 479

　　《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》：
　　第一章 导论
　　随着信息社会的到来，人类社会进入了信息大爆炸的时代。面对海量信息，人们对于信息的要求发生了巨大变化，对信息的广泛性、精确性、快速性及综合性要求越来越高。随着计算机技术的出现及其快速发展，对空间位置信息和其他属性类信息进行统一管理的地理信息系统也随之快速发展起来，在此基础上进行空间信息挖掘和知识发现是当前亟待解决的问题，也是GIS研究的热点和难点之一。地理信息系统空间分析也越来越凸显出其重要作用。
　　1.1 地理信息系统
　　1.1.1 基本概念
　　地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是在计算机软硬件支持下，对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统处理和管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，主要用于分析和处理一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。
　　1.1.2 GIS系统构成
　　一个完整的地理信息系统主要由四个部分构成，即硬件系统（含网络系统）、软件系统、地理空间数据和系统管理操作人员。其中计算机软、硬件系统是GIS使用工具，空间数据库反映了GIS的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表达方式。
　　1．硬件系统
　　计算机硬件系统是计算机系统中的实际物理配置的总称，可以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件或装置，是GIS的物理外壳。系统的规模、精度、速度、功能、形式、使用方法甚至软件都与硬件有极大的关系，受硬件指标的支持或制约。GIS由于其任务的复杂性和特殊性，必须由计算机设备支持。构成计算机硬件系统的基本组件包括输入/输出设备、中央处理单元、存储器等。这些硬件组件协同工作，向计算机系统提供必要的信息，使其完成任务，也可以保存数据以备现在或将来使用，或将处理得到的结果或信息提供给用户。
　　当代GIS技术体系中，网络系统成为不可或缺的核心组件，基于网络环境的GIS，是现代GIS的重要特征，也代表着未来的发展方向。
　　2．软件系统
　　GIS运行所需的软件系统如下：
　　（1）计算机系统软件
　　通常包括操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、库程序以及各种维护使用手册、程序说明等，是GIS日常工作所必需的软件。
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