常用地理信息系统软件介绍

山西农业大学资源环境学院1常用地理信息系统软件介绍1概述2Arc/Info3MapGIS4GeoStar5SuperMap山西农业大学资源环境学院21概述自1963年加拿大建立了世界上第一个实用的地理信息系统——加拿大地理信息系统CGIS，包括美国、澳大利亚、德国、荷兰、日本、中国等国家都非常重视对GIS软件的应用和研究。20世纪80年代，GIS技术不断发展并走向成熟，并涌现了一批有代表性的GIS软件，如ArcInfo、GenaMap、Spans、MapInfo、ERDAS、MGE、TIGRIS、MicroStation、SICAD、IGDS/MRS，ILWIS、System9这些软件中，分别在矢量绘图、栅格影像处理、空间数据存贮管理、专题图制作、空间分析等某些方面具有各自独到之处，其中ArcInfo以其整体功能强大和全面而出色的空间分析技术而最具代表性。常用地理信息系统软件介绍山西农业大学资源环境学院3GIS软件发展历程GIS软件在我国的发展：主要经历了三个阶段：一是引进国外GIS软件，主要应用国外软件的功能进行专业领域的应用，如中国科学院利用ArcInfo进行了黄土高原水土流失地理信息系统；二是在引进GIS软件的基础上进行二次开发，对这些引进的软件进行定制，解决专业应用领域的实际问题；三是进行自主版权的GIS开发。1概述山西农业大学资源环境学院4当今我国GIS软件发展近十几年的时间，我国GIS软件发展很快，应用领域不断扩大，相继研发了一些比较优秀的GIS软件平台，如中国地质大学武汉中地信息工程有限公司的MapGIS、北京大学的CityStar、武汉大学的GeoStar、中国科学院北京超图地理信息技术有限公司的SuperMap、中国林业科学院的ViewGIS等，这些国产GIS软件的出现打破了国外GIS软件对我国市场的垄断，开创了用计算机编制地学图件、地理空间信息化管理以及决策支持的新时代。GIS软件应用和开发，已经深入资源管理、城市规划、市政工程、交通运输、邮电通讯、公安急救、市场销售、金融保险、水利电力、环境保护、科研教育等各个行业领域，促进和带动了一些相关产业的发展。山西农业大学资源环境学院52Arc/Info一、ESRI系列产品简介二、Arc/Info的数据组织三、ArcInfo的模块体系四、Arc/Info的功能五、ArcInfo的二次开发山西农业大学资源环境学院6ESRI系列产品简介美国国系统研究所(EnvironmentSystemResearchInstitute，ESRI)是世界最名的GIS软件研究和开发机构，目前其新一代软件产品ArcGIS9X是世界上应用非常广泛的GIS之一，是GIS领域的标准。2004年推出的ArcGIS9X是ESRI在继承已有成熟技术的基础上，整合了GIS与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其他方面的计算机主流技术，成功开发出的新一代GIS平台。ArcGIS是一个统一的平台，由3个重要部分组成：桌面软件（Deskpro）、数据通路（ArcSDE）和网络软件（ArcIMS）。山西农业大学资源环境学院7Arc/Info的数据组织（一）数据组织体系1．地理数据库2．层类（Coverage）3．地理特征4．对象组件数据组织（二）数据拓扑结构1．弧段-结点拓扑结构2．多边形-弧线拓扑结构3．多边形-多边形拓扑结构山西农业大学资源环境学院8数据组织体系1．地理数据库ArcInfo描述两类地理数据——空间数据和属性数据。这些数据组织在一个地理数据库中。为了能有效地利用数据，在地理数据库中，不同类型的数据按照不同结构存储。属性数据存储在数据库中，地理特征按信息的类型和主题组织为一些层次，每层称为一个Coverage。2．层类（Coverage）一个层类即一个Coverage。Coverage是ArcInfo的基本存储单元，它是地图某个专题的地理特征的空间信息的逻辑集合。通常一个Coverage只描述一种类型的地图要素，如道路、居民区、土壤单元、森林分布等。山西农业大学资源环境学院9数据组织体系Coverage由表示某种主题的多边形、线或点要素组成，它们由系统分配的内部顺序号（Cover#）和用户指定的用户标识号(Cover-ID)进行标识。Coverage是地理关系模型的体现，它同时包含指定区域内地理特征的位置数据和属性数据，并可以通过内部顺序号实现它们的有效连接。3．地理特征在ArcInfo中，地理特征是描述Coverage的最基本的数据单位。最常见的地理特征类型包括弧（Arc），结点（Node），标识点（LabelPoint）和多边形（Po1ygon），除此之外，还有一些其他的特征类型。例如，道路、河流Coverage由线状特征（弧）山西农业大学资源环境学院10数据组织体系构成，地块Coverage由面状特征（多边形）构成。这些特征类型可以看成是对现实世界地理现象的高度抽象和概括。4．对象组件数据组织ArcInfo采用面向数据库的地理关系模型，十几年来获得了成功的应用。在这个模型中，地理数据的几何和拓扑关系由文件管理，而其属性则存储在数据库管理系统（DBMS）中。这个模型强调几何特性，它把世界描述成一系列点、线、面，而几何算子用另外的过程（AML脚本）描述。多年来，这个模型以其灵活性、可扩展性和高效性满足了很多G1S用户的需求。这一模型有其缺点，描述丰富的地理对象有一定的局限性，山西农业大学资源环境学院11数据组织体系扩展为针对用户或领域的要素模型较为困难。针对这一问题，ArcInfo8以后版本的对象／组件数据模型引入了基于对象的数据模型。用这一模型可以把对象的状态和行为集成到GIS中。对象的状态可看成对象的属性（例如，对于一块农田，它可以是作物类型、有机质含量、土壤质地、土壤PH值等）。行为是可对对象进行的操作或算子（例如，对农田数据可以创建、删除、分割和合并）。山西农业大学资源环境学院12数据拓扑结构在GIS中，拓扑关系是描述地理实体间空间上的关系，包括要素间的相邻、关系和包含等关系。拓扑结构是用来表示拓扑关系的数据结构，通过存储要素间的位置信息，为空间地理分析提供基础，并且节省了存储空间，避兔了频繁检索坐标的过程，提高了处理效率。ArcInfo按照相连线段之间和点之间的拓扑关系，通过一系列弧、标识点直接地表示所有地图要素。ArcInfo中提供了弧段-结点、多边形-弧线和多边形-多边形3种拓扑结构。山西农业大学资源环境学院13数据拓扑结构1．弧段-结点拓扑结构在数字化弧段时，ArcInfo将每个弧段与其起始结点和终止结点进行拓扑关联，并记录在ARC文件中。利用弧段-结点的拓扑结构（如图10-8和表10-1所示），可以获得以下几个方面的信息：（1）弧线与其端结点的相连性；（2）弧线的方向，即从起始结点到终止结点的方向。（3）弧线的长度，即从起始结点到终止结点量测的长度。（4）连通性。如果弧与弧有公共结点，则称弧与山西农业大学资源环境学院14数据拓扑结构弧连通。连通性是网络分析中网络跟踪和路径分析操作的基础。山西农业大学资源环境学院15数据拓扑结构2．多边形-弧线拓扑结构多边形-弧线拓扑结构应用非常简单，它用来定义区域。一个多边形由一系列组成它的边界的弧来确定，包括那些在多边形里边的“洞”或“岛”（如图10-9和表10-2所示）。ArcInfo使用多边形-弧线拓扑结构来定义多边形时，并不直接存储坐标信息，而是在PAL文件中由组成多边形的弧来定义多边形。图2．16中，弧线的列表按顺时针方向由每个弧段的内部顺序号顺序组成。在多边形弧线表中，一条弧的顺序号为负，则说明该弧在完成多边形循环时，是按从终止结点到起始结点的方向通过的。岛则通过在该岛多边形列表前加“0”来标记山西农业大学资源环境学院16数据拓扑结构第一个多边形总是定义为Coverage的外部多边形。山西农业大学资源环境学院17数据拓扑结构3．多边形-多边形拓扑结构在建立多边形时，＾nc／mrO将每条弧的左／右grili形内部］IM序号添加到ARc文件中，如图10-10所示。左／右多边形拓扑结构定xIT邻接性。如果两个多边形拥有公共ili（弧线），则认为两个多边形相互邻接。由于一个多边形边界的每条弧（都有方向）都有左／右多边形值，就很容易知道叼）些多边形是相专；的。在图10-10中，我们就很容易知道多边形3与2，多边形3与4等的相邻性。山西农业大学资源环境学院18数据拓扑结构山西农业大学资源环境学院19ArcInfo的模块体系（一）核心模块1．ARC2．INFO3．ARCEDIT4．ARCPLOT5．MAPLIBRARIAN6．ADS山西农业大学资源环境学院20ArcInfo的模块体系（二）扩展模块1.NETWORK2.TIN3.COGO4.GRID5.ARCSCAN6.ARCSTORM山西农业大学资源环境学院21核心模块ArcInfo的主要模块包括ARC、INFO、ARCEDIT、ARCPLOT和MAPLIBRARIAN。1．ARCARC是ArcInfo的主要程序环境，它提供了启动其他子系统的命令，并有很强的能力实现工作空间和文件管理操作，如列表显示、改名字、拷贝、删除和描述地图数据文件；数据转换，如DXF到ArcInfo的转换；地图Coverage的数字化和编辑；地图数据自动化中发现错误和检索错误；坐标投影和变换；特征属性的管理和操作；空间和属性分析操作，如特征缓冲区、地图叠置、最近邻域分析和累计统计报告等。山西农业大学资源环境学院22核心模块2．INFOINFO是一个完全的关系数据库管理系统，它管理着与地图Coverage中的地理特征相联系的表格数据。ArcInfo通过内部标识号将地图特征与作为INFO数据文件存储起来的地图特征属性表相联系，并对它们进行更新和维护。INFO提供了定义新文件数据、修改已有数据文件、数据文件输入和更新以及分类、查询和统计等基本功能。3．ARCEDITARCEDIT是一个交互式图形编辑系统，它把CAD功能和地理数据库编辑的能力结合在一起。ARCEDIT山西农业大学资源环境学院23核心模块提供了地图（Coverage）数字化的所有功能和图形与属性编辑的一系列功能。例如，用特定符号显示、诊断和修改数字化时产生的错误，实现图幅伸缩（RubberSheeting）和图幅边缘匹配；强大的注记编辑功能，可以方便地添加、删除、移动和更新注记以及调整注记的排列方式，根据点、线和面特征来确定注记的位置和形状等；与特征相关的表格属性的编辑和维护。ARCEDIT以地图特征为基本编辑单元，可以移动、拷贝、增加、删除、改形和更新点、线、面以及地图注记，甚至线间独立的顶点也能被移动、增加或删除。线段能够被改形、样条化或校直，拐角能够变成直角，还可产生平行线。山西农业大学资源环境学院24核心模块4．ARCPLOTARCPLOT是ArcInfo的交互式制图和绘图子系统，完成从简单的屏幕显示到高质量的制图输出等多种绘图任务。ARCPLOT有丰富的制图命令，按地理属性类型，用不同的符号来显示和输出地图。此外，使用地图制作器可以很容易地建立高品质的地图，可以方便地交互修改地图设计，为地图加上指北箭头、标志、图例、比例尺条和图廓线。5．MAPLIBRARIANArcInfo为了高效率地插入、存储和提取地理数据，由LIBRARIAN提供了一个独创的系统来管理大型山西农业大学资源环境学院25核心模块制图数据库。它把地理数据从水平方向上分成矩形或其他形状的块（Tile），在垂直方向上分成层(Layer),使用一个内部的空间索引系统，对图库进行检索。图库块的索引结构与数据无关，数据的插入和提取速度快，可自动分割和建立索引，并可通过地图变量，提取和显示数据子集。6．ADSADS是一个简单的ARC数字化系统。它用于数字化，并实现线、面和点特征的编辑。ADS由菜单接口，提供了一套完整的数字化功能。数字化以后，ArcInfo提供软件自动