ArcGIS缓冲区分析叠加分析综合案例练习Word文档格式.docx
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它与双线性插值法类似；
不过，它使用较大的矩阵对数据进展重采样。
〕
图1.1四份原始数据的空间信息属性
图1.2添加数据无空间参考时弹出对话框提示
图1.3首次添加栅格数据时提示是否为数据创立金字塔
二、实验数据预处理
本次案例提供数据中的fanwei数据为Coverage格式，在当前Arcgis10.2的环境下无法对其进展投影等操作，因此需要将其转换为Shapefile格式后才能对其进展投影操作。
其次，原始数据中的热振森林公园图栅格数据中有经纬度格网，但经纬度格网交点处经纬度数值与数据框右下角数值稍有差异，因此本着学习知识的态度而且尽量防止前人使用过数据对本次实验造成影响，预处理时删除栅格数据中除了栅格图以外的其他信息，之后再对数据重新进展地理配准。
2.1将fanwei数据转为Shapefile格式
方法一〔在ArcCatalog中导出为Shapefile〕：
直接在ArcCatalog中右键点击fanwei图层中的polygon要素，选择“导出—转为Shapefile〞，如图2.1，弹出“要素类至要素〞对话框，选择输入要素和输出位置并为输出的Shapefile文件命名，点击确定后即可完成转换，如图2.2。
图2.1转为Shapefile方法一
图2.2要素至要素类对话框
方法二〔在ArcMap中导出为Shapefile〕：
先将数据添加至数据框中，右键单击数据，选择“数据—导出数据〞选项翻开“导出数据〞对话框，如图2.3，选择导出所有要素，坐标系信息目前先不设置，直接选源数据〔源数据无空间参考信息〕，点击“浏览〞选择输出要素类位置时翻开“保存数据〞对话框，选择保存位置，输入新文件名称，并将保存类型选择为“Shapefile〞，如图2.4，点击确定后即可将数据转换为Shapefile格式。
图2.3转为Shapefile方法二
图2.4保存数据对话框
将fanwei数据中的Polygon要素转换为Shapefile格式后，将arc要素也转换为了Shapefile格式，实验中很可能用得到。
注：
Coverage格式数据的要素类型包括根本要素类型、复合要素类型、辅助要素类型三大类，根本要素类型包括标注点LabelPoint、线Arc、多边形Polygon三类，其中多边形Polygon表示面状区域，边界由Arc构成。
2.2删除“热振森林公园图〞栅格数据的多余信息
将栅格数据复制到该步骤对应文件夹中，仅保存“JPG文件〞和“XML文档〞格式的两个文件作为后续试验原始数据，其余全部删除，此时假设将栅格数据添参加数据框中，那么栅格数据左上角第一个像元中心点的坐标将变为〔0,0〕，如图2.5。
图2.5栅格数据左上角第一个像素中心坐标值为〔0,0〕
三、地理配准
一般通过以下方法获取栅格数据：
扫描地图、收集航空像片和卫星影像。
扫描的地图数据集通常不包含空间参考信息〔嵌入于文件中或作为单独的文件〕。
航空摄影和卫星影像提供的位置信息通常不够充分，无法与其他现有数据完全对齐。
因此，要将这些栅格数据集与其他空间数据结合使用，通常需要将这些数据对齐或配准到某个地图坐标系，这个过程称为地理配准。
本实验将对“热振森林公园图〞进展地理配准。
本例中的栅格数据“热振森林公园图〞便没有空间参考信息〔不具有坐标系信息且预处理过后栅格图的坐标不正确，如图3.1，因此需要进展地理配准操作。
图3.1未配准之前坐标信息不正确
3.1方法一〔创立地理参考〕：
3.1.1新建保存点位坐标文档
首先从栅格数据中可读出经纬格网中四个经纬度交点的经纬度信息，并将之写入TXT文本或者Excel文档中，如图3.2所示〔单位选用“十进制度〞，本例中ABCD四点分别为栅格图像由左上点、右上点、右下点、左下点〕。
图3.2在Excel文档中输入控制点坐标
3.1.2显示地理参考点位并保存为Shapefile格式
点击ArcMap菜单中的“文件—添加数据—添加XY数据〞选项，如图3.3，弹出“添加XY数据〞对话框，设置X字段为经度L，Y字段为纬度B，如图3.4。
或者可以右键单击容列表中的图层，选择“添加数据〞将Excel表添参加图层中，再右键单击Excel表格并选择“显示XY数据〞，如图3.5，弹出“显示XY数据〞对话框中的设置容与“添加XY数据〞中一样，两种方法均可将准确坐标值的点位导入ArcMap数据框中，导入ArcMap数据框中的结果及其空间参考属性信息如图3.7。
图3.3添加XY数据
图3.4添加XY数据对话框
3.5显示XY数据
3.6提示没有Object-ID字段
此时创立的空间参考点文件具有栅格数据格网交点的正确坐标数值信息但是不具备坐标系信息，而且由于属性表没有Object-ID字段因此无法选择或编辑图中的点数据，但可以用将其导出为ShapeFile格式的方法为其自动穿件Object-ID字段和属性，之后便可以对数据进展查询、编辑和使用。
图3.7添加至数据框的XY数据
四个控制点在数据框中显示出之后按照上文中“将fanwei数据转为Shapefile格式〞中的方法二步骤将四个控制点保存为Shapefile文件。
3.1.3为地理参考图层文件建立空间参考信息
为控制点文件定义空间参考。
使用ArcToolBox中“数据管理工具—投影和变换—定义投影〞工具将控制点Shapefile文件〔“Pointshp〞〕定义投影为道路矢量数据“road〞的地理坐标系〔可以在选择坐标系时选择导入坐标系，如图3.8，或者在同一数据框中同时翻开“Pointshp〞和“road〞两份数据，选择坐标系是选择“图层〞分类中road的空间参考信息如图3.9，或定义数据框的空间参考为“road〞数据的地理坐标系，再翻开“Pointshp〞数据，右键点击“Pointshp〞数据，选择“数据—导出数据〞选项，选择“使用数据框一样的坐标系〞，如图3.10〕。
图3.8导入坐标系
图3.9选图层中数据坐标系
图3.10选择数据框坐标系
对“Pointshp〞文件进展投影。
使用ArcToolBox中“数据管理工具—投影和变换—要素—投影〞工具将“Pointshp〞文件的地理坐标系投影为“dem〞数据所使用的投影坐标系，以便将栅格数据直接配准到“dem〞数据所用的投影坐标系，选择输出坐标系的方法与上一步“为控制点文件定义空间参考〞中的方法一样〔此处选择导入dem空间参考方法有时会发生中央子午圈经度发生变化的现象，应多加留意〕，投影后文件命名为“Pointprj〞。
3.11投影
3.1.4对栅格数据进展地理配准
对空白数据框中先导入“Pointprj〞文件，然后将欲配准的栅格数据“热振森林公园图〞导入数据框中。
先将“地理配准〞工具条〔工具条中图层选择框后的工具分别为添加控制点、自动对位、选择、缩放至、删除、查看器、查看表、旋转〕中的“自动校正〞取消〔不取消也可，只是取消后保存校正后结果时会出现更多项选择项〕，然后选择地理配准工具条的“添加控制点“功能，地理配准条如图3.12。
图3.12地理配准工具条
依次鼠标左键点击栅格图上的经纬网交点与对应的控制点〔点击栅格图上交点时应尽量放大图片以使得选择更准确，点击矢量图层Pointprj上控制点前可以在工具条中开启捕捉功能以准确点到控制点〕，如图3.13、图3.14。
图3.13栅格图上选控制点后缩放至地理参考图层
图3.14选择地理参考图层中相应控制点
图3.15只选三个连接点时的残差表
图3.16选完四个连接点后之前连接点发生变化并产生残差
如图3.15、图3.16所示。
只选择三个连接点时连接点残差均为0，而继续增加连接点后开场产生残差。
本例中选择了彷射变换〔变换方法为平移、拉伸、缩放、旋转〕，其中包括了6个未知量〔X、Y平移、X、Y轴方向上的拉伸、缩放比例以及旋转角度〕而在图中由三个点位配准过程中的X、Y量偏移量刚好可以得到6个方程，因此此时得到唯一结果，不会产生误差，因此RMS总误差以及残差均为0。
但是为了检查出配准错误，配准过程中使用三个以上的控制点，从而产生了残差〔由前三个控制点已可以确定出其余控制点的“期望位置〞，配准其余控制点时就与这个“期望位置〞产生偏差，从而计算出残差值，再将这个残差值以一定比例分配在所有控制点中〔由图3.15、图3.16所比照，在增加了第四个控制点后第三个控制点也产生了残差，另外两个控制点情况一样〕进而得到RMS总误差。
二阶三阶样条差值除了放射变换的平移、拉伸、缩放、旋转方法外还会使得栅格图想发生“扭曲现象〞，一般这两类方法要求控制点数较多，三次样条差值至少需要10个以上的控制点。
而且样条差值的方法可以到达局部围精度最优，而非全局考虑。
当获得通用公式并将其应用到控制点后，会返回误差〔残差〕的测量值。
误差就是起点所落到的位置与指定的实际位置〔终点位置〕之间的差。
通过利用所有残差的均方根（RMS）总和计算RMS误差（RMSE）
，再利用RMS误差计算得到总误差。
此值可描述变换在不同控制点〔〕之间的一致程度。
当误差非常大时，可通过先移除控制点再添加控制点来校正误差。
尽管RMS误差是评估变换精度的一种重要依据，但是不能将低RMS误差与准确配准相混淆。
例如，变换可能因为输入的控制点较少而仍包含显著的误差。
同等质量的控制点使用得越多，多项式就可越准确地将输入数据转换到输出坐标。
通常，校正变换和样条函数变换可以使RMS接近于零或等于零；
不过，这并不意味着影像将得到完美的地理配准。
如选取不准确欲重新配准可以点击地理配准工具条中的“查看连接表〞，将弹出“〞属性表，其中列出了各个控制点的映射情况，检查各控制点残差〔Residual〕及均方差〔TotalRMS〕，对控制点进展修改使其到达符合要求。
选择错误点进展删除，也可在连接表界面保存点，以便之后再次调用或修改，如图3.17。
选择好点后点击“校正〞，弹出“另存为〞对话框，选择输出位置，为新文件命名，选择栅格数据格式和重采样方法，〔ResampleTyple重采样方法有三种：
NearestNeighbor〔最近邻法〕、BilinearInterpolation〔双线性插法〕和CubicConvolution〔立方卷积法〕，最近邻法不改变输入像元的值，适合与栅格地图的空间配准；
双线性插法稍好，适合于遥感影像数据的空间配准；
立方卷积法最光滑，应用最少。
〕完成栅格图的配准，如图3.18。
配准结果如图3.19。
图3.17配准连接表
图3.18配准后保存
3.19配准结果
3.2方法二〔为控制点输入坐标值〕：
3.2.1添加栅格数据
在ArcCatalog中用鼠标左键选中欲进展地理配准的栅格数据“RasterGY〞直接拖入ArcMap界面中。
此时数据本身没有坐标系信息，数据框也没有空间参考信息，因此图框右下角的坐标值显示为位置单位。
3.20导入数据
3.2.2设置图层数据框的坐标参考系统并选择数据框的数据单位
将数据框的坐标系修改为GCS_Krasovsky_1940的地理坐标系〔即与Road图层一样的坐标系〕，然后将数据框的单位设置为“度分秒〞。
〔由于栅格图中可直接读出经纬度坐标，比拟方便〕。
3.21修改数据框坐标系
3.22修改数据框显示单位
3.2.3输入控制点坐标值
将图层显示围放大到东经91°
30′，北纬30°
25′处附近区域，选择地理配准工具条中的“添加控制点〞工具，在栅格数据中添加控制点〔考前须知与方法一一样〕，添加控制点后不移动鼠标并直接点击右键，如图3.23，选择输入经度和纬度，如图3.24。
〔假设不预先设置数据框的空间参考信息那么只能选择“输入X,Y坐标〞，假设选“输入X,Y坐标〞也可直接输入经纬度在十进制度单位下的数值〕
图3.23选择控制点
图3.24输入经纬度
3.2.4配准结果
查看残差表合格后后点击“校正〞，如图3.25，弹出“另存为〞对话框，选择输出位置，为新文件命名，选择栅格数据格式和重采样方法完成栅格图的配准，如图3.26。
图3.25点击“地理配准下〞的“校正〞
图3.26另存为对话框
配准完成后的结果如图3.27，数据的坐标在正常围。
图3.27配准结果
四、统一坐标系，将四幅数据嵌套到一起。
使用ArcToolBox中的“数据管理工具—投影和变换—定义投影〞工具为配准后的栅格数据定义与“dem〞数据一样的坐标系，以同样的方法为“fwpolygonshp〞定义坐标系。
〔方法之前已提到，假设配准时为按照经纬度配准，那么定义为“road〞的坐标系，而后再通过“数据管理工具—投影和变换—栅格—投影栅格〞工具，如图4.1投影为“dem〞数据的坐标系，如图4.2，或者按经纬度配准的栅格就定义为“road〞的坐标系，而把“dem〞数据的坐标系进展转换。
建议使用投影坐标系，以便于之后进展空间分析。
图4.1投影栅格工具
此时四份数据都有了空间参考信息，在同一数据框下翻开已可以嵌套在一起〔“road〞的坐标系虽为地理坐标系但是与其他三份数据的投影坐标系是基于同一椭球的，因此在导入同一数据框时进展了动态投影〔假设第一份添加的数据为“road〞那么为其他三份数据进展动态投影〕在数据框中位置一样〕，但为了继续进展空间分析，还需使用ArcToolBox中“数据管理工具—投影和变换—要素—投影〞工具对“road〞数据进展一次投影。
五、栅格数据矢量化
案例练习过程中会用到空间分析，而数据中只有道路、实验区Dem影像、围图层以及一栅格图，由实验要求可知在分析过程中至少还要用到居民地、河流、小蒿草草甸等数据，因此还需将栅格图像中的这局部数据进展矢量化。
5.1新建地理数据库
首先在ArcCatalog窗体中于实验存放目录右键单击文件夹，单击“新建—文件地理数据库〞创立文件地理数据库，命名为“RZSLGYUAN〞，如图5.1。
图5.1新建文件地理数据库
5.2新建要素类
在“RZSLGYUAN〞数据库中创立要素类，在本实验中欲创立线要素类“River〞、“RoadNew〞来存放图中的河流以及道路，面要素类“OAP〞〔OtherArtificialPlaces〕以及“KPM〞〔KobresiaPygmaeaMeadow〕来存放图中的“其他人造地区〞和“小嵩草草甸〞矢量数据，点要素类“OAPP〞用来存放图中的点状居民地以及放牧地点，如图5.2。
新建要素类时选择空间参考为本实验中统一的坐标系统：
的横轴墨卡托投影〔Krasovsky_1940_TransverseMercator〕，如图5.3，在添加字段界面可以多添加几个字段以备用，如图5.4。
图5.2新建要素类
图5.3为要素类设置XY坐标系
5.4属性表字段
5.3创立要素
在“编辑器〞工具条上，单击“编辑器—开场编辑〞后弹出要求选择需要编辑的图层对话框框，如图5.5。
选择好图层后点击“编辑器—编辑窗口—创立要素〞即可弹出“创立要素〞工具，如图5.6、图5.7，选择构造工具的模板之后便可开场创立要素以进展矢量化。
图5.5选择欲编辑的图层
图5.6编辑器
图5.7创立要素工具
在矢量化的过程中要缩放窗口界面至较大的比例尺，以期提高矢量化精度。
创立面要素过程中只需沿线创立面要素边界即可生成面要素，不管外凸图形或凹图形皆可用正常方法完成创立，其生成面的方法是用新建折点与起始折点连线扫过的区来生成面，同一区域假设被扫过奇数次那么生成面，扫过偶数次那么反选扫过面域，最终生成正确的面状区域，如图5.8、图5.9。
矢量化的过程中如果有节点选错位置可以在错误位置节点处单击右键选择“删除节点〞选项后重新选择节点，如图5.10。
图5.8奇数次扫过面域时生成面
图5.9偶数次扫过面域时取消生成面
图5.10删除错误折点
5.4保存矢量化结果
在添加节点完成后点击鼠标右键，选择“完成局部〞或者“完成草图〞选项即可完成编辑。
〔假设选择“完成草图〞，那么此次编辑的容将存为一个要素，假设选择“完成局部〞那么直至选择“完成草图〞前所编辑的所有容将保存为同一个要素。
5.11完成草图与完成部件
最后点击编辑器中的“保存编辑容〞按钮，即可将绘制好的草图容保存到图层中。
5.12保存编辑容
以此方法可以完成其他面图层的矢量化，线和点图层的矢量化步骤也与此一样。
六、提高空间数据质量
地理信息数据的数据构造比拟复杂，地物之间又存在很多拓扑关系，如果不进展拓扑检测就进展处理分析的话，很可能产生错误的分析结果，比方有时候如果多边形闭合不恰当，就无法得出正确的叠加分析结果。
拓扑管理能清晰地反映实体之间的逻辑构造关系，它比几何数据更具稳定性，可以有效地提高空间数据准确度和质量。
〔只有简单要素类才能参与拓扑，注记、尺寸等复杂要素类不能参与构建拓扑。
〕拓扑数据至少有三个优点：
首先是能确保数据质量和完整性，这是美国人口普查局最初使用拓扑的事实原因；
其次拓扑可强化GIS分析；
最后空间要素之间的拓扑关系使得GIS用户可执行空间数据查询。
例如访问一个县有多少所学校，一条河流流经哪些省份等等。
6.1拓扑编辑
首先创立一份要素数据集，再将需要进展拓扑编辑的要素类数据导入到要素数据集中。
〔假设要素数据集与欲导入其中的要素类处在同一地理数据库中那么无法使用批量导入〔显示要素已存在〕，单个导入时可以进展重命名，因此不会出现此类错误，假设向另一地理数据库中的要素类中导入要素那么可使用批量。
创立拓扑有两种方法，可以在ArcToolBox中实现也可在ArcCatalog中实现，本报告以在ArcCatalog中实现拓扑为例实现对数据的拓扑编辑。
6.1.1创立拓扑
新建要素数据集，如图6.1，右键单击新建的要素数据集选择“导入—要素类〔多个〕〞，如图6.2，弹出“要素类至地理数据库工具〞，将要素导入数据集中，如图6.3。
图6.1新建要素数据集
图6.2导入要素类
6.3要素类至地理数据库工具
导入过后所选要素将会显示在数据框中，如图6.4
图6.4导入完成自动显示
右键单击导入了要素的要素数据集，选择“拓扑〞，如图6.5，那么会弹出“新建拓扑〞对话框，如图6.6，按照提示进展操作。
图6.5建立拓扑
图6.6新建拓扑对话框
设定拓扑中每个图层要素的等级，等级最高为1，等级越高的图层被移动的越少，即等级不同的两个图层之间出现拓扑错误那么会优先修改等级低的要素图层，如图6.7。
图6.7设置要素等级
点击下一步后弹出指定拓扑规那么窗体，如图6.8。
点击“添加规那么〞按钮，在弹出的“添加规那么〞窗口中选择要参加拓扑的图层以及相应的拓扑规那么，如图6.9，假设为图层之间的拓扑那么还需选择第二个图层的要素类、点击保存规那么可以将拓扑规那么保存，遇到类似数据可以直接使用“加载规那么〞，再做修改。
图6.8设置拓扑规那么
图6.9添加规那么并查看错误类型
6.1.2验证拓扑并查看拓扑错误
建立拓扑后，弹出对话框询问是否立即验证，如图6.10，点击“是〞，后结果将直接显示在窗口中。
图6.10立即验证拓扑
在ArcCatalog中右键单击拓扑文件可以选择“验证〞再次验证拓扑，如图6.11，选择“属性〞也可以添加、移除和修改拓扑规那么。
如图6.12。
图6.11验证拓扑
图6.12属性窗口
验证拓扑结果如图6.13，点拓扑错误为浅粉色，面拓扑错误为深粉色。
图6.13拓扑验证结果
6.1.3拓扑编辑
拓扑工具条如图6.14，工具分别为“选择拓扑〞、“拓扑编辑工具〞、“修改边〞、“整形边工具〞“对齐边工具〞、“概化边缘〞、“共享要素〞、“验证选中围拓扑〞、“验证当前围拓扑〞“修复拓扑错误工具〞和“错误查看器〞。
图6.14拓扑工具条
点击“编辑器〞中的“开场编辑后〞，拓扑工具条变为可用，翻开错误检查器，可以查看错误信息和拓扑错误要素，如图6.15。
图6.15错误检查器
修复拓扑时要在错误检查器中右键点击错误，选择“缩放至〞，查看错误具体情况，然后点击拓扑工具条中的“修复拓扑错误工具〞，选中错误的点、线或者面，单击右键选择修复方法，“捕捉〞为连接至一定围的下一节点、“延伸〞可将线的末尾节点延伸至最近的线要素上、“修剪〞那么是将末尾节点移至指定围最近的详解线上。
悬挂节点假设为河流源头或道路起始位置可以标记为异常。
图6.16缩放至错误位置
图6.17修复错误
修复拓扑错误操作需要视情况修复，还可能用到“编辑器〞和“高级编辑〞中的各项功能，如图18。
图6.18编辑器和高级编辑
修改后图层中无拓扑错误，如
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