「GIS」ArcGIS向量空間分析（上）

0、GIS的基本概念

柵格資料與向量資料

上圖中，a為圖形模擬表示的地理物件，b為控制元件物件對應的柵格資料模型表示，c為對應的向量資料模型表示。下圖分別表示的是點、線、面的向量和柵格模型表示。

柵格圖

是一個規則的陣列，包含著一定數量的像元或者柵格；而

向量圖

是由一組描述點、線、面，以及它們的色彩、位置的資料，透過軟體演算法計算得到的圖形。

常用的柵格圖格式有：tif，png，jpeg/jpg等，處理軟體如PS；

常用的向量圖格式有：shp、eps、dwg、dxf等，處理軟體如AutoCAD、AI等。

ArcGIS可以同時處理柵格資料與向量資料，常用的柵格資料格式為tif，常用的向量資料格式為shapefile、coverage、TIN等。

GIS中常用的向量資料格式

shapefile

shapefile 是一種用於儲存地理要素的幾何位置和屬性資訊的

非拓撲

簡單格式。shapefile 中的地理要素可透過點、線或面（區域）來表示。shapefile 格式在應儲存在

同一專案工作空間

且使用

特定副檔名的三個

或更多檔案中定義地理配準要素的幾何和屬性

coverage

Coverage 是一種用於儲存向量資料的地理相關資料模型，它包含地理要素的空間（位置）資料和屬性（描述性）資料。Coverage 使用一組

要素類

來表示地理要素。每個要素類儲存一組點、線（弧）、面或註記（文字）。

Coverage 可以具有拓撲，用於確定要素間的關係。

Coverage檔案包括兩個資料夾，一個是info資料夾，一個是以檔名命名的資料夾（資料夾中重要檔案包括AAT。DBF、BND。DBF、PAT。DBF、TIC。DBF、PRJ和ARC等。其中，ARC是用於定義地物空間位置和關係的拓撲資料結構；PRJ是投影檔案；TIC是一個控制點檔案；BND是一個邊界檔案；PAT是一個多邊形屬性或點屬性表；AAT是一個弧段屬性。）

geojson

geojson是一種基於json的地理空間資料交換格式，它定義了幾種型別JSON物件以及它們組合在一起的方法，以表示有關地理要素、屬性和它們的空間範圍的資料。geojson是非常常見的地圖服務前後端傳輸格式。

topojson

topojson是 geojson 按拓撲學編碼後的擴充套件形式，對拓撲進行編碼。相比 geojson 直接使用 polygon、point 之類的幾何體來表示圖形的方法，topojson 中的每一個幾何體都是透過將共享邊（被稱為arcs）整合後組成的。

GIS中向量資料的資料層級

GIS中向量資料可以分為地圖層、資料層、要素層、幾何層及屬性層。

對於ArcGIS，當我們開啟一個包含向量資料的MXD檔案，會看到資料框及圖層。資料框將顯示以特定順序繪製的一系列圖層。每個

圖層都會引用

儲存在地理資料庫、coverage、shapefile 和柵格等中的資料集。每個圖層對應著一個要素類。比如在GIS中直接開啟CAD檔案，可以看到GIS將標註、點、線、面、多面體等按類分為單獨的圖層。對於每個向量圖層來說，裡面儲存的要素類只能有一種，或是點或是線或是面。

開啟圖層中的屬性表，會看到圖層中各要素的shape、其他屬性欄位及屬性值。shape即幾何，對應著顯示的向量影象。

#虛擬碼

shp_datatset = ogr。Open（input_shape）

layer = shp_datatset。GetLayer（）

feat = layer。GetFeature（0）

polygon_shp = feat。GetGeometryRef（）

outring = polygon_shp。GetGeometryRef（0）

outring。GetPoints（0）

而在GDAL中，我們可以透過ogr讀取向量檔案，呼叫封裝的方法讀取圖層，接著呼叫方法可以讀取要素，最後可以讀取到多邊形的外環及外環對應的點。

１、ArcGIS向量空間分析

向量空間分析，主要包括緩衝區分析、疊加分析、網路分析及追蹤分析。其中網路分析雖然也是利用向量資料進行分析的，但其資料模型與緩衝區分析和疊加分析所使用的資料模型有所區別，在進行網路分析前需要構建網路資料集。以下主要介紹緩衝區分析和疊加分析。

緩衝區分析

緩衝區程式將遍歷輸入要素的每個折點並建立緩衝區偏移。透過這些偏移建立輸出緩衝區要素。ArcGIS中緩衝區分析可以使用緩衝嚮導或緩衝區工具進行操作。在ArcGIS中，構建緩衝區有兩種基本方法，歐式方法和測地線方法。

如果輸入要素位於投影座標系中，則將建立歐氏緩衝區。

如果輸入要素位於地理座標系中且指定的

緩衝距離

單位為線性單位（米、英尺等，而非諸如度之類的角度單位），則會建立測地線緩衝區。

歐氏緩衝區是更常見的緩衝區型別，特別適合於分析投影座標系中要素周圍的距離，這些距離側重於相對較小的區域（如一個 UTM 帶）。當輸入要素處於分散狀態（覆蓋多個 UTM 帶、大面積區域甚至整個地球），或

輸入要素的空間參考（地圖投影）為保留其他屬性（如面積）使距離發生變形。則應始終考慮建立測地線緩衝區

具體可以參見官方文件說明：https：//desktop。arcgis。com/zh-cn/arcmap/latest/tools/analysis-toolbox/how-buffer-analysis-works。htm

疊加分析

疊加分析包括擦除（Erase）、標識疊加（Identify）、圖層相交（Intersect）、交集取反（Symmetrical Difference）、聯合（Union）、更新修正（Update）。

其中可能比較不好理解的可能是標識疊加和更新修正，建議實際操作一下。我這裡簡單舉例說明一下。

首先是

標識疊加

，顧名思義，可以理解為透過疊加另一要素對原要素進行標識。通常是用多邊形要素來標識其他要素。比如我們用test1圖層來標識test11，標識疊加後，test11中的先要素會被切分為兩部分，相交部分，未相交部分。（ALL情況）test11屬性會全部增加到線test1上，並有一個獨特的標識屬性（值為負1或1），該方法可以用來篩選在面上或線上的點要素。

而對於更新修正，我的理解是修正更新會將兩者相交的部分要素的欄位屬性值修正為更新要素，更新要素無對應欄位時，該欄位修正為空。

通常我們使用用某一個多邊形圖層的部分圖斑來修正該圖層，比如用test1的部分更新test1，可以看到，直接將覆蓋test1的對應屬性的值。

3、例項練習

操作影片見：https：//www。bilibili。com/video/BV1zP4y1278K

例項練習材料及本文PPT連結（exe為自解壓檔案）：

https：//www。aliyundrive。com/s/vt9dQUHMi7s 提取碼： 9a5a

4、參考資料：

［關於地理資料格式—ArcMap | 文件］（https：//desktop。arcgis。com/zh-cn/arcmap/latest/manage-data/datatypes/about-geographic-data-formats。htm）

［GDAL中文文件］（https：//headfirst-gdal。readthedocs。io/en/latest/index。html）

ArcGIS地理資訊系統空間分析實驗教程/湯國安，楊昕編著。—北京∶科學出版社，2006

ArcGIS地理資訊系統空間分析實驗教程/湯國安，楊昕編著。—2版。—北京∶科學出版社，2012

地理資訊系統導論/（美）張康聰（Chang，K。T。）著；陳健飛，張筱林譯。 —5版。—北京∶科學出版社，2010

ArcGIS 地理資訊系統分析與應用 / 晁怡，鄭貴洲，楊乃編著。 —北京：電子工業出版社，2018。6 高等學校教材