实验指导二

实验二：空间数据的转换处理与几何变换一、实验部分

一、实验目的：

1、掌握矢量数据与栅格数据结构之间的转换操作。

2、掌握数据格式之间的转换操作。

3、掌握几何变换（仿射变换）的操作。

二、实验内容：

1、ArcGIS中的数据模型

Shapefiles

Grids

TINs

Images（各种格式）Vector Product Format (VPF) files

CAD文件

表（各种格式）

Oracle with Spatial

DB2 with its Spatial Type

Informix with its Spatial Type

SQL Server

Personal Geodatabases（微软的Access）

ArcGIS支持的栅格数据类型包括：

●ADRG系列的文件：Image(.IMG)、Overview(.OVR)、Legend(.LGG);

●ESRI系列的文件：GRID、SDE Raster、Raster Catalogs(Image Catalogs)、Band Interleaved

by Line(.BIL)、Band Interleaved by Pixel(.BIP)、Band Sequential(.BSQ)、Band Sequential(.BSQ)、GRID Stack ()、GRID Stack File (.STK)；

●ERDAS系列的文件：Imagine(.IMG)、7.5 Lan(.LAN)、7.5 GIS(.GIS)、Raw(.RAW)；

其它文件格式：Windows位图(.BMP)、Controlled

Image Base(CIB)、压缩的ARC 数字栅格图形(CADRG)、数

字地理信息交换标准(DIGEST)、DTED Level 0, 1, and 2

(.DT*)、ER Mapper(.ERS)、图形交换格式(.GIF)、Intergraph

raster file (.CIT or .COT)、JPEG文件交换格式JIFF (.JPG) 及

JPEG 2000 (.JP2)、美国图象转换格式NITF 2.0 and 2.1

(.NTF)、Portable Network Graphics (.PNG)、LizardTech

MrSID and MrSID Gen 3 (.SID)Tagged Image File Format,

TIFF (.TIF)。

2、数据结构转换

1)栅格数据向矢量数据转换

(1)展开Conversion Tools工具箱，打开From

Raster 工具集，双击Raster to Polygon，打开

Raster to Polygon对话框。

(2)在Input raster文本框中选择输入需要转换的

栅格数据。

(3)在Output Polygon Features文本框键入输出的

面状矢量数据的路径与名称。

(4)选择Simplify Polygons按钮，可以简化面状矢

量数据的边界形状。

(5)单击OK按钮，执行转换操作。

2)矢量数据向栅格数据转换

(1)展开Conversion Tools工具箱，打开To Raster

工具集，双击Feature to Raster打开Feature to

Raster对话框。

(2)在Input features文本框中选择输入需要转换

的矢量数据。

(3)在Field窗口选择数据转换时所依据的属性值。

(4)在Output raster文本框键入输出的栅格数据的

路径与名称。

(5)在Output raster文本框键入输出栅格的大小，

或者浏览选择某一栅格数据，输出的栅格大小将与之相同。

(6)单击OK按钮，执行转换操作。

3、数据格式转换

1)CAD数据的转换

数据输出CAD格式

A.展开Conversion Tools工具箱，打开To

CAD 工具集，双击Export to CAD，打

开Export to CAD对话框。

B.在Input Features文本框中选择输入需要

转换的要素，可以选择多个数据层，在

Input Features文本框下面的窗口中罗列

出所选择的要素，通过窗口旁边的上下

箭头，可以对选择的多个要素的顺序进

行排列。

C.在Output Type窗口中选择输出CAD文件的版本，如DWG_R2004。

D.在Output file文本框键入输出的CAD图形的路径与名称。

E.Ignore Paths in Tables为可选按钮，在选择状态下，将输入单一格式的CAD文件。

F.Append to Existing Files为可选按钮，选择状态下，可将输出的数据添加到已有的

CAD文件中。

G.如果上一步为选择状态，则在Seed File对话框中浏览确定所需的已有CAD文件。单

击OK按钮，执行转换操作。

●CAD的输入转换

与输入CAD格式的转换方式类似。

2)栅格数据与ASCII文件之间的转换

●栅格数据向ASCII文件的转换

A.展开Conversion Tools工具箱，打开From Raster工具集，双击Raster To ASCII。

B.在Input raster文本框中选择输入需要转换的栅格数据。

C.在Output ASCII raster file文本框键入输出的ASCII文件的路径与名称。

D.单击OK按钮，执行转换操作。

●ASCII文件向栅格数据的转换

与Raster数据向ASCII文件的转换INTEGER，即整型。方法相似，但可以选择输出

数据的类型，如选择整型。

4、数据处理

根据研究区域的特点，对空间数据进行裁接、拼接等操作，以便获取需要的数据。

1)数据裁切

●矢量数据裁切

Analyst Tools——Extract——Clip

●栅格数据裁切

以矩形裁切为例：

Spatial Analyst Tools——Extraction——Extract by Rectangle

*除矩形裁切外，还可用已有栅格数据、圆、点、面等进行裁切。

2)数据拼接

●矢量数据拼接

Data Management Tools——General——Append

*执行操作后，目标数据将包含添加的数据

栅格数据的拼接

Data Management Tools——Raster——Raster Dataset——Mosaic to New Raster

*将Mosaic to New Raster与Mosaic进行比较

3)数据提取

是从已有数据中，根据属性表内容选择符合条件的数据，构成新的数据层。可以通过设置SQL表达式进行条件选择。

●矢量数据提取

Analyst Tools——Extract——Select

矢量数据提取图示：

●栅格数据提取

Spatial Analyst Tools——Extraction——Extract by Attributes

栅格数据提取图示：

*在Analyst Tools、Spatial Analyst Tools及Data Management Tools工具集中查看其他矢量和栅格数据处理工具。

5、几何变换

为了使数字化后的地图可用于输出或分析，必须对其进行投影转换，这一转换称为几何变换（Geometric Transformations）。

几何变换是利用一系列的控制点建立数学模型，使一个地图坐标系统与另一个地图坐标系统建立联系，或使影像坐标与地图坐标建立联系。

基于矩形对象的变换方法包括等积变换、相似变换、仿射变换、投影变换等。在进行地图到地图或影像到地图的变换以及对地行位移的航空照片进行投影变换时一般使用仿射变换。

仿射变换在保留平行线的条件下允许对目标矩形进行旋转、平移、倾斜和不均匀缩放等操作。

操作过程：

A.调出Georeferencing工具条。

B.使用Zoom观察两个图层（二者坐标系不同因此不能同时查看）。需要用一个或多

个链接将两图层进行地理坐标匹配。推荐采用道路交叉点。

C.在第一个控制点周围放大视窗。激活Georeferencing中的Add Control Points（）

工具。单击与括号中心相交的交叉点，再单击一次，在控制点上有一个由绿变红的

“+”出现。用同样的方法添加其它3个点。

D.单击Georeferencing工具条里的View Link Table（）。查看4条记录。

E.选取更多控制点（10个）。使总的均方根误差小于1个象元或10m。

二、课堂练习部分

练习一：数据更新变换

1、背景：

由于空间数据（包括地形图与DEM）都是分幅存储的，造成某一特定研究区域跨越了不同的图幅。而当我们要获取有特定边界的研究区域时，就要对数据进行裁切、拼接、提取等操作，有时还要进行相应的投影变换。

2、目的：

获取具有投影坐标系统的特定边界的DEM数据。通过练习，掌握数据提取、裁切、拼接及投影变换的方法。

3、数据：

1幅1：25万矢量数据，为地理坐标系统，其中大地基准是D_North_American_1927,参考椭球体是Clarke 1866。

2幅1：25万DEM数据，为地理坐标系统，大地基准是D_Krasovsky_1940,参考椭球体是Krasovsky_1940。

4、要求：

通过两幅给定的DEM数据，提取出白水县县界范围内的DEM数据，并将数据转换成高斯克吕格投影系统。

工作流程

练习二：几何变换

1、背景：

为了使数字化后的地图可用于输出或分析，必须对其进行投影转换，这一转换称为几何变换（Geometric Transformations）。

2、目的：

获得影像到地图转换后的数据。

3、数据：

spot-pan.bil，分辨率为10m的SPOT全色卫星影像；

road.shp，由GPS接受并被投影至UTM坐标系的道路Shapefile文件。

4、要求：

完成影像到地图的转换。

三、提交成果部分（教材后练习）

第三章：地理关系矢量数据模型

习作1：将ArcInfo的交换文件转换为Coverage，将Coverage转换为Geodatabase要素类，将Geodatabase要素类转换为Shapefile。

习作2：查看美国国家水文地理数据集的分区和路径。

习作3：在ArcCatalog和ArcMap中查看TIN。

一、查看ARC/INFO的Coverage和Shapefile的数据文件结构。

所需数据：land.e00

1、启动ArcCatalog，连接第三章数据库，在上方工具栏空白处单击鼠标右键，在ArcView 8x

Tools前打钩。下拉箭头选择Import From InterChange File工具。选择land.e00为输入交换文件，land作为输出数据集名称。

2、展开目录树中新生成的land，它包含arc、label、polygon和tic四个要素类，在Preview

栏中预览这四个要素类。

3、右击land，查看其Properties：General、Projection、Tics and Extent和Tolerance。

4、右击Polygon查看其属性。

5、land数据文件的存储：同一数据库中的Coverage共享一个INFO文件夹，存储二进制文

件。

6、将land转换为多边形Shapefile。

方法一：Conversion Tools——To Shapefile——Feature Class To Shapefile（multiple）。

方法二：右击land_polygon，单击Export——To Shapefile（single），输出文件名设为land_polygon。

7、查看land_polygon的Properties。

8、查看land_polygon.shp的数据文件。

问题1：描述Coverage和Shapefile在数据结构上有何不同？

问题2：Coverage数据模型用独立的系统存储空间和属性数据，以land为例说出它的两个系统。

二、查看分区和路径

所需数据：nhd，加利福尼亚州洛杉矶的水文地理数据集，流域用8位编码表示。

1、展开目录树中的nhd，它包含11个图层。

2、启动ArcMap，重命名Layers为nhd1，导入polygo、region.lm、region.rch和region.wb。

polygon图层全部由多边形组成，在此基础上存在3个亚区。右击nhd region.lm——Open Attribute Table。FTYPE字段显示改图层由洪水区组成。

问题3：由不同亚区组成的分区可以相互重叠，nhd中三个亚区之间是否存在重叠？

3、插入新的数据帧，重命名为nhd2，导入arc、route.drain、route.lm和route.rch。查看

route.rch的属性表。

问题4：不同路径亚类可在弧段基础上建立，nhd Coverage的不同路径亚类中，是否看见了所用弧段？

4、练习：将nhd中的图层导出成Shapefile格式或是Geodatabase中的要素类。

三、查看TIN

所需数据：emidatin

1、查看emidatin的数据类型。

2、在ArcMap中插入新的Layers命名为Task3，加入emidatin，右击Properties——Source，

查看其节点和三角形数目，以及Z（高程）的值域。

问题5：emidatin中有多少三角形？

3、Properties——Symbology，取消Show选项卡中Elevation复选框，单击Add，选中Edges

with the same symbol，单击Add，单击Dismiss，单击OK关闭对话框。

4、ArcMap窗口显示了组成emidatin的三角形。

同上步骤查看组成emidatin的节点：

挑战性作业

所需数据：fire和highway

1、启动ArcMap，重命名Layers为Fire。加入fire Coverage的polygon、regions.fire1、

regions.fire2和regions.fire123。

问题1：在fire Coverage中的分区是由空间上分离的组分构成的么？

问题2：在fire Coverage中的分区相互重叠么？

2、在ArcMap中插入新的数据帧命名为Highway，加入highway的arc和route.fastroute，

粗线表示route.fastroute。

问题3：highway route.fastroute由多少线段组成？（放大显示route.fastroute，用Identify工具识别）

第四章：基于对象的矢量数据模型

习作1：熟悉Geodatabase数据模型的基本要素。

习作2：将一个多边形Shapefile图层转成Geodatabse要素类，更新面积和周长。

习作3：有带m值的聚合线构成的路径。

一、创建Geodatabase、要素数据集和要素类

所需数据：elevzone.shp和stream.shp，两个具有相同坐标系和范围的Shapefile文件。

1、启动ArcCatalog连接第四章数据库。

右击第四章数据库——New——Personal Geodatabase，命名为Task1.mdb。

2、创建新的要素数据集，右击Task1——New——Feature Dataset，输入Area1为名称，单

击下一步，选择Import导入Stream.shp的坐标系统。接下来默认下一步完成创建。3、右击Area1——Import——Feature Class（multiple），选择elevzone.shp和stream.shp为

输入要素。

4、查看Task1.mdb的Properties。

5、查看elevzone的Properties。

6、在Windows中查看Task1.mdb的内容。

问题1：Task1.mdb中的elevzone与elevzone.shp（原始Shapefile文件）包含了相同的多边形要素，但它们的Property对话框中内容不同，为什么？

二、将Shapefile转成Geodatabase要素类

所需数据：landsoil.shp，多边形Shapefile文件，其面积和周长不正确。

在对Shapefile进行叠加操作时，ArcGIS Desktop不能自动更新输出Shapefile的面积和周长。

1、以Table方式浏览landsoil.shp。

2、创建新的Personal Geodatabase，命名为Task2.mdb，Import——Feature Class（single），

选择landsoil.shp为输入要素，输出名称为landsoil，单击OK。这一步，landsoil作为Task2.mdb的独立要素类被创建。

问题2：除了Shapefiles，还有什么类型的数据可导入至Geodatabase中？

3、预览landsoil的表格的shape_Length和Shape_Area字段。

三、查看带测度的聚合线

所需数据：decrease24k.shp

1、启动ArcMap，重命名Layers为Task3，加入decrease24k.shp，查看其属性表。

2、加入Identify Route Locations工具：Tools——Customize，在Commands栏选择Linear

Referencing，将右侧Identify Route Locations工具拖放至任意工具条中。

3、用Select Features（）工具选择一条公路，单击Identify Route Locations工具，沿选中

公路单击某个点，Identify Route Locations Results对话框显示该点的测度值、最小测度、最大测度等信息。

问题3：说出累计路径长度的方向。

挑战性作业

NHD_Geo_July3是Geodatabase数据

问题1：说出该Geodatabase中包含的数据集名称

问题2：说出每个要素数据集中包含的要素名称

问题3：NHD_Geo_July3包含了与第三章数据库nhd中相同类型的水文数据。NHD_Geo_July3为Geodatabase数据模型，nhd为Coverage模型，比较两个数据集说出两者的不同。

第五章：栅格数据模型

一、在ArcMap中查看卫星影像

所需数据：tmrect.bil，由前五个波段组成的陆地卫星TM影像

1、启动ArcCatalog，查看tmrect.bil的Properties——General，tmrect.bil具有366行，651

列和5个波段。

General栏最下方有个波段的描述信息。

问题1：是否能确认tmrect.bil以线格式对波段分离存储？

问题2：tmrect.bil的象元大小是多少（m为单位）？

2、启动ArcMap，命名Layers为Task2，加入tmrect.bil，查看目录表。目录表显示tmrect.bil

为RGB合成，红绿蓝分别赋予波段1、2、3：

3、查看Properties——Symbology，改变RGB合成，将红、绿、蓝分别赋予波段3、波段2、

波段1（单击band栏右边的下拉箭头）。单击OK。

可看到一幅类似于彩色照片的影像。

4、将红、绿、蓝分别赋予波段4、波段3、波段2。影像变为彩红外照片（截图）。

二、将矢量数据转换为栅格数据

所需数据：nwroads.shp，nwcounties.shp。

1、在ArcMap中插入新Layers命名为Task3，加入nwroads.shp，nwcounties.shp。

2、ArcToolBox——Conversions Tools——To Raster——Feature to Raster，选择nwroads.shp为

输入要素，选择RTE_NUM1为字段，输出名称为nwroads_gd，输出象元大小为5000：

单击OK。查看输出结果。使用局部放大显示，由于采用的像元很大，公路看起来像块状：（截图）

3、转换nwcounties.shp，以FIPS为字段，输出名称为nwcounties_gd，象元大小为5000。

右键nwcounties_gd，Properties——Symbology，Show一栏选择Unique Values。

问题3：nwcounties_gd具有157行和223列，若用2500作为输出象元大小，那么输出网格有多少行？（可在ArcCatalog中查看活在ArcMap中属性对话框Source栏查看）

挑战性作业

所需数据：emidalat，idtm

emidalat是USGS DEM，坐标投影系统为UTM，而idtm是IDTM坐标系统。作业要求将emidalat投影到IDTM坐标系统，并获取有关emidalat的图层信息。

1、使用ArcCatalog的Metadata栏读取emidalat和idtm的空间参照信息，包括大地基准

（datum）

2、在Data Management Tools——Projections and Transformations——Raster工具集中使用

Project Raster工具将emidalat投影到IDTM坐标系统该中，像元大小值30m，输出栅格数据命名emidatm，其他参数默认。

3、在ArcMap中打开idtm和emidatm。

问题1：emidatm中的最大高程是多少？

问题2：emidatm是浮点型网格还是整型网格？

问题3：emidatm有多少行多少列？