第1 章 ArcGIS 基本知识与操作

1.1 ArcGIS 的数据组织与管理

要学习ArcGIS 的使用方法， 必须了解ArcGIS 的数据组织和管理方式， 否

则， 对某些ArcGIS 功能的必要性和实用性就会产生疑问。另外， GIS 是一种多

数据融合平台， 要完成一项工作， 往往需要多种数据的配合， 不同的数据格式和

数据结构具有各自的特征。因此， 在使用中经常需要进行数据格式和结构的转

换。同时， 在使用ArcGIS 的过程中， 往往需要阅读对应的帮助文档， 在阅读这

些文档过程中， 需要对某些术语进行了解。

1.1.1 ArcGIS 的数据类型及其术语

① Feature (矢量要素) ： 泛指用于描述实际地物的几何形状， 如用点、线、

面等描述地物的位置及空间形态的矢量要素。Feature 是ArcGIS 中最基本的存

储单元， 每一个Feature 对应着某个地物要素的几何坐标信息和属性信息， 如

个钻孔， 或者一个行政区划单元。

② Feature Class (矢量要素类) ： 具有完整数据结构的、表达某种地物要素

类型的一个数据组， 在形式上可以是一组文件， 如Shapefile 或者Coverage 等，

也可以是保存在Geodatabase 中的矢量要素表。每个Feature Class 代表一种具有

明确属性的实体， 如保存所有钻孔数据文件， 具有如钻孔深度、地下水位、钻探

时间等固有属性结构表。

③ Geodatabase (地理数据库) ： 存储在数据库中的数据， 包括Personal

Geodatabase (独享数据库， 相当于在计算机上创建一个Access 数据库文件，

.mdb)和Multi-user Geodatabase (也称为ArcSDE Geodatabase ， 可以实现多

用户共享， 包括编辑和调用) 。数据库中可以存储矢量要素类数据也可以存储栅

格(图像) 要素。

④ Feature Dataset (矢量要素集) ： 可以包括不同种类Feature Class ， 但同

属于相同研究区域范围或者围绕同一研究目标的要素类或者拓扑信息。位于同

个Feature Dataset 中的数据， 共享相同的空间参考和坐标系统。在Feature

Dataset 中除了可以包含代表实际地物要素的Feature Class 以外， 还可以包括

些用于GIS 分析的关系表， 如网络分析、拓扑分析、数据链接表等。

⑤ Raster 或Raster Dataset (栅格数据) ： 与Feature Class 同级的数据文件，

用于存储栅格数据。典型的ArcGIS 栅格数据格式是Grid 文件， 在Windows 文

件管理器中表现为一个以.aux 为扩展名的文件， 和一个保存着以.adf 为扩

展名的多个文件的文件夹。将Raster 数据和Feature Class 数据保存在Geodata-

base 中可以方便管理和应用。

⑥ Shapefile (矢量数据文件) ： Feature Class 的一种物理存储方式， 是以多

个文件构成的文件组， 共同描述某一类矢量要素， 数据结构中不保存拓扑信息。

该文件类型在ArcGIS 应用中非常广泛。

⑦ Coverage (具有拓扑结构的矢量数据文件) ： 是Feature Class 的另一种物

理存储方式， 具有拓扑结构的矢量数据存储方式。在硬盘文件中存储较为复杂，

一般包括Info 文件夹和一个存储数据关联关系的文件夹， 文件夹中包含多个数

据， 当需要进行一些特殊拓扑分析时， 需要该数据格式。

⑧ Topology (拓扑数据) ： 与存储地物要素的数据(如Feature Class ，

Shapefile 等) 不同， 拓扑数据只能存储在数据集(Feature Dataset) 中， 主要存

储的是拓扑规则、容限值以及适用的Feature Class 等信息。

⑨ Image (图像) ： Image 与GIS 中普遍使用的Raster 存在细微的差别。实

际上， 在ArcGIS 的很多应用中， Raster 与Image 没有本质区别， 但是需要注

意， 两者在数据内涵上是存在差别的。首先， Image 不具有地理坐标系统， 其

次， Image 数据一般保存的是整型数值(灰度值) 。ArcGIS 中允许为图像文件进

行地理配准， 并附加一个.aux 的坐标信息文件， 该文件可以保障在ArcGIS 中

打开该图像时， 在正确的地理位置显示图像， 因此这个坐标文件非常重要， 千万

不能遗失， 否则需要重新配准。

⑩ Layer (图层) ： 当矢量要素文件或者栅格文件在界面中显示时， 除了坐

标信息来自数据文件外， 还包括一些符号化等信息， 这些信息被保存在单独的文

件(内存或者存储介质) 中。需要注意的是， Layer 本身并不会保存要素的空间

和属性信息， 而是引用数据文件中的相关信息。因此， 如果删除了硬盘中的

Feature Class 数据， 则对应的Layer 也无法正确显示和工作。同样， 对Feature

Layer 或者Feature Class 中的要素进行修改也会同时影响对方的数据， 两者数据

源相同。

???Attribute Table (属性表) ： 用于描述矢量地物要素属性或栅格单元统计

属性的数据表。栅格数据和矢量数据存储属性的机制不同， 栅格数据存储时， 会

将具有相同属性的栅格进行属性合并， 合并后进行分组统计， 并自动添加栅格计

数(Count) 字段。矢量数据则是逐一记录要素的属性值。属性表是地理数据信

息存储和查询的基础。

???Table (表文件) ： 除了包括Feature Attribute Table 外， 还包括其他表格

数据， 或者可以表格化的文本数据， 如： dbf 数据， txt ( ASCII 文件， 逗号分

隔) ， csv 等。其中， txt 文件和csv 文件属于纯文本文件， 可以在记事本文件中

直接打开。文本文件在ArcGIS 应用中也同样占有重要位置， 大多数情况下使用

的纯文本文件实际上是按照表格的结构存储的， 可以用于批量数据的编辑和

处理。

???Graphic (图形) ： 除了保存在数据文件中的地物要素( Features) 数据

外， 在地图文档中还可以绘制各种图形， 如多边形、点、线、面等。这些图形只

保存在文档中， 其作用是地图标注。

???Element (元素) ： 包括Graphic 在内的一些地图编辑或者显示时所需要的

附加要素的统称， 包括如文本、线条、多边形、指北针、图例、比例尺等。它们

与数据文件中存储的地图数据描述的地物要素不同， 这些内容一般只存储在文档

之中， 不会存储在地图数据文件中。

1.1.2 ArcGIS 的文件组织

在ArcGIS 的主工作模块ArcMap 和ArcScene 中都涉及文件组织问题。对

初学者而言， 可能更多地关注图层(Layer) ， 每个图层都是地理信息的可视化数

据表达方式。当用户向窗口中添加一个数据文件(Feature Class 或Raster) 时，

地图窗口中会产生一幅经过初步渲染的地图。当将地图中的某些要素进行自定义

渲染后， 这些自定义的渲染方式并不会保存在数据文件中， 而是保存在内存中。

要想保留这些自定义内容， 则必须保存为图层文件(Layer) ， 或者保存在文档中

(Document) 中。文档(Document) 、图层(Layer) 和数据文件(Feature Class

或Raster) 之间的关系如图1-1 所示。

(1) 文档(Document)

Document 中记录除地理数据之外的所有设置信息， ArcMap 文档在硬盘中

保存为.mxd 文件(其中模板文档名称为.mxt) ， ArcScene 中的文档数据保

存为.asd 文件。启动ArcMap 进行工作之后， 缺省情况下， 系统自动创建

个" Untitle.mxd" 文档文件。

需要注意的是， 对要素几何信息或者属性信息的任何修改， 都不会在文档中

保存， 而是保存在数据文件中。以Shapefile 为例， 几何坐标数据保存在.shp

文件， 属性数据保存在.dbf 文件中。当在ArcGIS 中打开文档文件时， 系统将

按照文档保存时数据文件的路径来寻找数据文件， 如果这些文件不在原来的

路径下， 则系统打开文件失败。

提示： 在ArcMap 中可以对文档中的数据调用方式选择存取路径或者相对路径， 如

果存储的是相对路径， 则只要文档文件与数据文件保存在同一个文件夹或者子文件夹下， 则

文档可以正常打开数据文件， 具体方法见1.2.5 节。

图1-2 添加数据文件出错

如图1-2 所示的"DownZ" 图层， 因该图

层从原来存储位置被移走， 文档无法正常打

开DownZ 数据文件。在对应的图层标签处呈

现灰化状态， 并且用一个红色叹号标志。通

过双击图层标签(或者右键点击图层， 并在

弹出的浮动菜单中选择"Properties") 弹出属

性设置对话框， 并选择"Source" 选项卡， 然

后点击"Set Data Source … " 按钮， 并找到对

应文件的物理存储位置即可。

当在某台计算机上工作， 并保存了一个

文档文件， 即使将文档文件和数据文件一起

复制到另一台计算机的不同名文件夹， 或者

同一台计算机的另一个文件下， 打开文档时，

仍有可能无法正常打开数据文件， 需要对文件路径进行上述设置。

(2) 数据框架(Data Frame)

一个数据框架内的所有图层共享相同的坐标系统、数据范围、日照等区域信

息， 这些信息保存在文档中。在ArcMap 中， 不同框架之间需要进行切换， 同

时刻只能有一个框架处于工作状态， 切换方式是： 右键点击想要启用的框架， 在

弹出的浮动菜单中选择" Activate" ， 系统将切换到该框架对应的工作范围内。

缺省情况下， 系统提供一个缺省名为" Layers" 的数据框架。ArcGIS 的功能中

除了进行数据处理和分析之外， 另一个重要功能就是地图制版( Layout) 。数据

框架可以将不同的工作区域(地理位置相差甚远， 或者比例尺差异较大) 在同

个页面布局中进行制版。在图1-2 中有标志的即为数据框架， 选中数据框架名

后轻击框架名称可以对其重命名(右键弹出对话框中选择"Rename" 也可以修

改框架名称) 。

(3) 图层组(Group Layer)

同一组内的图层， 共享相同的显示比例设置、图层渲染顺序等一些特殊设

置。图层组的作用是主题图层分类， 便于管理和可视化显示， 一般情况下可以不

设置图层组。在以数据可视化为主的应用中， 为了更好地控制图层的渲染和显示

样式， 可以考虑使用图层组。与数据框架一样， 可以对图层组进行重命名。

(4) 图层(Layer)

当硬盘的地图数据文件(Feature Class) 被打开后， 系统在内存中为其建立

一个图层文件， 与数据文件建立对应关系， 并进行可视化显示。用户可以将图层

保存为一个独立的硬盘文件( .lyr) ， 图层文件中保留关于图层渲染样式、选

择状态等附加信息。Layer 的另外一个功能就是将某些矢量要素的选择集保存为

独立的Layer 数据， 但需要注意的是， Layer 数据中并不保存几何数据或者属性

数据， 而是从Feature Class 中调用数据， 并在创建的.lyr 文件中保存选择集

信息以及其他附加信息。

(5) 数据(Feature Class 或Raster)

每个图层对应一个硬盘存储的数据文件(组) 或者数据库中的数据表。数据

是地图最基础的内容， 记录着要素的空间坐标信息、属性信息以及关联信息等。

1.1.3 ArcGIS 的数据类型

在使用ArcGIS 过程中， 需要理解不同数据的类别， 以确定某些功能应用的

数据类型， 因此， 以下几种数据需要进行区别：

从数据种类上， 也可以将数据分为以下四类：

(1) 矢量地图数据(Shapefile ， Coverage ， Geodatabase 等)

矢量地图数据一般由两部分组成， 一是地物要素几何数据， 即坐标数据； 二

是与几何要素对应的属性数据。每个矢量数据具有的几何要素类型， 包括

点、多点、线、多边形以及面片要素。除了ArcGIS 常用的Shapefile 、Coverage 和

Geodatabase 三种矢量数据格式外， 为了与其他制图软件或GIS 软件进行数据交换，

ArcGIS 也支持如CAD ( .Dwg ， .DXF) ， 交换格式数据( .e00)的显示和转化

功能。由于ArcGIS 在GIS 领域中的特殊地位， 很多GIS 软件也提供转化为

Shapefile 的功能。

Shapefile 是ArcGIS 中最常使用的不具有拓扑结构的文件数据格式， 以文件

组的方式存储在硬盘中， 一般包括三个文件， 如下所示。

.shp 文件： Shapefile 的主文件， 存储地物要素的几何坐标信息， 每个

地物要素被称为一个shape 。

.sbx 文件： 索引文件， 记录主文件中的shape 与头文件的坐标偏移量，

用于空间检索。

.dbf 文件： 存储地物要素的属性信息， 与主文件中的几何数据对应。

以上三个文件是Shapefile 的主要组成部分， 在文件复制和转移时必须同时

转移这三个文件。在文件编辑中还会动态产生其他一些文件， 这些文件只在

ArcGIS 工作中起作用， 不是必需的文件。如几何要素编辑时会产生数据索引文

件( .sbx 和.sbn) ， 在属性关联时产生关联文件( .ain 和.aih) 。

另外， 坐标文件( .prj) 是另一个重要文件， 但不是必需的。它用于定义

主文件中存储的几何数据的坐标系统， 只有为数据定义了坐标系之后才产生， 是

坐标系转换时的依据。如果没有.prj 文件， 则打开文件时， 系统会提示该数据

没有坐标信息， 并自动为其赋予一个"unknown" 坐标系。

Coverage 是ArcGIS 中特有的文件格式， 具有拓扑结构， 以弧段及拓扑表方

式存储地物要素， 在硬盘中以两个文件夹存储， 其中的"Info" 文件夹是一个多

数据共享的文件夹， 用于存储属性数据， 另一个是以主文件名命名的文件夹， 在

该文件夹中存储多个文件， 文件的扩展名相同， 但文件名不同。Coverage 文件

组织比较复杂， 一般情况下不建议使用， 在需要用到拓扑结构时(某些功能只有

在Coverage 数据结构中才可以实现) ， 可以将Shapefile 转换成Coverage 进行相

关分析， 完成后再转化为Shapefile 即可。

Geodatabase 是ArcGIS 近期版本中主推的数据存储和管理方式， 该数据结

构将数据以数据库表的方式存储在数据库中， 大大简化了数据管理工作。Arc-

GIS 提供两种Geodatabase ， 即Personal Geodatabase 和Multi-user Geodatabase

(也称为ArcSDE Geodatabase) 。Personal Geodatabase 是应用于个人PC 上的数

据库格式， 数据存储在.mdb 文件中， 该文件可以用Microsoft Office 文件包

中的Access 程序打开， 在该数据库中存储一系列的数据表。在文件转移时只

要转移数据库文件( .mdb) 即可。Multi-user Geodatabase 则是通过ArcGIS

提供的数据库引擎(ArcSDE) 建立与商用关系型数据库的连接， 将数据表存储

在商用数据库(SQL Server ， Oracle 等) ， 通过ArcSDE 进行数据的读写和管理。

提示： 在数据库中存储的矢量数据， 系统为每个要素创建一个周长和面积字段， 并在创

建要素后自动赋值。

(2) 栅格数据(Grid ， Geodatabase Raster Dataset ， IMAGINE ， TIFF 等)

ArcGIS 可以操作的栅格数据种类很多， 包括几乎所有的图像格式数据

(JPG ， BMP ， TIFF ， GIF 等) 以及Grid (文件组合) ， 其中Grid 是ArcGIS 栅

格数据的工作格式。同时， ArcGIS 也接受如遥感数据IMAGINE ( .img) 等。

同矢量数据一样， 栅格数据也可以保存在数据库中。