作者：尹海伟,孔繁花
出版社：东南大学出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
城市与区域规划空间分析实验教程试读：
前言
南京大学是国内最早开展计量地理学研究的高校之一。地理系林炳耀先生1984年在《经济地理》杂志上发表了“论发展我国计量地理学的若干问题”的论文，并于1985年出版教材《计量地理学概论》，在人文地理学中引入计量地理学的理论和方法，推动了中国人文地理学的计量革命。林炳耀先生主讲的《城市与区域系统分析》课程成为南京大学城市规划专业与人文地理学专业学生的必修课，培养了大批具有计量地理学素养的城市规划专业人才和人文地理学者。
2003—2008年，宗跃光教授作为南京大学首批海内外公开招聘教授加入地理系，并承担了《城市与区域系统分析》《城市生态环境学》的教学与科研工作。宗跃光教授结合新时期城市与区域规划定量分析的发展趋势和自己在城市生态方面的大量研究，将《城市与区域系统分析》课程由强调数理统计过程调整为定量分析方法在城市与区域规划中的具体应用，并引入了景观格局分析等生态学分析方法，形成了新的教学体系。
2006—2007年，刚参加工作的我有幸与宗跃光教授联合主讲了《城市与区域系统分析》课程。宗老师治学严谨、学识渊博、待人真诚，授课一丝不苟、活泼生动，让我受益匪浅，深刻领悟到作为一名高校教师的责任，同时也意识到新时期南京大学城市与区域规划定量分析方法传承的重任。
近些年来，随着GIS与遥感（RS）技术在城市与区域规划领域的深入推广与广泛应用，遥感图像数据成为城市与区域规划空间数据的重要来源，改变了城市与区域规划主要依靠AutoCAD等绘图软件的状况。GIS与RS已经成为国内外城市与区域规划技术平台的发展核心和主流方向，其在城市与区域规划领域的广泛应用为提高城市规划的科学性提供了重要技术支撑和保障。
作者通过近年来主持与参与的国家自然科学基金项目和城市与区域规划实践，以及《城市与区域系统分析》课程7年的教学实践，总结出了一套基于GIS、RS、SPSS等软件平台的城市与区域规划空间定量分析框架与技术方法，并结合具体规划研究案例，在南京大学本科教学中取得成功应用，效果良好，使城市规划专业学生快速掌握了城市与区域规划中的常用空间定量分析方法，并能够达到即学即用、举一反三的效果。
本教程基于GIS、ERDAS、SPSS等软件平台，以城市与区域规划常用空间分析方法为核心，按照数据获取、处理、分析、应用的技术流程设计了8个实验，涵盖了数据获取与数据库构建、地形制图与分析、区域综合竞争力分析、经济地理空间格局、可达性分析与经济区划分、生态网络构建、生态环境敏感性分析、建设用地发展潜力评价、建设用地适宜性评价等核心内容，展示了空间定量分析方法在城市与区域规划中的具体应用。
对于大多数城市规划相关专业的学生来讲，许多定量分析与图像处理软件（例如GIS、ERDAS/ENVI、SPSS等）都不熟悉甚至未曾使用过。因而，本教程在第一次出现某一工具或命令时，都做了较为详细的介绍与演示，而当同一工具或命令再次使用时则仅作简要说明。因此，建议本教程的使用方法如下：（1）没有接触过ArcGIS、ERDAS、SPSS等软件的读者，建议首先学习本书的实验1，了解这些软件的界面与基本操作，然后按照实验顺序逐一练习，由易到难、循序渐进；（2）如果接触过这些软件且熟悉常用的工具或命令，需要参考本教程完成具体城市与区域规划内容的读者，建议直接按照目录查找所关心的章节或查看每一实验“实验目的”或“实验总结”中的实验内容一览表。
本教程由尹海伟与孔繁花负责总体设计，尹海伟负责实验1至实验5、实验8的编写工作，孔繁花负责实验6与实验7的编写工作，最后由尹海伟负责统稿与定稿工作。南京大学城市规划专业研究生班玉龙、卢飞红等，地理信息系统专业研究生孙常峰、闫伟姣、许峰等负责部分实验数据与参考文献的整理工作，南京大学城市规划专业多届本科生对本教程提出了很多修改意见，东南大学出版社马伟编辑为本教程的出版做了大量的工作，在此一并表示衷心的感谢。
由于作者水平有限，本教程中难免存在不妥与疏漏之处，敬请读者批评指正，以期不断完善。作者邮箱：qzyinhaiwei@163.com。尹海伟 孔繁花2013年10月实验1 主要软件简介与基本操作1.1 实验目的与实验准备1.1.1 实验目的
通过本实验了解ArcGIS 10.1中文桌面版、ERDAS IMAGINE 9.2、PASW Statistics 18软件的主要功能、基本组件与基本操作，为城市与区域规划中综合使用这些软件提供基础支撑。
具体内容有（表1-1）：表1-1 本次实验主要内容一览1.1.2 实验准备（1）计算机已经预装了ArcGIS 10.1中文桌面版、ERDAS IMAGINE 9.2、PASW Statistics 18或更高版本的软件。（2）已经获取并构建了研究区的基础地理数据库（我们将在实验2学习如何构建规划研究区的空间数据库）。本实验采用已经构建好的福建省上杭县基础地理数据，数据位置：D:\data\shiyan01目录下（请将光盘中的data文件夹复制到电脑的D盘下）。1.2 ArcGIS 10.1中文桌面版简介与基本操作1.2.1 ArcGIS 10.1中文桌面版简介
GIS（Geographic Information System，地理信息系统）是由计算机软硬件和不同方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。GIS起源于20世纪60年代，由“GIS之父”Roger Tomlinson（1966）最早提出，他开发了第一个GIS系统（加拿大地理信息系统，CGIS）。在此之后，全球迅速掀起了GIS研究开发热潮，涌现了大量的应用程序与软件，而由美国环境系统研究所（Environmental Systems Research Institute，ESRI）开发的ArcGIS软件是这些GIS软件程序的杰出代表，该产品系列目前占领了全球约90％的GIS市场份额，成为GIS开发领域的领导者。
1969年，Laura和Jack Dangermond建立了环境系统研究所，并率先提出了将要素的空间表达与数据表中的属性链接起来的创新构想，并启动了ArcGIS系列产品的开发，从而引发了GIS行业的一场革命，推动了GIS在城市规划、土地利用规划、自然资源管理、生态环境保护、交通、农业、社会学分析等领域的广泛应用。
ArcGIS 10.1中文桌面版（ArcGIS Desktop 10序列版本）是美国环境系统研究所（ESRI）开发的新一代GIS软件的重要组成部分，继承和强化了原有的ArcGIS Desktop 9序列版本的一系列功能与特色，并推出了一种全新的空间分析方式，将Desktop 9序列版本中Workstation中的空间处理功能几乎全部放入Desktop 10序列版本中的ArcToolbox工具箱中，且功能更为强大和完善，能够帮助用户完成高级的空间分析，在同类GIS产品中继续保持领先（表1-2）。另外，ArcGIS 10.1中文版软件大大降低了我国学者使用GIS的难度，为GIS在中国的推广和普及提供了良好的操作平台。表1-2 国内外GIS软件空间分析功能比较注：★表示更强；☆表示强；◆表示较强；▲表示较弱。资料来源：靳军，刘建忠．国内外GIS软件的空间分析功能比较.测绘工程，2004，13（3）：58-61．
ArcGIS 10.1中文桌面版主要包含ArcMap、ArcCatalog、ArcToolbox等常用用户界面组件。ArcMap提供了一整套一体化的地图绘制、显示、编辑和输出的集成环境，具有强大的制图编辑功能，是ArcGIS桌面版的核心应用程序，具有地图制图的所有功能。在ArcMap中，可以按照要素属性编辑和表现图形，绘制和生成要素数据，在数据视图中可以按照特定的符号浏览地理要素，也可以在版面视图中制作和打印输出各类专题数据地图；有全面的地图符号、线形、颜色填充和字体库，支持多种输出格式；可以自动生成坐标格网或经纬网，能够进行多种形式的地图标注。可以说，ArcMap就是ArcGIS桌面版的制图工具，能够完成任意地图要素的绘制和编辑任务。ArcCatalog是一个空间数据资源管理器。它以数据为核心，用于定位、浏览、搜索、组织和管理空间数据。利用ArcCatalog可以创建和管理数据库，定制和应用元数据，从而大大简化用户组织、管理和维护数据工作。ArcToolbox是空间处理工具的集合，包括数据管理、数据转换、栅格分析、矢量分析、地理编码以及统计分析等多种复杂的空间处理工具，是GIS空间分析的重要支撑。
基于GIS的空间分析是地理信息系统区别于其他信息系统的主要特色，是评价地理信息系统功能的主要特征之一。GIS空间分析已经成为地理信息系统的核心功能之一，这也是和城市与区域规划中常用的制图软件例如AutoCAD的主要区别之所在。通过对ArcGIS 10.1中文桌面版这3个核心组件的综合使用，可以解决复杂的城市与区域空间规划、决策和管理问题。1.2.2 ArcMap基础操作
1）打开地图文档
点击Windows任务栏的“开始”按钮，找到“所有程序”—“ArcGIS”—“ArcMap 10.1”，点击可启动ArcMap，程序会自动弹出“ArcMap-启动”对话框（图1-1）；或者通过直接双击桌面上的“ArcMap 10.1”图标来启动ArcMap。图1-1 “ArcMap-启动”对话框
在“ArcMap-启动”对话框中，点击左侧面板中的“浏览更多…”选项，弹出“打开ArcMap模板”对话框（图1-2），选择随书数据中的shanghangmap.mxd文件（D:\data\shiyan01\shanghangmap.mxd），点击“确定”按钮，一个以shanghangmap为名称的文档自动加入到“ArcMap-启动”对话框的右侧视窗“新建地图”栏目下面（图1-3）。点击“确定”按钮，进入ArcMap的主界面，shanghangmap.mxd中包含的要素数据图层信息均可显示出来（图1-4）。我们可以看到shanghangmap地图文档中一共包括“河流”“城乡建设用地”“乡镇界线”“数字高程模型DEM”“山体阴影”5个数据图层，且每个数据图层名称前面的小方框（显示或关闭图层显示复选框，默认状态为选中）均被勾选，说明数据图层均处于可显示状态。图1-2 “打开ArcMap模板”对话框图1-3 加载shanghangmap地图文件后的“ArcMap-启动”对话框图1-4 加载shanghangmap地图文件后的ArcMap主界面
ArcMap窗口主要由主菜单、标准工具栏、内容列表、地图显示窗口和状态条等部分组成（图1-4）。
主菜单位于ArcMap窗口的上部，主要包括文件、编辑、视图、书签、插入、选择、地理处理、自定义、窗口和帮助10个子菜单（图1-4）。
标准工具栏通常位于主菜单的下方，共包含20个按钮，用户可以通过将鼠标放置在按钮上使其显示该功能按钮功能简介的方式来认识和了解各个按钮的功能（ArcMap中大多数图标均可以使用此方法查看其功能简介，为初学者快速了解和掌握工具按钮的使用提供了方便）（图1-4）。
标准工具栏的下方还有一栏通常称之为“工具”的工具栏，这些工具主要是为数据视图窗口中的视图操作服务的，比如图形的放大、缩小、平移、查看全图、比例尺放大和缩小、测量、查找等（图1-4）。
内容列表窗口位于窗口左侧工具栏的下方，用于显示地图所包含的数据框（Layers）、数据图层、地理要素以及显示状态（图1-4），共有4种列表方式，分别是按绘制顺序列出（图1-5a）、按源列出（图1-5b）、按可见性列出（图1-5c）、按选择要素列出（图1-5d）。图1-5 内容列表的4种列表方式说明1-1：ArcMap中的两套地图浏览工具ArcMap分别针对数据视图和布局视图两种视图显示方式提供了两套地图浏览工具，分别针对数据视图的“工具”工具栏和布局视图的“布局”工具栏。在数据视图模式下，“布局”工具条呈灰色，表示工具是无效的；但在布局视图模式下，两套工具都是有效的，只是操作的对象不同，“布局”工具栏上的工具用于整个布局页面，例如使用放大工具，整个地图图面都会放大，而“工具”栏上的放大工具仅针对地图中的数据内容，对其他布局要素（标题、图例等）均无效。
地图显示窗口用于显示地图包括的所有地理要素，ArcMap提供了两种地图显示方式：数据视图（图1-6）和布局视图（图1-6）。数据视图是ArcMap启动后的默认视图，在该视图中，用户可以根据需要对数据进行编辑、查询、分析、检索等操作，但不包括图框、比例尺、图例等地图辅助要素信息；而在布局视图窗口中，图框、比例尺、图例、指北针等地图辅助要素可以加载其中，可以完成制图所需要的各种工作；两种视图方式可通过视图显示窗口左下角的两个视图按钮随时切换，另外10.1版本还增设了刷新和暂停绘制两个按钮（图1-4）。图1-6 两种地图显示窗口状态
另外，在ArcGIS 10.1中，ArcCatalog内嵌于ArcMap中，位于地图显示窗口的右上侧，增设了“目录”和“搜索”两个窗口的悬挂（图1-4、图1-7），能够更加方便用户创建和添加地理要素与数据文件。图1-7 内嵌于ArcMap中的“目录”与“搜索”悬挂窗口界面
当然，用户也可以在“ArcMap-启动”对话框中点击“取消”按钮，直接进入ArcMap的主界面，然后通过主菜单中的“文件”—“打开”，或使用标准工具栏中的“打开”按钮来开启“打开”对话框（图1-8），然后找到用户需要打开的视图文件shanghangmap.mxd，并点击对话框右下方的“打开”按钮，将加载并打开shanghangmap地图文档。图1-8 “打开”视图文件对话框
当用户在ArcMap中进行各种操作时，用户的操作对象是一个地图文档。一个地图文档至少包含一个数据框，当有多个数据框时，只能有一个数据框属于当前数据框，只能对当前数据框进行操作。每一个数据框由若干数据层组成，每一个数据层前面可勾选的小方框是用于控制数据层在地图窗口中是否显示的。地图文档存储在扩展名为.mxd文件中。
当进入ArcMap用户操作界面之后，用户可以根据自己使用工具的习惯来调整不同的工具条的位置，以方便自己查找按钮和使用工具集。请特别留意ArcMap中快捷菜单的使用。在ArcMap窗口的不同位置点击右键，会弹出不同的快捷菜单，这一功能非常有用，在后面的实验中会经常使用到快捷菜单。
ArcMap中经常调用的快捷菜单主要有4种：（1）数据框操作快捷菜单（图1-9a）；（2）数据层操作快捷菜单（图1-9b）；（3）窗口工具设置快捷菜单（图1-9c）；（4）地图输出操作快捷菜单（图1-9d）。
花一些时间，尝试使用和记忆ArcMap用户操作界面中的主要工具，做到能够在较短时间内找到用户自己需要的菜单项和工具按钮，并学会使用快捷菜单，为后面实验的学习打好基础。图1-9 ArcMap中的主要快捷菜单
2）创建一个新的地图文档并加载与调整数据图层
在ArcMap中，通常不是首先打开一个已经存在的地图文档，而是结合用户的规划研究需要来创建属于自己的地图文档。
◆ 步骤1：启动ArcMap。
启动ArcMap，在“ArcMap-启动”对话框中点击“取消”按钮，直接进入主界面（图1-10）。这时一个未命名的地图文档（或称为空白地图文档）“无标题.mxd”就已经创建（用户也可以点选“ArcMap-启动”对话框左下方的“以后不再显示此对话框”功能，则下次启动ArcMap时，会直接进入ArcMap空白文档主界面）。
用户也可以在“ArcMap-启动”对话框中左侧面板中点击“我的模板”，然后在右侧面板中选择“空白地图”，之后点击右下角的“确定”按钮，则创建一个临时名为“无标题.mxd”的空白地图文档。图1-10 ArcMap无标题时的主界面
◆ 步骤2：加载数据图层文件。
■ 方式1：点击主菜单中的“文件”—“添加数据”—“添加数据”，弹出“添加数据”对话框（图1-11），通过路径选择，找到用户需要加载的数据图层所在的文件夹（数据位置：D:\data\shiyan01\目录下），然后选择需要加载的数据图层（用户可以单选一个数据图层，也可一次选择多个数据图层），数据图层选定后，点击“添加”按钮，所选数据图层加载到ArcMap视图窗口中（图1-12）。图1-11 “添加数据”对话框图1-12 数据图层加载后的ArcMap视图窗口
■ 方式2：直接点击ArcMap窗口中标准工具栏上的“添加数据”按钮（图1-13），弹出“添加数据”对话框，通过路径选择，找到用户需要加载的数据图层所在的文件夹（数据位置：D:\data\shiyan01\目录下），然后选择需要加载的数据图层，再点击“添加”按钮，所选数据图层加载到ArcMap视图窗口中。图1-13 数据图层加载后的ArcMap视图窗口
■ 方式3：使用内嵌于ArcMap中的目录悬挂窗口界面（图1-7a），点击目录栏下的“文件夹链接”，然后通过点击目录悬挂窗口中工具条上的“连接到文件夹”图标（图1-14）（也可在目录栏下的图1-14 目录悬挂窗口的“连接“文件夹链接”处右击，然后点击“连接到文件夹”功能到文件夹”），弹出“连接到文件夹”对话框（图1-15），通过路径调整选择需要加载数据图层所在的文件夹（数据位置：D:\data\shiyan01），再点击“确定”图1-15 “连接到文件夹”对话框
按钮，所选文件夹shiyan01加载到ArcMap中的目录悬挂窗口中，此时用户可以通过点击文件夹shiyan01前面的“”图标，将文件夹下的数据图层文件展开（用户也可以使用“”图标，将文件夹收起），然后选择用户需要加载的数据图层，按住鼠标左键将其拖放到ArcMap视图窗口中后松开左键完成数据图层的加载。
◆ 步骤3：数据图层的调整。
ArcMap中，地图是由许多图层叠加在一起组成的，并通过“内容列表”面板来管理图层。用户可以关闭和打开显示图层、调整图层顺序、调整图层透明度、更改数据图层标识名称以及复制与移除等。（1）调整要素数据图层的顺序和显示
首先，在ArcMap中，加载“乡镇界限”“城乡建设用地”“河流”“数字高程模型DEM”“山体阴影”数据图层（图1-16）。图1-16 数据图层刚加载时的ArcMap窗口界面
可以发现图层之间多有重叠和覆盖，地物很难完全显示，这时用户需要调整图层的排列顺序（具体的排列顺序以研究需要和图层排列基本原则为依据，参见说明1-2）。
通过“内容列表”，用户可以发现5个图层均已加入视图窗口中，且均为显示状态（图层前的小方框被勾选），图层名称下方为图形符号，通过它，用户可以识别用户的图层要素形状和颜色，“乡镇界限”和“城乡建设用地”是面状多边形地物，“河流”则为线状地物，“数字高程模型DEM”“山体阴影”则是栅格数据格式的文件类型（图1-16）。
其次，按照研究需要和图层排列基本原则，用户先将“河流”图层拖至最顶层，具体操作为：选中“河流”图层，按住鼠标左键不放，将其拽至最顶层，然后松开鼠标左键。这时，用户可以发现原先被盖住的线状地物“河流”图层的内容显示了出来（图1-17）。图1-17 河流图层移至最顶层后的ArcMap窗口界面
最后，用户可按照研究需要和图层排列基本原则，将所有图层的顺序调整好，并通过调整每一个图层中地物的显示颜色和线条粗细——用户只需点击图层名称下方的图层要素显示符号即可打开“符号选择器”，从而进行符号、颜色等设定（图1-18）——使视图窗口中的地图满足用户的需要（图1-19，“数字高程模型DEM”“山体阴影”数据图层没有显示，用户将在后面设置这两个图层），然后将制作好的地图文档进行保存，建议保存到数据图层所在的文件夹下，便于以后打开和使用，文件名称为zijian01.mxd。图1-18 点击河流图层下方符号弹出的“符号选择器”对话框图1-19 经过图层顺序和图层显示调整后的ArcMap窗口
另外需要注意的是，保存的ArcMap地图文档仅是一个工作空间，不是一个数据集，也就是说地图文档不存储数据，只存储了数据的位置信息。因此拷贝数据文件时需要将ArcMap地图文档和数据图层一起拷贝，并置于相同的文件目录下，否则再次打开ArcMap地图文档时，因图层数据找不到，图层会显示为红色叹号，这时用户需要手动查找到数据图层所在的文件目录并重新进行链接。说明1-2：ArcMap中调整图层排列顺序的基本原则ArcMap数据层的顺序决定了数据层中地理要素显示的上下叠加关系，直接影响输出地图的效果表达。因此，数据层需要遵循以下几条原则：A. 按照点线面要素类型依次由上至下排列。B. 按照要素重要程度的高低依次由上至下排列。C. 按照要素线划的粗细依次由上至下排列。D. 按照要素色彩的浓淡程度依次由上至下排列。有时根据研究需要，会将需要强调的地物凸显出来，这时这些地物通常需要置于最顶层。另外，请大家注意，设置图层透明度也能帮助用户实现良好的制图效果。（2）调整要素数据图层的透明度
在“内容列表”中，点击勾选“数字高程模型DEM”前面的小方框，使该图层可以显示，再用鼠标右键点击该图层，弹出快捷菜单（图1-20），点击“属性”按钮，打开“图层属性”对话框，点击切换到“显示”栏，设置透明度为50％（图1-21）。然后，点击切换到“符号系统”栏，选择“色带”颜色为由绿到红，但此时色带的颜色表示的海拔与用户熟知的绿色表示海拔低、红色表示海拔高正好相反，因此需要再勾选色带下方的“反向”选项卡，以使色带颜色反置（图1-22）。最后，点击“确定”按钮，透明度和颜色修改完毕。如果感觉不理想，需要多次调整，则先不要点击“确定”按钮，而是点击“应用”按钮，然后通过视图窗口查看调整后的效果，直到感觉效果满意了，再点击“确定”按钮。
使用同样方法，调整“山体阴影”图层的透明度为40％，并将调整好的地图文档另存为zijian02.mxd。图1-20 鼠标右键点击“数字高程模型DEM”图层弹出的快捷菜单图1-21 “图层属性—显示”栏设置窗口图1-22 “图层属性—符号系统”栏设置窗口（3）更改要素数据图层的标识名称
在ArcMap中的“图层列表”中，点击要更名的数据图层文件“河流”，选中的文件名称会被高亮显示（蓝底白字），然后再单击鼠标左键，此时文件名进入可编辑状态，用户就可以更改文件名称了。输入用户要更改的文件名“线状河流”（图1-23），再在文件名区域以外的地方点击鼠标，结束文件名编辑状态。说明1-3：更改要素数据图层的名称由于加载后的要素数据图层是以其数据源的名字命名的，通常需要根据实际来进行数据层的重新命名，以便于辨识数据层所包含的数据信息。但在ArcMap图层列表中数据图层文件的更名不是原有文件名称被改变，而只是更改了该数据原文件的“标注”而已。因此，ArcMap图层列表中数据图层文件的更名其实质是对原有数据图层文件的标识名的更改，如果需要对数据图层文件本身进行更名，需要在空间数据资源管理器ArcCatalog中进行。图1-23 “河流”图层标识名称的更改（4）要素数据图层的复制和移除
在ArcMap“内容列表”中，在需要复制和移除的数据图层“河流”上右击鼠标，弹出快捷菜单，选择“复制”（图1-24），然后在该数据框架或其他数据框架中右击鼠标弹出数据框架快捷菜单，点击“粘贴图层”（图1-24），将复制的数据图层粘贴到该数据框架中。移除图层时只需在需要移除的图层“河流”上单击鼠标右键，弹出快捷菜单，选择“移除”即可（图1-24），但注意这并不是将数据文件删除，只是将ArcMap中的数据文件的关联移除而已。图1-24 “河流”数据图层的复制与移除
3）专题地图的制作与输出
主要操作内容包括：根据要素属性设置图层渲染，在图面中添加相应文字标注，构图要素指北针、比例尺、图例等的添加，地图的导出等。
本实验以制作上杭县建设用地和水系分布图为例加以简要说明。
◆ 步骤1：在ArcMap中打开地图文档zijian02.mxd。
由于之前已经调整了图层的顺序、色彩以及透明度，我们这里不再调整，直接用这些设定来制作专题图。
◆ 步骤2：点击“布局窗口”按钮，将默认的视图窗口切换为布局窗口。
◆ 步骤3：按照研究区的形状适当调整页面大小。
点击主菜单中的“文件”—“页面和打印设置”，弹出“页面和打印设置”对话框（图1-25）。在“地图页面大小”栏中，将“使用打印机纸张设置”复选框中的“”去掉，这时用户可以自己手动输入页面的宽度和高度以及纸张的方向了。分别将宽度和高度设置为25厘米和30厘米后，点击“确定”按钮。
◆ 步骤4：调整图面的大小，使其适合用户设置的纸张大小。
点击“工具”栏中的放大、缩小按钮可以放大和缩小图面，但不容易掌握放大的比例，用户可以通过设置“标准工具栏”中的“比例尺”大小（本案例设置为1∶350 000）来调整图幅以适应纸张尺寸，直到图幅宽度基本与纸张宽度差不多为止。然后，调整下图面的位置，将图面部分放置在数据图框中间（图1-26），鼠标选中数据外框点击右键，弹出快捷菜单，点击“属性”按钮，打开“数据框 属性”对话框（图1-27），点击“框架”栏，切换到框架栏，在“边框”线型的下拉列表中选择“无”，即无数据外框，最后点击“确定”按钮，这时用户可以看到数据图的外框已去掉。图1-25 “页面和打印设置”对话框图1-26 通过调整比例尺大小来调整图幅以适应数据框大小图1-27 “数据框 属性”对话框中的“框架”栏
◆ 步骤5：在地图数据框中插入指北针、比例尺、图例等要素，并调整其大小及样式。
点击主菜单中的“插入”菜单，分别选择“比例尺”“指北针”“图例”按钮，用户在弹出的“选择器”中选择自己喜欢的样式，将其插入到布局窗口的数据框内，并调整其位置，以满足构图需要（图1-28）。如果感觉需要修改已经插入的图例、比例尺、指北针等，可以通过鼠标双击它们来打开“图例 属性”对话框（图1-29），进行样式、字体大小等的修改。图1-28 插入地图要素并经调整后的布局视图图1-29 鼠标双击布局窗口中的图例弹出的“图例 属性”对话框
◆ 步骤6：专题地图的导出。
点击主菜单中的“文件”—“导出地图”，弹出“导出地图”对话框，首先设置将文件放置在shiyan01的文件夹下，然后选择文件保存的类型（图1-30），例如JPEG格式，并将文件命名为“上杭县建设用地与水系空间分布图”，分辨率可根据研究需要进行选择，通常应不低于300 dpi，最好设置为600 dpi，转出的地图如果需要用Photoshop处理，可以保存为EPS格式，如果是放入专题报告Word中，则建议使用JPEG格式存储，最后点击“保存”按钮，文件开始导出。图1-30 “导出地图”对话框
4）数据图层属性表中字段的修改与统计
如果用户需要统计上杭县各乡镇的镇域面积，则需要用到属性表中字段的增加、删除、修改与统计等功能。
◆ 步骤1：打开属性表。
在ArcMap中打开地图文档shanghangmap.mxd，在“内容列表”中的数据框架中找到“乡镇界限”图层，鼠标右击打开图层快捷菜单，点击“打开属性表”按钮，弹出乡镇界限的“表”窗口（图1-31），由属性表可见，该图层包含FID、Shape、Id和Name等4个字段，共有21条记录。图1-31 “乡镇界限”图层属性“表”窗口
◆ 步骤2：在属性表中添加字段并移动字段位置。
在“乡镇界限”图层属性表中，点击菜单中的“表选项”按钮，在下拉菜单中点击“添加字段”按钮，弹出“添加字段”对话框（图1-32），然后用户设置字段“名称”为“面积”，字段“类型”为“浮点型”。最后，点击“确定”按钮，“面积”字段加入“乡镇界限”的属性表中。图1-32 “添加字段”对话框
通常，新建字段会自动加载到属性表的最后一列，如果用户的属性表列很多的话则不便于查看新建的字段，这时用户可以点击需要移动位置的“面积”字段，选中的字段底为浅绿色（高亮显示），这时按住鼠标左键不放，用户可以拖动“面积”字段到需要放置的位置，然后松开鼠标，“面积”字段完成位置移动。当然，用户也可以使用这种方式移动想移动的任意一个字段。
◆ 步骤3：在属性表中删除字段。
有时，数据图层的属性表经过几次分析处理后会变得很长，有几十列，这时用户可能需要将属性表中的一些字段删除。
具体操作为：在“乡镇界限”的属性表中，“Id”字段均为0值，没有具体含义，可将其删除，首先点击“Id”字段选中该字段，然后右击鼠标弹出字段操作的快捷菜单（图1-33），点击“删除字段”按钮，弹出字段删除确认对话框（该确认对话框能够有效避免字段删除误操作），点击“确定”按钮，“Id”字段被删除。
另外，请特别注意，属性表中的“FID”“Shape”字段不能被删除，它们分别是属性表与图形数据进行关联和数据类型识别的字段，是系统生成的关键字段，不可删除，在数据属性表中用户无法对这两个字段执行删除字段操作。
◆ 步骤4：字段计算与字段统计。
在步骤2中，用户新建了“面积”字段，默认的字段属性值均为0，现在用户将其真实的面积值进行统计并赋给该字段。
具体步骤为：在“乡镇界限”的属性表中，点击选中“面积”字段，然后右击鼠标弹出字段操作的快捷菜单（图1-33），点击“计算几何”按钮，弹出“计算几何”提示框（该提示框能够有效避免字段计算误操作），提示用户计算一旦开始将无法撤销，点击“是”按钮，弹出“计算几何”对话框（图1-34），在“属性”栏中选择计算“面积”（是默认值，当然用户也可以根据需要计算周长、质心等），坐标系保持默认设置“使用数据源的坐标系”，“单位”栏中通过下拉列表选择“公亩”（当然，也可以根据情况选择“平方米”、“平方公里”等），点击“确定”按钮，弹出“字段计算器”提示框，点击“是”按钮，面积被自动计算赋值在“面积”字段上。图1-33 字段操作快捷菜单图1-34 “计算几何”对话框
接下来，可以对“面积”字段进行基本统计。
具体操作为：在“乡镇界限”的属性表中，点击选中“面积”字段，然后右击鼠标弹出字段操作的快捷菜单（图1-33），点击“统计”按钮，弹出“统计数据”结果窗口（图1-35），“面积”字段的基本统计信息包括计数、最小值、最大值、总和、平均值、标准差、空值个数和频数分布柱状图。图1-35 “乡镇界限”图层的“面积”字段数据统计结果
如果需要制作统计表格，用户可以在“乡镇界限”的属性表中，点击菜单中的“表选项”按钮，在下拉菜单中点击“报表”—“创建报表”按钮，然后通过“报表向导”完成报表的制作。
◆ 步骤5：数据图层属性表的导出。
在步骤4中，用户对“面积”字段进行了初步统计，但如果需要对多个字段进行交叉统计以及相关等分析，则需要借助其他的软件，例如Excel或者SPSS。这时用户需要将数据图层的属性表转出，以便被其他程序调用。
具体操作为：在“乡镇界限”的属性表中，点击菜单中的“表选项”按钮，在下拉菜单中点击“导出”，弹出“导出数据”对话框（图1-36），点击“文件夹浏览”按钮，弹出“保存数据”对话框（图1-37），选择将导出的数据表放置的目录为D:\data\shiyan01（即当前的默认工作目录），文件名称为“各乡镇面积统计表”，文件类型为“dBASE表”，点击“保存”按钮，回到“保存数据”对话框，点击“确定”按钮，属性表数据导出，当出现“是否将新表添加到当前视图”提示框时，选择“否”（用户也可以点击“是”，让导出的表加入当前视图中）。
现在，找到shiyan01文件夹下的“各乡镇面积统计表.dbf”文件，借助其他的软件例如Excel或者SPSS，用户可以对其进行更深入的分析和制作各类统计图表。图1-36 “导出数据”对话框图1-37 “保存数据”对话框1.2.3 ArcCatalog基础操作
在前面介绍添加数据图层文件时，曾介绍了一种通过使用内嵌于ArcMap中的“目录”功能来查找和定义“文件夹连接”的方式查找数据图层文件，进而通过拖放进行数据图层添加。该“目录”悬浮窗口与标准工具栏上的“目录”图标按钮功能是一致的，都是打开ArcCatalog数据目录，以便管理用户的GIS相关数据以及设置文件的显示等。
另外，用户也可以单独打开ArcCatalog界面，以完成数据管理与操作的各项工作。
1）打开ArcCatalog界面并进行文件夹连接
◆ 步骤1：启动ArcCatalog 10.1。
点击Windows任务栏的“开始”按钮，找到“所有程序”—“ArcGIS”—“ArcCatalog 10.1”，点击可启动ArcCatalog（图1-38）；或者通过鼠标直接双击桌面上的“ArcCatalog 10.1”图标来启动ArcCatalog。图1-38 ArcCatalog主界面
ArcCatalog的窗口主要由主菜单、标准工具条、地理工具条、位置工具条、目录树、浏览窗口等部分组成（图1-38）。主菜单位于ArcCatalog窗口的上部，主要包括文件、编辑、视图、转到、地理处理、自定义、窗口和帮助8个子菜单。标准工具条位于主菜单的下方，共包含16个按钮，用户可以通过将鼠标放置在按钮上使其显示该功能按钮功能简介的方式来认识和了解各个按钮的功能。地理工具条位于标准工具条的后面，包括放大、缩小、移动、全图等常用地图操作按钮。位置工具条通常位于标准工具条下方，显示当前关联的文件夹或活动图层等。目录树面板位于左侧，用户可以用其进行管理和操作GIS相关数据。浏览窗口位于右侧，用于显示目录树中高亮显示项目的信息，有三个预览选项卡可以使用，分别为“内容（显示高亮显示项目的基本信息）”、“预览（有两种预览方式，一种是‘地理视图’，一种是‘表’）”、“描述（对高亮显示项目的描述）”，每一个选项卡提供一种唯一的查看ArcCatalog目录树中项目内容的方式。
请试着查看三个选项卡和显示方式所显示的地图数据文件内容，了解浏览窗口的基本使用方法。
◆ 步骤2：在ArcCatalog中进行文件夹链接。
与用户之前使用内嵌于ArcMap中的“目录”功能来定义“文件夹连接”的操作基本一致。
在ArcCatalog界面中，点击标准工具条上的“连接到文件夹”按钮，或者点击主菜单上的“文件”—“连接到文件夹”按钮，会弹出“连接到文件夹”对话框，查找到用户需要连接的文件夹，然后点击“确定”按钮，将文件夹连接到ArcCatalog目录树面板窗口中。
2）创建新的Shapefile文件
◆ 步骤1：启动ArcCatalog 10.1，并将shiyan01文件夹关联到目录树中。
◆ 步骤2：创建新的Shapefile文件。
在ArcCatalog中，点击主菜单上的“文件”—“新建”—“Shapefile”工具（图1-39），或者在目录树中，鼠标右键点击存放新Shapefile文件的文件夹，在快捷菜单中点击“新建”—“Shapefile”按钮，将弹出“创建新Shapefile”对话框（图1-40）。请注意，在创建新的Shapefile文件时，目录树中用于存放新Shapefile文件的文件夹应该被选中，否则将无法开启“新建”下面的功能按钮。图1-39 创建新的Shapefile文件图1-40 “创建新Shapefile”对话框
在“创建新Shapefile”对话框中，首先设置文件名称为“上杭县城建设用地”和要素类型为“面”；然后，设置文件的空间参考信息，这非常重要，本实验将其与已经构建好的任意一个数据文件，例如“河流”的空间参考信息进行匹配，具体操作过程为：点击“创建新Shapefile”对话框中右下方的“编辑”按钮，打开“空间参考属性”对话框，点击“添加坐标系”按钮，选择“导入”（图1-41），弹出“浏览数据集或坐标系”对话框，找到并点击选择“河流”数据图层（图1-42），并点击“添加”按钮，将“河流”数据图层的空间参考信息导入“空间参考属性”对话框，然后再点击“确定”按钮，空间参考信息被加载到了“创建新Shapefile”对话框中的“空间参考”栏中（图1-43），点击“确定”按钮，一个名为“上杭县城建设用地”的“面”要素文件加载进了shiyan01文件夹中。
如果用户在ArcCatalog目录树中没有找到新建的Shapefile文件，则可以在目录树中此文件夹处右击鼠标，在弹出的快捷菜单中点击“刷新”即可。图1-41 “空间参考属性”对话框图1-42 “浏览数据集或坐标系”对话框图1-43 加载空间参考信息的“创建新Shapefile”对话框
当然，空间参考信息也可以由用户从系统自带的空间参考中选择和定义，请熟悉一下“空间参考属性”对话框中提供的“地理坐标系”和“投影坐标系”的相关信息和内容，了解常用的一些地理坐标系和投影坐标系。
3）创建新的地理数据库文件
◆ 步骤1：启动ArcCatalog 10.1，并将shiyan01文件夹关联到目录树中。
◆ 步骤2：创建新的地理数据库文件。
在ArcCatalog界面中，点击主菜单上的“文件”—“新建”—“个人地理数据库”按钮，或者在目录树中，鼠标右键点击存放新地理数据库文件的文件夹，在快捷菜单中点击“新建”—“个人地理数据库”按钮，一个名称为“新建个人地理数据库.mdb”的个人地理数据库加载进入目录树中，且文件名称处于可修改状态，为蓝底白字（图1-44），用户可将文件名改为“上杭基础地理数据”。图1-44 新建个人地理数据库加载进入目录树中
用户可以用鼠标右击“上杭基础地理数据”文件，在弹出的快捷菜单中选择并点击“新建”—“要素数据集”或“要素类”或“表”等基本组成项，从而构建用户个人的数据库要素数据集或要素类。
本实验中用户将已经构建好的要素类数据图层文件直接导入到该地理数据库文件中，其基本操作为：用鼠标右击“上杭基础地理数据”文件，在弹出的快捷菜单中选择并点击“导入”—“要素类（多个）”按钮，弹出“要素类至地理数据库（批量）”对话框（图1-45），找到shiyan01文件下原有的要素类数据文件，点击“确定”按钮，将它们都导入到“上杭基础地理数据”文件中。图1-45 “要素类至地理数据库（批量）”对话框
4）地理数据的输出
为了便于数据共享和交换，可以将地理数据库中的要素数据输出为shapefile、coverage文件，将相应的属性表输出为Info或dBase格式的数据文件。用户通常使用的是数据图层文件的输出。
◆ 步骤1：启动ArcCatalog 10.1，并将shiyan01文件夹关联到目录树中。
◆ 步骤2：将“城乡建设用地.shp”文件输出为其他格式的文件。
在ArcCatalog界面中，点击要输出的文件“城乡建设用地.shp”，用鼠标右击弹出快捷菜单（图1-46），点击选择“导出”—“转为Coverage”（当然用户也可以选择“转为CAD”“转出至地理数据库”选项），弹出“要素类转Coverage”对话框（图1-47），由于用户的文件名称过长（不应超过13个字符），所以导致“输出Coverage”栏下的自动生成的文件名称过长，出现“红底叉号”标识，用户将输出的Coverage文件名称改为“建设用地_c”，点击其他选项，红底叉号标识消失（用户可以将鼠标移至“红底叉号”处查看弹出的错误信息提示，以便更正）。最后，点击“确定”按钮，数据转出为“建设用地_c”的Coverage文件。
其他文件格式的数据例如Coverage的转换，属性表转换为Info或dBase等操作过程与上面的转出过程基本一致。图1-46 图层快捷菜单与导出选项图1-47 “要素类转Coverage”对话框说明1-4：ArcGIS中的主要数据格式简介ArcGIS中的主要数据格式有Shapefile、Coverage、地理数据库等。Shapefile是描述空间数据的几何和属性特征的非拓扑实体矢量数据结构的一种格式，是为ArcView早期版本开发的地理相关无位相（Spaghetti）数据模型，包含点、线或多边形所组成的一个要素类。一个Shapefile文件包括一个主文件（*.shp），一个索引文件（*.shx），一个dBASE表文件（*.dbf）和一个空间参考文件（*.prj）。在shape文件的属性表中，系统保留前两个字段来存储要素识别码（FID）和坐标几何（shape）数据，这些字段由ArcGIS创建并维护，用户不能对其进行编辑操作，所有其他字段则由用户添加。Coverage是ESRI公司为Arc/Info量身定做的矢量数据格式，同时也是最古老的数据格式。像Shapefile一样，Coverage由多个文件组成，这些文件甚至可能分散在多个文件夹中，能够存储拓扑关系，并且拥有为此专门内建的几个内部字段。地理数据库（Geodatabase）是ESRI公司在ArcGIS 8版本引入的一个全新的面向对象的空间数据模型，是建立在关系型数据库管理信息系统之上的统一的、智能化的空间数据库，可以包含很多不同的对象，包含多个要素类、几何网络、数据表、栅格和其他对象。1.2.4 ArcToolbox基础操作
1）启动ArcToolbox并激活扩展工具
ArcGIS 9.0以上版本的一个显著变化是ArcToolbox不再是一个单独的运行环境，而是所有ArcGIS应用界面中的一个可停靠的窗口，它通常会在应用界面的菜单栏中，是一个快捷按钮。可以通过点击ArcGIS 9.0以上版本的应用界面中的ArcToolbox按钮来启动ArcToolbox。
◆ 步骤1：启动ArcToolbox。
启动ArcMap 10.1，在ArcMap界面的主菜单中点击“ArcToolbox”图标按钮（图1-48），弹出“ArcToolbox”浮动窗口（图1-49），用户可以根据个人偏好将浮动窗口移动到ArcMap窗口中自己感觉比较方便使用的位置。
用户可以看到ArcToolbox由多个工具箱构成，能够完成不同的任务，每个工具箱中包含着不同级别的工具集，工具集中又包括若干工具（图1-50）。图1-48 ArcMap界面主菜单中的ArcToolbox按钮位置和简介图1-49 ArcToolbox浮动窗口与工具箱图1-50 ArcToolbox中的工具箱、工具集与工具
用户在后面的实验中经常使用的主要工具箱如下：（1）3D Analyst工具箱：使用该工具可以创建和修改TIN或栅格表面，并从中抽象出相关信息和属性。例如，海拔、坡度、坡向分析等。（2）Geostatistical Analyst工具箱：地理统计分析工具箱，其提供了一套全面的工具，用它可以创建一个连续表面或者地图，用于可视化及分析等。（3）Network Analyst工具箱：网络分析工具箱，它包含可执行网络分析和网络数据集维护的一系列工具集和工具。（4）Spatial Analyst工具箱：空间分析工具箱，它提供了丰富的工具来实现基于栅格数据的各项空间分析。例如，栅格叠加分析、距离分析等。（5）分析工具箱：对于所有类型的矢量数据，该工具提供了一整套的主要处理方法，如联合、裁剪、相交、判别、拆分、缓冲区、近邻、点距离、频度等。（6）转换工具箱：包含了一系列不同数据格式的转换工具集和工具，主要有栅格数据、Shapefile、Coverage、Table、dBase以及CAD到空间数据库的转换等。
另外，ArcToolbox还提供了编辑工具、地理编码、空间统计等多个工具箱，用以完成各类复杂的数据处理过程。
由于工具集比较多，工具更多，因此用户在使用过程中需要记忆一些常用工具的名称和其在工具箱中的位置，以便使用时能够快速找到需要的工具（集）。
◆ 步骤2：激活扩展工具。
ArcGIS中的扩展工具在默认状态下没有启用，用户可以在第一次启动ArcMap后，加载这些重要的扩展工具。
具体操作为：在ArcMap界面的主菜单中点击“自定义”—“扩展模块”按钮，弹出“扩展模块”对话框（图1-51），将所有的扩展模块全部选上，然后点击“关闭”按钮即可。
2）ArcToolbox环境设置
对于一些特殊模型或者有特图1-51 “扩展模块”对话框殊要求的计算，需要对输出数据的范围、格式等进行调整，ArcToolbox提供了一系列环境设置，可以帮助用户解决此类问题。
◆ 步骤1：启动ArcMap 10.1，打开shanghangmap.mxd文件，启动ArcToolbox。
◆ 步骤2：打开“环境设置”对话框。
在ArcToolbox浮动窗口中，鼠标右键点击“ArcToolbox”总目录（图1-52），在弹出的菜单中点击选择“环境”，弹出“环境设置”对话框（图1-53），该窗口提供了工作空间、输出坐标系、处理范围等共17项环境设置参数，用户通常使用的是工作空间（更改与设定当前和临时的工作空间）和处理范围（指定数图1-52 鼠标右键点击“ArcToolbox”总目据分析处理的范围）的设置，后录后弹出的菜单面的实验中将再加以具体说明。图1-53 “环境设置”对话框1.3 ERDAS IMAGINE 9.2简介1.3.1 ERDAS IMAGINE 9.2简介
1）遥感与遥感图像处理软件
自1960年代以来，遥感技术在世界范围内迅速崛起，它改变了人类认识地球、了解地球的角度和方式。随着计算机技术、光学感应技术以及测绘技术的发展，遥感技术也从以飞机为主要载体的航空遥感发展到以航天飞机、人造地球卫星等为载体的航天遥感，极大地扩展了人们的观测视野，丰富了对地观测信息的来源，遥感图像越来越成为人们快速获取地表信息的主要来源。
城市与区域规划特别是大区域大尺度的规划越来越需要遥感数据的支撑，以准确的了解规划研究区的土地利用现状及其动态变化情况，以及各类资源的空间配置情况等。因而，有必要让城市与区域规划专业的学生掌握一种遥感数据处理的软件，使其成为未来城市规划师职业生涯中必须掌握的基本技能之一。
目前，国际上常用的遥感图像处理软件有美国ERDAS LLC公司开发的ERDAS IMAGINE、美国Research System INC公司开发的ENVI、加拿大PCI公司开发的PCI Geomatica、德国Definiens Imaging公司开发的eCognition等；国产遥感图像处理软件主要有原地矿部三联公司开发的RSIES、国家遥感应用技术研究中心开发的IRSA、中国林业科学院与北京大学遥感所联合开发的SAR INFORS以及中国测绘科学研究院与四维公司联合开发的CASM ImageInfo等。
2）ERDAS IMAGINE软件简介
在众多的遥感图像处理软件平台中，ERDAS IMAGINE软件以其先进的图像处理技术，友好、灵活的用户界面和操作方式，面向广阔应用领域的产品模块，服务于不同层次用户的模型开发工具以及高度的RS/GIS（遥感图像处理和地理信息系统）集成功能，为遥感及相关应用领域的用户提供了内容丰富而功能强大的图像处理工具，目前在全球遥感处理软件市场中排名第一。
ERDAS IMAGINE软件面向不同需求的用户，对于系统的扩展功能采用开放的体系结构，以IMAGINE Essentials、IMAGINE Advantage、IMAGINE Professional的形式为用户提供了低、中、高三档产品架构，并有丰富的功能扩展模块供用户选择，使产品模块的组合具有极大的灵活性。本教程使用ERDAS IMAGINE 9.2 Professional版本进行实验的操作介绍。
3）ERDAS IMAGINE软件的主要功能
ERDAS IMAGINE软件具有强大的图像处理功能，包括图像几何校正、图像投影变换、图像空间增强、图像分类、空间分析等，其主要功能见表1-3。表1-3 ERDAS IMAGINE图像处理主要功能介绍
4）ERDAS IMAGINE软件的数据格式
ERDAS IMAGINE 9.2版本支持的数据格式有150多种，可以输出的数据格式有50多种，几乎包括所有常见的栅格数据和矢量数据格式（表1-4）。表1-4 ERDAS IMAGINE 9.2常用的数据格式
这里主要介绍通用二进制和IMG数据格式。
用户从遥感卫星地面站购置的数据一般为通用二进制（Generic Binary）格式数据，外加一个说明性的头文件。其中，通用二进制数据主要包含BSQ格式、BIP格式、BIL格式等三种。
BSQ（Band Sequential）数据格式是按照波段顺序依次排列的数据格式，数据排列遵循以下规律：第一波段位居第一，第二波段位居第二，第n波段位居第n位；在每个波段中，数据依据行号顺序依次排列，第一列内，数据按像素顺序排列（表1-5）。表1-5 BSQ数据格式
BIP（Band Interleaved by Pixel）数据格式是每个像元按波段次序交叉排序的，遵循以下规律：第一波段第一行第一个像素位居第一，第二波段第一行第一个像素位居第二，依此类推，第n波段第一行第一个像素位居第n位；然后第一波段第二个像素位居第n+1位，第二波段第一行第二个像素位居第n+2位，依次类推（表1-6）。
BIL（Band Interleaved Line）数据格式是逐行按波段次序进行排列，遵循以下规律：第一波段第一行第一个像素位居第一，第一波段第一行第二个像素位居第二，依此类推，第一波段第一行第n个像素位居第n位；然后第二波段第一行第一个像素位居第n+1位，第二波段第一行第二个像素位居第n+2位，依次类推（表1-7）。表1-6 BIP数据排列表表1-7 BIL数据排列表
IMG格式是ERDAS IMAGINE软件专用的文件格式，它支持单波段和多波段遥感影像数据的存储。为了方便影像存储、处理与分析，遥感数据源必须首先使用数据转换模块转换为.img格式进行存储，该格式文件包含图像对比度、色彩值、描述表、影像金字塔结构信息以及文件属性信息。IMG格式的设计非常灵活，有一系列节点构成，除了可以灵活的存储各种信息外，还有一个重要的特点是图像的分块存储。一块IMG图像按照其行列数被分成n块，例如512×512的图像被分成了64块（横向为8行，纵向为8列），每块大小8×8。IMG格式的这种存储和显示模式称之为“金字塔式存储显示模式”（简称塔式结构）。塔式结构图像按分辨率分级存储与管理，最底层的分辨率最高、数据量最大，越向上层，分辨率越低、数据量越小。ERDAS IMAGINE软件采用这种图像金字塔结构建立的遥感影像数据库便于组织、存储、显示与管理，容易实现跨分辨率的索引和数据浏览，也突破了以往对IMG图像尺寸的限制（2 GB）。1.3.2 ERDAS IMAGINE 9.2窗口简介
点击Windows任务栏的“开始”按钮，找到“所有程序”—“Leica Geosystems”—“ERDAS IMAGINE 9.2”—“ERDAS IMAGINE 9.2”，点击可启动ERDAS IMAGINE 9.2，程序会自动弹出ERDAS IMAGINE 9.2主界面（图1-54）；或者通过直接鼠标双击桌面上的“ERDAS IMAGINE 9.2”图标来启动ERDAS IMAGINE 9.2。
ERDAS IMAGINE 9.2的主界面主要由“图标面板”和“数据浏览”两个窗体组成，相互独立，均可以调整大小和位置（图1-54）。图1-54 ERDAS IMAGINE 9.2主界面“图标面板”（Icon Panel）由菜单条（Menu Bar）和工具条（Tool Bar）两部分组成，菜单条包括Session（综合菜单）、Main（主菜单）、Tools（工具菜单）、Utilities（实用菜单）、Help（帮助菜单），每一个菜单的主要功能见表1-8；工具条中共有15个图标，相当于15个不同的功能模块，这些模块分别承担不同的任务和功能（表1-9）。“数据浏览（Viewer）”窗口是一个活动的可调整的窗口，ERDAS IMAGINE启动后会自动弹出，主要由菜单条、工具条、显示窗口和状态条组成。该窗口是显示栅格图像、矢量图形、注记文件、AOI（感兴趣区域）等数据层的主要窗口，也是ERDAS IMAGINE软件实现人机交互操作的重要途径。菜单条共有File（文件）、Utility（实用菜单）、View（浏览）、AOI（感兴趣区域）和Help（帮助菜单）等5部分组成。表1-8 ERDAS IMAGINE 9.2图标面板菜单条主要功能简介表1-9 ERDAS IMAGINE 9.2图标面板工具条图标简介
城市与区域规划中我们经常会用到数据预处理、图像解译、图像分类等主要模块，这些模块能够为我们获取规划研究区的土地利用现状及其动态变化、自然生态环境资源的空间配置情况等信息提供技术支持。1.4 PASW Statistics 18简介1.4.1 PASW Statistics 18概述
SPSS是软件英文名称的首字母缩写，原意为Statistical Package for the Social Sciences，即“社会科学统计软件包”。但是随着SPSS产品服务领域的扩大和服务深度的增加，SPSS公司已于2000年正式将英文全称更改为Statistical Product and Service Solutions，意为“统计产品与服务解决方案”，标志着SPSS的战略方向做出了重大调整。2009年4月9日，美国芝加哥SPSS公司宣布重新包装旗下的SPSS产品线，定位为预测统计分析软件PASW（Predictive Analytics Software）。PASW包括4部分：PASW Statistics（formerly SPSS Statistics）统计分析，PASW Modeler（formerly Clementine）数据挖掘，Data Collection family（formerly Dimensions）数据收集，PASW Collaboration and Deployment Services（formerly Predictive Enterprise Services）企业应用服务。
SPSS软件是一款在调查统计行业、市场研究行业、医学统计、政府和企业的数据分析应用中久享盛名的统计分析工具，是世界上最早的统计分析软件，由美国斯坦福大学的三位研究生于20世纪60年代末研制。1984年SPSS首先推出了世界上第一个统计分析软件微机版本SPSS/PC+，极大地扩充了它的应用范围，并使其很快地应用于自然科学、技术科学、社会科学的各个领域。世界上许多有影响的报纸杂志纷纷就SPSS的自动统计绘图、数据的深入分析、使用方便、功能齐全等方面给予了高度的评价与称赞。在国际学术界有条不成文的规定，即在国际学术交流中，凡是用SPSS软件完成的计算和统计分析，可以不必说明算法，由此可见其影响之大和信誉之高。
迄今SPSS软件已有30余年的成长历史，分布于通讯、医疗、银行、证券、保险、制造、商业、市场研究、科研教育等多个领域和行业，是世界上应用最广泛的专业统计软件。1994至1998年间，SPSS公司陆续并购了SYSTAT公司、BMDP软件公司、Quantum公司、ISL公司等，并将各公司的主打产品收纳SPSS旗下，从而使SPSS公司由原来的单一统计产品开发与销售转向为企业、教育科研及政府机构提供全面信息统计决策支持服务，成为走在了最新流行的“数据仓库”和“数据挖掘”领域前沿的一家综合统计软件公司。
PASW Statistics 18是SPSS经升级并重新包装后的新版本，是一种用于分析数据的综合系统，可以从几乎任何类型的文件中获取数据，然后使用这些数据生成分布和趋势、描述统计以及复杂统计分析的表格式报告、图表和图。简单的菜单和对话框选择使得用户不用键入命令语法即可执行复杂的分析。数据编辑器提供了简单而有效的类似电子表格的工具，用于输入数据和浏览工作数据文件。
PASW Statistics 18功能强大，界面友好，易学易用，非常全面地涵盖了数据分析的整个流程，提供了数据获取、数据管理与准备、数据分析、结果报告这样一个数据分析的完整过程，特别适合设计调查方案、对数据进行统计分析，以及制作研究报告中的相关图表。从某种意义上讲，该软件还可以帮助数学功底一般的使用者学习运用现代统计技术。使用者仅需要关心某个问题应该采用何种统计方法，并初步掌握对计算结果的解释，而不需要了解其具体运算过程，就可以在使用手册的帮助下完成对数据定量分析，完全可以满足非统计专业人士的工作需要，是非专业统计人员的首选统计软件。1.4.2 PASW Statistics 18窗口简介
点击Windows任务栏的“开始”按钮，找到“所有程序”—“SPSS Inc”—“PASW Statistics 18”—“PASW Statistics 18”，点击可启动PASW Statistics 18，程序会自动弹出PASW Statistics 18对话框，如果用户无需打开已经存在的统计数据文件，点击“取消”按钮，直接进入PASW Statistics 18窗口界面（图1-55）；或者通过直接双击桌面上的“PASW Statistics 18”图标来启动PASW Statistics 18。图1-55 PASW Statistics 18界面
PASW Statistics 18窗口主要由菜单栏、工具栏、数据显示窗口（默认状态为数据视图，每一行为一个案例，每一列为一个变量，用户可以切换成变量视图，这时每一行是一个变量，每一列是变量的属性字段，例如变量名称、类型、宽度、小数等，图1-56）、状态显示条等组成。图1-56 PASW Statistics 18界面中的变量视图
请用户了解和记忆常用的菜单项和工具的位置，以便在后面的实验中能够快速地找到需要的菜单和工具。例如，经常使用的主菜单中的“分析”菜单下的描述统计、相关、回归、分类、降维等分析工具集（图1-57），以及“图形”菜单中的各类制图模板与工具等。图1-57 PASW Statistics 18界面主菜单中的分析菜单1.5 实验总结
本实验主要介绍了ArcGIS 10.1中文桌面版、ERDAS IMAGINE 9.2、PASW Statistics 18软件的主要功能、基本组件与基本操作，是后继章节实验的基础，也为城市与区域规划中综合使用这些软件提供基础支撑。表1-10 本次实验主要内容一览实验2 地理数据获取与数据库构建2.1 实验目的与实验准备2.1.1 实验目的
通过本实验掌握使用GIS与RS技术获取规划研究区基础地理数据和构建规划研究区数据库的主要过程与基本操作，为后面的实验提供数据分析的基础和支撑。
具体内容有（表2-1）：表2-1 本次实验主要内容一览2.1.2 实验准备（1）计算机已经预装了ArcGIS 10.1中文桌面版、ERDAS 9.2或更高版本的软件。（2）通过现状调研，已经获取了规划研究区的基础数据资料（例如规划研究区上杭县的乡镇边界图、行政区划图、县城中心城区的CAD地形图以及规划局、国土局等相关局室提供的纸质资料等）。本实验以福建省上杭县作为规划研究区，主要现状资料存放在光盘中的data\shiyan02中，请将shiyan02文件夹复制到电脑的D:\data\目录下。2.2 TM/ETM数据获取与预处理2.2.1 TM/ETM数据获取
1）免费TM/ETM数据获取
◆ 步骤1：登陆国际科学数据服务平台网站，注册用户。
登陆中国科学院计算机网络信息中心“国际科学数据服务平台”网站（图2-1），网址：http://Landsat.datamirror.csdb.cn，按照要求免费注册用户。该网站提供包括LANDSAT在内的9种数据的检索和查询（图2-1），提供海量数据，一般能够满足大中尺度城市与区域规划的数据需要，如果需要批量下载多景数据，可以点击页面菜单中的“数据服务”使用“数据预定”功能来统一定制，进行批量下载。
有关TM/ETM等美国陆地资源卫星数据的相关介绍参见说明2-1和说明之后的补充解释。图2-1 国际科学数据服务平台网站网页图2-2 国际科学数据服务平台网站“数据检索”菜单目录选项说明2-1：TM/ETM遥感影像数据简介TM/ETM遥感影像数据是美国陆地卫星（Landsat）计划发射的卫星（4、5、7号星）收集的多波段扫描影像，空间最高分辨率为15 m或30m，可用于中尺度以上的城市与区域规划研究。TM影像共有7个波段，影像空间分辨率除热红外波段为120 m外，其余均为30 m，可满足农、林、土、地质、地理、测绘、区域规划、环境监测等专题分析和编制1∶25万或更小比例尺专题图的要求。对于城市与区域规划来讲，该数据尺度基本满足大中尺度的规划研究。ETM影像比TM影像增加了一个全色波段，共8个波段，全色波段分辨率为15 m，热红外波段的分辨率为60 m，其他波段分辨率均为30 m。2003年，Landsat-7尾箱发生故障，导致了2003年以后的ETM影像产生条带。该数据能够满足中尺度及以上的城市与区域规划研究。
说明2-1中对TM/ETM遥感影像数据做了简要介绍，下面再做一些补充解释。
美国NASA的陆地卫星（Landsat）计划（1975年前称为地球资源技术卫星ERTS），从1972年7月23日以来，已发射8颗卫星（第6颗发射失败，第8颗于2013年发射）。目前Landsat-1～4均相继失效，Landsat-5仍在超期运行（从1984年3月1日发射至今）。Landsat-7于1999年4月15日发射升空，传感器分别是MSS、TM、ETM+，2003年之后卫星失效。Landsat-8于2013年2月11日发射升空，传感器分别是OLI（Operational Land Imager，运营性陆地成像仪）和TIRS（Thermal Infrared Sensor，热红外传感器），共11个波段，与之前的陆地资源卫星相比，Landsat-8的光线、热量感应器精准度更高，性能更好（表2-2、表2-4、表2-5）。
TM影像是指美国陆地卫星4～5号专题制图仪（Thematic Mapper，TM）所获取的多波段扫描影像，共有7个波段（波谱范围参见表2-3、表2-4），每波段像元数达61 662个（TM-6为15 422个），一景TM影像总信息量约为230兆字节，相当于MSS影像的7倍。
因TM影像具有较高的空间分辨率、波谱分辨率、极为丰富的信息量和较高定位精度，成为20世纪80年代中后期世界各国广泛应用的重要的地球资源与环境遥感数据源，能够满足有关农、林、水、土、地质、地理、测绘、区域规划、环境监测等专题分析和编制1∶25万或更小比例尺专题图的要求。
ETM（Enhanced Thematic Mapper）是增强型专题绘图仪，美国陆地卫星6（Landsat-6）搭载的一种成像仪，8个波段（7个多光谱，+1个全色波段），15 m的分辨率，扫描带宽185 km。Landsat-6发射失败。Landsat-7卫星的主要有效载荷为增强型专题测绘仪（Enhanced Thematic Mapper Plus，ETM+）。ETM+是在Landsat-4和Landsat-5卫星的主要有效载荷专题测绘仪（Thematic Mapper）的基础上改进的。ETM+相对TM的主要不同之处在于：它增加了1个全色谱段（15 m分辨率）和两个增益区域，增加了太阳定标器，并提高了红外谱段的分辨率。表2-2 美国Landsat-1～7号卫星参数一览表表2-3 美国Landsat卫星MSS波段编号和波长范围表2-4 美国Landsat卫星TM、ETM＋、OLI波段、波长范围及分辨率表2-5 美国Landsat-8卫星TIRS载荷参数说明2-2：其他常用的遥感影像数据简介遥感技术在城市规划实践中，主要针对具体应用需求，通过卫星地面站获取合适的覆盖范围的最新的城市卫星地图影像数据，利用遥感图像专业处理软件对数据进行辐射校正、增强、融合、镶嵌等处理。同时，借助城市应用区域现有较大比例尺的地形数据，对影像数据进行投影变换和几何精校正，并从地形图上获得境界、城市、居民点、山脉、河流、湖泊以及铁路、公路等典型地貌地物信息，制作城市数字正射影像图和各类专题图，为决策部门提供现实有效的支持资料。与城市与区域规划密切相关的常用遥感影像数据还有：中巴陆地资源卫星数据、SPOT、IKONOS、QuickBird、航片等。中巴陆地资源卫星携有不同空间分辨率的三种遥感器：20 m分辨率的五谱段CCD相机、80 m和160 m分辨率的四谱段红外多光谱扫描仪、256 m分辨率的两谱段宽视场成像仪，可用于监测国土资源的变化，为城市建设和区域发展提供动态信息。法国SPOT卫星影像共5个波段，包括3个可见光波段、1个短波红外波段和1个全色波段，具有较高的地面分辨率，全色图像地面分辨率有2.5 m、5 m或10 m，多光谱波段地面分辨率为10 m或20 m，可用于中小尺度的城市与区域规划研究。美国IKONOS卫星是世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星，影像具有5个波段，包括1个具有1 m分辨率的全色波段和4 m分辨率多光谱波段，可用于小尺度的城市与区域规划研究。美国QuickBird卫星是目前世界上最先提供亚米级分辨率的商业卫星，包含4个分辨率为2.44 m的多光谱波段和1个分辨率为0.61 m的全色波段，广泛应用于测绘、规划、国土、农业、林业、政府管理等各个方面，可以用于小尺度的城市与区域规划研究。航片是采用航空摄影获取的数据产品，多为彩色相片，分辨率通常为亚米级，一般在30 cm左右，可用于小尺度的城市与区域规划研究。
◆ 步骤2：TM/ETM数据检索。
点击国际科学数据服务平台网站页面菜单中的“数据检索”—“LANDSAT数据检索”（图2-2），打开数据检索窗口（图2-3），进行遥感影像（TM、ETM数据）检索。网站提供地图查询和文字查询两种检索方式。
在检索模式下，有5种数据可供选择：（1）Landsat-7 ETM SLC-off（2003年至今），该数据因卫星2003年后出现问题，数据出现缺失，条带明显，2003年之后的数据请最好不要下载。（2）Landsat-7 ETM SLC-on（1999—2003），为Landsat-7资源卫星出现问题之前的数据，可以下载，最高空间分辨率为15 m，能够满足城市与区域规划中尺度及以上规划的精度需要，能够满足1∶10万比例尺的制图工作。（3）Landsat-4、5 TM，为Landsat 4和5号资源卫星采集的数据产品，数据的最高空间分辨率为30 m，能够满足城市与区域规划大尺度规划的精度需要，例如城市群、城市区域等。（4）Landsat-4、5 MSS（1982—1992），为20世纪80 年代美国发射的第二代试验型地球资源卫星（Landsat-4、5）所采集的数据产品。卫星在技术上比第一代试验型地球资源卫星（Landsat-1、2、3）有了较大改进，平台采用新设计的多任务模块，增加了新型的专题绘图仪TM，可通过中继卫星传送数据。TM的波谱范围比MSS大，每个波段范围较窄，因而波谱分辨率比MSS图像高，其地面分辨率为30 m（TM 6的地面分辨率为120 m）。（5）Landsat-1、2、3 MSS（1972—1983），为20世纪70 年代美国在气象卫星的基础上研制发射的第一代试验型地球资源卫星（Landsat-1、2、3）所采集的数据产品。这三颗卫星上装有返束光导摄像机和多光谱扫描仪MSS，分别有3个和4个谱段，分辨率为78 m。
用户可选择Landsat-7 ETM SLC-on（1999—2003）和Landsat-4、5 TM数据进行下载，如果需要最新的遥感数据，使用Landsat-5 TM，如果需要进行规划区的数据对比分析，则可以根据数据的存档情况从两个数据库中分别进行选择。
本次实验以上杭县县域TM/ETM数据下载为例，对数据的获取做演示。数据的获取需要根据具体的规划研究区进行综合考虑和选择。图2-3 数据检索窗口
如果用户事先并不清楚上杭县TM/ETM数据的卫星行列号，那么可以选择点击“地图查询”，找到上杭县的位置后，用鼠标点击“用矩形框选择坐标”图标，画一个矩形框将上杭县县域范围包含其中即可（图2-4），当然也可以使用“文字查询”（图2-5）。文字查询提供了三种查询方式，分别是“经纬度范围”“行列号”“行政区划”，用户可以通过行政区划查询的方式进行上杭县域遥感数据的查询（图2-5）。
如果用户已经知道上杭县的卫星行列号为120/42和120/43，那么可以直接使用“文字查询”中的行列号查询方式，直接精确查找行列号为120/42和120/43的历年遥感数据。图2-4 地图查询中用矩形框进行数据范围选择图2-5 文字查询窗口中的三种不同查询方式
在“文字查询”的数据检索窗口中，用户可以使用“行列号”查询方式，资源卫星点击选择“Landsat-4、5 TM”查询规划研究区（行列号120/42和120/43）最新遥感数据，日期中合理设定开始日期和结束日期（格式为年月日，例如2000年1月1日为20000101），如果不输入则默认所有数据，先输入“20000101～20130901”，云量覆盖选择“平均云量小于”10％，当然也可指定“四角云量”来设置数据检索限制条件，在“有无数据”栏中选择“全部数据”，最后点击“查询”按钮进行数据检索（图2-6）。图2-6 使用文字查询窗口进行上杭县TM遥感数据查询
◆ 步骤3：TM/ETM数据择选。
选择遥感影像数据主要从两个方面来判别，一是成像时间，年份可以根据研究需要和数据情况综合确定，但最好选择5～10月份成像的数据（视各地气候条件而定），这样有利于后面数据的解译（林地等信息便于识别与提取）；二是要注意成像质量，核心指标就是云量的多少，为了保证质量，应选择无云或少云的影像数据，云量最好低于10％。云量有两个常用指标，一个是平均云量，一个是四角云量。
通过对上面的数据查询，规划研究区符合检索条件的数据不多，只有两景，每一个行列号只有一景数据符合检索条件（图2-7），成像时间均为2004年10月5日，平均云量一景为0％，一景为1％。影像质量满足条件和实际需要，但成像时间还是早了些，对于现实性要求比较强的城市与区域规划来讲，这一数据只能作为过去一个时间节点的数据用于研究区的土地利用变化分析。为了演示数据的操作，暂以该数据为例，仅作为研究过程的参考。图2-7 上杭县TM数据检索结果
选择“快视图”可以打开数据的图片，查看数据的大致范围和数据的整体质量情况，如果能够满足研究需要，点击“操作”—“下载数据”，可将数据存储在shiyan02文件夹下。网站新版本中还增加了“计算植被指数”和“计算水体信息”两种功能，用户可以直接获取关于植被和水体的相关指数和信息。
另外，美国地质勘探局（United States Geological Survey，USGS），或称为美国地质调查局网站上也有大量的免费遥感影像数据供用户下载。用户可以登陆http://www.usgs.gov/查找需要的遥感数据，也可以直接登陆Landsat卫星数据的网页http://landsatlook.usgs.gov/直接查看或下载规划研究区的数据（图2-8）。通常，USGS网站上的数据要比较新一些，且可以检索Landsat-8的数据。从检索结果的数据表中可以看出，比2004年新的数据的云量和影像质量均不高。如果确有需要（用2013年6～9月份的影像数据作为规划研究区的现状），可以向北京遥感地面站查询和购买符合要求的存档数据。图2-8 美国地质勘探局（USGS）网站上的Landsat数据检索结果2.2.2 TM/ETM数据预处理
TM/ETM数据预处理主要包括遥感数据的多波段融合、数据裁剪、数据拼接等。在进行预处理之前，先将从中国科学院计算机网络信息中心“国际科学数据服务平台”网站上下载的两景规划研究区的数据（压缩文件）进行解压缩。
1）TM/ETM数据多波段融合
◆ 步骤1：打开ERDAS IMAGINE 9.2，设置“layer Selection and Stacking”对话框。
首先，打开ERDAS IMAGINE 9.2软件，在ERDAS IMAGINE 9.2主界面的“图标面板”中，点击“Image Interpreter（图像解译模块图标）”，弹出“Image Interpreter”菜单，点击菜单中图2-9 “layer Selection and Stacking”对话框的“Utilities”，弹出“Utilities”菜单，再点击菜单中的“layer Stack”，弹出“layer Selection and Stacking”对话框（图2-9）。
在“layer Selection and Stacking”对话框中，首先设置“Input File”栏，点击下拉文件夹菜单，出现“Input File”对话框，找到存放TM/ETM遥感卫星影像的文件夹（D:\data\shiyan02），在“Input File”对话框中的“Files of type”中选择TIFF格式（用户从“国际科学数据服务平台”网站上下载的数据格式为TIFF），然后选中第一个数据文件（TM/ETM数据的第一波段，本例中文件名称为*_B10.TIF），点击“Input File”对话框中的“OK”按钮，然后点击“layer Selection and Stacking”对话框中的“Add”按钮将第一波段数据加载。
重复以上TM/ETM数据波段加载的步骤，直至所有波段TIFF文件加载完毕（因为第6波段为近红外波段，用户可以选择不加载，但该波段可以进行规划研究区地面温度的遥感反演，感兴趣的用户可以查阅相关文献资料了解具体温度反演的过程和具体应用）；然后在“Output File”栏中选择保存的路径和文件名（保存在解压后的遥感数据文件夹中，文件名以行列号命名，以便于识别），保存格式选择.img格式。勾选“Ignore Zero in Stats”（忽略零值）选项。点击“OK”按钮，开始进行数据波段的融合。
◆ 步骤2：在Viewer窗口中打开融合后的影像文件。
将规划研究区的120/43、120/42两景TM影像多波段融合后，用户可以使用“视图窗口（Viewer窗口）”打开刚才融合后的影像文件。
首先，在Viewer窗口中，点击菜单条中的“File”—“Open”—“Raster Layer”选项（图2-10），弹出“Select Layer To Add”对话框（图2-11），找到融合后的文件12043.img，然后点击“OK”按钮，文件12043.img加载进入Viewer窗口中。当然，用户也可以通过点击Viewer窗口中工具条上的“打开文件（open layer）”按钮，弹出“Select Layer To Add”对话框并进行文件的加载。图2-10 Viewer窗口菜单条中的“Raster Layer”选项卡图2-11 “Select Layer To Add”对话框
数据加载后，默认的波段组合为432，且可能由于图像显示范围问题使用户无法在窗口中看到图像。用户可以通过点击“View”菜单中的“Scale”—“Image To Window”按钮（图2-12），当然也可以直接在Viewer窗口中的图像显示框内右击鼠标弹出视图文件显示快捷菜单（图2-12），然后点击“Image To Window”选项，使影像适合窗口尺寸进行显示（图2-13）。图2-12 视图文件显示快捷菜单图2-13 经“Image To Window”调整后的数据文件显示
◆ 步骤3：调整影像的波段组合。
ERDAS IMAGINE软件默认的波段组合为432（图2-13文件标题栏所示），获得的图像植被呈红色，即通常所说的标准假彩色，由于突出表现了植被的特征，在植被、农作物、湿地、蓝藻监测等方面应用十分的广泛，这是最常用的波段组合之一。用户可以通过调整融合后数据的波段组合来用不同的色调显示影像数据。
在Viewer窗口中，点击菜单条中的“Raster”—“Band Combinations”，弹出“Set Layer Combinations for”对话框（图2-14），通过该对话框可以调整影像显示的波段组合，本例中可调整为543，显示效果见图2-15（图像经过放大处理，使得上杭县城和汀江明显可见）。图2-14 “Set Layer Combinations for”对话框图2-15 543波段组合显示效果
另外，请用户尝试不同的波段组合（参见说明2-3），了解不同波段组合反映的地物特征的差异。说明2-3：TM/ETM波段融合后常用的波段显示组合432：ERDAS IMAGINE软件默认的波段组合，获得的图像植被为红色，即通常所说的标准假彩色。543：合成图像不仅类似于自然色，较为符合人们的视觉习惯，而且由于信息量丰富，能充分显示各种地物影像特征的差别，非常适合于非遥感应用专业人员使用。可用于城镇和农村土地利用的区分，陆地和水体边界的确定等。321：真彩色合成，获得自然彩色合成图像，图像的色彩与原地区或景物的实际色彩基本一致，适合于非遥感应用专业人员判读使用。451：信息量最丰富的组合。计算各种组合的熵值的结果表明，由一个可见光波段、一个中红外波段及第4波段组合而成的彩色合成图像一般具有最丰富的地物信息，其中又常以451或453波段的组合为最佳。453波段分别赋红、绿、蓝色合成的图像，色彩反差明显，层次丰富，而且各类地物的色彩显示规律与常规合成片相似，图上山地、丘陵、平原台地等喀斯特地貌景观及各类用地影像特征分异清晰。可以用于土壤湿度和植被状况的分析，也可用于内陆水体和陆地/水体边界的确定，以及水田旱地的区分等。741：图面色彩丰富，层次感好，具有极为丰富的地质信息和地表环境信息；而且清晰度高，干扰信息少，地质可解译程度高，各种构造形迹（褶皱及断裂）显示清楚，不同类型的岩石区边界清晰，岩石地层单元的边界、特殊岩性的展布以及火山机构也显示清楚。742：主要用于土壤和植被湿度的分析，内陆水体的定位等。743：可用于监测林火及灾后变化。这是因为7波段对温度变化敏感；43波段是反映植被的最佳波段，并有减少烟雾影响的功能。754：适宜于湿润地区，可监测不同时期湖泊水位的变化。
另外，如果用户采用目视判读方法识别地物信息，一些土地利用类型可采用波段处理的方式使地物凸显。具体操作可使用Index命令工具进行波段加权求和。在ERDAS IMAGINE 9.2主窗口中，点击图标面板中的“Interpreter”图标—“GIS Analysis”—“Index”命令，在打开的“Index”对话框中进行图层（波段）的叠加运算，在此不再展开加以说明。（1）城市与乡镇的提取：TM1+TM7+TM3+TM5+TM6+TM2-TM4（2）乡镇与村落的提取：TM1+TM2+TM3+TM6+TM7-TM4-TM5（3）河流的提取：TM5+TM6+TM7-TM1-TM2-TM4（4）道路的提取：TM6-（TM1+TM2+TM3+TM4+TM5+TM7）
2）TM/ETM融合数据的裁剪
由于波段融合后的TM/ETM影像数据的边缘存在锯齿（图2-15），即边缘数据不完整，这并不影响影像数据的使用，因为TM/ETM影像数据相邻两景数据之间的重叠率很高，通常在30％左右。用户可以根据研究区的位置和实际需要将其裁剪掉（如果规划研究区需要由两景及以上的影像拼接而成），也可以在多波段融合时就选择AOI区域将其直接裁减掉（如果研究区全部在一景影像上，则无需裁剪数据边缘的锯齿）。本例中上杭县跨两景影像，因此可以首先进行数据边缘锯齿的裁剪，然后再进行数据的拼接。
◆ 步骤1：在ERDAS IMAGINE视图窗口中，打开12043.img。
在Viewer窗口中，打开融合后的遥感影像文件12043.img。
◆ 步骤2：绘制AOI（感兴趣区域）。
首先，点击Viewer窗口中菜单条上的“AOI”—“Tools”，弹出“AOI”工具集；也可通过直接点击Viewer窗口中工具条上的“工具按钮”打开“Raster”工具集，该工具集要比“AOI”工具集要素多（图2-16）。
然后，使用工具集中的“多边形工具（正、长方形或任意多边形）”在Viewer窗口中画出裁剪后想要留下的区域，即感兴趣区（AOI，Area of Interest）（图2-17），并将AOI区域保存，点击“File”—“Save”—“Save AOI as”，弹出“Save AOI as”对话框，选择shiyan02文件夹路径和文件名（aoi12043.aoi），如果将来不再需要用到此AOI多边形的话，也可不进行AOI文件的保存。图2-16 “AOI”工具集与“Raster”工具集图2-17 AOI区域制作
◆ 步骤3：使用AOI（感兴趣区域）进行数据裁剪。
点击ERDAS IMAGINE主窗口（面板窗口）中的“Interpreter”图标按钮—“Utilities”—“Subset Image”，弹出“Subset”对话框（图2-18）。图2-18 “Subset”对话框
首先，在“Input File”栏中选择波段融合后的数据文件12043.img，在“Output File”中选择输出文件的路径（与12043.img文件放在同一个路径下）和文件名（12043subset.img）。
然后，点击对话框下方的“AOI”按钮，弹出“Choose AOI”对话框（图2-19），选择“AOI File”，在弹出的“Select the AOI File”对话框中找到刚才保存的AOI文件（aoi12043.aoi）点击“OK”按钮加载；也可选择“Viewer”选项，即将Viewer窗口中制作的AOI多边形作为裁剪区域（此时，Viewer窗图2-19 “Choose AOI”对话框口中的AOI多边形应是活动的，不要关闭Viewer窗口）。
最后，勾选“Ignore Zero in Output Stats”选项。点击“OK”按钮，执行Subset命令。用户可以打开裁剪后的文件12043subset.img，查看裁剪的结果（图2-20）。图2-20 使用Subset命令裁剪后的研究区.img文件
按照同样的步骤，用户可以将波段融合后的另一景TM遥感数据12042.img进行边缘裁剪，以符合两景影像拼接的需要。
3）TM/ETM多景遥感影像的拼接
影像拼接（Mosaic Image）就是将具有地理参考的若干幅互为邻接（时相往往可能不同）的遥感数据图合并成一幅统一的新数字图像的过程。输入图像时必须经过几何校正处理或者进行过校正标定。要想制作好一幅总体上比较均衡的拼接图像，一般需要做到：①拼接时应尽可能选择成像时间和成像条件接近的遥感图像，以减轻后续的色调调整工作；②图像应先进行辐射校正、几何校正，并去条带和斑点；③确定标准像幅，一般位于研究区的中央，并确定拼接顺序；④合理确定重叠区和进行色调调整。
本例中上杭县跨两景影像，因此需要将上面经过裁剪的数据进行拼接。
◆ 步骤1：在ERDAS IMAGINE视图窗口中，打开“Mosaic Tool”命令对话框。
点击ERDAS IMAGINE主窗口（面板窗口）中的“Data Preparation”图标按钮或主菜单中的“Main”菜单—“Mosaic Images”—“Mosaic Tool”（图2-21），弹出“Mosaic Tool”对话框。
◆ 步骤2：加载需要拼接的图像。
用户下载的上杭县TM遥感数据已经经过辐射校正和几何校正的处理，且两景影像的成像时间一致，成像条件也基本一致。
首先，在“Mosaic Tool”对话框中，点击“Add Images”按钮，打开“Add Images”对话框（图2-22），或者在菜单栏中，选择“Edit”—“Add Images”，打开“Add Images”对话框（图2-22）。通过路径查找找到12043subset.img和12042subset.img两个文件，分别将其加载。在数据加载过程中，ERDAS会自动记录最近使用的文件的位置，因此，有时用户只需点击对话框中的“Resent”按钮，弹出“List of Recent Filenames”对话框（图2-23），从中选择最近使用的数据即可。图2-21 “Data Preparation”模块与“Mosaic Tool”按钮图2-22 “Add Images”对话框图2-23 “List of Recent Filenames”对话框
在“Add Images”对话框中进行数据加载时，可点击对话框上方的“Image Area Options”标签，进入“Image Area Options”选项页面（图2-24），进行数据拼接影像范围的选择。共有5种选择，默认设置为Use Entire Image，即使用 图2-24 “Add Images”对话框中的“Image Area Options”选项页面整幅图像进行拼接；Crop Area，裁剪区域，选择此项将出现裁剪比例（Crop Percentage）选项，即将每幅图像的矩形图幅范围按一定的百分比进行四周裁剪后再拼接；Compute Active Area计算活动区，即只利用每幅图像中的有效数据覆盖范围进行拼接；Template AOI，模板AOI，即在一幅待拼接影像中利用AOI工具绘制用于拼接的图幅范围，该功能适合对研究区范围比较熟悉时使用，可有效降低数据冗余；Individual AOI，单一AOI，即利用人为指定的AOI从输入图像中裁剪感兴趣区域进行拼接。本例中，前面已经进行了数据边缘锯齿的裁剪工作，所以此处选用默认设置Use Entire Image。
最后，在“Add Images”对话框（图2-22）中，点击“OK”按钮，加载规划研究区的两景裁剪后的影像数据（图2-25）。图2-25 加载影像数据后的“Mosaic Tool”对话框
◆ 步骤3：加载图像的叠置组合设置。
本例中只有两景数据，其重叠区是固定的，不需要调整数据的叠置顺序，而当有三幅及以上数据需要拼接时，则需要进行图像组合顺序的调整，以获取较好的拼接方案和效果。
本例中将12043作为标准像幅（上杭县域大部分在此景中），放置在最上层，以示范图像顺序的调整。首先，选中12043subset.img图像，文件将会高亮显示（图2-26），点击“Mosaic Tool”对话框中的“图像顺序调整”，选用“Send Selected Image（s）up one”（上移一层），或者“Send Selected Image（s）to Top”（移至顶部）工具按钮（图2-26），12043subset.img图像将被移至最上层。图2-26 使用“Send Selected Image（s）to Top”工具按钮调整图像顺序
◆ 步骤4：图像匹配设置。
首先，点击“Mosaic Tool”对话框中菜单条“Edit”—“Set Overlap Function”，打开“Set Overlap Function”对话框（图2-27）。
然后，设置相交关系（Intersection Type）为无剪切线（No Cutline Exists），设置重叠图像元Select Function（灰度计算）为均值（Average），即叠加区各个波段的灰度值是所覆盖该区域图像灰度的均值。
最后，点击“Apply”按钮，再点击“Close”按钮关闭“Set Overlap Function”对话框，完成设置。
◆ 步骤5：进行图像拼接。图2-27 “Set Overlap Function”对话框
首先，点击Mosaic Tool对话框中菜单条“Process”—“Run Mosaic”，打开“Output File Name”对话框（图2-28）。然后，设置确定输出文件名（shanghangmosaic.img），文件存放在shiyan02文件夹下（图2-28），点击“OK”按钮，执行Mosaic命令，进行图像拼接。最后，Mosaic命令运行完后，点击“OK”按钮，关闭Mosaic命令对话框，完成图像拼接。用户可以使用Viewer窗口打开拼接后的数据文件shanghangmosaic.img，然后将两景影像的拼接处放大（图2-29），可以发现两景数据的接缝几乎看不出来，主要原因是两景影像的成像时间和成像质量几乎没有差异。如果两景数据的成像时间和成像质量差异明显，则需要进行色彩（灰度）调整（点击“Edit”—“Color Corrections”，弹出“Color Corrections”对话框进行相关设置，见图2-30），否则很难获得很好的拼接效果。图2-28 “Output File Name”对话框图2-29 拼接后的影像图（接缝处几乎看不到）图2-30 “Color Correction”对话框
TM/ETM影像数据拼接时请用户注意数据的成像时间，如果规划研究区的数据有很多景，且成像时间各异，则需要谨慎选择拼接方法，以保证最后拼接的影像数据质量。基本原则是尽量保持高质量数据的亮度、色调等，可以将这些高质量的数据调整到上层，作为“标准像幅”，然后选择Overlay的方法进行拼接，这样重叠的部分将保留高质量数据的信息。但该方法也有缺点，那就是接缝处将比用Average方法拼接的明显。
4）规划研究区TM/ETM遥感影像的裁剪/提取
在实际的研究中，用户经常需要用研究区的边界进行TM/ETM遥感影像的裁剪/提取，本例中使用上杭县各乡镇的界限文件（乡镇界限.shp）作为研究区边界对拼接后的TM数据文件shanghangmosaic.img进行裁剪，并使用ERDAS的图像掩膜（Mask）工具。图像掩膜分析就是按照一幅图像所确定的区域以及区域编码，借助掩膜方法，从相应图像中提取或裁剪出一定区域的图像，这些图像可以组成一幅或多幅图像，其经典应用就是用研究区或行政区边界裁剪影像，得到研究区或各个行政区内的图像。
首先，需要在ArcMap中使用数据转换工具箱将“乡镇界限.shp”文件转换成栅格文件（GRID格式），因为ERDAS IMAGINE软件的Mask文件格式中并不支持Shapefile格式的文件。
具体步骤为：①启动ArcMap，在视图窗口中加载“乡镇界限.shp”数据图层文件；②打开该文件的属性表，添加一个名称为“studyarea”的字段，字段为短整型即可，在“studyarea”的字段处右击鼠标弹出快捷菜单（图2-31），点击“字段计算器”，弹出“字段计算器”对话框（图2-32），在公式编辑窗口区域中直接输入10，点击“确定”按钮，将该字段被赋值为10；③在ArcMap窗口中打开ArcToolbox，点击“转换工具”工具箱—“转为栅格”—“面转栅格”，弹出“面转栅格”对话框（图2-33），设置输入要素为“乡镇界限.shp”数据文件，值字段设为用户创建并赋值为10的“studyarea”字段，输出栅格数据集名称设为boundary，位置在shiyan02文件夹下，像元大小设置为30 m，使其与TM遥感影像的分辨率一致；④单击“确定”按钮，执行“面转栅格”命令，得到研究区边界栅格数据文件boundary，该文件会自动加载在ArcMap的内容列表和视图窗口中。图2-31 字段快捷菜单图2-32 “字段计算器”对话框
然后，点击ERDAS IMAGINE软件主窗口（面板窗口）中的“Interpreter”图标按钮—“Utilities”—“Mask”，弹出“Mask”对话框（图2-34）。在“Input File”中找到并加载数据文件shanghangmosaic.img，在“Input Mask File”中找到并加载栅格数据文件“boundary”作为掩膜文件，并设置“Output File”的文件名称为“shanghang.img”，位置放置在shiyan02文件夹下。
最后，点选“Ignore Zero in Output Stats”（忽略零值）选项，点击“OK”按钮，执行Mask命令，对图像进行裁剪，裁剪结果如图2-35所示。图2-33 “面转栅格”对话框图2-34 “Mask”对话框图2-35 用研究区边界裁剪后的TM图像2.3 地图数据的配准
地理配准是指使用地图坐标为地图要素指定空间位置。地图图层中的所有元素都具有特定的地理位置和范围，这使得它们能够定位到地球表面或靠近地球表面的位置。精确定位地理要素的功能对于制图和GIS来说都至关重要。
要正确地描述地理要素的位置和形状，需要一个用于定义实际位置的坐标框架。地理坐标系统（Geographic Coordinate System）用于将地理位置指定给对象。地理坐标系统，也可称为真实世界的坐标系，是用于确定地物在地球上位置的坐标系。一个特定的地理坐标系是由一个特定的椭球体和一种特定的地图投影构成，其中椭球体是一种对地球形状的数学描述，而地图投影是将球面坐标转换成平面坐标的数学方法。
最常用的地理坐标系是经纬度坐标系，这个坐标系可以确定地球上任何一点的位置，如果将地球看作一个球体，而经纬网就是加在地球表面的地理坐标参照系格网。需要说明的是，经纬度坐标系不是一种平面坐标系，因为度不是标准的长度单位，不可用其量测面积长度。
较为常见的还有一种平面坐标系（又称笛卡儿坐标系），可量测水平X方向和竖直Y方向的距离，可进行长度、角度和面积的量测，可用不同的数学公式将地球球体表面投影到二维平面上，而每一个平面坐标系都有一特定的地图投影方法。但是任何一种对地球表面的表示方法（即地图投影）都会在形状、面积、距离，或者方向上产生变形，不同的投影产生不同的变形，每一种投影都有其各自的适用方面。例如，墨卡托投影适用于海图，其面积变形随着纬度的增高而加大，但其方向变形很小；横轴墨卡托投影的面积变形随着距中央经线的距离的加大而增大，适用于制作不同的国家地图。
地图投影是把地球表面的任意点，利用一定的数学法则，转换到地图平面上的理论和方法。地图投影就是指建立地球表面（或其他星球表面或天球面）上的点与投影平面（即地图平面）上点之间的一一对应关系的方法。它将作为一个不可展平的曲面即地球表面投影到一个平面的基本方法，保证了空间信息在区域上的联系与完整。这个投影过程将产生投影变形，而且不同的投影方法具有不同性质和大小的投影变形。
投影的分类：①按变形方式，可分为等角投影、等（面）积投影和任意投影三类。等角投影无形状变形（也只是在小范围内没有），但面积变形较大；等积投影反之；而任意投影两种变形都较小。任意投影为既不等角也不等积的投影，其中还有一类“等距（离）投影”，在标准经纬线上无长度变形，多用于中小学教学图。②按转换法则，分为几何投影和条件投影。前者又分为方位投影、圆柱投影、圆锥投影和多圆锥投影；后者则包括伪方位投影、伪圆柱投影和伪圆锥投影。③按投影轴与地轴的关系，分为正轴（重合）、斜轴（斜交）和横轴（垂直）三种。④几何投影中根据投影面与地球表面的关系分为切投影和割投影。
目前常用的投影方法有墨卡托投影（正轴等角圆柱投影）、高斯-克吕格投影等。
墨卡托投影：又称正轴等角圆柱投影，是圆柱投影的一种，由荷兰地图学家墨卡托（G. Mercator）于1569年创拟，设想一个与地轴方向一致的圆柱切于或割于地球，按等角条件将经纬网投影到圆柱面上，将圆柱面展为平面后，得到平面经纬线网。一点上任何方向的长度比均相等，即没有角度变形，而面积变形显著，随远离标准纬线而增大。该投影具有等角航线被表示成直线的特性，保持了方向和相互位置关系的正确，故广泛用于编制航海图和航空图等。主要参数有：投影代号（Type），基准面（Datum），单位（Unit），原点经度（OriginLongitude），原点纬度（OriginLatitude），标准纬度（StandardParallelOne）。
高斯-克吕格（Gauss-Kruger projection）投影：由高斯拟定后经克吕格补充、完善，是等角横切椭圆柱投影（transverse conformal cylinder projection）。设想一个椭圆柱（底面为椭圆的圆柱）横切于地球椭球某一经线（称“中央子午线”），根据等角条件，用解析法将中央经线两侧一定经差范围内地球椭球体面上的经纬网投影到椭圆柱面上，并将此椭圆柱面展为平面所得到的一种等角投影。该投影主要特性：①中央子午线是直线，其长度不变形，离开中央子午线的其他子午线是弧形，凹向中央子午线。离开中央子午线越远，变形越大。②投影后赤道是一条直线，赤道与中央子午线保持正交。③离开赤道的纬线是弧线，凸向赤道。通常其按经差6°或3°分为六度带或三度带。六度带自本初子午线起每隔经差6°自西向东分带，带号依次编为第1，2，…，60带。三度带是在六度带的基础上分成的，它的中央子午线与六度带的中央子午线和分带子午线重合，即自1.5°子午线起每隔经差3°自西向东分带，带号依次编为第1，2，…，120带。我国的经度范围西起73°东至135°，可分成六度带11个，各带中央经线依次为75°，81°，87°，…，117°，123°，129°，135°，或三度带22个。主要投影参数有：投影代号（Type），基准面（Datum），单位（Unit），中央经度（OriginLongitude），原点纬度（OriginLatitude），比例系数（ScaleFactor），东伪偏移（FalseEasting），北伪偏移（FalseNorthing）。
UTM投影，全称为“通用横轴墨卡托投影（Universal Transverse Mercator）”，是一种“等角横轴割圆柱投影”，椭圆柱割地球于南纬80°、北纬84°两条等高圈，投影后两条相割的经线上没有变形，而中央经线上长度比为0.999 6。UTM投影是为了全球战争需要创建的，美国于1948年完成了这种通用投影系统的计算。与高斯-克吕格投影相似，该投影角度没有变形，中央经线为直线，且为投影的对称轴，中央经线的比例因子取0.999 6是为了保证离中央经线左右约330km处有两条不失真的标准经线。UTM投影分带方法与高斯-克吕格投影相似，是自西经180°起每隔经差6°自西向东分带，将地球划分为60个投影带。我国的卫星影像资料常采用UTM投影。
高斯-克吕格投影与UTM投影都是横轴墨卡托投影的变种，但从投影几何方式看，高斯-克吕格投影是“等角横切椭圆柱投影”，投影后中央经线保持长度不变，即比例系数为1；UTM投影是“等角横轴割圆柱投影”，投影后两条割线上没有变形，中央经线上长度比为0.999 6。高斯-克吕格投影与UTM投影可近似采用X［UTM］＝0.999 6*X［高斯］，Y［UTM］＝0.999 6*Y［高斯］，进行坐标转换（注意：如坐标纵轴西移了500 000 m，转换时必须将Y值减去500 000乘上比例因子后再加500 000）。从分带方式看，两者的分带起点不同，高斯-克吕格投影自0°子午线起每隔经差6°自西向东分带，第1带的中央经度为3°；UTM投影自西经180°起每隔经差6°自西向东分带，第1带的中央经度为-177°，因此高斯-克吕格投影的第1带是UTM的第31带。此外，两投影的东伪偏移都是500 km，高斯-克吕格投影北伪偏移为零，UTM北半球投影北伪偏移为零，南半球则为10 000 km。
ArcMap中的动态投影：是指改变ArcMap中的Data Frame（工作区）的空间参考或是对后加入到ArcMap工作区中数据的投影变换。ArcMap的Data Frame（工作区）的坐标系统默认为第一个加载到当前Data Frame（工作区）的那个文件的坐标系统，后加入的数据，如果和当前工作区坐标系统不同，则ArcMap会自动做投影变换，把后加入的数据投影变换到当前坐标系统下显示，但此时数据文件所存储的实际数据坐标值并没有改变，只是显示形态上的变化。因此称之为动态投影。表现这一点最明显的例子就是在导出数据（Export Data）时，用户可以选择是按数据源的坐标系统导出（this layer's source data），还是按照当前工作区的坐标系统（the Data Frame）导出数据。
当数据没有任何空间参考信息时，在ArcCatalog的坐标系统描述（XY Coordinate System）选项卡中会显示为Unknown。这时如果要对数据进行投影变换就要先利用Define Projection工具来给数据定义一个Coordinate System，然后再利用Feature\Project或Raster\Project Raster工具来对数据进行投影变换。
每一个ArcGIS数据图层文件（无论是Shapefile、Coverage格式，还是栅格数据格式），都需要指定地理坐标系统和投影系统。用户在构建GIS数据库时，必须使用统一的地理坐标系统和投影系统，以便于数据的各种空间分析。本例中由于上杭县数据资料来源多样，例如来源于国际科学数据服务平台网站的TM、ETM、DEM，上杭县国土局的县城高分辨率影像图，上杭县规划局的县城城区周边的CAD格式地形图，以及其他一些jpg图和经扫描的专题地图数据文件等。本例中以TM数据的地理坐标系统和地图投影（首先，启动ArcMap，加载shanghang.img；然后，在内容列表中鼠标右击图层，打开“图层属性”对话框，点击对话框中的“源”选项卡，可以查看数据的空间参考信息，其基本信息见图2-36）作为构建的规划研究区数据库的地理坐标系统和地图投影，其他数据均与之相匹配。图2-36 上杭县TM数据的空间参考（地理坐标与投影系统）信息2.3.1 影像图的配准
以上杭县城高分辨率影像图（shiyan02\shanghangxiancheng.tif）为例来说明演示在ArcGIS软件中如何进行影像图与TM数据的空间匹配。用户通常购买的影像图都是经过初步校正的数据产品，已经包含空间参考信息。
◆ 步骤1：启动ArcMap，加载县城影像图和TM数据。
启动ArcMap，分别加载上杭县城高分辨影像图（shanghangxiancheng.tif）和上杭县域TM影像图（shanghang.img），当加载TM影像数据时，ArcMap弹出“地理坐标系警告”对话框（图2-37），提示是否自动将“GCS_WGS_1984”坐标系转换为已经在视图中打开图2-37 “地理坐标系警告”对话框的县城高分辨影像图的坐标系，点击“关闭”按钮，关闭该对话框，ArcMap将使用动态投影方式，将TM影像数据加入ArcMap。
两幅图像存在较为明显的错位（图2-38），打开图层的属性窗口，可以发现shanghangxiancheng.tif数据的空间参考信息与TM数据的不同，应首先将该数据进行投影变换，使其空间参考一致。图2-38 规划研究区的两幅图像存在较为明显的错位
◆ 步骤2：启动ArcToolbox，进行栅格数据的投影变换。
在ArcMap视窗中启动ArcToolbox，鼠标双击“数据管理工具”—“投影和变换”—“投影栅格”，弹出“投影栅格”工具对话框（图2-39）。
在对话框中，首先设置“输入栅格”栏，输入shanghangxiancheng.tif，该文件的坐标系将直接进入“输入坐标系（可选）”栏中；然后，在“输出栅格数据集”中定义输出的路径（shiyan02文件夹下）和文件名（shanghpro）；在“输图2-39 “投影栅格”工具对话框出坐标系”栏中设置输出文件的空间参考，点击“输出坐标系”栏后面的图标，弹出“空间参考属性”对话框（图2-40），点击“图层”前面的“田”字形按钮，展开显示ArcMap中已经加载的图层坐标投影信息，点击选择“WGS_1984”坐标投影，该坐标投影的信息将显示在该窗口的下面，点击“确定”按钮，选择的坐标投影信息加载到“投影栅格”工具对话框的“输出坐标系”栏中。其他保留默认设置，例如重采样采用默认的最小邻近法，输出像元大小采用默认的2.388 657 133 936 78 m。最后，点击“确定”按钮，执行“投影栅格”命令，输出投影坐标转换后的数据会自动加载在ArcMap视窗中。图2-40 “空间参考属性”对话框
虽然转换了高分辨影像图的空间参考，但是影像图与TM数据仍然存在着数据空间错位与不匹配问题。用户还需要使用“地理配准（Georeferencing）”工具进行数据的空间匹配。
◆ 步骤3：加载地理配准工具，输入控制点。
首先，在ArcMap视窗中，鼠标右键点击工具条空白处，弹出快捷菜单，点击选择“地理配准”，加载“地理配准”工具条。
然后，点击“地理配准”工具条最左边的“地理配准”，在下拉菜单中将“自动校正”（图2-41）前面的对号取消，即禁止自动校正功能。图2-41 “地理配准”工具条与自动校正功能
接着，点击“地理配准”工具条上的“选择地理配准图层”，选择需要配准的影像图shanghpro，并点击工具条上的“查看链接表”按钮，打开链接表（图2-42），再点击工具条上的“添加控制点”图标按钮，进行控制点的输入，注意控制点的输入应首先在要进行配准的图层上选择，然后再在被参考（即已经配准好的）的图层上选择。图2-42 “地理配准”工具条上的“查看链接表”按钮与打开的链接表
在配准过程中，用户最好选择一些比较容易查找的点作为控制点，例如公里网格的交点，道路的交叉点，桥与河流的交点等，否则会因为数据的分辨率差异较大（TM数据分辨率为30 m，影像图数据分辨率小于2.5 m），很可能很难找准控制点在两幅图中的准确位置，从而造成较大的误差。在实际配准时，控制点最好能够均匀分布在图像中，以有效控制图像在各个方向的变形情况。
一个样条函数或一阶多项式至少需要3个控制点连接，二阶多项式至少需要 6个控制点连接，三阶多项式至少需要10个控制点连接。本例仅为演示，只选取6个控制点，采用一阶多项式进行变换（图2-43）。图2-43 加入的6个控制点及其精度
点击选择链接表中的“自动校正”功能，影像图与TM图进行了匹配，虽然控制点的残差较大，5号控制点达到22.7 m，其结果可以接受，但最好小于半个像元以内（TM数据分辨率30 m，最好能够控制在15 m以内）。把5号控制点删除，重新选择一个控制点，直到满足空间匹配的精度要求后，再进行数据的空间匹配变换操作。用户可以通过单击链接表工具条上的“保存”按钮将输入的控制点信息保存到文件中，以便下次再使用这些控制点时直接点击“加载”按钮从文件中加载这些控制点坐标。
◆ 步骤4：进行影像图的校正与空间匹配。
在地理配准工具条中，点选最左侧的“地理配准”菜单，弹出下拉菜单，点击选择“校正”菜单工具，弹出“另存为”对话框（图2-44），设置数据的输出位置为shiyan02文件夹下，数据名称为shhjiao，数据格式为GRID格式，其他采用默认设置。最后，点击“保存”按钮，执行数据校正与重采样工作，生成新的栅格文件shhjiao.grid。“重采样类型”中有三种选项：最邻近（用于离散数据）、双线性（用于连续数据）、双三次卷积（用于连续数据）。最邻近插值方法是将最邻近像元的值直接赋给输出像元，该方法简单，最大的优点是保持像元值不变，但校正后的图像可能具有不图2-44 数据校正时弹出的“另存为”对话框连续性，会影响制图效果，当相邻像元的灰度值差异较大时，可能产生比较大的误差。双线性插值法使用双线性方程和2×2窗口计算输出像元值，该方法简单且具有一定的精度，一般能够得到满意的插值效果，缺点是该方法具有低通滤波的效果，会损失图像中的一些边缘或线性信息，导致图像模糊。双三次卷积插值法是用三次方程和4×4窗口计算输出像元值，该方法产生的图像比较平滑，缺点是计算量较大。
用户可以将校正生成的文件加载进ArcMap视图窗口中，可以发现校正后的影像图与TM数据基本上能够很好的吻合，说明数据匹配结果较好，能够满足规划研究的需要。
虽然校正的结果误差控制得较好，但具体在校正时最好能够使用规划研究区的地形图（1∶50 000，1∶10 000，1∶5 000等比例尺，本例分辨率在2.5 m左右，使用1∶10 000能够满足校正需要）进行高分辨影像图和TM数据的精校正工作，本例中地形图数据仅有城区部分且地形图多为保密数据，案例中将不再单独加以演示和说明，但校正过程基本一致。
另外，影像图的校正也可以使用ERDAS IMAGINE进行（Data Preparation—Image Geometric Correction），其基本思路和过程与GIS中的非常相似，在此不再展开说明，可参见其他ERDAS的教程。2.3.2 CAD图的配准
用户在进行中小尺度的城市与区域规划时，收集的地形图数据多为CAD格式，而通常CAD数据格式的地形图多为笛卡儿坐标系，没有带投影信息，与GIS数据的空间参照并不匹配。因此，需要进行CAD数据与规划研究区其他数据的空间匹配。本实验以上杭县城CAD格式的地形图（shanghangcity.dwg，此数据未加入附赠光盘中，用户可以使用自己获取的地形图数据进行练习）为例，演示说明CAD格式地形图与已有GIS数据（校正后的影像图shhjiao.grid）的空间匹配。
◆ 步骤1： 在ArcMap中加载CAD地形图数据。
在ArcMap中加载CAD地形图数据shanghangcity.dwg，通过数据内容列表可以发现该文件共包含Annotation、Multipatch、Point、Polygon、Polyline等5个要素（图2-45），在加载过程中，会弹出“未知的空间参考”提示框，说明该数据没有空间参考信息。
◆ 步骤2： 在ArcMap中设置CAD地形图数据的单位。
加载CAD数据后，ArcMap视图窗口信息条中显示的坐标为未知单位，需要进行设置。在ArcMap主菜单中，点击“视图”—“数据框属性”，弹出“数据框 属性”对话框（图2-46），选择“常规”选项卡，将“单位”栏中的“地图”后面的“未知单位”更改为CAD中的单位，即“米”；接着将“显示”后面的单位也改为“米”。然后，点击“确定”按钮。这时ArcMap状态条中显示了数据的单位“米”。图2-45 在ArcMap中加载CAD数据后的数据与图层显示图2-46 “数据框 属性”对话框
◆ 步骤3：在ArcMap中加载配准后的高分辨率影像图。
在ArcMap中加载配准后的高分辨率影像图shhjiao.grid，该数据与规划研究区GIS数据采用的坐标投影系统一致。点击工具条上的“全图”按钮来显示整个研究区域，用户会发现，两个数据图层根本不在一起，坐标相差甚远。
◆ 步骤4：坐标控制点数据文件（shanghangcity.wld）构建。
首先，在ArcMap中，定义两个转换的参照点。通常，这两个点需要相距较远，一般分布在数据范围的对角上，比如一个在CAD文件的西北角，另一个就需要在东南角。
其次，在内容列表中，鼠标右键点击shanghangcity.dwg Group Layer文件弹出快捷菜单，选择并点击“缩放至图层”，视图窗口中全图显示shanghangcity.dwg文件。接着，从西北角选择运动场的一个角作为第一个转换点。用放大工具将这个点的区域放大到不能再放大为止，通常这时的比例尺显示为1∶0.01，甚至更大，例如1∶0.00。此时，点击窗口菜单栏中的空白处，在弹出的快捷菜单中，选择“绘图”工具，将绘图工具条加载进窗口中，点击绘图工具条上的“绘制矩形”工具后方的小三角按钮，弹出下拉菜单，点击绘制点工具（图2-47），在选择的运动场的一角处点击，创建一个点。双击这个点，弹出“属性”对话框（图2-48），点击“位置”选项，可以看到该点在CAD文件中的X、Y坐标值。图2-47 绘图工具条中的绘制点标记工具图2-48 绘制的点的“属性”对话框
然后，建立一个记事本文件，在ArcMap中将该点在CAD文件中的X、Y坐标值复制粘贴到记事本中。注意只复制数值，不复制数值后面的空格和单位，例如39440114.274292 2773078.658081米，则只复制39440114.274292 2773078.658081即可；在X坐标后加一个英文字符逗号，并在Y坐标的最后面加入一个空格。最后，记事本中的第一行为：
39440114.2745，2773078.6583
在ArcMap中，使用“缩放至图层”功能，显示CAD文件，按照以上步骤，建立第二个控制点，复制其坐标值到记事本文件中。第二个控制点选择了东南方向一所学校操场跑道的一角。记事本中的前二行为：
39440114.2745，2773078.6583
39442823.2499，2772180.9581
同样方式和步骤，使用“缩放至图层”功能，显示高分辨影像数据文件，用放大工具在影像图中分别找到与CAD中匹配的两个控制点的位置信息，并在原来的两个点的坐标后面列出，创建的记事本文件的内容如下：
39440114.2745，2773078.6583 440176.8567，2771920.2103
39442823.2499，2772180.9581 442911.6833，2771004.4183
最后，将记事本文件另存到与CAD文件相同的文件夹（shiyan02）下，在“另存为”窗口中将默认的保存类型.txt改为“所有文件*.*”，编码方式仍为ANSI不变（图2-49），名称为原来txt文件的名称后面加一个.wld的扩展名/后缀。本例保存为shanghangcity.wld。图2-49 坐标数据另存为后缀为.wld的文件
◆ 步骤5：地形图数据与高分辨率影像图的匹配。
通过构建的shanghangcity.wld文件进行数据的空间匹配。在内容列表中鼠标右击需要转换的数据图层文件（shanghangcity.dwg Polyline），在弹出的快捷菜单中点击选择“属性”，弹出“图层属性”对话框（图2-50），点选“变换”选项卡，选中“启用变换”选项，在“坐标文件名称”中通过文件夹浏览找到shanghangcity.wld文件，“变换方式”选择“坐标文件”。最后，点击“确定”按钮，执行坐标变换。这时，用户可以看到CAD文件数据集将与参考数据（高分辨率影像图）叠置在一起进行显示（图2-51），且从叠置的结果来看，数据匹配的精度较好，达到数据精度的要求。图2-50 “图层属性”对话框中的“变换”选项卡
该匹配只是将CAD数据图层通过两点坐标对应转换的方式匹配到参考数据上，CAD数据的原始坐标投影系统并未修改，用户需要将经过坐标变化的CAD文件格式转换为GIS的数据文件，以便后面在进行空间分析时使用。
另外，还可以使用ArcMap中的“地理配准”工具进行CAD及其他JPG等格式数据的空间匹配。这里不再阐述，在后面部分我们将介绍JPG图片配准的过程，与CAD格式的数据匹配过程基本一致。图2-51 CAD地形图文件经坐标变换后与高分辨影像图叠置结果
◆ 步骤6：坐标变换后的地形图数据格式的转换。
ArcGIS软件支持对CAD格式数据的读取，但是用户通常需要对数据进行编辑、加工、分析等，就必须将它转换成GIS的数据格式（shapefile、coverage、geodatabase）。由于CAD格式只是对数据进行逻辑分层，在物理存储上与几种数据的要素类结构不同，所以要在转换时将CAD的各层元素独立地识别和存储。
在步骤5数据坐标变换结果的基础上，鼠标右键点击ArcMap内容列表栏中的shanghangcity.dwg.polyline要素类，弹出图层快捷菜单，点击“数据”—“导出数据”，弹出“导出数据”对话框（图2-52）。选择导出“所有要图2-52 “导出数据”对话框素”，选择与此图层源数据相同的坐标系，并定义输出的位置（shiyan02文件夹下）、文件名称（chengquline）和文件类型（shapefile）。最后，点击“确定”按钮，执行导出数据命令。
当然，用户也可以使有ArcToolbox中的“转换工具”箱，找到“转出至地理数据库”—“CAD至地理数据库”（图2-53），将CAD文件中的Annotation、Polyline、Polygon、Point和Multipach等5类要素批处理转换导入到一个地理数据库中。图2-53 “CAD至地理数据库”对话框
◆ 步骤7：定义转换后的GIS数据投影坐标系统。
在ArcMap内容列表栏中鼠标右击chengquline.shp文件，查看图层属性中的“源”选项卡，可以发现该数据文件的坐标系为“未定义”。用户需要赋给该文件以坐标投影系统，以便使其与TM数据保持空间匹配。
首先，点击ArcTookbox图标，打开ArcTookbox工具箱，点击选择“数据管理工具”—“投影和变换”—“定义投影”工具，打开“定义投影”对话框（图2-54）。图2-54 “定义投影”对话框
然后，在对话框中的“输入数据集或要素类”中选择chengquline.shp文件，“坐标系”选择与高分辨率影像图图层一致的WGS_1984_UTM坐标投影系统。然后，点击“确定”按钮，进行坐标投影系统定义。
用户可以采用相同的步骤和方法，将空间匹配后的CAD中的点要素Point数据文件导出为chengqupoint.shp文件，并定义文件投影，我们将在后面的“DEM数据获取与预处理”部分讲解利用由CAD获取的地形数据来制作DEM的过程。2.3.3 扫描图件的配准
城市与区域规划现状调研获取的数据资料多为纸质资料，包括很多大幅面的专题地图（多为纸质，有时是JPG格式的电子文档）。这时候，如果需要获取土地利用图、水系图、土壤图、地质图、自然保护区等等GIS专题图，用户可以将获取的这些纸质地图进行扫描，然后进行空间匹配。
本例以上杭县城老城区的影像图laochengqu（JPG格式）为例，演示说明扫描后的电子文件与地形图文件chengquline.shp的空间匹配过程。这一过程与前面带坐标系统的影像图的配准有很多相同之处，这里仅做简要说明。
◆ 步骤1：在ArcMap中加载laochengqu.jpg和chengquline.shp文件。
◆ 步骤2：加载地理配准工具条，输入控制点，并进行相关设置。
为了获取较高的数据匹配精度与质量，在影像图中选择9个道路交叉点等易于识别的控制点，选择一阶或二阶多项式变换方法（图2-55，控制点应大致均匀分布，如果可能可以多选择一些控制点，误差最好控制在2 m以内）。图2-55 地理配准中控制点的输入
◆ 步骤3：进行laochengqu.jpg影像图的校正与空间匹配。
在地理配准工具条中，点选最左侧的“地理配准”菜单，弹出下拉菜单，点击选择“校正”菜单工具，弹出“另存为”对话框，设置数据的输出位置为shiyan02文件夹下，数据名称为laocheng，数据格式为GRID格式，其他采用默认设置。最后，点击“保存”按钮，执行数据校正与重采样工作，生成新的栅格文件laocheng.grid。
◆ 步骤4：定义校正后的laocheng.grid数据的投影坐标系统。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]