【ArcGIS教程03】基础知识（建议收藏）

目前城乡规划正在走向国土空间规划变革的阶段，同时也面向一个更加信息化、智慧化、科学化转型的时代。

对于规划从业人员的综合能力要求也越来越高，不仅仅是停留在绘图的表现阶段，而是通过更加高效的工具去分析思考解决某类具体的问题，并为决策提供科学的参考，而GIS便是最好的选择。

GIS对目前的国土空间规划是一项重要的技术，也可作为其它设计类相关专业的辅助手段，在实际工作中，可以用来制图、建模、空间分析、三维模拟、预测和管理等。

本教程采用理论和实操相结合的方式，根据个人学习和工作经验，结合相关文献资料，本着分享的初衷，和大家来聊一聊GIS的一些基础知识，我想用自己的方式和大家一起探索学习交流这个领域。

如果你恰好看到了这篇文章，不妨收藏起来，或者关注我的个人微信公众号【三炮叁】，【ArcGIS教程】这个系列我会一直更新下去，敬请期待！

笔者能力水平有限，各位同志在阅读的过程中，如发现有不足之处，恳请大家批评指正。

本篇属于基础的理论知识，没有配套素材。（如需转载，请后台私聊获取授权）

【基础知识】部分以讲述理论为主，内容难免会有点枯燥，暂时不想看的同志可略过，不妨先收藏起来，配合下一篇【基本操作】一起看。

先区分两个概念，GIS和ArcGIS到底是什么？

因为在平时的工作交流中，我听到不少人的理解是，把GIS直接等同于ArcGIS，其实它们是两个完全不同的概念，为什么会这么说呢？请接着往下看。

1、GIS是什么？

GIS是地理信息系统（Geographic/ Geographical Information System）的缩写， 关于它的定义却有很多说法。

因为GIS是一个不断发展的概念，从GIS之父罗杰·汤姆林森（Roger Tomlinson）到行业协会，再到国内外学者，都从不同的角度对GIS进行了定义。

早在1966年GIS之父罗杰·汤姆林森就提出GIS是全方位和操作地理数据的数字系统，美国联邦数字地图协调委员会（FICCDC）给出的定义是：“由计算机硬件、软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。”国内许多学者更加倾向于这个定义。

但是在英美国家，有学者却提出GIS中的“S”不仅指“System（系统）”，还应该包括“Science（科学）”，意思是地理信息科学。所以现在对于地理信息的认知，它不仅是一门信息系统技术，也需要相应的学科作为支撑。

以汤国安主编的《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》和黄正东主编的《城市地理信息系统》作为参考，GIS既是一门跨越地理科学、空间科学和信息科学的应用基础学科（或交叉学科），又是一项工程应用技术。用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机软硬件系统。

怎么理解呢？

对于GIS的这个领域来说，无论是什么专业的人去学习和了解它，都不可能只停留在使用计算机去画几张图处理一些数据那么简单，一定要跳出这个认知的误区，而是在各自专业的基础上，结合其它领域的知识去解决问题。

比如在城规的现状分析阶段，可以利用GIS的叠加分析功能，统计容积率，进行用地的适宜性评价，再制作各类现状图纸，分析交通可达性和交通网络结构，还可以模拟三维地形地貌、虚拟城市场景，分析景观视域等。在后文【GIS应用领域】这个小节中再举例展开细说。

个人认为，GIS不仅仅是作为一种工具，更重要的是，它可以提供一种解决问题的新角度，培养我们分析问题的新思维。

2、ArcGIS是什么？

ArcGIS是目前众多GIS软件中功能最全、应用最广、占据市场份额最大的一款，没有之一。

它是由美国环境系统研究所（Environment System Research Institute，ESRI）研发的一系列软件的统称，桌面程序包括ArcMap、ArcScene、ArcCatalog、ArcGlobe，目前推广的产品还有Arcgis Pro和server等。

这里简要地讲述一下ArcGIS的发展史，让大家有个基本的了解。

ESRI创建于1969年，经过五十多年的发展，研发的产品越来越多，覆盖的范围越来越广，构建了ArcGIS无比庞大的生态体系，一举成为世界上最大的GIS公司，可以说ArcGIS是GIS领域首屈一指的老大哥。

回到前文提到的，工作中不少人把GIS直接理解为ArcGIS的原因就在此。因为ArcGIS实在是很强大，用它来进行GIS空间分析将成为一种主导趋势，很多地方都用到它，可以说ArcGIS成了GIS的代名词。但是 ArcGIS叫起来比较拗口，所以大家习惯用GIS替代。

想了解ArcGIS发展史的同志，可以跳转下方链接前往阅读。

沿着ArcGIS发展的时间线往前走，你会发现它在GIS领域创造过许多第一的神话，这是不容争辩的事实。ESRI的每次产品升级都和主流的IT技术发展方向保持一致，一直引导着GIS领域的发展方向。

即使ArcGIS性能之强、范围之广，难道它就没有槽点吗？当然有。

我使用GIS类的软件不多，不好进行横向对比，这里引用知乎博主【深度抑郁症者】的一篇《逐渐被主流技术边缘化的ArcGIS》中观点作为说明。（原文链接如下）

他提到的有几点确实是我们在实际使用过程中都会遇到的问题，比如软件安装这块可能就困扰了不少人，这点我深有感触。

和同类产品相比，ArcGIS的安装程序更多，时常也明显更长，占用的存储空间更大。

一般来说，我们大多数人使用的是绿色版本，所以会按照相关教程自行安装，但是在安装的过程中总会遇到各种问题，当自己不能解决的时候，只能求助某宝，如果还不行的话，最后需要重装系统。

此外，ArcGIS还会偶尔崩溃，我在用的包括10.2、10.5、10.8三个版本，在使用的过程中都出现过崩溃的情况，并不像网上所说的10.2版本最稳定。

在设计者联盟群里也有不少同志遇到了这类问题想寻求帮助，崩溃的具体原因对于我们使用者来说不得而知。

在数据存储和可视化框架方面，ArcGIS的生态体系无法满足国内市场中某些平台的要求，封闭臃肿的生态也和当下的发展趋势不相适应，落后于主流技术的发展等。

以上这些仅是一家之言，我们作为设计人员，了解一下即可，没必要过于深究研发领域内太专业的东西，如果你想往这方面发展就另说。

1、GIS发展

GIS起源于20世纪60年代西方发达国家，由Michael Goodchild（迈克尔·古德柴尔德）领导的国家地理信息和分析中心正式确立了对空间分析和可视化等关键地理信息科学主题的研究。

60年代Roger Tomlinson（GIS之父罗杰·汤姆林森）在发起、规划和开发加拿大地理信息系统（CGIS）方面的开创性工作，使得1963年出现了世界上首个计算机处理GIS。1969年，哈佛大学实验室成员Jack Dangermond（杰克·丹格蒙德）及其妻子Laura（劳拉）成立Esri，开发了许多目前仍在使用的GIS制图和空间分析方法。

70年代GIS朝着实用化方向迅速发展，有不少发达国家如美国、日本、加拿大、瑞典等国先后建立起许多专业性的GIS。比如，1975年日本国土地理院开始建立国土信息系统，用于存储、处理和检索测量数据、航空像片信息、行政区划、土地利用、地形地质等信息。

80年代GIS软件开始商业化，Esri发布了款世界上第一代现代意义上的GIS软件，计算机软硬件技术的进步为GIS的普及提供了技术支持，所以GIS的应用领域与范围不断扩大。

90年代形成一个专门的产业，GIS用户时代到来，已经渗透到各行各业，得到了具体的应用，GIS的市场也迅速增长。

我国对地理信息系统的研究工作从20世纪80年代起步，文革结束后，国内地理学界开始学习、吸收和研究GIS。

1980年中国科学院遥感应用研究所成立了全国第一个地理信息系统研究室，“九五”计划期间将地理信息系统的研究应用作为重中之重的项目予以支持，我们也研发出了适合本国国情的GIS软件，比如MapGIS、SuperMapGIS、GeoStar等，后面会挨个介绍。

目前，规划界的GIS技术的应用还有很大的发挥空间，所以需要各位同志们尤其是规划的同行业一起努力。

2、GIS构成

一个完整的GIS主要由5个部分构成，即硬件系统、软件系统、地理空间数据、地学模型和应用人员，他们五个部分的关系如下图。或者也可以分为硬件、软件、数据、用户四个要素。

（1）硬件系统

硬件系统是计算机系统中的实际物理配置的总称。包括计算机、输入设备、输出设备、网络通信设备等。他们属于计算机的一些基本知识，各位了解一下就好。

计算机这个大家应该都熟，就是我们平时使用的台式电脑或笔记本电脑，也可以是大型的多用户超级计算机。因为GIS数据处理量大且复杂，所以对GIS的性能要求较高，一般需要具有较强运算能力的CPU以及较大的内存。

输入设备包括键盘鼠标、扫描仪、数字化仪等，输出设备包括显示屏、打印机、绘图仪、光盘、移动存储设备等。

网络通信设备包括网络、光缆、集线器、路由器、交换机、防火墙等，把多个计算机系统连接起来，便于数据共享和交换等。

（2）软件系统

软件系统是GIS运行所必需的各种程序，可以分为计算机系统软件、地理信息系统软件以及用于专题分析或建模的特定应用程序三种类型。

计算机系统软件是GIS的支撑软件，即保证GIS软件运行的操作系统。比如，移动端的Android（安卓）、IOS（苹果），PC端的Windows、Linux和MacOS等，这些系统各位应该或多或少都听说过。

此外，还有GIS的数据库系统，包括Oracle（甲骨文）、Microsoft SQL Server和PostgreSQL等，这些大型的企业级数据库，可以用来满足GIS数据的存储管理要求。

地理信息系统软件是GIS的平台软件，比如国外的ArcGIS商业平台、QGIS开源平台等，国内的有MapGIS和SuperMap等商用平台，这些GIS软件后面会挨个进行介绍，这里暂时先不展开。

这些GIS平台软件必须运行和部署在支撑软件之上，否则完成不了各种GIS任务。

特定应用程序是GIS的应用软件，它是地理信息系统功能的扩充与延伸，主要针对的某一特定专题所开发的辅助工具。

因为在实际工作中，GIS的应用行业非常广泛，基础平台软件的功能难以满足各行业对GIS的业务需求，所以需要GIS开发人员结合某个行业的具体业务需求进行二次开发。

例如，湖南省村庄规划开发出来的辅助规划设计作业的软件，就是从实际工作情况出发，为了解决编制过程中存在的任务重、涉及主体多、流程繁琐以及成果统一难等问题，而编制出来的这一套用来“提升规划效率、规范规划成果、提高规划质量”的国土空间详细规划软件。

这是继湖南省率先发布村庄规划编制技术指南后，推出的全国首个省级标准化规划编制软件。

尽管在使用的过程中，还存在着这样那样的毛病，被我们从业人员多有吐槽，但总的来说这是一件长远利好的事情，也彰显了湖湘人民“经世致用“、”敢为人先”的精神作风，作为湖南人，在这里我应该为家乡的同行点赞！

（3）地理空间数据

数据是GIS的核心内容和应用基础，因为整个GIS都是围绕数据展开的。地理空间数据一般包括已知坐标系中的位置、实体间的空间关系、与几何位置无关的属性（非几何属性）三种信息，这里稍微讲一下这三种信息分别代表什么。

坐标系中的位置即几何坐标，比如经纬度、平面直角坐标、极坐标等。

实体间的空间关系包括度量关系（地物间的距离远近）、延伸关系（地物间的方位关系）、拓扑关系（地物间的连通、邻接等关系）。

与几何位置无关的属性（非几何属性）简称属性，可以分为定性和定量两种。这里直接拿ArcMap中的属性表来说明再合适不过，表中的行政区划名称、代码、地类名称等属于定性，而面积、长度、土地等级、人口数量这些就属于定量。

GIS数据的采集和管理是GIS系统中成本最高的一项，一般来说，规模较大的实用GIS长期运营成本存在这样的一个关系：硬件成本