內容簡介

以培養GIS工程應用人纔為目標，運用“迭代與協同”教學與人纔培養思想，幫助ArcGIS初學者實現從軟件認知到功能應用，再到綜閤與創新應用。

作者簡介

吳建華，男，博士，副教授，江西師範大學地理與環境學院碩士生導師，地理信息科學係主任，南加州大學訪問學者，中國地理信息産業協會教育與科普工作委員會委員，江西省測繪地理信息學會地圖學與地理信息係統專業委員會委員，美國地理學傢協會會員，國傢自然科學基金通信評審人，獲得美國GISCI的GISP認證(Certified GIS Professional)。從事地圖學與地理信息工程方麵的教學與科研工作，曾獲"2014ESRI杯全國大學生GIS軟件開發競賽”優秀指導老師奬、"第三屆全國大學生GIS應用技能大賽”優秀指導教師奬。

目錄

目 錄
第1章 ArcGIS軟件介紹 1
1．1 ArcGIS的起源與發展 2
1．1．1 ESRI簡介 2
1．1．2 ArcGIS産品曆史 3
1．2 ArcGIS10．4體係結構 7
1．3 ArcGIS for Desktop 8
1．3．1 ArcMap 9
1．3．2 ArcCatalog 10
1．3．3 ArcToolbox 11
1．3．4 ArcGlobe 12
1．3．5 ArcScene 12
1．3．6 ModelBuilder 13
1．3．7 擴展模塊 14
1．4 ArcGIS Pro 14
1．5 ArcGIS for Server 16
1．6 ArcGIS Online 18
1．7 ESRI CityEngine 21
1．8 ArcGIS開發産品 22
1．8．1 ArcGIS Runtime 22
1．8．2 ArcGIS Engine 23
第2章 地圖數據顯示與瀏覽 25
2．1 預備知識 26
2．1．1 ArcMap主窗體介紹 26
2．1．2 ArcGIS數據格式 27
2．2 mxd地圖文件 28
2．2．1 新建文件 28
2．2．2 打開文件 28
2．2．3 保存與另存為 30
2．2．4 存儲數據源的相對路徑名 30
2．3 圖層管理 32
2．3．1 新建圖層 32
2．3．2 添加圖層 33
2．3．3 刪除圖層 36
2．3．4 圖層順序調整 37
2．3．5 圖層是否可見 38
2．4 地圖瀏覽 38
2．5 設置地圖可見的比例尺範圍 41
2．6 圖層屬性 45
2．7 屬性錶 47
2．8 修復數據來源 48
2．9 數據導齣 49
2．10 瀏覽元數據 50
2．11 導齣地圖 51
第3章 地圖標注與注記 57
3．1 地圖標注 58
3．1．1 標注顯示控製 58
3．1．2 單個屬性字段標注 59
3．1．3 組閤多個屬性字段標注 61
3．1．4 分類標注 62
3．1．5 地類圖斑分數型標注 66
3．1．6 地下管綫標注 67
3．1．7 道路名稱標注 69
3．1．8 等高綫標注 72
3．2 地圖注記 74
3．2．1 地圖注記的功能 74
3．2．2 地圖注記的分類 74
3．2．3 地圖注記的定位 74
3．2．4 地圖注記的設計原則 74
3．2．5 標注轉注記 75
3．2．6 注記編輯 77
第4章 GIS空間數據選擇與查詢 89
4．1 空間選擇 90
4．1．1 通過屬性選擇 90
4．1．2 通過位置選擇 91
4．1．3 通過圖形選擇 93
4．1．4 設置可選圖層 94
4．1．5 交互式選擇方式 95
4．1．6 清除選擇的要素 97
4．1．7 選擇統計 98
4．1．8 選擇選項設置 98
4．2 根據空間位置查詢屬性 99
4．3 根據屬性查找空間實體 100
4．4 空間屬性聯閤查詢 101
4．5 長度和麵積查詢 104
4．6 坐標定位 105
4．7 要素超鏈接設置和查看 106
4．8 計算江西省範圍內的公路總長度 108
4．8．1 背景與目的 108
4．8．2 任務 108
4．8．3 操作步驟 109
第5章 坐標係統和投影 113
5．1 GIS坐標係統定義的基礎 114
5．1．1 地球橢球體 114
5．1．2 大地基準麵 114
5．1．3 地圖投影 115
5．2 地理坐標係 117
5．3 投影坐標係 117
5．4 坐標係統和投影變換在桌麵産品中的應用 118
5．4．1 動態投影 118
5．4．2 坐標係統描述 122
5．4．3 投影變換 129
5．5 本章小結 141
第6章 地圖編輯 143
6．1 圖形編輯 144
6．1．1 啓動與停止編輯 144
6．1．2 捕捉設置 146
6．1．3 創建點要素、綫/弧要素、麵要素 147
6．1．4 摺點編輯 150
6．1．5 求中點、終點弧、距離-距離、方嚮-距離工具、切綫工具、追蹤工具 153
6．1．6 綫要素分割、裁剪、延伸，麵要素切割、閤並、聯閤、拆分多部件要素 155
6．1．7 移動、鏇轉、刪除、縮放、復製要素 160
6．1．8 修整、鏡像、概化和平滑要素 163
6．1．9 緩衝區 165
6．2 屬性編輯 165
6．2．1 編輯屬性 166
6．2．2 批量修改屬性 167
*6．2．3 在要素間傳遞屬性 168
6．3 拓撲編輯 169
6．3．1 地理數據庫拓撲 170
6．3．2 編輯共享要素 176
6．4 製作正方形網格 179
6．4．1 背景與目的 179
6．4．2 任務 179
6．4．3 操作步驟 180
第7章 空間數據處理 187
7．1 矢量數據空間校正 188
7．1．1 坐標轉換 188
7．1．2 橡皮拉伸 190
7．1．3 接邊 193
7．2 柵格數據地理配準 194
7．3 影像裁剪 196
7．3．1 按掩膜提取進行裁剪 196
7．3．2 利用柵格處理中的裁剪工具進行裁剪 198
7．4 數據轉換 201
7．4．1 幾何類型轉換 201
7．4．2 格式轉換 209
7．5 地圖矢量化 214
7．5．1 等高綫矢量化 215
7．5．2 宗地全自動矢量化 219
*7．6 柵格地圖矢量化與處理 222
7．6．1 背景與目的 222
7．6．2 任務 222
7．6．3 綜閤練習實施的主要步驟 222
第8章 GIS空間分析 223
8．1 矢量數據的空間分析 224
8．1．1 緩衝區分析 224
8．1．2 疊置分析 231
8．1．3 網絡分析 244
8．1．4 泰森多邊形 252
8．2 柵格數據的空間分析 254
8．2．1 距離製圖 254
8．2．2 密度製圖 256
8．2．3 單元統計 259
8．2．4 鄰域統計 261
8．2．5 分區統計 262
*8．2．6 重分類 263
8．2．7 柵格計算 268
8．3 錶麵生成與分析 271
8．3．1 創建錶麵 271
8．3．2 錶麵分析 287
8．3．3 ArcScene三維可視化 301
第9章 地圖符號化與製圖 307
9．1 地圖符號化 308
9．1．1 點要素符號化 308
9．1．2 綫要素符號化 310
9．1．3 麵要素符號化 311
9．1．4 製圖錶達 321
9．1．5 創建符號 325
9．1．6 創建符號庫 331
9．2 地圖製圖 332
9．2．1 設置製圖模闆 332
9．2．2 確定製圖範圍 334
9．2．3 地圖邊框與陰影 334
9．2．4 圖例 335
9．2．5 比例尺 337
9．2．6 比例文本 338
9．2．7 指北針 338
9．2．8 圖名等文本的設置 339
9．2．9 嵌入圖片 339
9．2．10 地圖打印輸齣 340
*9．3 ArcGIS實用製圖技巧 340
9．3．1 製作“羽化”效果 341
9．3．2 製作“粉飾”效果 350
9．3．3 製作“陰影”效果 351
9．3．4 製作“浮雕”效果 355
9．3．5 製作“光照”效果 360
9．4 製作指定比例尺的專題地圖 365
9．4．1 背景與目的 365
9．4．2 任務 365
9．4．3 操作步驟 366
參考文獻 378

前言/序言

序

吳建華和逯躍鋒老師編寫的《ArcGIS軟件與應用》，是我見到的以ArcGIS軟件平颱作為教學內容的最新教材書稿。自從ArcGIS的前身Arc/Info被引入到國內到現在，已經將近三十年的曆史瞭，其間以ArcGIS為核心內容的各種教材已經非常多，比較有影響、被許多高校作為GIS教材和主要教學參考書而被廣泛采用的也有不少。吳建華和逯躍鋒老師他們這本《ArcGIS軟件與應用》，成稿的確是比較晚一些，但也有其“後發優勢”。從內容選擇、章節編排，到內容與教學安排相匹配的一些特定設計等方麵，由於有瞭其他“前輩”作為參照和比較對象，也就具備瞭不少可圈可點之處。其中，與教學進程相配套而在多個章節中設計的實例中融閤瞭“迭代與協同的思想”，通過反復迭代，使讀者熟練掌握ArcGIS軟件應用功能，而我本人認為“協同思想培養”是其最大的亮點。“把一個貼近現實的實踐任務劃分成n個子任務，在對學生分組後，分發每個子任務給各小組，每組完成指定的區域或專題任務，組內任務還可以繼續劃分，在完成任務期間，各組還要在工作技術標準、工作時間、聯閤作業等方麵與其它小組協同，在任務完成後需協同小組組長、其他各組組長及老師對組及個人成績進行評定。”吳建華老師還就此教學理念和實踐撰寫瞭專題論文《基於迭代與協同思想的“GIS軟件與應用”教學研究》。

考慮到以本書為教材的“GIS軟件與應用”課程是培養GIS工程應用人纔的重要基礎課程之一，其目標是幫助已經學習瞭GIS基本原理課程並開始接觸GIS軟件的初學者實現從軟件認知到功能應用，再到綜閤與創新應用。而實際的工程實施過程中，通常都是以項目組的形式進行人員組織和協同工作的。因此，學生在學習GIS軟件與應用的過程中，除瞭要很好地結閤應用場景的需求，掌握好軟件功能的使用外，同步地建立協同意識，熟悉協同工作的模式以及在此過程中時常會遇到的協作相關的問題，樹立牢固的協同思想和理念，培養並掌握協同工作的能力，可以說是“GIS軟件與應用”教學最大的“軟收獲”。吳建華老師他們尤其注重這一點，從而構成瞭本書的一個重要的亮點。這也是我認為本書值得推薦給大傢的一個重要的理由吧。

本書內容涉及的ArcGIS最新版本是10.4，而ArcGIS 10.5已於年前正式發布。作為一本鉛印的教材編寫工作而言，吳老師他們的新技術跟蹤和成書效率已經是非常高瞭。ArcGIS 10.5在架構和功能上，較之前麵的版本有瞭不少的躍升。主要體現在：全新的分級授權模式；全新的i3S三維標準；全新的大數據分析處理；高效的實時大數據分析處理；全新專業級影像生産工具集；全新的空間數據挖掘産品；Portal to Portal的協作共享新模式；新一代服務器ArcGIS Enterprise；跨平颱的開發産品ArcGIS Runtime，等等。這些內容，不僅僅是軟件功能上的增加或增強，而是涉及到軟件架構的變化和代錶GIS技術最新發展趨勢的創新內容。建議讀者可以從本書作者設立的微信公眾號和Esri中國的官網及微信等相關服務平颱上關注並獲取有關的學習資料，作為“GIS軟件與應用”課程學習的進階內容補充。

Esri中國信息技術有限公司

副總裁 首席谘詢專傢

蔡曉兵

2017年2月20日

前 言

地理信息科學專業（Geographic Information Science）原名地理信息係統專業（Geographic Information System，GIS）。2012年在教育部印發的《普通高等學校本科專業目錄（2012年）》中，在地理科學類專業中，地理信息係統專業已改為地理信息科學專業。地理信息科學是近20年來新興的一門集地理學、計算機、遙感技術和地圖學於一體的邊緣學科。地理信息係統技術廣泛應用於資源調查、環境評估、災害預測、國土管理、城市規劃、郵電通信、交通運輸、軍事公安、水利電力、公共設施管理、農林牧業、統計、商業金融等幾乎所有領域。

2014年1月22日國務院辦公廳以國辦發〔2014〕2號印發《國務院關於促進地理信息産業發展的意見》，標誌著發展地理信息産業已成為國傢戰略，充分彰顯地理信息這一戰略性新興産業的重要地位和作用。《國傢地理信息産業發展規劃（2014—2020年）》中指明，到2020年我國地理信息産業總産值將超過8000億元，成為國民經濟發展新的增長點。目前，市場上呈現齣GIS人纔供不應求的現象，因此，迫切需要培養大量綜閤型、創新型、實戰型GIS專業工程人纔。

目前，我國開設地理信息科學（本科）專業及測繪地理信息技術（專科）專業的院校超過200所。相關院校均開設瞭GIS軟件與應用類的課程。“GIS軟件與應用”課程是我校地理信息科學專業的一門專業主乾課，主要學習主流GIS軟件—ArcGIS的基本原理與應用操作方法，是培養GIS工程人纔重要基礎課程之一。通過ArcGIS 軟件的實際操作，使學生進一步理解GIS的基本概念並掌握其應用技術，為將來從事地理信息係統的應用、開發與研究打下良好的基礎。在我校本課程每周4節課，共64課時，安排在大二下學期，老師講授應用背景、相關概念及上機演示操作，學生驗證與實踐。一方麵，由於當前一些受歡迎的實踐類GIS軟件應用教材適閤作為參考書，而不是很適閤設定課時的教材；另一方麵，由於ArcGIS軟件體係的變化、産品的更新換代。因此，迫切需要建設一本簡單易懂、知識內容新穎的適閤普通本科、專科學生課堂教學或社會工作人員的兼具基礎性和實踐性的“GIS軟件與應用”類教材。

本書精選地理信息係統中的基礎而重要的內容，按照64個教學課程量對教材進行編排，全麵介紹最新的ArcGIS軟件體係結構，清晰地介紹相關概念，分章節由簡到難、由單一到綜閤地詳細介紹軟件功能的應用操作方法並闡述該功能應用的實際場景。強調在教學進程中總體上運用迭代思想，即本節課程需要融入上一次課或前幾次課所學的技能技巧，通過平常的綜閤訓練使得學生達到綜閤運用所學技能解決實際問題的能力，並且上課過程中強調協同思想的培養。通常把一個貼近現實的實踐任務劃分成n個子任務，在對學生分組後，分發每個子任務給各小組，每組完成指定的區域或專題任務，組內任務還可以繼續劃分，在完成任務期間，各組還要在工作技術標準、工作時間、聯閤作業等方麵與其他小組協同，在任務完成後須協同小組組長、其他各組組長及老師對組和個人成績進行評定。利用協同思想達到以下目標：

? 讓學生明白標準與規範的重要性；

? 提高學生的項目分工、管理與協作能力；

? 提高其適應未來工作的能力。

全書以江西師範大學地理與環境學院吳建華老師多年的“GIS軟件與應用”課程授課提綱及教學內容為藍本進行設計，由吳建華、逯躍鋒為主編，餘夢娟、舒誌剛、韋朋傑、鄧琦、袁蓉婧為副主編，參編人員包括張婷、劉野、尤一銘、馮晨、劉碩、張神鷹，最後由吳建華統稿、經過大量修改後定稿。全書分為9章：第1章ArcGIS軟件介紹（建議4課時），學習瞭解ArcGIS的起源與發展，最新的ArcGIS産品體係結構以及核心的ArcGIS産品；第2章地圖數據顯示與瀏覽（建議6課時），使學生認識ArcMap的界麵，瞭解ArcGIS的數據格式，學會對地圖數據的一些簡單基本的操作；第3章地圖標注與注記（建議6課時），包括分類標注、地類圖斑分數型標注、地下管綫管徑標注、道路名稱標注、等高綫標注、標注轉注記、注記編輯等；第4章GIS空間數據選擇與查詢（建議4課時），包括空間選擇、根據空間位置查詢屬性、根據屬性查找空間實體、空間屬性聯閤查詢、長度和麵積查詢、坐標定位、要素超鏈接設置和查看等；第5章坐標係統和投影（建議4課時），包括地理坐標係統、投影坐標係統以及坐標係統及投影變換在桌麵産品中的應用等內容。第6章地圖編輯（建議8課時），包括圖形編輯、屬性編輯、拓撲編輯等內容。第7章空間數據處理（建議10課時），包括矢量數據空間校正、柵格數據地理配準、影像裁剪、數據轉換、地圖數字化等內容。第8章空間分析（建議14課時），包括矢量數據的空間分析（如緩衝區分析、網絡分析），柵格數據的空間分析（如距離製圖、柵格計算），三維分析等內容。第9章地圖符號化與製圖（建議8課時），包括點、綫、麵要素符號化、製圖錶達、創建符號和符號庫、地圖整飾與地圖打印輸齣等內容。對於書中標注*的章節內容，建議由學生課後自學或以作業的形式完成。考慮到ArcGIS for Desktop在ArcGIS10.2、10.3、10.4三個版本中變化內容很小及版本的穩定性，本書的實驗操作在ArcGIS10.2和ArcGIS10.3中測試完成，提供的實驗數據，可以滿足不同ArcGIS版本的應用需求，便於不同教學條件下的教學。

由於時間倉促和編者水平有限，錯誤與不妥之處在所難免，敬請大傢批評指正。批評和建議請緻信wjhgis@126.com。也請大傢關注微信公眾號wiGIS，編者將在微信平颱定期發布本書的勘誤、讀者的意見及建議等，訂閱用戶可獲取該教材相關的PPT和教學視頻。

最後衷心感謝參與該書編寫的全體成員和對該書齣版提齣寶貴意見的專傢，感謝曾經鼓勵、支持和幫助過我的領導與組織，易智瑞（中國）信息新技術有限公司的張聆經理一直關注本書的書寫，提齣瞭寶貴建議，在此也特彆感謝。

該書受到江西師範大學第二批“正大學子”創新人纔培育計劃項目“GIS拔尖創新人纔實驗班”、江西省普通本科高等學校卓越工程師培養計劃試點專業項目“卓越GIS工程師計劃”（江西師範大學地理信息科學專業）、國傢自然科學基金（41561084，41201409）、山東省自然科學基金（ZR2014DL001）資助，在此也錶示衷心的感謝！

吳建華

2016年11月

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