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内容简介

以培养GIS工程应用人才为目标，运用“迭代与协同”教学与人才培养思想，帮助ArcGIS初学者实现从软件认知到功能应用，再到综合与创新应用。

作者简介

吴建华，男，博士，副教授，江西师范大学地理与环境学院硕士生导师，地理信息科学系主任，南加州大学访问学者，中国地理信息产业协会教育与科普工作委员会委员，江西省测绘地理信息学会地图学与地理信息系统专业委员会委员，美国地理学家协会会员，国家自然科学基金通信评审人，获得美国GISCI的GISP认证(Certified GIS Professional)。从事地图学与地理信息工程方面的教学与科研工作，曾获"2014ESRI杯全国大学生GIS软件开发竞赛”优秀指导老师奖、"第三届全国大学生GIS应用技能大赛”优秀指导教师奖。

目录

目 录
第1章 ArcGIS软件介绍 1
1．1 ArcGIS的起源与发展 2
1．1．1 ESRI简介 2
1．1．2 ArcGIS产品历史 3
1．2 ArcGIS10．4体系结构 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 扩展模块 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开发产品 22
1．8．1 ArcGIS Runtime 22
1．8．2 ArcGIS Engine 23
第2章 地图数据显示与浏览 25
2．1 预备知识 26
2．1．1 ArcMap主窗体介绍 26
2．1．2 ArcGIS数据格式 27
2．2 mxd地图文件 28
2．2．1 新建文件 28
2．2．2 打开文件 28
2．2．3 保存与另存为 30
2．2．4 存储数据源的相对路径名 30
2．3 图层管理 32
2．3．1 新建图层 32
2．3．2 添加图层 33
2．3．3 删除图层 36
2．3．4 图层顺序调整 37
2．3．5 图层是否可见 38
2．4 地图浏览 38
2．5 设置地图可见的比例尺范围 41
2．6 图层属性 45
2．7 属性表 47
2．8 修复数据来源 48
2．9 数据导出 49
2．10 浏览元数据 50
2．11 导出地图 51
第3章 地图标注与注记 57
3．1 地图标注 58
3．1．1 标注显示控制 58
3．1．2 单个属性字段标注 59
3．1．3 组合多个属性字段标注 61
3．1．4 分类标注 62
3．1．5 地类图斑分数型标注 66
3．1．6 地下管线标注 67
3．1．7 道路名称标注 69
3．1．8 等高线标注 72
3．2 地图注记 74
3．2．1 地图注记的功能 74
3．2．2 地图注记的分类 74
3．2．3 地图注记的定位 74
3．2．4 地图注记的设计原则 74
3．2．5 标注转注记 75
3．2．6 注记编辑 77
第4章 GIS空间数据选择与查询 89
4．1 空间选择 90
4．1．1 通过属性选择 90
4．1．2 通过位置选择 91
4．1．3 通过图形选择 93
4．1．4 设置可选图层 94
4．1．5 交互式选择方式 95
4．1．6 清除选择的要素 97
4．1．7 选择统计 98
4．1．8 选择选项设置 98
4．2 根据空间位置查询属性 99
4．3 根据属性查找空间实体 100
4．4 空间属性联合查询 101
4．5 长度和面积查询 104
4．6 坐标定位 105
4．7 要素超链接设置和查看 106
4．8 计算江西省范围内的公路总长度 108
4．8．1 背景与目的 108
4．8．2 任务 108
4．8．3 操作步骤 109
第5章 坐标系统和投影 113
5．1 GIS坐标系统定义的基础 114
5．1．1 地球椭球体 114
5．1．2 大地基准面 114
5．1．3 地图投影 115
5．2 地理坐标系 117
5．3 投影坐标系 117
5．4 坐标系统和投影变换在桌面产品中的应用 118
5．4．1 动态投影 118
5．4．2 坐标系统描述 122
5．4．3 投影变换 129
5．5 本章小结 141
第6章 地图编辑 143
6．1 图形编辑 144
6．1．1 启动与停止编辑 144
6．1．2 捕捉设置 146
6．1．3 创建点要素、线/弧要素、面要素 147
6．1．4 折点编辑 150
6．1．5 求中点、终点弧、距离-距离、方向-距离工具、切线工具、追踪工具 153
6．1．6 线要素分割、裁剪、延伸，面要素切割、合并、联合、拆分多部件要素 155
6．1．7 移动、旋转、删除、缩放、复制要素 160
6．1．8 修整、镜像、概化和平滑要素 163
6．1．9 缓冲区 165
6．2 属性编辑 165
6．2．1 编辑属性 166
6．2．2 批量修改属性 167
*6．2．3 在要素间传递属性 168
6．3 拓扑编辑 169
6．3．1 地理数据库拓扑 170
6．3．2 编辑共享要素 176
6．4 制作正方形网格 179
6．4．1 背景与目的 179
6．4．2 任务 179
6．4．3 操作步骤 180
第7章 空间数据处理 187
7．1 矢量数据空间校正 188
7．1．1 坐标转换 188
7．1．2 橡皮拉伸 190
7．1．3 接边 193
7．2 栅格数据地理配准 194
7．3 影像裁剪 196
7．3．1 按掩膜提取进行裁剪 196
7．3．2 利用栅格处理中的裁剪工具进行裁剪 198
7．4 数据转换 201
7．4．1 几何类型转换 201
7．4．2 格式转换 209
7．5 地图矢量化 214
7．5．1 等高线矢量化 215
7．5．2 宗地全自动矢量化 219
*7．6 栅格地图矢量化与处理 222
7．6．1 背景与目的 222
7．6．2 任务 222
7．6．3 综合练习实施的主要步骤 222
第8章 GIS空间分析 223
8．1 矢量数据的空间分析 224
8．1．1 缓冲区分析 224
8．1．2 叠置分析 231
8．1．3 网络分析 244
8．1．4 泰森多边形 252
8．2 栅格数据的空间分析 254
8．2．1 距离制图 254
8．2．2 密度制图 256
8．2．3 单元统计 259
8．2．4 邻域统计 261
8．2．5 分区统计 262
*8．2．6 重分类 263
8．2．7 栅格计算 268
8．3 表面生成与分析 271
8．3．1 创建表面 271
8．3．2 表面分析 287
8．3．3 ArcScene三维可视化 301
第9章 地图符号化与制图 307
9．1 地图符号化 308
9．1．1 点要素符号化 308
9．1．2 线要素符号化 310
9．1．3 面要素符号化 311
9．1．4 制图表达 321
9．1．5 创建符号 325
9．1．6 创建符号库 331
9．2 地图制图 332
9．2．1 设置制图模板 332
9．2．2 确定制图范围 334
9．2．3 地图边框与阴影 334
9．2．4 图例 335
9．2．5 比例尺 337
9．2．6 比例文本 338
9．2．7 指北针 338
9．2．8 图名等文本的设置 339
9．2．9 嵌入图片 339
9．2．10 地图打印输出 340
*9．3 ArcGIS实用制图技巧 340
9．3．1 制作“羽化”效果 341
9．3．2 制作“粉饰”效果 350
9．3．3 制作“阴影”效果 351
9．3．4 制作“浮雕”效果 355
9．3．5 制作“光照”效果 360
9．4 制作指定比例尺的专题地图 365
9．4．1 背景与目的 365
9．4．2 任务 365
9．4．3 操作步骤 366
参考文献 378

前言/序言

序

吴建华和逯跃锋老师编写的《ArcGIS软件与应用》，是我见到的以ArcGIS软件平台作为教学内容的最新教材书稿。自从ArcGIS的前身Arc/Info被引入到国内到现在，已经将近三十年的历史了，其间以ArcGIS为核心内容的各种教材已经非常多，比较有影响、被许多高校作为GIS教材和主要教学参考书而被广泛采用的也有不少。吴建华和逯跃锋老师他们这本《ArcGIS软件与应用》，成稿的确是比较晚一些，但也有其“后发优势”。从内容选择、章节编排，到内容与教学安排相匹配的一些特定设计等方面，由于有了其他“前辈”作为参照和比较对象，也就具备了不少可圈可点之处。其中，与教学进程相配套而在多个章节中设计的实例中融合了“迭代与协同的思想”，通过反复迭代，使读者熟练掌握ArcGIS软件应用功能，而我本人认为“协同思想培养”是其最大的亮点。“把一个贴近现实的实践任务划分成n个子任务，在对学生分组后，分发每个子任务给各小组，每组完成指定的区域或专题任务，组内任务还可以继续划分，在完成任务期间，各组还要在工作技术标准、工作时间、联合作业等方面与其它小组协同，在任务完成后需协同小组组长、其他各组组长及老师对组及个人成绩进行评定。”吴建华老师还就此教学理念和实践撰写了专题论文《基于迭代与协同思想的“GIS软件与应用”教学研究》。

考虑到以本书为教材的“GIS软件与应用”课程是培养GIS工程应用人才的重要基础课程之一，其目标是帮助已经学习了GIS基本原理课程并开始接触GIS软件的初学者实现从软件认知到功能应用，再到综合与创新应用。而实际的工程实施过程中，通常都是以项目组的形式进行人员组织和协同工作的。因此，学生在学习GIS软件与应用的过程中，除了要很好地结合应用场景的需求，掌握好软件功能的使用外，同步地建立协同意识，熟悉协同工作的模式以及在此过程中时常会遇到的协作相关的问题，树立牢固的协同思想和理念，培养并掌握协同工作的能力，可以说是“GIS软件与应用”教学最大的“软收获”。吴建华老师他们尤其注重这一点，从而构成了本书的一个重要的亮点。这也是我认为本书值得推荐给大家的一个重要的理由吧。

本书内容涉及的ArcGIS最新版本是10.4，而ArcGIS 10.5已于年前正式发布。作为一本铅印的教材编写工作而言，吴老师他们的新技术跟踪和成书效率已经是非常高了。ArcGIS 10.5在架构和功能上，较之前面的版本有了不少的跃升。主要体现在：全新的分级授权模式；全新的i3S三维标准；全新的大数据分析处理；高效的实时大数据分析处理；全新专业级影像生产工具集；全新的空间数据挖掘产品；Portal to Portal的协作共享新模式；新一代服务器ArcGIS Enterprise；跨平台的开发产品ArcGIS Runtime，等等。这些内容，不仅仅是软件功能上的增加或增强，而是涉及到软件架构的变化和代表GIS技术最新发展趋势的创新内容。建议读者可以从本书作者设立的微信公众号和Esri中国的官网及微信等相关服务平台上关注并获取有关的学习资料，作为“GIS软件与应用”课程学习的进阶内容补充。

Esri中国信息技术有限公司

副总裁 首席咨询专家

蔡晓兵

2017年2月20日

前 言

地理信息科学专业（Geographic Information Science）原名地理信息系统专业（Geographic Information System，GIS）。2012年在教育部印发的《普通高等学校本科专业目录（2012年）》中，在地理科学类专业中，地理信息系统专业已改为地理信息科学专业。地理信息科学是近20年来新兴的一门集地理学、计算机、遥感技术和地图学于一体的边缘学科。地理信息系统技术广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通信、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。

2014年1月22日国务院办公厅以国办发〔2014〕2号印发《国务院关于促进地理信息产业发展的意见》，标志着发展地理信息产业已成为国家战略，充分彰显地理信息这一战略性新兴产业的重要地位和作用。《国家地理信息产业发展规划（2014—2020年）》中指明，到2020年我国地理信息产业总产值将超过8000亿元，成为国民经济发展新的增长点。目前，市场上呈现出GIS人才供不应求的现象，因此，迫切需要培养大量综合型、创新型、实战型GIS专业工程人才。

目前，我国开设地理信息科学（本科）专业及测绘地理信息技术（专科）专业的院校超过200所。相关院校均开设了GIS软件与应用类的课程。“GIS软件与应用”课程是我校地理信息科学专业的一门专业主干课，主要学习主流GIS软件—ArcGIS的基本原理与应用操作方法，是培养GIS工程人才重要基础课程之一。通过ArcGIS 软件的实际操作，使学生进一步理解GIS的基本概念并掌握其应用技术，为将来从事地理信息系统的应用、开发与研究打下良好的基础。在我校本课程每周4节课，共64课时，安排在大二下学期，老师讲授应用背景、相关概念及上机演示操作，学生验证与实践。一方面，由于当前一些受欢迎的实践类GIS软件应用教材适合作为参考书，而不是很适合设定课时的教材；另一方面，由于ArcGIS软件体系的变化、产品的更新换代。因此，迫切需要建设一本简单易懂、知识内容新颖的适合普通本科、专科学生课堂教学或社会工作人员的兼具基础性和实践性的“GIS软件与应用”类教材。

本书精选地理信息系统中的基础而重要的内容，按照64个教学课程量对教材进行编排，全面介绍最新的ArcGIS软件体系结构，清晰地介绍相关概念，分章节由简到难、由单一到综合地详细介绍软件功能的应用操作方法并阐述该功能应用的实际场景。强调在教学进程中总体上运用迭代思想，即本节课程需要融入上一次课或前几次课所学的技能技巧，通过平常的综合训练使得学生达到综合运用所学技能解决实际问题的能力，并且上课过程中强调协同思想的培养。通常把一个贴近现实的实践任务划分成n个子任务，在对学生分组后，分发每个子任务给各小组，每组完成指定的区域或专题任务，组内任务还可以继续划分，在完成任务期间，各组还要在工作技术标准、工作时间、联合作业等方面与其他小组协同，在任务完成后须协同小组组长、其他各组组长及老师对组和个人成绩进行评定。利用协同思想达到以下目标：

? 让学生明白标准与规范的重要性；

? 提高学生的项目分工、管理与协作能力；

? 提高其适应未来工作的能力。

全书以江西师范大学地理与环境学院吴建华老师多年的“GIS软件与应用”课程授课提纲及教学内容为蓝本进行设计，由吴建华、逯跃锋为主编，余梦娟、舒志刚、韦朋杰、邓琦、袁蓉婧为副主编，参编人员包括张婷、刘野、尤一铭、冯晨、刘硕、张神鹰，最后由吴建华统稿、经过大量修改后定稿。全书分为9章：第1章ArcGIS软件介绍（建议4课时），学习了解ArcGIS的起源与发展，最新的ArcGIS产品体系结构以及核心的ArcGIS产品；第2章地图数据显示与浏览（建议6课时），使学生认识ArcMap的界面，了解ArcGIS的数据格式，学会对地图数据的一些简单基本的操作；第3章地图标注与注记（建议6课时），包括分类标注、地类图斑分数型标注、地下管线管径标注、道路名称标注、等高线标注、标注转注记、注记编辑等；第4章GIS空间数据选择与查询（建议4课时），包括空间选择、根据空间位置查询属性、根据属性查找空间实体、空间属性联合查询、长度和面积查询、坐标定位、要素超链接设置和查看等；第5章坐标系统和投影（建议4课时），包括地理坐标系统、投影坐标系统以及坐标系统及投影变换在桌面产品中的应用等内容。第6章地图编辑（建议8课时），包括图形编辑、属性编辑、拓扑编辑等内容。第7章空间数据处理（建议10课时），包括矢量数据空间校正、栅格数据地理配准、影像裁剪、数据转换、地图数字化等内容。第8章空间分析（建议14课时），包括矢量数据的空间分析（如缓冲区分析、网络分析），栅格数据的空间分析（如距离制图、栅格计算），三维分析等内容。第9章地图符号化与制图（建议8课时），包括点、线、面要素符号化、制图表达、创建符号和符号库、地图整饰与地图打印输出等内容。对于书中标注*的章节内容，建议由学生课后自学或以作业的形式完成。考虑到ArcGIS for Desktop在ArcGIS10.2、10.3、10.4三个版本中变化内容很小及版本的稳定性，本书的实验操作在ArcGIS10.2和ArcGIS10.3中测试完成，提供的实验数据，可以满足不同ArcGIS版本的应用需求，便于不同教学条件下的教学。

由于时间仓促和编者水平有限，错误与不妥之处在所难免，敬请大家批评指正。批评和建议请致信wjhgis@126.com。也请大家关注微信公众号wiGIS，编者将在微信平台定期发布本书的勘误、读者的意见及建议等，订阅用户可获取该教材相关的PPT和教学视频。

最后衷心感谢参与该书编写的全体成员和对该书出版提出宝贵意见的专家，感谢曾经鼓励、支持和帮助过我的领导与组织，易智瑞（中国）信息新技术有限公司的张聆经理一直关注本书的书写，提出了宝贵建议，在此也特别感谢。

该书受到江西师范大学第二批“正大学子”创新人才培育计划项目“GIS拔尖创新人才实验班”、江西省普通本科高等学校卓越工程师培养计划试点专业项目“卓越GIS工程师计划”（江西师范大学地理信息科学专业）、国家自然科学基金（41561084，41201409）、山东省自然科学基金（ZR2014DL001）资助，在此也表示衷心的感谢！

吴建华

2016年11月

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