ArcGIS軟件與應用(第2版)（簡體書）

地理信息科學專業是一門集地理學、計算機、遙感技術和地圖學於一體的學科。目前，我國開設地理信息科學專業及測繪地理信息技術專業的院校超過200所，相關院校均開設了GIS軟件與應用類的課程。 ArcGIS是主流GIS軟件之一，本書精選地理信息系統中的基礎而重要的內容，主要包括ArcGIS軟件介紹、地圖數據顯示與瀏覽、地圖標注與注記、GIS空間數據選擇與查詢、坐標系統和投影、地圖編輯、空間數據處理、空間分析、地圖符號化與製圖等。

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，地理信息科學系主任，南加州大學訪問學者，中國地理信息產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系統專業委員會委員，美國地理學家協會會員，國家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面的教學與科研工作，曾獲"2014ESRI杯全國大學生GIS軟件開發競賽”優秀指導老師獎、"第三屆全國大學生GIS應用技能大賽”優秀指導教師獎。

前 言
地理信息科學專業（Geographic Information Science）原名地理信息系統專業（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，地理信息系統專業已改為地理信息科學專業。地理信息科學是新興的一門集地理學、計算機、遙感技術和地圖學於一體的學科。地理信息系統技術已廣泛應用于資源調查、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產業發展的意見》，標誌著發展地理信息產業已成為國家戰略，充分彰顯地理信息這一戰略性新興產業的重要地位和作用。《國家地理信息產業發展規劃（2014―2020年）》指明，到2020年我國地理信息產業總產值將超過8000億元，成為國民經濟發展新的增長點。目前，市場上呈現出GIS人才供不應求的現象，因此，迫切需要培養大量綜合型、創新型、實戰型GIS專業工程人才。
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。相關院校均開設了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幹課，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工程人才重要基礎課程之一。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系統的應用、開發與研究打下良好的基礎。在我校本課程每週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。一方面，由於當前一些受歡迎的實踐類GIS軟件應用教材適合作為參考書，而不是很適合設定課時的教材；另一方面，由於ArcGIS軟件體系的變化、產品的更新換代。因此，迫切需要建設一本簡單易懂、知識內容新穎的適合普通本科、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。
本書精選地理信息系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，全面介紹最新的ArcGIS軟件體系結構，清晰地介紹相關概念，分章節由簡到難、由單一到綜合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，通過平時的綜合訓練使得學生具有綜合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多個子任務，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、聯合作業等方面與其他小組協同，在任務完成後由協同小組組長、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；
? 提高學生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，余夢娟、舒志剛、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。全書分為9章：第1章為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產品體系結構以及核心的ArcGIS產品；第2章為地圖數據顯示與瀏覽（建議6課時），使學生認識ArcMap的界面，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章為地圖標注與注記（建議6課時），包括分類標注、地類圖斑分數型標注、地下管線管徑標注、道路名稱標注、等高線標注、標注轉注記、注記編輯等；第4章為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、空間屬性聯合查詢、長度和面積查詢、坐標定位、要素超鏈接設置和查看等；第5章為坐標系統和投影（建議4課時），包括地理坐標系統、投影坐標系統以及坐標系統及投影變換在桌面產品中的應用等內容。第6章為地圖編輯（建議8課時），包括圖形編輯、屬性編輯、拓撲編輯等內容。第7章為空間數據處理（建議10課時），包括矢量數據空間校正、柵格數據地理配准、影像裁剪、數據轉換、地圖數字化等內容。第8章為空間分析（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章為地圖符號化與製圖（建議8課時），包括點、線、面要素符號化、製圖表達、創建符號和符號庫、地圖整飾與地圖打印輸出等內容。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以及版本的穩定性，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，敬請大家批評指正。批評和建議請致信wjhgis@126.com。也請大家關注微信公眾號wiGIS，編者將在微信平臺定期發佈本書的勘誤、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。
最後衷心感謝參與本書編寫的全體成員和對該書出版提出寶貴意見的專家，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，並提出了寶貴建議，在此也特別感謝。
本書受到江西師範大學第二批“正大學子”創新人才培育計劃項目“GIS拔尖創新人才實驗班”、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）、國家自然科學基金（41561084、41201409）、山東省自然科學基金（ZR2014DL001）資助，在此也表示衷心的感謝！
本書第1版於2017年3月出版，目前已經被多所高校選為了教材，得到了廣大讀者的好評。在第2版的修改過程中得到了淩青、劉易同學的幫助，在此也表示感謝！

吳建華
2018年8月于江西師範大學方蔭樓

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產品歷史 3
1.2 ArcGIS10.4體系結構 6
1.3 ArcGIS for Desktop 8
1.3.1 ArcMap 9
1.3.2 ArcCatalog 9
1.3.3 ArcToolbox 10
1.3.4 ArcGlobe 11
1.3.5 ArcScene 11
1.3.6 ModelBuilder 12
1.3.7 擴展模塊 13
1.4 ArcGIS Pro 13
1.5 ArcGIS for Server 15
1.6 ArcGIS Online 17
1.7 ESRI CityEngine 19
1.8 ArcGIS開發產品 20
1.8.1 ArcGIS Runtime 20
1.8.2 ArcGIS Engine 21
第2章 地圖數據顯示與瀏覽 23
2.1 預備知識 24
2.1.1 ArcMap主窗體介紹 24
2.1.2 ArcGIS數據格式 24
2.2 mxd地圖文件 25
2.2.1 新建文件 26
2.2.2 打開文件 26
2.2.3 保存與另存為 27
2.2.4 存儲數據源的相對路徑名 28
2.3 圖層管理 30
2.3.1 新建圖層 30
2.3.2 添加圖層 31
2.3.3 刪除圖層 34
2.3.4 圖層順序調整 34
2.3.5 圖層是否可見 35
2.4 地圖瀏覽 35
2.5 設置地圖可見的比例範圍 38
2.6 圖層屬性 42
2.7 屬性表 44
2.8 修復數據源 50
2.9 數據導出 51
2.10 瀏覽元數據 52
2.11 導出地圖 53
第3章 地圖標注與注記 59
3.1 地圖標注 60
3.1.1 標注顯示控制 60
3.1.2 單個屬性字段標注 61
3.1.3 組合多個屬性字段標注 63
3.1.4 分類標注 65
3.1.5 地類圖斑分數型標注 68
3.1.6 地下管線標注 70
3.1.7 道路名稱標注 71
3.1.8 等高線標注 74
3.2 地圖注記 76
3.2.1 地圖注記的功能 76
3.2.2 地圖注記的分類 76
3.2.3 地圖注記的定位 76
3.2.4 地圖注記的設計原則 77
3.2.5 標注轉注記 77
3.2.6 注記編輯 79
第4章 GIS空間數據選擇與查詢 91
4.1 空間選擇 92
4.1.1 通過屬性選擇 92
4.1.2 通過位置選擇 93
4.1.3 通過圖形選擇 94
4.1.4 設置可選圖層 95
4.1.5 交互式選擇方式 96
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 空間屬性聯合查詢 100
4.5 長度和面積查詢 102
4.6 坐標定位 103
4.7 要素超鏈接設置和查看 104
4.8 計算江西省範圍內的公路
總長度 106
4.8.1 背景與目的 106
4.8.2 任務 106
4.8.3 操作步驟 106
第5章 坐標系統和投影 109
5.1 GIS坐標系統定義的基礎 110
5.1.1 地球橢球體 110
5.1.2 大地基準面 110
5.1.3 地圖投影 111
5.2 地理坐標系 113
5.3 投影坐標系 113
5.4 坐標系統和投影變換在桌面產品
中的應用 114
5.4.1 動態投影 114
5.4.2 坐標系統描述 117
5.4.3 投影變換 123
5.5 本章小結 135
第6章 地圖編輯 137
6.1 圖形編輯 138
6.1.1 啟動與停止編輯 138
6.1.2 捕捉設置 140
6.1.3 創建點要素、線/弧要素、
面要素 141
6.1.4 折點編輯 146
6.1.5 求中點、端點弧段和弧段、距離-距離、方向-距離、正切曲線段、追蹤工具 149
6.1.6 線要素分割、裁剪、延伸，
面要素切割，合併、聯合、拆分
多部件要素 151
6.1.7 移動、旋轉、刪除、縮放、複製
要素 156
6.1.8 修整、鏡像、概化和平滑
要素 159
6.1.9 緩衝區 161
6.2 屬性編輯 161
6.2.1 編輯屬性 162
6.2.2 批量修改屬性 163
*6.2.3 在要素間傳遞屬性 164
6.3 拓撲編輯 166
6.3.1 地理數據庫拓撲 166
6.3.2 編輯共享要素 172
6.4 製作正方形網格 175
6.4.1 背景與目的 175
6.4.2 任務 175
6.4.3 操作步驟 176
第7章 空間數據處理 183
7.1 矢量數據空間校正 184
7.1.1 坐標轉換 184
7.1.2 橡皮拉伸 186
7.1.3 接邊 188
7.2 柵格數據地理配准 189
7.3 影像裁剪 191
7.3.1 按掩膜提取進行裁剪 191
7.3.2 利用柵格處理中的裁剪工具進行裁剪 193
7.4 數據轉換 194
7.4.1 幾何類型轉換 194
7.4.2 格式轉換 200
7.5 地圖矢量化 205
7.5.1 等高線矢量化 205
7.5.2 宗地全自動矢量化 209
*7.6 柵格地圖矢量化與處理 212
7.6.1 背景與目的 212
7.6.2 任務 212
7.6.3 綜合練習實施的主要步驟 213
第8章 GIS空間分析 215
8.1 矢量數據的空間分析 216
8.1.1 緩衝區分析 216
8.1.2 疊置分析 222
8.1.3 網絡分析 236
8.1.4 泰森多邊形 248
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 257
8.2.3 像元統計 260
8.2.4 鄰域統計 261
8.2.5 分區統計 262
*8.2.6 重分類工具 263
8.2.7 柵格計算 268
8.3 表面生成與分析 271
8.3.1 創建表面 271
8.3.2 表面分析 287
8.3.3 ArcScene三維可視化 302
第9章 地圖符號化與製圖 309
9.1 地圖符號化 310
9.1.1 點要素符號化 310
9.1.2 線要素符號化 312
9.1.3 面要素符號化 313
9.1.4 製圖表達 321
9.1.5 創建符號 324
9.1.6 創建符號庫 330
9.2 地圖製圖 331
9.2.1 設置製圖模板 331
9.2.2 確定製圖範圍 332
9.2.3 地圖邊框與陰影 332
9.2.4 圖例 333
9.2.5 比例尺 334
9.2.6 比例文本 335
9.2.7 指北針 336
9.2.8 圖名等文本的設置 336
9.2.9 嵌入圖片 337
9.2.10 地圖打印輸出 337
*9.3 ArcGIS實用製圖技巧 337
9.3.1 製作羽化效果 337
9.3.2 製作粉飾效果 345
9.3.3 製作陰影效果 346
9.3.4 製作浮雕效果 349
9.3.5 製作光照效果 352
9.4 製作指定比例尺的專題地圖 357
9.4.1 背景與目的 357
9.4.2 任務 357
9.4.3 操作步驟 357
參考文獻 366