ArcGIS軟件在現代地圖學教學中的應用研究

周鶴峰 周澤民 趙云 高東寶 田章福

[摘 要] 作為現代地圖學的一個重要延伸和突出成果，地理信息系統在“現代地圖學”課程中占據著重要地位，培養學生熟練運用ArcGIS軟件解決實際問題能力成為課程教學的重要組成部分。考慮到有限的學時和不同軟件的性能差異，ArcGIS軟件成為學生操作實習的最佳選擇。根據“現代地圖學”的教學大綱，設計了與教學內容配套的ArcGIS軟件應用內容，課堂講授和實踐訓練的有機結合極大地促進了學生對現代地圖學相關理論、技術和方法的理解和掌握，同時為學生綜合能力的提升提供了有力支撐。

[關鍵詞] 現代地圖學;地理信息系統;ArcGIS

[基金項目] 2020年度國家自然科學基金項目“強干擾環境中基于稀疏陣列的時頻域近場聲全息技術研究”（11904406）

[作者簡介] 周鶴峰（1987—），男，安徽池州人，博士，國防科技大學氣象海洋學院助理研究員，主要從事測量學和地圖學研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）21-0029-04? ?[收稿日期] 2020-09-26

一、引言

地球信息科學與技術融合了地球科學、測量學、地圖學、3S技術（GPS、GIS、RS）等學科，是一個突出交叉性的新興專業[1]。進入21世紀，地球信息科學與技術伴隨著現代科學技術的進步取得了飛速發展。值得注意的是，無論該專業處于何種發展階段，地圖始終是其地理空間信息的主要載體和數據可視化的主要表現形式[2]。作為專門研究地圖理論、制圖及應用的一門學科，地圖學在地球信息科學與技術專業建設和人才培養中占據了重要地位[3]。

傳統地圖學存在一定的局限性，例如：以經驗總結為主，忽視基本理論;以聯系直接關系學科為主，忽視與更高層次學科的聯系;以地圖制作為主，忽視地圖應用研究。進入信息時代，隨著信息論、控制論、系統論和計算機應用的發展，推動了現代地圖學理論上的創新和技術上的革命[4]。因此，從提高地圖學課程教學質量的角度來看，十分有必要從教學內容和教學條件兩方面著手，與時俱進地引入新理論和新技術。

地理信息系統（GIS）是現代地圖學的一個重要延伸和突出成果，廣泛應用于交通運輸、水利水電、城鄉規劃、國防建設等各個領域。“地圖學”課程中如果缺失了GIS的相關內容，其深度和廣度就會大打折扣。一般來說，地球信息科學與技術專業注重培養應用型人才，因此現代地圖學的一個教學重點在于培養學生使用GIS軟件解決實際問題的能力[5]。目前市場上存在著諸多GIS平臺軟件，其中最受人矚目的是美國ESRI公司推出的ArcGIS軟件，ArcGIS憑借著強大的數字地圖制圖能力和空間分析功能受到了廣大制圖人員和地圖工作者的青睞。根據前瞻產業研究院發布的《2015—2020年中國導航設備行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》，在中國的GIS應用平臺軟件市場上，ArcGIS占有的市場份額最高，約為40%[6]。本文以ArcGIS軟件在現代地圖學教學中的應用為切入點，對應用該軟件的必要性進行了分析，并給出了在教學過程中實際操作的具體安排。

二、ArcGIS軟件的簡介

ArcGIS自1978年問世以來，不斷更新迭代，最新版本的軟件是ESRI在全面整合GIS與數據庫、軟件工程、人工智能、網絡技術及其他相關技術的基礎上推出的代表GIS最高技術水平的產品。“地圖學”課程教學中推薦使用較新版本的ArcGIS軟件，如ArcGIS10。

ArcGIS主要由三部分組成：ArcGIS Desktop桌面軟件、ArcSDE空間數據庫引擎、ArcIMS網絡地圖發布與服務軟件。其中，ArcGIS Desktop通過ArcMap、ArcCatalog、ArcToolbox這三個應用程序，提供用戶與GIS地圖、數據和工具進行交互的操作界面。而ArcMap是ArcGIS Desktop的核心應用，執行所有面向地圖的任務，如制圖、編輯、查詢、統計和報告生成。此外，ArcGIS還提供了大量的功能擴展模塊，供用戶根據實際需求進行選擇，例如3D、Spatial、Geo Statistical、Arc Press等。作為一個全面的、可伸縮的GIS平臺，ArcGIS為用戶構建了一個完善的GIS系統，并提供了完備的解決方案。

三、ArcGIS軟件的優勢

值得注意的是，傳統GIS軟件在表達復雜符號方面的能力較弱。在一定時期內，為了實現豐富多彩的圖形化表現效果，CorelDRAW、AutoCAD等計算機輔助設計（CAD）軟件被大量應用于數字地圖制圖工作中。相比CAD軟件，ArcGIS的優勢如下：（1）ArcGIS可以支持從數據采集、輸入、加工、導出地圖的全過程，無須切換工作環境，避免了在不同軟件中的導入、導出，以及修改更新帶來的工作效率降低;（2）ArcGIS配備的地圖投影系統模塊，使得用戶可以根據需要隨時進行地圖投影的選擇、設置和變換，擺脫了固定投影的束縛;（3）ArcGIS提供了常用專題地圖模塊，用戶可以通過一系列簡單的操作制作出理想的專題地圖，大大減少了逐個繪制專題符號帶來的工作量;（4）由于ArcGIS中的專題圖層與屬性數據庫直接關聯，所以數據的變化可以直接反映在地圖上，無須重新繪圖，提高了工作效率。一方面，由于ArcGIS軟件是針對地圖學的應用專門設計開發的，其功能模塊更加適用于專業地圖的編輯制作;另一方面，經過廣泛調研發現，國內大部分院校的“地圖學”課程學時有限，而目前主流的CAD軟件和GIS軟件都具備豐富的功能，想在有限的學時條件下掌握多種軟件，做到“魚和熊掌兼得”，反而容易陷入“多而不精”的窠臼，教師點到為止，學生淺嘗輒止，實際的制圖用圖能力難以得到有效的提升。因此，綜合兩方面因素，“現代地圖學”課程建議將ArcGIS軟件作為重點攻關的對象。