ArcGIS軟件在現(xiàn)代地圖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究

周鶴峰 周澤民 趙云 高東寶 田章福

[摘 要] 作為現(xiàn)代地圖學(xué)的一個(gè)重要延伸和突出成果，地理信息系統(tǒng)在“現(xiàn)代地圖學(xué)”課程中占據(jù)著重要地位，培養(yǎng)學(xué)生熟練運(yùn)用ArcGIS軟件解決實(shí)際問(wèn)題能力成為課程教學(xué)的重要組成部分。考慮到有限的學(xué)時(shí)和不同軟件的性能差異，ArcGIS軟件成為學(xué)生操作實(shí)習(xí)的最佳選擇。根據(jù)“現(xiàn)代地圖學(xué)”的教學(xué)大綱，設(shè)計(jì)了與教學(xué)內(nèi)容配套的ArcGIS軟件應(yīng)用內(nèi)容，課堂講授和實(shí)踐訓(xùn)練的有機(jī)結(jié)合極大地促進(jìn)了學(xué)生對(duì)現(xiàn)代地圖學(xué)相關(guān)理論、技術(shù)和方法的理解和掌握，同時(shí)為學(xué)生綜合能力的提升提供了有力支撐。

[關(guān)鍵詞] 現(xiàn)代地圖學(xué);地理信息系統(tǒng);ArcGIS

[基金項(xiàng)目] 2020年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“強(qiáng)干擾環(huán)境中基于稀疏陣列的時(shí)頻域近場(chǎng)聲全息技術(shù)研究”（11904406）

[作者簡(jiǎn)介] 周鶴峰（1987—），男，安徽池州人，博士，國(guó)防科技大學(xué)氣象海洋學(xué)院助理研究員，主要從事測(cè)量學(xué)和地圖學(xué)研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）21-0029-04? ?[收稿日期] 2020-09-26

一、引言

地球信息科學(xué)與技術(shù)融合了地球科學(xué)、測(cè)量學(xué)、地圖學(xué)、3S技術(shù)（GPS、GIS、RS）等學(xué)科，是一個(gè)突出交叉性的新興專(zhuān)業(yè)[1]。進(jìn)入21世紀(jì)，地球信息科學(xué)與技術(shù)伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步取得了飛速發(fā)展。值得注意的是，無(wú)論該專(zhuān)業(yè)處于何種發(fā)展階段，地圖始終是其地理空間信息的主要載體和數(shù)據(jù)可視化的主要表現(xiàn)形式[2]。作為專(zhuān)門(mén)研究地圖理論、制圖及應(yīng)用的一門(mén)學(xué)科，地圖學(xué)在地球信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)中占據(jù)了重要地位[3]。

傳統(tǒng)地圖學(xué)存在一定的局限性，例如：以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為主，忽視基本理論;以聯(lián)系直接關(guān)系學(xué)科為主，忽視與更高層次學(xué)科的聯(lián)系;以地圖制作為主，忽視地圖應(yīng)用研究。進(jìn)入信息時(shí)代，隨著信息論、控制論、系統(tǒng)論和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，推動(dòng)了現(xiàn)代地圖學(xué)理論上的創(chuàng)新和技術(shù)上的革命[4]。因此，從提高地圖學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的角度來(lái)看，十分有必要從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)條件兩方面著手，與時(shí)俱進(jìn)地引入新理論和新技術(shù)。

地理信息系統(tǒng)（GIS）是現(xiàn)代地圖學(xué)的一個(gè)重要延伸和突出成果，廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、水利水電、城鄉(xiāng)規(guī)劃、國(guó)防建設(shè)等各個(gè)領(lǐng)域?！暗貓D學(xué)”課程中如果缺失了GIS的相關(guān)內(nèi)容，其深度和廣度就會(huì)大打折扣。一般來(lái)說(shuō)，地球信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)注重培養(yǎng)應(yīng)用型人才，因此現(xiàn)代地圖學(xué)的一個(gè)教學(xué)重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生使用GIS軟件解決實(shí)際問(wèn)題的能力[5]。目前市場(chǎng)上存在著諸多GIS平臺(tái)軟件，其中最受人矚目的是美國(guó)ESRI公司推出的ArcGIS軟件，ArcGIS憑借著強(qiáng)大的數(shù)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(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2015—2020年中國(guó)導(dǎo)航設(shè)備行業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》，在中國(guó)的GIS應(yīng)用平臺(tái)軟件市場(chǎng)上，ArcGIS占有的市場(chǎng)份額最高，約為40%[6]。本文以ArcGIS軟件在現(xiàn)代地圖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用為切入點(diǎn)，對(duì)應(yīng)用該軟件的必要性進(jìn)行了分析，并給出了在教學(xué)過(guò)程中實(shí)際操作的具體安排。

二、ArcGIS軟件的簡(jiǎn)介

ArcGIS自1978年問(wèn)世以來(lái)，不斷更新迭代，最新版本的軟件是ESRI在全面整合GIS與數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件工程、人工智能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上推出的代表GIS最高技術(shù)水平的產(chǎn)品?！暗貓D學(xué)”課程教學(xué)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(shù)據(jù)庫(kù)引擎、ArcIMS網(wǎng)絡(luò)地圖發(fā)布與服務(wù)軟件。其中，ArcGIS Desktop通過(guò)ArcMap、ArcCatalog、ArcToolbox這三個(gè)應(yīng)用程序，提供用戶與GIS地圖、數(shù)據(jù)和工具進(jìn)行交互的操作界面。而ArcMap是ArcGIS Desktop的核心應(yīng)用，執(zhí)行所有面向地圖的任務(wù)，如制圖、編輯、查詢、統(tǒng)計(jì)和報(bào)告生成。此外，ArcGIS還提供了大量的功能擴(kuò)展模塊，供用戶根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，例如3D、Spatial、Geo Statistical、Arc Press等。作為一個(gè)全面的、可伸縮的GIS平臺(tái)，ArcGIS為用戶構(gòu)建了一個(gè)完善的GIS系統(tǒng)，并提供了完備的解決方案。

三、ArcGIS軟件的優(yōu)勢(shì)

值得注意的是，傳統(tǒng)GIS軟件在表達(dá)復(fù)雜符號(hào)方面的能力較弱。在一定時(shí)期內(nèi)，為了實(shí)現(xiàn)豐富多彩的圖形化表現(xiàn)效果，CorelDRAW、AutoCAD等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件被大量應(yīng)用于數(shù)字地圖制圖工作中。相比CAD軟件，ArcGIS的優(yōu)勢(shì)如下：（1）ArcGIS可以支持從數(shù)據(jù)采集、輸入、加工、導(dǎo)出地圖的全過(guò)程，無(wú)須切換工作環(huán)境，避免了在不同軟件中的導(dǎo)入、導(dǎo)出，以及修改更新帶來(lái)的工作效率降低;（2）ArcGIS配備的地圖投影系統(tǒng)模塊，使得用戶可以根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行地圖投影的選擇、設(shè)置和變換，擺脫了固定投影的束縛;（3）ArcGIS提供了常用專(zhuān)題地圖模塊，用戶可以通過(guò)一系列簡(jiǎn)單的操作制作出理想的專(zhuān)題地圖，大大減少了逐個(gè)繪制專(zhuān)題符號(hào)帶來(lái)的工作量;（4）由于ArcGIS中的專(zhuān)題圖層與屬性數(shù)據(jù)庫(kù)直接關(guān)聯(lián)，所以數(shù)據(jù)的變化可以直接反映在地圖上，無(wú)須重新繪圖，提高了工作效率。一方面，由于ArcGIS軟件是針對(duì)地圖學(xué)的應(yīng)用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，其功能模塊更加適用于專(zhuān)業(yè)地圖的編輯制作;另一方面，經(jīng)過(guò)廣泛調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)大部分院校的“地圖學(xué)”課程學(xué)時(shí)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(xué)時(shí)條件下掌握多種軟件，做到“魚(yú)和熊掌兼得”，反而容易陷入“多而不精”的窠臼，教師點(diǎn)到為止，學(xué)生淺嘗輒止，實(shí)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(xiàn)代地圖學(xué)”課程建議將ArcGIS軟件作為重點(diǎn)攻關(guān)的對(duì)象。