2019年集成試驗教程與GIS專業知識體系建構.pdf

1、資源與環境科學學院資源與環境科學學院集成實驗教程與GIS專業知識體系建構初探資源與環境科學學院資源與環境科學學院為什么要做集成實驗教程集成實驗教程的設計體系幫助學生構建知識體系的路徑集成實驗教程與GIS專業知識體系建構資源與環境科學學院資源與環境科學學院學生層面：能力評價咋樣會什么會Office、PS會學過的軟件只會用過的功能不會什么不知專業學術先賢不知專業核心課不會沒學過的軟件不知道有其它功能不會解決問題資源與環境科學學院資源與環境科學學院教師層面：我只負責我的課很重要：同一內容重復講太簡單：同一內容沒人講有創新：同一內容矛盾講最后一次才掌握從來沒聽說過只知道最后一版教師教師學生學生資源與環

2、境科學學院資源與環境科學學院專業(系)層面：課程名稱思考VB語言/C語言C#語言/Java語言PythonArcGIS高級應用AutoCADPhotoshopGPS原理編程語言基礎面向對象程序語言GIS腳本編程GIS空間分析與建模計算機地圖制圖圖形圖像處理技術全球導航定位系統原理資源與環境科學學院資源與環境科學學院上述奇怪現象引出的思考資源與環境科學學院資源與環境科學學院Naturgemlde資源與環境科學學院資源與環境科學學院McHarg的景觀設計思想 Design with Nature(McHarg1969)Design with Nature(McHarg1969)提倡考慮周邊自然環境

3、，利用多學科方法進行環境規劃與景觀設計的思想 提出了一種疊加分析的地理技術，通過查看疊加地理信息的專題層，評估某一種特定的土地用途的最佳(或最差)的位置。資源與環境科學學院資源與環境科學學院McHarg的千層餅案例資源與環境科學學院資源與環境科學學院McHarg的千層餅 完善以因子分層分析和地圖疊加技術為核心的規劃方法論完善以因子分層分析和地圖疊加技術為核心的規劃方法論 這種方法論也稱為“千層餅這種方法論也稱為“千層餅(Layer Cake)(Layer Cake)模式”模式”“千層餅模式”將專業知識和成果進行綜合及篩選來實現問題的解決，該“千層餅模式”將專業知識和成果進行綜合及篩選來實現問題

4、的解決，該模式為環境科學家與社會科學家和經濟學家共同解決景觀規劃問題提供了模式為環境科學家與社會科學家和經濟學家共同解決景觀規劃問題提供了途徑，是規劃方法論上的一次偉大革命。途徑，是規劃方法論上的一次偉大革命?！扒语災Ｊ健敝茍D的過程“千層餅模式”制圖的過程 首先，將景觀的單一因子逐一制圖，用灰白兩色區別其對某種土地利用方首先，將景觀的單一因子逐一制圖，用灰白兩色區別其對某種土地利用方式的適宜性或有害性式的適宜性或有害性 然后，將這些單因子評價圖層疊加；然后，將這些單因子評價圖層疊加；第三，通過感光攝影技術得到綜合的土地適宜性分布圖，根據灰度來區別第三，通過感光攝影技術得到綜合的土地適宜性分布

5、圖，根據灰度來區別不同程度的適宜性。不同程度的適宜性。資源與環境科學學院資源與環境科學學院CGIS:Feasibility Report of Computer Mapping System The systems purpose was to enable analysis of geographic The systems purpose was to enable analysis of geographic data over any part of a continentdata over any part of a continent-wide area.wide area.Res

6、ults were to be provided in tabular or map form,or both.Results were to be provided in tabular or map form,or both.Many different kinds of maps needed to be put into the system.Many different kinds of maps needed to be put into the system.The report specified a seamless,nationwide data structure.The

7、 report specified a seamless,nationwide data structure.The recommended structure separated the descriptor data(attributes)from separated the descriptor data(attributes)from image data(points and polygon boundaries)image data(points and polygon boundaries).TheThe needneed forfor variousvarious datada

8、ta inputsinputs optimizedoptimized forfor differentdifferent datadata typestypes waswas anticipanticipated,ated,including automated scanning for polygon boundaries,digitizing for selected points as identifiers inside the polygons,and keypunching for descriptor and statistical data.These data types w

9、ere to be input separately and linked logically later.TheThe coordinatecoordinate systemsystem requirementsrequirements werewere examined,examined,the data conceptsdata concepts ofof errorerror in subsequent area calculation considered.ImageImage datadata compactioncompaction requirementsrequirement

10、s were identified to reduce data volumes tobe stored on magnetic tape.The need to combinecombine socioeconomicsocioeconomic datadata withwith mapped data mapped data was also prescribed.DataData analysisanalysis capabilitiescapabilities included area measurements and data multiple topological overla

11、ys.資源與環境科學學院資源與環境科學學院CGIS:Feasibility Report of Computer Mapping System MoreMore thanthan 4040 peoplepeople workedworked onon thethe developmentdevelopment teamsteams throughoutthroughout the the rest ofrest of thethe decadedecade Morton MatrixMorton Matrix,a brilliant tessellation schema that was f

12、undamental to the system,a brilliant tessellation schema that was fundamental to the system data structure;data structure;converting the scanner data to topologically coded map format;converting the scanner data to topologically coded map format;edgematchingedgematchingcapabilitycapability map data

13、compaction methods using the map data compaction methods using the eighteight-directional coding(Freeman codes)directional coding(Freeman codes)the reference coordinate system and error calculation algorithms;error correction the reference coordinate system and error calculation algorithms;error cor

14、rection and updating;data retrieval system and the polygon overlay processand updating;data retrieval system and the polygon overlay process map projection change,rubber sheeting,scale change,line smoothing and map projection change,rubber sheeting,scale change,line smoothing and generalization,auto

15、matic gap closing,area measurement,dissolve and merge,generalization,automatic gap closing,area measurement,dissolve and merge,buffer generation,and new polygon generation,buffer generation,and new polygon generation,all operating in the topological all operating in the topological domaindomain A ve

16、ry important part of the system was A very important part of the system was a computer command language a computer command language that that recognized geographic analysis terms that could be understood by a wide range of recognized geographic analysis terms that could be understood by a wide range

17、 of potential users.potential users.CGIS)gave rise to several developments in cartographic instrumentationCGIS)gave rise to several developments in cartographic instrumentationthe first cartographicthe first cartographic-size digital scanner size digital scanner specifically for the projectspecifica

18、lly for the project the first highthe first high-precision 48 x 48 inch freeprecision 48 x 48 inch free-cursor digitizing table cursor digitizing table ever produced.ever produced.資源與環境科學學院資源與環境科學學院資源與環境科學學院資源與環境科學學院專業(系)層面：實驗課與理論課的關系 經驗主義經驗主義&理性主義理性主義 實驗課與理論課的關系探討實驗課與理論課的關系探討 實驗課是理論的檢驗、驗證和應用實驗課是理論的

19、檢驗、驗證和應用 實驗課要基于某個軟件（教材）實驗課要基于某個軟件（教材）實驗課又相對獨立于軟件（教師與教案實驗課又相對獨立于軟件（教師與教案）理論課實驗課Buffer(鄰近性)ArcMapMapInfoQGISWebGISCloudGIS資源與環境科學學院資源與環境科學學院地理科學類(GIS)集成實驗教程設計體系課程集成理念集成數據集成功能集成概念集成軟件集成資源與環境科學學院資源與環境科學學院為什么要做集成實驗教程集成實驗教程的設計體系幫助學生構建知識體系的路徑集成實驗教程與GIS專業知識體系建構資源與環境科學學院資源與環境科學學院地理科學類(GIS)集成實驗教程的設計體系基礎知識與技能

20、地圖學與GIS集成實驗 遙感類課程集成實驗 測繪類課程集成實驗 GIS專業實驗設備與環境配置綜合分析與模型 高級空間分析與地理建模實驗 GIS類實驗典型數據集解析開發與設計能力 高級語言及算法設計實驗 軟件開發工具及建模實驗 GIS開發與設計實驗資源與環境科學學院資源與環境科學學院地圖學與GIS集成實驗教程設計地圖學原理 坐標系統與地圖投影 地圖概括方法 地圖符號設計 普通地圖與專題地圖表示方法地形圖野外實習 地圖定向與位置判讀 野外對照讀圖 路線讀圖 簡易測量方法 野外填圖空間數據管理與可視化空間數據組織模式配置與定義坐標系統矢量數據生產數據格式轉換與集成數據處理與質量檢測符號化與制圖表達地

21、圖標注與注記版面設計與成果輸出地理信息系統原理空間數據結構空間數據庫設計地理元數據空間數據查詢與量算矢量與柵格數據分析數字表面模型空間建模移動與WebGIS觀察資源與環境科學學院資源與環境科學學院高級語言及算法設計實驗教程設計基礎知識與技能 開發環境 數據類型 選擇 循環 方法（函數）流程與異常處理 數組 字符串處理 類定義與應用高級語言深度開發 Windows窗體 文件訪問應用 數據庫訪問 委托與事件 泛型與多線程 圖形開發技術應用數據結構與算法 線性表設計與應用 棧的設計與應用 隊列的設計與應用圖形算法基礎 矢量圖形數據結構 矢量線的裁剪 矢量多邊形裁剪與填充 柵格數據結構設計資源與環境科

22、學學院資源與環境科學學院 GIS專題開發與設計實驗教程設計Dotspatial桌面GIS開發數據加載與地圖瀏覽地理要素查詢與檢索專題地圖渲染地理要素編輯空間分析與統計地圖打印輸出基于ArcGIS Engine的開發ArcGIS Engine控件使用地圖文檔及相關對象幾何對象與空間參考參數傳遞與鷹眼地圖命令封裝與右鍵菜單空間可視化空間數據庫空間數據查詢空間數據編輯空間分析基于GeoServer的WebGIS開發系GeoServer安裝與使用地圖圖層發布與管理地圖瀏覽地圖圖層疊加顯示屏幕交互操作基于ArcGIS的Android移動GIS開發地圖工程創建數據顯示與瀏數據查詢與檢索數據采集與編數據實時

23、同步資源與環境科學學院資源與環境科學學院為什么要做集成實驗教程集成實驗教程的設計體系幫助學生構建知識體系的路徑集成實驗教程與GIS專業知識體系建構資源與環境科學學院資源與環境科學學院坐標系統符號化基于基于GIS的地圖制圖工程概念模式圖的地圖制圖工程概念模式圖地圖文檔工程/項目Map-1Map-2統計表統計圖輔助要素地圖輸出Map-nMap-3Layer-1Layer-4Layer-2.Layer-13DataSource-4(矢量)DataSource-6(柵格)Layer-3DataSource-2(矢量)DataSource-9(矢量).DataSource-1(表)統計表工作視圖數據視圖

24、布局視圖GeoDatabaseShapefileKML坐標系統記錄(Record)像元(Grid)Online Map ServicesDataSource-7(柵格)DataSource-n(Other)選擇集(Selection)子集(SubDataset)Layer-10虛擬數據模型DataSource-11(矢量)DataSource-10(TIN)Data Interoperability從用戶處收集數據子集(SubDataset)Layer-14Layer-15DataSource-12(柵格)DataSource-8(矢量)Layer-9Map-2TIN fileOthers D

25、ataSource-5(矢量)Layer-11Layer-12DataSource-3(柵格)要素(Feature)Layer-16Layer-nLayer-5.GrouplayerLayer-6Layer-7Layer-8圖例比例尺指北針圖名輔助說明注記坐標網格圖片PDFEMF出版印刷 地圖包數據編輯拓撲關系空間分析 多層次概念化體系設計(課程層次)資源與環境科學學院資源與環境科學學院LayerFeatureClassSQL QuerySymbolizeLabelClass1Label ContentLabel StyleLabel FieldDisplacement PropertiesP

26、riority RankingExpressionPointLinePlacementLabelClass2LabelClass3PolygonConflict DetectionDuplicateLayer2SQL QuerySymbolizeLayer3FeatureClassSQL QuerySymbolizeLabelClass4LabelClass5LabelClass6Annotation ClassConvertGeoDBSaveMapDocumentSaveMap/DataFrameLayer files簡單標注引擎Location At Best At Begin At En

27、dPosition Regular Placement Street Placement Contour Placement River PlacementDensity Repeat label Label Buffer Minimum feature size for labeling Connect featuresPosition Above On the line Below OffsetOrientation Horizontal Parallel Curved PerpendicularConflict Resolution Fitting Strategy 復雜標注引擎地圖圖層

28、標注與注記類管理地圖圖層標注與注記類管理多層次概念化體系設計(模塊層次)資源與環境科學學院資源與環境科學學院ElementExtentLayerViewFeatureDataFrame(Map)SelectionGraphicCoordinate SystemScale Bar/TextNorth ArrowMap TitleLayout ViewLegendDataFrame(Map)Graphic/TextTable/GraphGrids/Graticules核心概念支撐下的地圖布局與版面設計Dynamic TextNeatline備注1：指北針、比例尺和圖例是與數據框（Map）相關圖元備

29、注2：布局視圖下插入Element對象時，菜單列表中有明確的分組非關聯非關聯Text Elements數據框關聯數據框關聯Elements文本信息文本信息來自文檔來自文檔文本信息來文本信息來自數據框自數據框Data View多層次概念化體系設計(模塊層次)資源與環境科學學院資源與環境科學學院 多層次概念化體系設計(模塊層次)資源與環境科學學院資源與環境科學學院數據庫數據源LayerVisualization文本標注表格化SymbolizeChart空間信息符號化屬性信息符號化類別渲染數量渲染（Quantitative）Colormap（Raster）Discrete Color（Raster）

30、Unique Value（Raster/Vector）Stretched ColorsQuantitative ColorsQuantitative SymbolsProportional Symbols數值對應數據分級（分類）Single Symbol數據對比與統計Chart點密度ManualEqual Geometrical IntervalDefined IntervalQuantileNatural BreaksStandard DeviationSymbol樣式樣式庫（文件）表達規則其它地圖數據可視化地圖數據可視化概念模式概念模式多層次概念化體系設計(模塊層次)資源與環境科學學院資源

31、與環境科學學院問題導向概念化設計Extent Indicator實現機制解析圖區位表達目標地圖Map Extent地理坐標描述信息屏幕坐標描述信息Outline of Features/Cells of target map基于參考地圖繪制區位圖形RectanglePolygonGraphic地圖文檔存儲多層次概念化體系設計(功能層次)資源與環境科學學院資源與環境科學學院參考底圖柵格地圖(DRG)柵格底圖遙感影像多軟件合作模式的矢量數據生產多軟件合作模式的矢量數據生產R2VArcMapArcScan交互式矢量化屬性計算要素模板等高線多邊形要素點要素線要素交互式矢量化多線追蹤高程批量賦值等高線建

32、筑物點要素線要素坐標系統一致相同的TFW文件底圖配準TFW共享地圖集成二值化渲染圖像分類圖像閾值多層次概念化體系設計(功能層次)圖 2-5-1 R2V 和 ArcMap 基于世界坐標文件合作生成矢量數據。左為 R2V 用 TFW 導出 shape 文件；右為導出結果加至 ArcMap 資源與環境科學學院資源與環境科學學院工具概念化模式工具/模型Input Data問題與目標ParametersOutput DataControl Parameters邊界/范圍控制參數幾何計算拓撲計算柵格單元參數屬性計算參數需求解析需求解析Factor1Factor2Factor3Factor4結果表達結果表達

33、參數控制1參數控制2參數控制3參數控制4學科根基學科根基地圖學GIS測繪地圖學GIS測繪Environments工作空間坐標系統精度與閾值分析與計算模式數據結構規則多層次概念化體系設計(功能層次)資源與環境科學學院資源與環境科學學院BufferInput Features目標要素的影響范圍ParametersOutput Feature ClassControl ParametersDistance(Value or field)Side Type(Left/Right;Full/Out Side Only)End Type(Round/Flat)Method(Planar/Geodesic)

34、Dissolve Field(S)需求解析需求解析目標要素是誰影響多大范圍邊界如何處理是否勻質重疊區域結果表達結果表達特定半徑的緩沖區距離計算方式是否多級緩沖單邊、雙邊緩沖是否融合重疊區域地理學GIS測繪GIS測繪EnvironmentsWorkspaceOutput Coordinate SystemProcessing Extent工具概念化模式多層次概念化體系設計(功能層次)資源與環境科學學院資源與環境科學學院虛擬數據模型虛擬矢量數據模型FeatureClassFeatureDataset表FeatureBand1Band2Band3 鑲嵌數據集柵格目錄ArcGIS E00Mapinfo

35、 TableKml Tiff/JPG柵格Esri GridErdas Img虛擬柵格數據集文本數據CSV數據Excel數據影像產品激光點云虛擬CAD數據集模型Interoperability數據模型映射關系AutoCAD數據：DWG文件DXF文件映射關系虛擬柵格數據模型映射關系映射關系激光點云數據集遙感數據產品數據集柵格數據集Quickbird高分衛星柵格像元(Cell)虛擬虛擬數據模型數據模型多層次概念化體系設計(概念層次)資源與環境科學學院資源與環境科學學院坐標系統動態投影成果表達位置意義幾何量算數據可視化多源數據集成比例尺比例尺坐標網格坐標網格Location Map數據框數據框要素數據

36、集要素數據集數據格式轉換數據格式轉換地圖視圖地圖視圖 容器坐標容器坐標符號比例符號比例距離量算距離量算面積量算面積量算形態量算形態量算坐標意義坐標意義空間關系空間關系多層次概念化體系設計(概念層次)資源與環境科學學院資源與環境科學學院選擇高斯投影坐標系分組查看坐標系統參數選擇3度分帶114中央經線的高斯投影參數GIS坐標系與投影組織選擇待變換數據輸出路徑文件名定義輸出坐標系配置與定義坐標系統學習坐標系統與投影四部曲坐標系與投影原理地圖布局的坐標網格線多層次概念化體系設計(概念層次)資源與環境科學學院資源與環境科學學院關鍵概念與GIS知識體系構建：LayerLayer數據源引用渲染方式(符號化)

37、標注顯示與選擇狀態選擇集按比例顯示MapTips選擇集符號化多層次概念化體系設計(概念層次)資源與環境科學學院資源與環境科學學院關鍵概念與GIS知識體系構建：Layer Layer的內涵：的內涵：數據角色多元呈現數據角色多元呈現 Layer：是：是ArcMap、ArcGlobe 和和ArcScene 中地理數據集的顯示機制。中地理數據集的顯示機制。Layer file：顯示機制的單獨文件化。：顯示機制的單獨文件化。所有所有GIS軟件中：圖層是“數據表現形式”的邏輯載體。軟件中：圖層是“數據表現形式”的邏輯載體。Layer的的GIS功能功能：地理數據與：地理數據與GIS的關鍵紐帶的關鍵紐帶 大部

38、分數據符號化都是圖層化大部分數據符號化都是圖層化 圖層是工具模型的主導輸入參數圖層是工具模型的主導輸入參數 圖層是綜合分析的基本邏輯單元圖層是綜合分析的基本邏輯單元 Layer專業價值專業價值：多課程關系建構的重要概念：多課程關系建構的重要概念 地圖學：符號化地圖學：符號化(數量分級數量分級)、標注、按比例顯示、標注、按比例顯示 GIS原理：選擇集、標注、渲染方式原理：選擇集、標注、渲染方式 GIS開發：顯示、開發：顯示、MapTips等各類狀態控制等各類狀態控制Layer數據源引用渲染方式(符號化)標注顯示與選擇狀態選擇集按比例顯示MapTips選擇集符號化多層次概念化體系設計(概念層次)資

39、源與環境科學學院資源與環境科學學院 大容量信息圖：概念體系與功能組合 多層次概念化體系設計(描述層次)資源與環境科學學院資源與環境科學學院 多層次概念化體系設計(描述層次)大容量信息圖：軟件功能與效果描述組合資源與環境科學學院資源與環境科學學院 多層次概念化體系設計(描述層次)大容量信息圖：軟件功能與效果描述組合資源與環境科學學院資源與環境科學學院 多層次概念化體系設計(描述層次)大容量信息圖：軟件功能與效果描述組合資源與環境科學學院資源與環境科學學院ASTER GDEM/SRTM數據與文件組織數據結構(柵格)柵格數據符號化柵格計算數字地形分析空間建模Globeland30數據與文件組織數據結

40、構(柵格)柵格數據符號化柵格計算疊置分析空間建模中國100萬基礎地理數據集數據與文件組織數據結構(矢量)矢量數據符號化空間分析空間建模實驗案例的多源數據集成設計資源與環境科學學院資源與環境科學學院數據準備與下載數據質量評估分幅柵格數據鑲嵌數據投影變換研究區數據裁切與提取DEM重分類地表覆蓋類型轉移矩陣計算空間統計與柵格分析 綜合實驗案例集成設計基于基于Globaland30的地表覆蓋特征及時空變化分析的地表覆蓋特征及時空變化分析資源與環境科學學院資源與環境科學學院高級語言、空間數據結構、計算機圖形學綜合實驗 實驗內容 以單鏈表結構為基礎，設計簡單圖形數據結構：以單鏈表結構為基礎，設計簡單圖形數

41、據結構：點要素（點要素（PointFeaturePointFeature）；）；線要素（線要素（PolylineFeaturePolylineFeature）；面要素（）；面要素（PolygonFeaturePolygonFeature）實現三種圖形簡單樣式設定實現三種圖形簡單樣式設定 鼠標事件驅動的折線、多邊形裁剪算法，多邊形填充算法。鼠標事件驅動的折線、多邊形裁剪算法，多邊形填充算法。實驗平臺 MS Visual C#&GDI+MS Visual C#&GDI+（Graphics Device Interface PlusGraphics Device Interface Plus，微軟圖

42、形，微軟圖形開發平臺，整合于開發平臺，整合于.NET Framework.NET Framework 之中，是之中，是GDIGDI的升級版）的升級版）知識點及所屬課程 圖形要素單鏈表的設計圖形要素單鏈表的設計空間數據結構（圖形要素類設計與實現）空間數據結構（圖形要素類設計與實現）委托結構實現窗體參數傳遞委托結構實現窗體參數傳遞高級語言（圖形樣式設計）高級語言（圖形樣式設計）計算機圖形計算機圖形2D2D算法算法計算機圖形學（折線、多邊形裁剪，多邊形填充）計算機圖形學（折線、多邊形裁剪，多邊形填充）綜合實驗案例集成設計資源與環境科學學院資源與環境科學學院圖形要素鏈式結構概念圖綜合實驗案例集成設計資

43、源與環境科學學院資源與環境科學學院圖形要素類設計綜合實驗案例集成設計資源與環境科學學院資源與環境科學學院圖形要素鏈表結構類設計綜合實驗案例集成設計資源與環境科學學院資源與環境科學學院高級語言、空間數據結構、計算機圖形學綜合實驗范例程序結構范例運行界面綜合實驗案例集成設計資源與環境科學學院資源與環境科學學院不忘初心 集成實驗集成實驗教程具有操作手冊的功能，但絕不是操作手冊。教程具有操作手冊的功能，但絕不是操作手冊。理論與實驗教程間應包含系統的教學設計：知識體系建構。理論與實驗教程間應包含系統的教學設計：知識體系建構。理念集成課程集成數據集成功能集成概念集成軟件集成資源與環境科學學院資源與環境科學學院謝謝各位同仁！期待合作與交流！期待合作與交流！