作者：吴建华
出版社：电子工业出版社
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ArcGIS软件与应用试读：
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月于江西师范大学方荫楼第1章ArcGIS软件介绍
本书主要讲述ArcGIS for Desktop中的ArcMap、ArcCatolog、ArcToolbox、ArcScene等软件中的功能应用方法，但是作者认为初学者有必要了解当前最新的ArcGIS产品体系结构，以及核心的ArcGIS产品，以便总体上对ArcGIS进行认知，避免盲人摸象，也便于日后进一步深入学习ArcGIS软件。本章主要内容如下：● ArcGIS的起源与发展；● ArcGIS10.4体系结构；● ArcGIS for Desktop；● ArcGIS Pro；● ArcGIS for Server；● ArcGIS Online；● ESRI CityEngine；● ArcGIS开发产品。1.1 ArcGIS的起源与发展1.1.1 ESRI简介
提到ArcGIS产品，我们不得不提到一家伟大的致力于地理信息系统技术的公司—美国环境系统研究所公司（Environmental Systems Research Institute，Inc），简称ESRI公司，由数字地图教父、GIS行业先驱和技术领导者—杰克·丹杰蒙德（Jack D angermond）于1969年创办，总部设在美国加州雷德兰兹（RedLands）市，是世界最大的地理信息系统技术提供商。在全美各地都设有办事处，世界各主要国家均设有分公司或者代理，全球员工总数超过4000名。其商业合作伙伴计划，在全球有超过2000个领域开发商、咨询服务商、增值代理及数据提供商，与分布在80个国家的国际代理一起，构成了ESRI公司强大的技术支持与服务网络。多年来，ESRI公司始终将GIS视为一门科学，并坚持运用独特的科学思维和方法，紧跟IT主流技术，开发出丰富而完整的产品线。公司致力于为全球各行业的用户提供先进的GIS技术和全面的GIS解决方案。ESRI其多层次、可扩展，功能强大、开放性强的ArcGIS解决方案已经迅速成为提高政府部门和企业服务水平的重要工具。全球200多个国家超过百万用户单位正在使用ESRI公司的GIS技术，以提高他们组织和管理业务的能力。在美国ESRI被认为是紧随微软、Oracle和IBM之后，美国联邦政府最大的软件供应商之一。[1]
ESRI官方网站（http://www.ESRI.com/products#alpha-list）（2016年9月27日查询）上公布的产品包括：
ESRI公司每年在美国举行全球用户大会，该会议是世界上最大的地理信息系统（GIS）技术相关行业从业者的盛会。自1997年起，通常每年7月前后在美国加州圣地亚哥会议中心，为期1周左右。第一届ESRI用户大会于1981年在雷德兰兹市ESRI总部举行，当时仅有[2]15位用户。2016年的用户大会，来自全球138个国家和地区的超过16000人参加了本次会议。会议主题是“GIS—开启更加智能的世界（GIS—Enabling a Smarter World）”，历时5天，通过300场主题会议，450小时的技术培训，13场会前研讨会，还有众多路演、演讲、实验活动，来揭示GIS如何帮助人们创建一个更加智能的世界。1.1.2 ArcGIS产品历史
1981年ESRI发布了它的第一套商业GIS软件—ARC/INFO软件。它可以在计算机上显示诸如点﹑线﹑面等地理特征，并通过数据库管理工具将描述这些地理特征的属性数据结合起来。ARC/INFO被公认为第一个现代商业GIS系统。
1986年，PCARC/INFO的出现是ESRI软件发展史上的又一个里程碑，它是为基于PC的GIS站设计的。PC ARC/IN FO的出现标志着ESRI成功地向GIS软件开发公司转型。
1992年，ESRI推出了ArcView软件，它使人们用更少的投资就可以获得一套简单易用的桌面制图工具。ArcView在刚刚出现的头六个月就在全球销售了1万套。同年，ESRI还发布了ArcData，它用于发布和出版商业的、即拿即用的、高质量数据集，用户可以更快地构建和提升他们的GIS应用。今天这套程序已经被改进为Geographic N etwork系统。ArcCAD也在1992年推出，它的出现使用户可以在CAD环境下使用GIS工具。
在1995年，为了满足了BtoB市场的需要，ESRI推出了SDE，这样空间数据和表格数据可以同时存储在商业的关系性数据库管理系统（DBMS）中。同时，ESRI还推出了Business MAP及相关产品，可满足BtoC市场的需求。
在20世纪90年代中期，ESRI公司的产品线继续增长，推出了基于WindowsNT的ArcInfo产品，MapObjects（基于软件开发的地图和GIS组件）、Data Automation Kit（DAK）和AtlasGIS也在同一时间推出。这样ESRI公司的产品线就可以为用户的GIS和制图需求提供多样的选择。ERSI公司也在世界GIS市场中占据了领先地位。
1997年，ESRI计划用COM组件技术将已有的GIS产品进行重组。之后更是进行了上百人/年的投入，终于在1999年的12月，发布了ArcInfo8，同时也推出了ArcIMS，这是当时第一个只要运用简单的浏览器界面，就可以将本地数据和Internet网上的数据结合起来的GIS软件。
2001年的4月ESRI开始推出ArcGIS8.1，它是一套基于工业标准的GIS软件家族产品，提供了功能强大的并且简单易用的完整的GIS解决方案。ArcGIS是一个可拓展的GIS系统，提供了对地理数据的创建﹑管理﹑综合﹑分析能力，ArcGIS还为单机和基于全球分布式网络的用户提供地理数据的发布能力。
2004年4月，ESRI推出了新一代9版本ArcGIS软件，为构建完善的GIS系统，提供了一套完整的软件产品。9版本中包含了两个主要的新产品：在桌面和野外应用中嵌入GIS功能的ArcGIS Engine和为企业级GIS应用服务的中央管理框架ArcGIS Server。
2010年，ESRI推出ArcGIS 10。这是全球首款支持云架构的GIS平台，在Web 2 .0时代实现了GIS由共享向协同的飞跃；同时ArcGIS 10具备了真正的3D建模、编辑和分析能力，并实现了由三维空间向[3]四维时空的飞跃；真正的遥感与GIS一体化让RS+GIS价值凸显。
2013年7月30日（美国时间）正式发布了ArcGIS 10.2。该产品的发布，标志着ESRI又进入了一个新的里程碑。在ArcGIS 10.2中，ESRI充分利用了IT技术的重大变革来扩大GIS的影响力和适用性。新产品在易用性、对实时数据的访问，以及与现有基础设施的集成等方面都得到了极大的改善。用户可以更加轻松地部署自己的Web GIS应用，大大简化了地理信息探索、访问、分享和协作的过程，感受新一代Web GIS所带来的高效与便捷。产品的亮点及新特性如下。（1）ArcGIS Online诸多功能新突破，迈进真正云PaaS平台。● 新增在线分析工具，提供六大类空间分析功能；● 支持第三方切片地图服务等更多服务类型；● 推出全新的ArcGIS for Developers站点；● 支持多个shapefile文件发布托管的要素服务；● 支持Oauth2.0协议。（2）Portal for ArcGIS正式纳入ArcGIS产品体系，开启企业级GIS应用新模式。● 集中内网资源，组织内快速分享；● 多种业务数据结合免费底图，简单快速制图；● 为组织用户托管GIS服务；● 与ESRI Map for Office集成，实现业务数据快速上图与分享；● 可结合私有云GIS环境，成为私有云门户。（3）ArcGIS for Server具备大数据实时分析和处理能力。● 全新的GeoEvent Processor实时数据处理分析扩展；● 通过集成使Portal for ArcGIS具备服务托管能力；● 采用全新站点模型，智能支持云架构；● 提供即拿即用的备份/恢复站点信息功能；● 直接编辑关系型数据库中原生的空间数据。（4）开发工具，让GIS应用遍地开花。● 灵活多样的扩展能力，提供覆盖主流桌面、Web和移动终端的全
方位扩展功能；● 新增ArcGIS Runtime for OS X/Windows Store/Qt三大产品；● ArcGIS移动产品重磅出击，大力支持离线编辑和分析；● 三大Web API（JavaScript/Silverlight/Flex API）各显其能，共同
推进敏捷的Web开发；● 云中开发者站点提供一体化的资源入口，开源社区GitHub上共享
大量的应用示例。（5）桌面应用，从未停止过的增强。● ArcGIS for Desktop质量和性能全面提升，大数据支持能力彰
显；● ArcGIS三维可以共享3D Web场景，并与CityEngine深度集成；● ArcGIS影像扩展栅格类型，实现国产卫星影像的支持。
2014年12月10日（美国时间），ArcGIS 10.3正式发布。ArcGIS 10.3，隆重推出以用户为中心（Named User）的全新授权模式，超强的三维“内芯”，革新性的桌面GIS应用，可配置的服务器门户，即拿即用的App，更多应用开发新选择，数据开放新潮流，为构建新一代Web GIS应用提供了更强有力的核“芯”支持。产品的亮点及新特性如下。（1）以用户为中心（Named User）的授权模式。ArcGIS 10.3采用了全新授权模式—Named User，即从“许可机器”转向“许可用户”。一旦用户成为许可用户（Named User），无论用户在任何地方、任何时间，都可以通过任意设备随时随地的访问所拥有的地图、应用、数据及各种分析能力。这使得ArcGIS的能力，能够根据用户的需要，灵活地延展到各个地方。（2）最强3D“芯”。ArcGIS 10.3采用全新的3D“内芯”，支持全球、区域、城市、建筑内部多种尺度的3D场景创建，支持桌面、平板、手机等多种终端设备上3D可视化与共享。ArcGIS 10.3将3D集成到地理设计过程中，基于规则快速构建3D场景。ArcGIS 10.3的真3D的空间分析工具，进一步加深了我们对现实世界的认识。ArcGIS 10.3使得在ArcGIS台中分享3D内容更加简单和便捷。（3）革新性的桌面GIS应用—ArcGIS Pro。ArcGIS Pro是ArcGIS 10.3版本中全新推出的一款桌面GIS产品，它采用超强的三维“内芯”，极大增强了ArcGIS二三维能力，延续了ArcGIS在空间处理、影像GIS一体化的强大功能。ArcGIS Pro采用全新的Named User授权模式，加深了与云端的无缝对接，为GIS专家随时随地多设备协同工作提供了极大的便利。ArcGIS Pro采用全新的Ribbon界面风格和多窗口支持，操作方便，更富人性化。ArcGIS Pro是ArcGIS桌面GIS应用的崭新未来。（4）可配置的服务器门户。Portal for ArcGIS 10.3作为ArcGIS 10.3 for Server中重要的组成部分，为服务器提供了一个灵活可配置的前端，使用户可以轻松地发现和使用地图。所有的ArcGIS App，例如Explorer for ArcGIS、Collector for ArcGIS及Operations Dashboard for ArcGIS，都可以便捷地通过前端门户访问到服务器端的资源。（5）即拿即用的App。在ArcGIS 10.3中，App已成为ArcGIS平台的重要组成部分，也成为用户访问平台的重要入口。ESRI将陆续推出更多的跨行业的通用应用App，如Operations Dashboard for ArcGIS、Collector for ArcGIS和Explorer for ArcGIS。ESRI也将推出大量的App，与世界领先的商业系统进行无缝集成，如Microsoft Office、IBM Cognos、MicrosoftStrategy、SAP和Salesforce。ESRI合作伙伴也会推出更多面向行业或特定业务的应用，在ArcGIS Marketplace上供用户下载使用。（6）Web AppBuilder使App创建更简单。Web AppBuilder for ArcGIS是ArcGIS 10.3中新推出的一款产品。其提供了可视化的配置页面，通过直观的配置方式，零代码快速生成，可扩展并适配多种设备的Web GIS应用，使得在组织中定制轻量级的Web GIS应用更加简单和快捷。（7）更多应用开发新选择。在ArcGIS 10.3中，ESRI持续改进ArcGIS平台的应用开发模式，提供更多的开发选择。SDK、API和其他开发工具，不断提升以支持开发出更符合当前计算平台的应用。ArcGIS 10.3进一步整合ArcGIS Runtime SDK，采用统一的内核和一致的接口进行设计，让开发者们无论选择哪个平台，都能快速上手，开发出功能一致的GIS应用，并方便地部署到设备上。另外，Web AppBuilder for ArcGIS生成的应用代码提供直接下载，开发者可以根据需要对应用进行扩展和定制。（8）Open Data数据开放正当时。在ArcGIS 10.3中，ESRI推出了全新的Open Data产品。基于Open D ata，政府/企业可定制专门的网站，为公众提供权威的数据。政府作为权威数据提供者，可将公众关注的权威数据，借助Open Data来公开；公众可以在ArcGIS平台中使用政府公开的资源。政府部门也可以通过Open Data来更好地了解[4]社区所关注的焦点问题。
2016年初，ArcGIS 10.4全新发布，其带来全新可视化功能及体验、企业级GIS优化，以及众多令人难以释手的App，ArcGIS 10.4带来众多惊喜的同时，在打造新一代Web GIS平台之路上稳步升级。产品的亮点及新特性如下。（1）平台内容升级。新一代Web GIS平台提供了3D、实时数据、海量影像等更丰富的内容，ArcGIS 10.4为了Web GIS华丽升级，在上述内容的基础上更是贴心的推出了矢量切片、3D局部场景、移动地图包、新的影像能力。（2）平台能力升级。新一代Web GIS的最大特点，是为了让每一个人通过任何终端，能够随时随地使用ArcGIS的功能，而分析工具是GIS最核心的功能，以前这些都只能在ArcGIS Online上体验到，现在，我们在本地的Web GIS系统中都可以使用到，这是Web GIS平台一个非常重要的升级。Portal for ArcGIS新增空间分析能力，支持国产达梦数据库，集成了R统计算法。（3）平台入口升级。一系列新的或者改进的App随着ArcGIS 10.4发布，使用这些App可以在办公室里更智能、更快速地做出决策，最大化地提升外业工作的效率，更容易与组织成员或者大众用户分享观点和视角。例如，使用Drone2Map for ArcGIS（beta）创建3D点云，使用Workforce for ArcGIS、Navigator for ArcGIS、Survey123 for ArcGIS 和Collector for ArcGIS实现联合的外业作业。（4）平台安全和稳健性升级。● 简化的本地和云端高可用部署：ArcGIS 10.4提供更加简单的方
式配置Portal高可用，从而维持性能、减少单点故障、减小宕机
时间，并提供检测站点故障，同时结合新的灾难恢复工具，提升
了新一代Web GIS平台的灵活性和稳定性。● 新增Web GIS平台灾难恢复工具：Portal for ArcGIS提供全新灾备
工具，用来备份Web GIS部署。备份文件可用来恢复Server站点
或者Web GIS部署，也可将其复制到备份、可联网的部署机器上，
以便在主部署出现故障时能及时恢复。● ArcGIS for Server站点支持只读模式：ArcGIS for Server 10.4站
点现在可以开启只读模式了，该模式可以保护站点中的数据、图
层和服务不会被无意或者恶意篡改，从而影响到员工和客户对这
些资源的访问和使用。（5）平台安装部署升级。若用户想在本地的多台GIS服务器上自动安装ArcGIS for Server，并且这些Server都在单一站点集群中，或者搭建一个实时GIS配置，或者一个完整的Web GIS配置，那么可以[5]使用ArcGIS Cookbook，实现Web GIS平台的无人值守式一键安装-[6]。1.2 ArcGIS10.4体系结构
ArcGIS是ESRI公司集40余年地理信息系统（GIS）咨询和研发经验，奉献给用户的一套完整的“GIS平台”产品，具有强大的地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合、发布与共享的能力。ArcGIS本身不是一个GIS应用软件，而是ESRI的GIS产品家族体系的总称，其中的每个产品都是依据特定需求而设计的。
ArcGIS产品随着版本的升级，产品日益丰富，其体系结构也在不断发生变化。在“新一代Web GIS”应用模式中，资源和功能都进一步整合，GIS服务的提供者以Web的方式提供资源和功能，而用户则采用多种终端随时随地访问这些资源和功能。在这种模式下，GIS平台变得更加简单易用、开放和整合，使得GIS为组织机构所有人使用成为现实，为“Web GIS”赋予了全新的内涵。ArcGIS平台倡导“One ArcGIS”的理念，不再受限于软件产品与功能级别，而是更加注重应用模式及应用架构，从“系统”到“人”，更好地实现对业务中“人”的支撑，是构建新一代Web GIS应用模式的重要支撑，也是实现整个组织机构空间信息互联互通的基础。ArcGIS平台由三大关键部分组成，即应用（App）、门户（Portal）和服务器（Server），如图1.1所示，它们是构建新一代Web GIS应用模式的关键部分。ArcGIS不断完善与改进平台，形成以Named User为纽带，三大组成部分有机结合的全方位支撑平台，全面打造可落地的新一代Web GIS。[6]图1.1 ArcGIS平台体系结构
Named User：Named User是登入新一代Web GIS平台的密钥。作为平台唯一标识，Named User天然形成用户身份验证屏障，充分保障平台安全，并且使得用户私有内容隐秘无扰。授权用户与授权机器两种模式互为补充，适合不同场景下的用户需求，一经认证，Named User将一路随之同行，用户随时随地使用ArcGIS平台成为现实。
应用（App）：用户访问ArcGIS平台的入口，不管是GIS专家还是弱GIS人群，都可通过App（如图1.2所示）访问ArcGIS平台提供的内容。GIS专家使用ArcGIS for Desk top和ArcGIS Pro专业型App制作地图、模型和工具；业务人员、决策者和公众可在不同终端使用Collector for ArcGIS、Operations Dashboard for ArcGIS、Explorer for ArcGIS、ESRI Maps for Microsoft Office等通用型App，轻松接入ArcGIS平台，获取地图和GIS资源，并基于最新的数据进行辅助决策。另外，结合业务需求，合作伙伴为用户提供了多款实用的业务型App。图1.2 App示例
门户（Portal）：ArcGIS平台的访问控制中枢，是用户实现多维内容管理、跨部门协同分享、精细化访问控制，以及便捷地发现和使用GIS资源的渠道。门户（Portal）包括公有云门户ArcGIS.com，以及本地环境中的组织门户Portal for ArcGIS。门户可通过聚合多种来源的数据和服务创建地图，例如聚合自有的数据、ESRI及ESRI合作伙伴提供的数据等，制作的地图可供用户调用。
服务器（Server）：Server包括ArcGIS for Server、Content和Services。服务器是ArcGIS平台的重要支撑，为平台提供丰富的内容和开放的标准支持，它是空间数据和GIS分析能力在Web中发挥价值的关键，负责将数据转换为GIS服务（GIS Service ），通过浏览器和多种设备将服务带到更多人身边。在新一代Web GIS建设模式中，用户通过门户与服务器进行交互，获取和使用内容和资源。1.3 ArcGIS for Desktop
ArcGIS for Desktop是ESRI公司的ArcGIS产品家族中的桌面端软件产品，是为GIS专业人士提供的用于信息制作和使用的工具。利用ArcGIS for Desktop，可以实现任何从简单到复杂的GIS任务。ArcGIS for Desktop包括了高级的地理分析和处理能力、提供强大的编辑工具、完整的地图生产过程，以及无限的数据和地图分享体验。主要功能包含以下诸多方面。（1）空间分析：ArcGIS for Desktop本身包含数以百计的空间分析工具，而且还集成了R语言这个强大的统计分析工具。通过R语言扩展的空间分析工具极大地增强了ArcGIS for Desktop的空间分析能力。这些工具可以将数据转换为信息，以及进行许多自动化的GIS任务。（2）数据管理：支持130余种数据格式的读取、80余种数据格式的转换，用户可以轻松集成所有类型的数据进行可视化和分析。提供了一系列的工具用于几何数据、属性表、元数据的管理、创建及组织。（3）制图和可视化：无须复杂设计就能够生产高质量地图，在ArcGIS for Desktop中可以使用大量的符号库、简单向导和预定义的地图模板、成套的大量地图元素和图形、高级的绘图工具、图形、报表和动画要素、一套综合的专业制图工具。（4）高级编辑：使用强大的编辑工具，可以降低数据的操作难度并形成自动化的工作流。高级编辑和坐标几何（COGO）工具能够简化数据的设计、导入和清理。支持多用户编辑，可使多用户同时编辑Geodatabase，这样便于部门、组织及外出人员之间进行数据共享。（5）地理编码：从简单的数据分析，到商业和客户管理的分布技术，都是地理编码的广泛应用。使用地理编码地址，可以显示地址的空间位置，并识别出信息中事物的模式。这些，通过在ArcGIS for Desktop进行简单的信息查看，或使用一些分析工具，就可以实现。（6）地图投影：诸多投影和地理坐标系统的选择，可以将来源不同的数据集合并到共同的框架中。用户可以轻松融合数据、进行各种分析操作，并生产出极其精确、具有专业品质的地图。（7）高级影像：ArcGIS for Desktop有许多方法可以对影像数据（栅格数据）进行处理，可以使用它作为背景（底图）分析其他数据层；也提供了对大规模影像数据处理的有效解决方案—镶嵌数据集；还可以将不同类型规格的数据应用到影像数据集，或参与分析。ArcGIS for Desktop支持无插件加载多种主要国产卫星类型，支持无人机影像和多维数据集。（8）数据分享：在ArcGIS for Desktop中，用户不用离开ArcMap界面就可以充分使用ArcGIS Online或Portal for ArcGIS中的资源，如导入底图、搜索数据或要素；也可以共享数据到ArcGIS Online或ArcGIS for Server服务器中，实现公开或私有的数据分享。（9）可定制：在ArcGIS for Desktop中，使用Python、.NET、Java等语言通过Add-in或调用ArcObjects组件库的方式来添加和移除按钮、菜单项、停靠工具栏等，能够轻松定制用户界面，或者使用ArcGIS Engine开发定制GIS桌面应用。
ArcGIS for Desktop根据用户的伸缩性需求，将其分为三个不同层次功能水平的三个产品—ArcGIS for Desktop基础版、ArcGIS for Desktop标准版、ArcGIS for Desktop高级版，这三个软件产品可独立购买。基础版提供了综合性的数据使用、制图、分析，以及简单的数据编辑和空间处理工具。标准版在基础版的功能基础上，增加了对Shapefile和Geodatabase的高级编辑和管理功能。高级版是一个旗舰式的GIS桌面产品，在标准版的基础上，扩展了复杂的GIS分析功能和丰富的空间处理工具。ArcGIS for Desktop主要的应用程序包括ArcMap、ArcCatalog、ArcToolbox、ArcGlobe、ArcScene、ModelBuilder、扩展模块等。1.3.1 ArcMap
ArcMap是ArcGIS for De sktop的核心应用程序，其界面如图1.3所示，它把传统的空间数据编辑、查询、显示、分析、报表和制图等GIS功能集成到一个简单的可扩展的应用框架上。ArcMap提供两种类型的操作界面—地理数据视图和地图布局视图。在地理数据视图中，能对地理图层进行符号化显示、分析和编辑GIS数据集；在地图布局视图中，可以处理地图的版面，包括地理数据视图和比例尺、图例、指北针等地图元素。图1.3 ArcMap界面1.3.2 ArcCatalog
ArcCatalog是地理数据的资源管理器，用于组织和管理所有GIS数据，其界面如图1.4所示。它包含一组工具用于浏览和查找地理数据、记录和浏览元数据、快速显示数据集，以及为地理数据定义数据结构。帮助用户组织和管理所有的GIS信息，如地图、数据集、模型、元数据、服务等。ArcCatalog包括了下面的功能。图1.4 ArcCat alog界面● 浏览和查找地理信息；● 创建各种数据类型的数据；● 记录、查看和管理元数据；● 定义、输入和输出Geodatabase数据模型；● 在局域网和广域网上搜索和查找的GIS数据；● 管理运行于SQL Server Express中的ArcSDE Geodatabase；● 管理文件类型的Geodatabase和个人类型的Geodatabase；● 管理企业级Geodatabase，支持的大型关系数据库包括DB2、
Informix、SQL Server （including SQL Azure）、Netezza、
Oracle、PostgresSQL及国产的达梦数据库；● 管理多种GIS服务；● 管理数据互操作连接。1.3.3 ArcToolbox
ArcToolbox是一个地理数据处理工具的集合，功能强大，涵盖数据处理、转换、制图、分析等多方面的功能，其界面如图1.5所示。善于利用ArcToolbox提供的工具集，能够让你的空间处理工作事半功倍。在ArcCatalog、ArcMap、ArcScene 、ArcGlobe中单击按钮即可进入ArcToolbox。图1.5 ArcToo lbox界面1.3.4 ArcGlobe
ArcGlobe是ArcGIS for Desktop中3D分析扩展模块中的一个部分，提供了全球地理信息的连续、多分辨率的交互式浏览功能，其界面如图1.6所示。像ArcMap一样，ArcGlobe也是使用GIS数据层，显示Geodatabase和所有支持的GIS数据格式中的信息的。ArcGlobe具有地理信息的动态3D视图。ArcGlobe图层放在一个单独的内容表中，将所有的GIS数据源整合到一个通用的球体框架中。它能处理数据的多分辨率显示，使数据集能够在适当的比例尺和详细程度上可见。ArcGlobe交互式地理信息视图使GIS用户整合并使用不同GIS数据的能力大大提高，而且在三维场景下可以直接进行三维数据的创建、编辑、管理和分析。ArcGlobe创建的Globe文档可以使用ArcGIS for Server将其发布为服务，通过ArcGIS for Server球体服务（Globe Service）向众多3D客户端提供服务，例如，ArcGlobe以及ESRI提供的免费浏览器ArcGIS Explorer Desktop。图1.6 ArcGlobe界面1.3.5 ArcScene
ArcScene是ArcGIS Desktop中专门用于显示与分析三维数据的独立程序。ArcScene的功能包括浏览三维数据、创建表面、进行表面分析、三维飞行模拟等，其界面如图1.7所示。ArcScene可以看成ArcGlobe的一个子集，它们都依赖于ArcGIS的3D分析模块。ArcScene是一个适合于展示三维透视场景的平台，可以在三维场景中漫游并与三维矢量与栅格数据进行交互，适用于小场景的3D显示和分析。ArcScene基于OpenGL，支持TIN数据显示。显示场景时，ArcScene会将所有数据加载到场景中，矢量数据以矢量形式显示。图1.7 ArcScene界面1.3.6 ModelBuilder
ModelBuilder（模型构建器）是数据建模工具（见图1.8），它为设计和实现ArcGIS中各种数据处理提供了一个图形化的建模环境。模型是以流程图的形式表示的，这个流程由（数据处理）工具和数据组成。整个数据处理过程按流程图先后执行，类似电子政务中工作流，都是顺序、支持并行，都有数据输入和数据输出，不同的是它没有人员和权限、办理时限等。图1.8 ModelBuilder界面1.3.7 扩展模块
ArcGIS for Desktop提供了一系列的扩展模块，使得用户可以实现高级分析功能，如栅格空间处理和3D分析功能。根据功能，这些模块通常被划分为三类。● 分析类：ArcGIS 3D Analyst、ArcGIS Spatial Analyst、ArcGIS
Network Analyst、ArcGIS Geostatistical Analyst、ArcGIS
Schematics、ArcGIS Tracking Analyst、Business Analyst Online
Reports Add-in。● 生产类：ArcGIS Data Interoperability、ArcGIS Data Reviewer、
ArcGIS Publisher、ArcGIS Workflow Manager、ArcScan for
ArcGIS、Maplex for ArcGIS。● 解决方案类：ArcGIS Defense Solutions、ArcGIS for Aviation、
ArcGIS for Maritime、ESRI Defense Mapping、ESRI Production
Mapping、ESRI Roads and Highways。1.4 ArcGIS Pro
ArcGIS Pro是一款全新的桌面应用程序（见图1.9），它改变了桌面GIS的工作方式，以满足新一代Web GIS应用模式。Pro是专业的意思，这就决定了ArcGIS Pro是为专业从事GIS工作人士设计的应用软件，如GIS工程师、科研人员、地理设计人员、地理数据分析师等。而且，ArcGIS Pro采用Ribbon界面风格，给这些专业用户带来全新的用户体验。当然，功能上也是毫不逊色。ArcGIS Pro作为一个高级的应用程序，可以对来自本地、ArcGIS Online或者Portal for ArcGIS的数据进行可视化、编辑、分析。同时，实现了二三维一体的数据可视化、管理、分析和发布。此外，ArcGIS Pro是原生64位应用，支持多线程处理，极大提高了软件性能。图1.9 ArcGIS Pro主界面
ArcGIS Pro的功能特色表现在以下方面。1．全新架构和界面
ArcGIS Pro采用极简的Ribbon界面风格，让与当前任务相关的功能按钮平铺在菜单面板中，从而降低软件使用难度；同时，ArcGIS P ro允许打开多个地图窗口和多个布局视图，方便使用者快速地在任务间进行切换。ArcGIS Pro原生采用64位应用程序架构，支持多线程，在使用更大内存的同时还可以更充分地利用CPU计算资源，更快地完成数据的可视化和任务的计算处理。此外，也支持GPU加速，进一步提升用户使用体验。2．工程项目管理
ArcGIS P ro以“工程项目”的形式组织和管理工作中所用到的资源。一个工程可以包括地图文档、布局视图、图层、数据表、任务、工具，以及对服务器、数据库、文件夹、符号库的链接。当然，也可以访问和使用组织内部Portal或ArcGIS Online中的资源。另外，在工程内部可以通过浏览或搜索关键字的方式找到和添加你所想要的资源。
此外，工程支持按“工程模板”的方式创建，按照这种方式创建的工程，其工程的初始设置沿用了模板的设置信息，如文件夹链接、服务器链接等。3．数据可视化管理
ArcGIS Pro在maps或scenes中可以加载和显示2D或3D数据，并可以创建多个2D或3D地图且能同时打开，以及二三维地图的关联同步。此外，在多个2D或3D地图中，可以同时加载同一图层，其符号化效果保持一致。ArcGIS Pro提供了丰富的2D和3D数据编辑工具，可以创建图层和要素、添加属性信息、数据更新，以及符号化渲染等。ArcGIS Pro新增高级符号功能（基于规则的3D符号渲染方式），即通过调用CityEngine的规则包，规则驱动根据属性批量实时地生成3D模型。从而实现了2D和3D数据的同步编辑，当2D要素发生改变，对应的3D模型也随之改变。4．地理处理分析
ArcGIS P ro提供了一系列地理处理分析工具，用户可以按照自己的需求选择使用，执行工具可自动完成分析任务并得到分析结果，只须选择输入数据源，指定结果输出路径，设置参数即可执行分析。同时，ModelBuilder提供可视化的处理分析流程搭建工具，可将不同的工具组合以完成复杂的地理处理分析工作流任务。另外，ArcGIS Pro提供基于Python的ArcPy API，可以使用脚本调用分析工具，也可以融入自己的算法实现基于业务的空间分析。除了与桌面对应的分析处理工具，在ArcGIS Pro中还提供了Task任务文件，它是一个预先配置好的工作流程，将软件操作和处理按步骤流程组合在一起，以完成某项任务。它极大地标准化了工作流程，提高了工作效率。任务文件可以进行再编辑，以不断地优化工作流程；同时也可以将任务文件在组织成员之间分享，使得组织成员按照统一的标准，高效协同地完成工作任务。5．协同工作
协同工作是ArcGIS Pro的重要能力，使用者可以把数据、分析结果、地图、文件甚至整个工程在组织内部进行共享，方便多部门协同工作；也可以将图层和地图发布为Web Layer、WebMap、WebScene，通过浏览器或移动设备就可以轻松访问和使用地图资源。ArcGIS Pro 1.2中除了1.1版本中的Globe Scene场景的发布，还支持投影坐标系下局部场景的发布。局部场景的发布提供了在投影坐标系下展示区域和局部数据的最好方式。6．矢量切片创建
矢量切片是一种利用协议缓冲（Protocol Buffers）技术的紧凑二进制格式用来传递信息。矢量切片利用一些新技术来动态的控制可交互的地图展示方式，这种新技术可以让个人在移动端或者浏览器端自定义地图样式。在最新的ArcGIS Pro 1.2版本中支持矢量切片的创建，并可以把创建好的切片包上传到Portal for ArcGIS上。上传到Portal for ArcGIS的切片包可以直接在Portal for ArcGIS中发布成服务，并可以各个端上调用，也可以通过JS API使用发布好的服务。1.5 ArcGIS for Server
ArcGIS for Server通过帮助用户在组织机构内搭建ArcGIS平台来实现Web GIS应用模式，这种部署方式使得组织机构里的每个人都能够随时随地使用任何设备来发现、创建和分享GIS内容。ArcGIS for Server可运行在云中基础设施、本地私有或者虚拟的环境里，并能够与现有的IT基础设施和企业安全系统共同工作。从概念上讲，ArcGIS for Server包括三层—服务层、访问层和App层，如图1.10所示。图1.10 ArcGIS for Server的三层Web GIS概念模型：服务、门户和应用
服务层（Servers）：包括GIS服务器，GIS服务器使得GIS资源能够以Web服务的方式分享。
访问层（Access）：包括门户（如Portal for ArcGIS ，它包含在 ArcGIS for Server标准版和高级版中，提供以地图为核心的内容协作，可以部署在自己的基础设施中（内部部署或在云中部署）），通过该门户可以获取GIS内容，同时，门户也是连接组织机构中用户和GIS服务器提供的资源及工具的一个界面友好的网站。通过门户，用户可以搜索和发现GIS资源，创建新的地图、使用应用模板，甚至还可以通过即拿即用的应用程序构建工具（Web AppBuilder）来创建Web应用而无须代码编程。门户可以帮助管理组织机构中的GIS资源，并使资源更加安全、访问更加便利。
App层：包括一系列即拿即用的、可运行在Web端和移动端的App，还包括面向通用业务系统（如Microsoft Office、SharePoint、Cognos、Dynamic CRM、MicroStrategy和SAP）的插件。
这三层共同组成了Web GIS模式，并且三层都包含在ArcGIS for Server中。另外，开发者也可以使用ArcGIS REST API和系列ArcGIS Runtime SDKs来开发自定义的App。
ArcGIS for Server的用户包括：（1）专业用户。专业用户可以使用ArcGIS for Server作为工作平台，以共享地图数据、业务流程和应用功能的形式来发布他们的成果，同样他们也可以享用其他专业用户发布的服务。通常，专业用户使用ArcMap、ArcCatalog和ArcGlobe等应用程序来创建要发布到站点的GIS资源，如地图、globe 和地理数据库。（2）ArcGIS for Server站点管理员。ArcGIS for Server站点需要一个管理员来安装软件、配置Web应用程序，以及调整站点以获取最佳性能。ArcGIS for Server站点管理员可以使用ArcGIS for Desktop或ArcGIS for Server管理器来管理站点，管理员可以寻求开发人员的帮助或自己学习脚本技巧，从而通过ArcGIS REST API 自动执行管理任务。（3）ArcGIS for Desktop内容创作者和发布者。ArcGIS for Desktop内容创作者使用ArcMap、ArcCatalog和ArcGlobe等应用程序来创建要发布到站点的GIS资源。在将资源发布到服务器的过程中，这些应用程序也可以起到辅助作用。（4）应用开发人员。专门从事应用开发的人员可以应用专业用户发布的服务来创建或者定制应用而不必深刻理解GIS知识。ArcGIS for Server提供了一个丰富的应用开发环境，包括Web端的应用开发包ArcGIS Javascript API，以及多种移动端开发包，如Android SDK、iOS SDK、.Net SDK等。（5）领导和业务人员。领导和业务人员可以借助Web GIS技术将ArcGIS for Server提供的GIS功能和应用结合到他们的日常工作流程中。如果与其他业务系统整合度很强，业务人员或许都不会意识到他们正在应用GIS技术。（6）IT管理员。IT管理员可以应用GIS服务并将其集成到更广的IT领域以支持多种多用的业务流程。例如，GIS可以和派单管理系统、财务系统、供应链管理系统、商业智能系统等完美结合。
在ArcGIS for Server架构中，GIS服务器是最核心的组件。GIS服务器用于托管GIS服务，每一个GIS服务都代表着位于服务器上的、可供客户端使用的GIS资源（如地图、globe、定位器或地理数据库连接）。根据ArcGIS for Server提供的服务类型，可将其功能概括为以下几点。
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