ArcGIS软件在现代地图学教学中的应用研究

周鹤峰 周泽民 赵云 高东宝 田章福

[摘 要] 作为现代地图学的一个重要延伸和突出成果，地理信息系统在“现代地图学”课程中占据着重要地位，培养学生熟练运用ArcGIS软件解决实际问题能力成为课程教学的重要组成部分。考虑到有限的学时和不同软件的性能差异，ArcGIS软件成为学生操作实习的最佳选择。根据“现代地图学”的教学大纲，设计了与教学内容配套的ArcGIS软件应用内容，课堂讲授和实践训练的有机结合极大地促进了学生对现代地图学相关理论、技术和方法的理解和掌握，同时为学生综合能力的提升提供了有力支撑。

[关键词] 现代地图学;地理信息系统;ArcGIS

[基金项目] 2020年度国家自然科学基金项目“强干扰环境中基于稀疏阵列的时频域近场声全息技术研究”（11904406）

[作者简介] 周鹤峰（1987—），男，安徽池州人，博士，国防科技大学气象海洋学院助理研究员，主要从事测量学和地图学研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）21-0029-04   [收稿日期] 2020-09-26

一、引言

地球信息科学与技术融合了地球科学、测量学、地图学、3S技术（GPS、GIS、RS）等学科，是一个突出交叉性的新兴专业[1]。进入21世纪，地球信息科学与技术伴随着现代科学技术的进步取得了飞速发展。值得注意的是，无论该专业处于何种发展阶段，地图始终是其地理空间信息的主要载体和数据可视化的主要表现形式[2]。作为专门研究地图理论、制图及应用的一门学科，地图学在地球信息科学与技术专业建设和人才培养中占据了重要地位[3]。

传统地图学存在一定的局限性，例如：以经验总结为主，忽视基本理论;以联系直接关系学科为主，忽视与更高层次学科的联系;以地图制作为主，忽视地图应用研究。进入信息时代，随着信息论、控制论、系统论和计算机应用的发展，推动了现代地图学理论上的创新和技术上的革命[4]。因此，从提高地图学课程教学质量的角度来看，十分有必要从教学内容和教学条件两方面着手，与时俱进地引入新理论和新技术。

地理信息系统（GIS）是现代地图学的一个重要延伸和突出成果，广泛应用于交通运输、水利水电、城乡规划、国防建设等各个领域。“地图学”课程中如果缺失了GIS的相关内容，其深度和广度就会大打折扣。一般来说，地球信息科学与技术专业注重培养应用型人才，因此现代地图学的一个教学重点在于培养学生使用GIS软件解决实际问题的能力[5]。目前市场上存在着诸多GIS平台软件，其中最受人瞩目的是美国ESRI公司推出的ArcGIS软件，ArcGIS凭借着强大的数字地图制图能力和空间分析功能受到了广大制图人员和地图工作者的青睐。根据前瞻产业研究院发布的《2015—2020年中国导航设备行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》，在中国的GIS应用平台软件市场上，ArcGIS占有的市场份额最高，约为40%[6]。本文以ArcGIS软件在现代地图学教学中的应用为切入点，对应用该软件的必要性进行了分析，并给出了在教学过程中实际操作的具体安排。

二、ArcGIS软件的简介

ArcGIS自1978年问世以来，不断更新迭代，最新版本的软件是ESRI在全面整合GIS与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其他相关技术的基础上推出的代表GIS最高技术水平的产品。“地图学”课程教学中推荐使用较新版本的ArcGIS软件，如ArcGIS10。

ArcGIS主要由三部分组成：ArcGIS Desktop桌面软件、ArcSDE空间数据库引擎、ArcIMS网络地图发布与服务软件。其中，ArcGIS Desktop通过ArcMap、ArcCatalog、ArcToolbox这三个应用程序，提供用户与GIS地图、数据和工具进行交互的操作界面。而ArcMap是ArcGIS Desktop的核心应用，执行所有面向地图的任务，如制图、编辑、查询、统计和报告生成。此外，ArcGIS还提供了大量的功能扩展模块，供用户根据实际需求进行选择，例如3D、Spatial、Geo Statistical、Arc Press等。作为一个全面的、可伸缩的GIS平台，ArcGIS为用户构建了一个完善的GIS系统，并提供了完备的解决方案。

三、ArcGIS软件的优势

值得注意的是，传统GIS软件在表达复杂符号方面的能力较弱。在一定时期内，为了实现丰富多彩的图形化表现效果，CorelDRAW、AutoCAD等计算机辅助设计（CAD）软件被大量应用于数字地图制图工作中。相比CAD软件，ArcGIS的优势如下：（1）ArcGIS可以支持从数据采集、输入、加工、导出地图的全过程，无须切换工作环境，避免了在不同软件中的导入、导出，以及修改更新带来的工作效率降低;（2）ArcGIS配备的地图投影系统模块，使得用户可以根据需要随时进行地图投影的选择、设置和变换，摆脱了固定投影的束缚;（3）ArcGIS提供了常用专题地图模块，用户可以通过一系列简单的操作制作出理想的专题地图，大大减少了逐个绘制专题符号带来的工作量;（4）由于ArcGIS中的专题图层与属性数据库直接关联，所以数据的变化可以直接反映在地图上，无须重新绘图，提高了工作效率。一方面，由于ArcGIS软件是针对地图学的应用专门设计开发的，其功能模块更加适用于专业地图的编辑制作;另一方面，经过广泛调研发现，国内大部分院校的“地图学”课程学时有限，而目前主流的CAD软件和GIS软件都具备丰富的功能，想在有限的学时条件下掌握多种软件，做到“鱼和熊掌兼得”，反而容易陷入“多而不精”的窠臼，教师点到为止，学生浅尝辄止，实际的制图用图能力难以得到有效的提升。因此，综合两方面因素，“现代地图学”课程建议将ArcGIS软件作为重点攻关的對象。