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前　言
桌面GIS、WebGIS和移動(dòng)GIS是GIS軟件開(kāi)發(fā)的三種模式。桌面GIS的功能更為豐富,軟件設(shè)計(jì)更加靈活,加之歷史溯源,GIS軟件開(kāi)發(fā)的初學(xué)者往往都是從桌面GIS的開(kāi)發(fā)入門(mén),這也符合軟件開(kāi)發(fā)的一般學(xué)習(xí)規(guī)律。具體到ArcGIS的開(kāi)發(fā),就需要學(xué)習(xí)者從ArcGISEngine入手。由于ArcGIS的桌面、服務(wù)器和移動(dòng)端是采用一套ArcObjects構(gòu)建的,因此在掌握了ArcGISEngine的開(kāi)發(fā)思路和開(kāi)發(fā)接口以后,就會(huì)很容易地過(guò)渡到WebGIS和移動(dòng)GIS的開(kāi)發(fā)上來(lái)。同時(shí),由于基于ArcGISEngine進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為業(yè)界桌面GIS開(kāi)發(fā)的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn),因此GIS行業(yè)的開(kāi)發(fā)者大都是從學(xué)習(xí)ArcGISEngine開(kāi)始的。
地理信息科學(xué)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)技能往往被簡(jiǎn)單描述為,掌握GIS的基礎(chǔ)理論(可以理解為本科所學(xué)的理論課程),掌握一門(mén)GIS軟件(往往特指ArcGIS),學(xué)會(huì)使用一種語(yǔ)言進(jìn)行GIS軟件開(kāi)發(fā)(基于ArcGISEngine使用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)是最常見(jiàn)的方式)。以作者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,絕大多數(shù)學(xué)生經(jīng)過(guò)四年的學(xué)習(xí)能夠基本掌握GIS的理論知識(shí),大部分學(xué)生能夠熟悉ArcGIS軟件的操作,但是只有少數(shù)學(xué)生能夠掌握ArcGIS軟件的開(kāi)發(fā)。這是因?yàn)?一個(gè)專業(yè)的所有理論課程是一個(gè)前后銜接、互相支持的體系,當(dāng)所有課程學(xué)完這個(gè)體系也就比較容易建立起來(lái)。ArcGIS軟件盡管體系龐大,學(xué)習(xí)有一定難度,但它是專業(yè)理論知識(shí)的體現(xiàn)和印證,經(jīng)過(guò)多次練習(xí)也是能夠掌握其操作過(guò)程的。軟件開(kāi)發(fā)不僅需要熟悉編程語(yǔ)言,熟悉ArcGISEngine紛繁蕪雜的接口,還要熟悉軟件架構(gòu)與軟件設(shè)計(jì)的有關(guān)知識(shí),而且軟件開(kāi)發(fā)具有一定的靈活性和創(chuàng)造性,使得學(xué)習(xí)難度加大,導(dǎo)致學(xué)生普遍存在畏難心理。由此,盡管存在強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)愿望,實(shí)踐上卻往往停留在語(yǔ)言的語(yǔ)法學(xué)習(xí)和ArcGISEngine的接口學(xué)習(xí)層面上,一遍遍翻閱書(shū)本卻不去寫(xiě)下一行代碼,導(dǎo)致眼高手低、心有余而力不足。當(dāng)然缺少一本合適的參考書(shū)也是一個(gè)重要的因素。
本書(shū)站在學(xué)生的角度,面向工程的實(shí)際應(yīng)用,充分兼顧不同層次讀者的知識(shí)結(jié)構(gòu)和知識(shí)水平來(lái)設(shè)計(jì)。具有權(quán)威性、全面性和實(shí)戰(zhàn)性,由易及難、由淺入深、循循善誘、內(nèi)容豐富,既使基礎(chǔ)比較薄弱而又有強(qiáng)烈的ArcGISEngine開(kāi)發(fā)欲望的讀者容易入門(mén),又使具有一定基礎(chǔ)的讀者有提高水平的余地。
全書(shū)分為4篇12章。第1篇是入門(mén)篇,包括第1~2章,在總體上介紹了ArcGISEngine編程的基本概念和開(kāi)發(fā)桌面GIS應(yīng)用軟件的幾種不同的方式。第2篇是數(shù)據(jù)篇,包括第3~6章,主要講解地圖的基本操作、空間查詢與統(tǒng)計(jì)、地圖制圖和數(shù)據(jù)編輯等。這一部分內(nèi)容是任何一個(gè)GIS系統(tǒng)都必須具備的功能。第3篇是分析篇,包括第7~11章,主要講解矢量和柵格數(shù)據(jù)空間分析、幾何網(wǎng)絡(luò)分析、交通網(wǎng)絡(luò)分析和三維分析等內(nèi)容。第4篇是實(shí)例篇,包括第12章,介紹了Esri杯全國(guó)軟件開(kāi)發(fā)大賽總決賽一等獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)作品,并提供了全套的源代碼,供讀者學(xué)習(xí)參考。
在學(xué)習(xí)過(guò)程中,建議所有讀者都讀一下第1章和第2章,從總體上了解ArcGISEngine編程的概念和方法。第2章介紹的ArcGIS二次開(kāi)發(fā)的歷史有助于讀者了解ArcGISEngine的由來(lái),便于更好地理解ArcGISEngine的程序設(shè)計(jì)與架構(gòu)。第3章是地圖的基本操作,包括數(shù)據(jù)加載、地圖瀏覽、量測(cè)、書(shū)簽、數(shù)據(jù)視圖和布局視圖、鷹眼和圖層控制等內(nèi)容。這一章是初學(xué)者必須認(rèn)真學(xué)習(xí)的章節(jié)。一是該章內(nèi)容是所有GIS軟件必備的,二是該章接口較少、相對(duì)簡(jiǎn)單,便于自學(xué)。從未進(jìn)行過(guò)編程的讀者,建議將這一章的代碼按照光盤(pán)逐字逐句地重新敲一遍,以體會(huì)軟件編譯與簡(jiǎn)單調(diào)試的技巧。第4章查詢與統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)于ArcGIS的選擇菜單,包括屬性查詢、空間查詢和圖形查詢,還包括選擇集的設(shè)置和統(tǒng)計(jì)分析等功能。第5章介紹地圖的樣式與符號(hào)化、專題制圖、地圖整飾等內(nèi)容。第6章數(shù)據(jù)編輯以一個(gè)編輯流程的操作順序?yàn)橹骶�進(jìn)行空間數(shù)據(jù)編輯的詳細(xì)講解。這幾部分內(nèi)容是一個(gè)GIS軟件的功能框架,如果讀者特別是在校學(xué)生熟練掌握這些內(nèi)容,也就能算一個(gè)基本合格的GIS程序員了�？臻g分析篇的內(nèi)容有一定的深度,讀者可以根據(jù)需要有選擇地學(xué)習(xí)。第7章矢量分析介紹了空間拓?fù)浜涂臻g關(guān)系、疊加分析、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、添加X(jué)Y 數(shù)據(jù)和使用GP工具進(jìn)行分析等內(nèi)容。第8章柵格分析的內(nèi)容對(duì)應(yīng)于ArcGIS的空間分析,可實(shí)現(xiàn)空間插值、填挖方的計(jì)算、密度分析等工程中常用的功能。鑒于廣大讀者對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析很感興趣,而現(xiàn)有的教材和參考書(shū)對(duì)這一部分往往語(yǔ)焉不詳,或者概念不甚清楚。本書(shū)特意安排了第9章幾何網(wǎng)絡(luò)分析和第10章交通網(wǎng)絡(luò)分析兩章供讀者甄別學(xué)習(xí),幾何網(wǎng)絡(luò)分析主要解決城市管線的網(wǎng)絡(luò)分析,對(duì)應(yīng)于ArcGIS的UtilityNetworkAnalyst工具條;交通網(wǎng)絡(luò)分析用于模擬現(xiàn)實(shí)世界的交通網(wǎng)絡(luò),對(duì)應(yīng)于NetworkAnalyst工具條。第11 章三維分析介紹了MultiPatch 和TIN 的各種分析,還給出了SceneControl和GlobeControl進(jìn)行三維可視化的方法,并給出了一個(gè)三維數(shù)字校園的綜合實(shí)例,貼近學(xué)生生活,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。第12章是Esri大賽全國(guó)總決賽一等獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)作品,全部由在校本科生完成。讀者特別是在校學(xué)生可以此為對(duì)照,看看自己的編程水平處在一個(gè)什么樣的位置。在你認(rèn)真學(xué)習(xí)完本書(shū)并掌握了本書(shū)的內(nèi)容后,相信你的編程水平定會(huì)超過(guò)獲獎(jiǎng)作品的水平。
本書(shū)讀者應(yīng)該特別注意光盤(pán)代碼和數(shù)據(jù)的配合使用。本書(shū)代碼都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試,確保都能正確運(yùn)行,如果在使用中發(fā)現(xiàn)不能正常運(yùn)行的情況,首先應(yīng)該檢查自己的軟件配置和數(shù)據(jù)情況,然后再去考慮代碼是否存在錯(cuò)誤。本書(shū)的代碼來(lái)源于作者的長(zhǎng)期積累,包括很多實(shí)際工程的代碼,其中必然有來(lái)自于ArcGISEngine幫助和網(wǎng)上的代碼,但是這些代碼經(jīng)過(guò)了多次加工,已無(wú)法溯源,也就無(wú)法一一標(biāo)引。由此,盡管本書(shū)的代碼大多來(lái)源于工程實(shí)踐且具有很強(qiáng)的工程價(jià)值,但作者并不授權(quán)讀者將這些代碼應(yīng)用于商業(yè)活動(dòng)。同時(shí)在編入本書(shū)的過(guò)程中,為了方便讀者的學(xué)習(xí),減弱了很多代碼的封裝力度,但是考慮工程上往往具有較強(qiáng)的封裝性,在本書(shū)的后幾章中對(duì)代碼進(jìn)行了適度封裝,讀者要注意哪些函數(shù)是自己編寫(xiě)的,哪些函數(shù)是系統(tǒng)提供的。還有,不同章節(jié)在實(shí)現(xiàn)類似功能的時(shí)候,代碼也不完全一樣,作者刻意保留了這些差別,目的是使讀者認(rèn)識(shí)到同一個(gè)功能可以具有不同的實(shí)現(xiàn)方法,便于開(kāi)闊視野、打開(kāi)思路。
除了第3章建議從未編過(guò)程序的讀者一個(gè)個(gè)字母敲入之外,當(dāng)掌握了代碼輸入的基本技巧和熟悉了基本的調(diào)試方法后,其他章節(jié)的代碼建議直接拷貝到自己的工程中,或者直接運(yùn)行光盤(pán)的代碼,在你體會(huì)到程序正確運(yùn)行的喜悅的同時(shí),也進(jìn)一步激發(fā)了你學(xué)習(xí)編程的興趣和克服困難的信心,這對(duì)于快速入門(mén)是大有裨益的。因?yàn)楹芏喑鯇W(xué)者都是在學(xué)習(xí)了較長(zhǎng)一段時(shí)間后,發(fā)現(xiàn)自己的代碼總是不能運(yùn)行而慢慢地磨掉了學(xué)習(xí)的信心和樂(lè)趣,從而放棄學(xué)習(xí)編程的。
此外讀者在學(xué)習(xí)ArcGISEngine編程的時(shí)候,要注意編程實(shí)現(xiàn)的功能和ArcGIS已有功能的聯(lián)系。實(shí)際上,大多工程項(xiàng)目的功能如果不編寫(xiě)程序,僅僅使用ArcGIS也基本上可以滿足要求,之所以還要編程,目的無(wú)非是更便捷化、智能化、個(gè)性化一些。在某種程度上來(lái)講,編程序不就是把軟件多次點(diǎn)擊實(shí)現(xiàn)的功能合并成一次點(diǎn)擊而實(shí)現(xiàn)嗎? 在這種意義上說(shuō),讀者要想學(xué)好編程,首先應(yīng)該熟悉ArcGIS軟件,在實(shí)現(xiàn)一些功能的時(shí)候,建議先在ArcGIS中操作一遍,看看它是如何設(shè)計(jì)和操作的,這將有助于優(yōu)化代碼編寫(xiě)和功能實(shí)現(xiàn)的流程。
為使本書(shū)博采眾長(zhǎng),特意邀請(qǐng)了多個(gè)高校的教師和企事業(yè)單位的一線程序員參加編寫(xiě)。本書(shū)架構(gòu)由山東科技大學(xué)的牟乃夏、戴洪磊,青島市勘察測(cè)繪研究院的王海銀,南陽(yáng)師范學(xué)院的李丹,河南城建學(xué)院的高松峰、武漢理工大學(xué)的詹云軍和濟(jì)南大學(xué)的馮群等多次討論確定并各負(fù)責(zé)了一部分內(nèi)容的編寫(xiě)。參加本書(shū)編寫(xiě)的人員還有山東科技大學(xué)的張靈先、楊騰飛、王普樂(lè)、祝帥兵、張園園,青島積成電子有限公司的李乃林,北京洛斯達(dá)科技發(fā)展有限公司的劉永濤,福建省地質(zhì)測(cè)繪院廈門(mén)分院的洪平衛(wèi)等。研究生駱川、楊佰義、張昌景、郭俏琳、趙雨琪、張娟、朱海川、徐玉靜、趙明月等,對(duì)各章節(jié)的文稿和代碼進(jìn)行了反復(fù)的檢查和測(cè)試。為了驗(yàn)證初學(xué)者,特別是在校本科生對(duì)本書(shū)的需求與期望,本科生林尚緯等人也對(duì)部分文稿進(jìn)行了學(xué)習(xí)和編程,他們從一個(gè)初學(xué)者的角度提出了中肯的意見(jiàn)。測(cè)繪出版社的編輯為本書(shū)的出版付出了大量心血,在此一并表示衷心感謝!
本書(shū)從2012年開(kāi)始規(guī)劃和編寫(xiě),由于體系龐大,參與人員眾多,著實(shí)遇到了不少困難,加之我個(gè)人工作的羈絆、中途個(gè)別參編人員的更換,也曾有過(guò)放棄的念頭。但此時(shí)我以山東省高級(jí)訪問(wèn)學(xué)者和博士后身份來(lái)到中科院地理所陸鋒研究員的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行學(xué)習(xí)和科研,這個(gè)團(tuán)隊(duì)奮發(fā)向上的激情、精益求精的理念、團(tuán)結(jié)務(wù)實(shí)的態(tài)度和孜孜以求的精神使我在各種困難中學(xué)會(huì)了堅(jiān)持和堅(jiān)強(qiáng),也促使了本書(shū)的出版,再次特別向這個(gè)團(tuán)隊(duì)表示感謝和敬意!
盡管本書(shū)近90萬(wàn)字,但是依然不能全面闡述ArcGISEngine編程的所有內(nèi)容。ArcGISEngine的幫助才是最全面、最豐富的編程知識(shí)庫(kù),讀者在熟悉了ArcGISEngine的編程后,要學(xué)習(xí)和習(xí)慣使用它的幫助來(lái)完成本書(shū)沒(méi)有覆蓋的功能。
雖然本書(shū)編寫(xiě)用了兩年半的時(shí)間,所有章節(jié)多次易稿,但由于我們水平所限,錯(cuò)誤與不妥之處在所難免,敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。讀者的批評(píng)和建議請(qǐng)致信mounaixia@163.com,或者訪問(wèn)作者的新浪博客和微博@山東科大牟乃夏老師GISer,作者將不定期發(fā)布本書(shū)的勘誤,讀者的建議、意見(jiàn)和學(xué)習(xí)指導(dǎo)等。