前　言
桌面GIS、WebGIS和移動GIS是GIS軟件開發(fā)的三種模式。桌面GIS的功能更為豐富,軟件設(shè)計更加靈活,加之歷史溯源,GIS軟件開發(fā)的初學(xué)者往往都是從桌面GIS的開發(fā)入門,這也符合軟件開發(fā)的一般學(xué)習(xí)規(guī)律。具體到ArcGIS的開發(fā),就需要學(xué)習(xí)者從ArcGISEngine入手。由于ArcGIS的桌面、服務(wù)器和移動端是采用一套ArcObjects構(gòu)建的,因此在掌握了ArcGISEngine的開發(fā)思路和開發(fā)接口以后,就會很容易地過渡到WebGIS和移動GIS的開發(fā)上來。同時,由于基于ArcGISEngine進行二次開發(fā)已經(jīng)成為業(yè)界桌面GIS開發(fā)的事實上的標準,因此GIS行業(yè)的開發(fā)者大都是從學(xué)習(xí)ArcGISEngine開始的。
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GIS軟件(往往特指ArcGIS),學(xué)會使用一種語言進行GIS軟件開發(fā)(基于ArcGISEngine使用C#語言開發(fā)是最常見的方式)。以作者多年的教學(xué)經(jīng)驗來看,絕大多數(shù)學(xué)生經(jīng)過四年的學(xué)習(xí)能夠基本掌握GIS的理論知識,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軟件的開發(fā)。這是因為,一個專業(yè)的所有理論課程是一個前后銜接、互相支持的體系,當所有課程學(xué)完這個體系也就比較容易建立起來。ArcGIS軟件盡管體系龐大,學(xué)習(xí)有一定難度,但它是專業(yè)理論知識的體現(xiàn)和印證,經(jīng)過多次練習(xí)也是能夠掌握其操作過程的。軟件開發(fā)不僅需要熟悉編程語言,熟悉ArcGISEngine紛繁蕪雜的接口,還要熟悉軟件架構(gòu)與軟件設(shè)計的有關(guān)知識,而且軟件開發(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,盡管存在強烈的學(xué)習(xí)愿望,實踐上卻往往停留在語言的語法學(xué)習(xí)和ArcGISEngine的接口學(xué)習(xí)層面上,一遍遍翻閱書本卻不去寫下一行代碼,導(dǎo)致眼高手低、心有余而力不足。當然缺少一本合適的參考書也是一個重要的因素。
本書站在學(xué)生的角度,面向工程的實際應(yīng)用,充分兼顧不同層次讀者的知識結(jié)構(gòu)和知識水平來設(shè)計。具有權(quán)威性、全面性和實戰(zhàn)性,由易及難、由淺入深、循循善誘、內(nèi)容豐富,既使基礎(chǔ)比較薄弱而又有強烈的ArcGISEngine開發(fā)欲望的讀者容易入門,又使具有一定基礎(chǔ)的讀者有提高水平的余地。
全書分為4篇12章。第1篇是入門篇,包括第1~2章,在總體上介紹了ArcGISEngine編程的基本概念和開發(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、地圖制圖和數(shù)據(jù)編輯等。這一部分內(nèi)容是任何一個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篇是實例篇,包括第12章,介紹了Esri杯全國軟件開發(fā)大賽總決賽一等獎的獲獎作品,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二次開發(fā)的歷史有助于讀者了解ArcGISEngine的由來,便于更好地理解ArcGISEngine的程序設(shè)計與架構(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、書簽、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、相對簡單,便于自學(xué)。從未進行過編程的讀者,建議將這一章的代碼按照光盤逐字逐句地重新敲一遍,以體會軟件編譯與簡單調(diào)試的技巧。第4章查詢與統(tǒng)計對應(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)計分析等功能。第5章介紹地圖的樣式與符號化、專題制圖、地圖整飾等內(nèi)容。第6章數(shù)據(jù)編輯以一個編輯流程的操作順序為主線進行空間數(shù)據(jù)編輯的詳細講解。這幾部分內(nèi)容是一個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撲和空間關(guān)系、疊加分析、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、添加XY 數(shù)據(jù)和使用GP工具進行分析等內(nèi)容。第8章柵格分析的內(nèi)容對應(yīng)于ArcGIS的空間分析,可實現(xiàn)空間插值、填挖方的計算、密度分析等工程中常用的功能。鑒于廣大讀者對網(wǎng)絡(luò)分析很感興趣,而現(xiàn)有的教材和參考書對這一部分往往語焉不詳,或者概念不甚清楚。本書特意安排了第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,對應(yīng)于ArcGIS的UtilityNetworkAnalyst工具條;交通網(wǎng)絡(luò)分析用于模擬現(xiàn)實世界的交通網(wǎng)絡(luò),對應(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進行三維可視化的方法,并給出了一個三維數(shù)字校園的綜合實例,貼近學(xué)生生活,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。第12章是Esri大賽全國總決賽一等獎的獲獎作品,全部由在校本科生完成。讀者特別是在校學(xué)生可以此為對照,看看自己的編程水平處在一個什么樣的位置。在你認真學(xué)習(xí)完本書并掌握了本書的內(nèi)容后,相信你的編程水平定會超過獲獎作品的水平。
本書讀者應(yīng)該特別注意光盤代碼和數(shù)據(jù)的配合使用。本書代碼都經(jīng)過嚴格測試,確保都能正確運行,如果在使用中發(fā)現(xiàn)不能正常運行的情況,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誤。本書的代碼來源于作者的長期積累,包括很多實際工程的代碼,其中必然有來自于ArcGISEngine幫助和網(wǎng)上的代碼,但是這些代碼經(jīng)過了多次加工,已無法溯源,也就無法一一標引。由此,盡管本書的代碼大多來源于工程實踐且具有很強的工程價值,但作者并不授權(quán)讀者將這些代碼應(yīng)用于商業(yè)活動。同時在編入本書的過程中,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的封裝性,在本書的后幾章中對代碼進行了適度封裝,讀者要注意哪些函數(shù)是自己編寫的,哪些函數(shù)是系統(tǒng)提供的。還有,不同章節(jié)在實現(xiàn)類似功能的時候,代碼也不完全一樣,作者刻意保留了這些差別,目的是使讀者認識到同一個功能可以具有不同的實現(xiàn)方法,便于開闊視野、打開思路。
除了第3章建議從未編過程序的讀者一個個字母敲入之外,當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,或者直接運行光盤的代碼,在你體會到程序正確運行的喜悅的同時,也進一步激發(fā)了你學(xué)習(xí)編程的興趣和克服困難的信心,這對于快速入門是大有裨益的。因為很多初學(xué)者都是在學(xué)習(xí)了較長一段時間后,發(fā)現(xiàn)自己的代碼總是不能運行而慢慢地磨掉了學(xué)習(xí)的信心和樂趣,從而放棄學(xué)習(xí)編程的。
此外讀者在學(xué)習(xí)ArcGISEngine編程的時候,要注意編程實現(xiàn)的功能和ArcGIS已有功能的聯(lián)系。實際上,大多工程項目的功能如果不編寫程序,僅僅使用ArcGIS也基本上可以滿足要求,之所以還要編程,目的無非是更便捷化、智能化、個性化一些。在某種程度上來講,編程序不就是把軟件多次點擊實現(xiàn)的功能合并成一次點擊而實現(xiàn)嗎? 在這種意義上說,讀者要想學(xué)好編程,首先應(yīng)該熟悉ArcGIS軟件,在實現(xiàn)一些功能的時候,建議先在ArcGIS中操作一遍,看看它是如何設(shè)計和操作的,這將有助于優(yōu)化代碼編寫和功能實現(xiàn)的流程。
為使本書博采眾長,特意邀請了多個高校的教師和企事業(yè)單位的一線程序員參加編寫。本書架構(gòu)由山東科技大學(xué)的牟乃夏、戴洪磊,青島市勘察測繪研究院的王海銀,南陽師范學(xué)院的李丹,河南城建學(xué)院的高松峰、武漢理工大學(xué)的詹云軍和濟南大學(xué)的馮群等多次討論確定并各負責了一部分內(nèi)容的編寫。參加本書編寫的人員還有山東科技大學(xué)的張靈先、楊騰飛、王普樂、祝帥兵、張園園,青島積成電子有限公司的李乃林,北京洛斯達科技發(fā)展有限公司的劉永濤,福建省地質(zhì)測繪院廈門分院的洪平衛(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,對各章節(jié)的文稿和代碼進行了反復(fù)的檢查和測試。為了驗證初學(xué)者,特別是在校本科生對本書的需求與期望,本科生林尚緯等人也對部分文稿進行了學(xué)習(xí)和編程,他們從一個初學(xué)者的角度提出了中肯的意見。測繪出版社的編輯為本書的出版付出了大量心血,在此一并表示衷心感謝!
本書從2012年開始規(guī)劃和編寫,由于體系龐大,參與人員眾多,著實遇到了不少困難,加之我個人工作的羈絆、中途個別參編人員的更換,也曾有過放棄的念頭。但此時我以山東省高級訪問學(xué)者和博士后身份來到中科院地理所陸鋒研究員的團隊進行學(xué)習(xí)和科研,這個團隊奮發(fā)向上的激情、精益求精的理念、團結(jié)務(wù)實的態(tài)度和孜孜以求的精神使我在各種困難中學(xué)會了堅持和堅強,也促使了本書的出版,再次特別向這個團隊表示感謝和敬意!
盡管本書近90萬字,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、最豐富的編程知識庫,讀者在熟悉了ArcGISEngine的編程后,要學(xué)習(xí)和習(xí)慣使用它的幫助來完成本書沒有覆蓋的功能。
雖然本書編寫用了兩年半的時間,所有章節(jié)多次易稿,但由于我們水平所限,錯誤與不妥之處在所難免,敬請讀者批評指正。讀者的批評和建議請致信mounaixia@163.com,或者訪問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)布本書的勘誤,讀者的建議、意見和學(xué)習(xí)指導(dǎo)等。