第十屆全國大學生 GIS 應用技能大賽試題及參考解題過程(A上午)

本次操作使用的ArcGIS版本為 10.8 。

第Ⅰ部分：試題

一、 案例背景

我們需要制作一幅國際航線圖，圖上需要繪制全球大陸、中國、飛機航線和對應的飛機場。地圖使用的坐標系是 World_Winkel_Tripel_NGS，中央經線東經 150° 。

二、 數據說明（見 “上午A” 文件夾中的 “數據” 文件夾）

1. 世界大洲.shp：世界大洲面數據。
2. 世界地圖.jpg：一張坐標系是WGS1984，中央經線是東經 150° 的世界地圖。
3. 國際航班表.xls：需要在地圖上展示的飛機航線信息表。
4. 機場 ICAO 碼.xls：機場 ICAO 碼信息表。
5. 世界機場部分.shp：全球部分機場點數據。

三、 分析要求（100分）

1. 使世界地圖有正確的坐標值和坐標系（20分）

   1）世界地圖.jpg 的坐標系是 WGS1984，中央經線是東經 150° 。
   2）請創建一份正確的世界地圖數據，命名為 “世界地圖配准” 。
   地理配准時請在世界地圖.jpg的原坐標系下進行，正確位置信息參考世界大洲.shp 。
   3）請在工作報告文檔中截圖附上步驟中涉及到的坐標系信息，否則不予得分。

2. 數字化中國地圖數據（30分）

   為了達到下圖的效果，請參考上一步的世界地圖配准數據結果，數字化所有缺失的中國數據。

   

3. 創建飛機航線線數據和機場點數據（30分）

   1）創建國際航班表中的所有航線信息線數據，命名為 “國際航線” 。
   2）創建上一步航線中涉及到的所有機場點數據，命名為 “機場數據” 。請在工作文檔報告中截圖附上機場數據的屬性表截圖，截圖中要求能看到機場中文名稱字段和機場數量信息。每個機場只用一個點表示，請勿重復。

4. 制作國際航線地圖（20分）

   1）地圖的背景請參考下圖樣式：
   a）為了完成下圖樣式，根據需要創建缺失的數據。
   b）深藍色輪廓線 RGB：42，176,239。
   c）淺藍色背景色 RGB：224,242,252。
   d）黑色輪廓線 RGB：88,88,88。
   e）坐標系為 World_Winkel_Tripel_NGS，中央經線為東經 150° 。

   
   地圖背景參考圖
   2）國際航線數據和機場點數據，請自己選擇合適的符號。 3）不需要排版出圖（無需添加指北針、經緯網、圖名、圖例等信息），請在工作文檔報告中截圖附上最終制圖成果。

第Ⅱ部分：參考解題過程

一、 配置默認地理處理環境

在 “結果” 文件夾下新建文件地理數據庫 “am.gdb” ，並右鍵設為默認地理數據庫。

圖1 配置默認地理處理環境

二、 導入數據並查看坐標系

從【目錄】中拖入 “世界大洲.shp”、“世界機場部分.shp” 和 “世界地圖.jpg” 三個圖層，發現世界機場部分點數據的坐標系為 WGS1984 ，世界大洲面數據的坐標系為 WGS 1984 Web Mercator Auxiliary Sphere ，世界地圖的坐標系為 Unknown 。且數據框的投影坐標系自動與世界大洲的投影坐標系保持一致。

圖2 導入數據

圖3 世界地圖柵格圖片

三、 地圖配准

1. 更改數據框的投影坐標系

從上一步我們可以發現世界大洲和世界地圖的中央經線不一致，所以看起來左右半球剛好相反。為進行地理配准，需要將世界大洲投影成與世界地圖相同的形狀，這一步可以通過更改中央經線完成。

右鍵【圖層】，選擇【屬性】，打開【坐標系】選項卡，選擇 GCS_WGS_1984 地理坐標系並雙擊進入參數設置界面如下圖 4 所示，更改坐標系名稱為 “GCS_WGS_1984_150” ，並將本初子午線的名稱設置為 “<自定義>” ，經度為 150° 。

圖4 更改數據框的投影坐標系

之后，打開地理配准工具條並開始地理配准。

圖5 地理配准開始前准備

2. 地理配准並校正

首先打開鏈接表，關閉【自動校正】，然后創建鏈接對，根據題目要求將鏈接對數據保存為 “RMS.txt” 。

圖6 保存地圖配准鏈接數據

設置配准方法為【校正】，並在地圖配准工具條下拉選擇【校正】而不是【更新地理配准】，這樣做的好處是可以保留原始世界地圖數據，並創建新的 "世界地圖配准.tif" 。

圖7 校正

下圖 8 為地理配准效果。查看校正結果的坐標系，可以發現校正結果被自動賦上一個坐標系，並且與數據框的坐標系相同。

圖8 地理配准效果

圖9 世界地圖配准的坐標系與數據框坐標系一致且自動生成

四、 數字化缺失的中國數據

數字化這一步相對比較容易，首先在文件地理數據庫 “am.gdb” 下新建要素數據集 “China”，要素數據集 China 的坐標系設置為 GCS_WGS_1984，其余設置可以保持默認。然后在要素數據集下面新建要素類 “Border” 和 “Nine_line” ，然后以 "世界地圖配准" 為參照進行矢量化。

圖10 新建 China 要素數據集和 2 個要素類

圖11 數字化缺失的中國數據

五、獲取國際航線與機場數據

首先描述這一步的大致思路，第一需要將 EXCEL 表格導入成屬性表，然后依據 ICAO 字段將 “世界機場部分” 與 "ICAO碼" 進行連接獲取機場的中文名稱。 第二步是要依據機場中文名稱獲取 ”國際航班表“ 中每一條航線的起點和終點的 XY 坐標。第三步即根據 ”XY轉線“ 工具獲取國際航線，最后獲取相關機場數據。

1. 獲取機場中文名稱

打開【ArcToolBox】|【轉換工具】|【Excel】|【Excel轉表】工具，將 ”國際航班表“ 和 ”機場ICAO碼“ 導入到文件地理數據庫 "am.gdb" 中。

圖12 導入Excel表格

打開 "世界機場部分" 的屬性表，添加 “中文名” 字段，類型設置為文本。初始化為空值。

圖13 在世界機場部分添加機場中文名字段

連接 “世界機場部分” 與 “機場ICAO碼” 。

圖14 連接字段為 ICAO

再次打開 “世界機場部分” 屬性表，可以看到后邊新增了幾列。右鍵 “中文名”，選擇字段計算器來獲取 “世界機場部分.中文名”，該步驟截圖如下所示：

圖15 獲取機場中文名稱

至此，機場的中文名稱已經獲取完畢，可以取消連接。

2. 獲取航線起點與終點的 XY 坐標

第一步，獲取世界機場部分的 XY 坐標：打開【ArcToolBox】|【數據管理工具】|【要素】|【添加XY坐標】工具，輸入為世界機場部分，操作結果如圖 16 所示，最后兩列分別為 "POINT_X" 和 “POINT_Y” 字段。

圖16 獲取機場的 XY 坐標

第二步之前已經獲取每一個機場的坐標，接着在第二步中需要獲取每一條航線的起點和終點的坐標。可以想到，這里需要進行 2 次連接，但是在 ArcGIS 中兩個屬性表無法同時建立 2 個連接。那怎么辦呢？方法就是先將需要的字段提前在 “國際航班表” 中創建好，然后進行第 1 次連接，接着使用字段計算器進行賦值。第 2 次連接之前取消上一步的連接，然后重復上一步的操作，這也算是一個小技巧。

第二步，在國際航班表中添加 4 個字段，類型為雙精度，字段名稱如下圖所示：

圖17 國際航班表添加起點和終點的 XY 坐標共 4 個空白字段

將 “國際航班表” 的 “出發城市與機場” 與 “世界機場部分” 的中文名進行第 1 次連接，然后使用字段計算器對上圖中的 “起點POINT_X” 和 “起點POINT_Y” 進行賦值。取消第 1 次連接，然后將 “國際航班表” 的 “目的地城市與機場” 與 "世界機場部分" 的中文名進行第 2 次連接，使用字段計算器對 “終點POINT_X” 和 “終點POINT_Y” 進行賦值。

圖18、19 國際航班表與世界機場部分進行的 2 次連接

最后，查看國際航班表：

圖20 字段計算器獲得起點終點坐標

3. 獲取國際航線

上一步中，已經知道每一條航線的起點與終點的 XY 坐標，可以依據此進行 XY 轉線以獲取國際航線。打開【ArcToolBox】|【數據管理工具】|【要素】|【XY轉線】，詳細設置界面如下所示：

圖21 XY 轉航線

大家也可以嘗試一下，如果空間參考選擇為 GCS_WGS_1984_150 ，XY轉線的結果也即國際航線會是什么樣子，具體這里為什么選擇 GCS_WGS_1984 ，歡迎看到這里的小伙伴一起來交流！

4. 獲取機場數據

思考一下，相關機場的特征是什么？其實相關機場就是國際航線的端點，而在 ArcGIS 的【按位置選擇】中，可以通過 “接觸源圖層要素的邊界” 來對世界機場部分進行篩選，然而不幸的是，ArcGIS Desktop 10.8 這個版本在使用這個工具時會出現錯誤並且強制退出。最終我用 “與源圖層要素相交” 這一空間選擇方法作為替代，來篩選機場數據，實際效果也是完全一致。

圖22 按位置選擇相關機場

右鍵 “世界機場部分” ，選擇【導出數據】，將所選要素導出到文件地理數據庫 “am.gdb” 中，命名為 “機場數據”。其屬性表如下所示，可見機場中文名稱，並且機場數量為 89 。

圖23 機場數據

六、 制作地圖背景並成圖

1. 繪制矩形背景

新建要素數據集 “World”，其坐標系仍然為 GCS_WGS_1984，然后將 “世界大洲.shp” 導入到要素數據集當中，然后新建要素類 “Background” ，打開【編輯器】，設置編輯對象為 “Background”，然后以 “世界地圖配准” 的 4 個頂點為參照繪制出一個矩形。

圖24 在 GCS_WGS_1984_150 數據框坐標系下創建矩形背景

創建矩形背景之后，無法確定左右邊界是否准確，因此需要更改中央經線，然后對背景進行修理，使縫隙或重疊完全消失。

2. 更改中央經線並編輯折點

保存編輯結果並停止編輯，右鍵【圖層】，將數據框的坐標系更改為 GCS_WGS_1984。開始編輯 “Background”，點擊編輯器下拉按鈕，打開【捕捉】。選中編輯器的【選擇】按鈕，選中Background，右鍵點擊【編輯折點】，

圖26 打開編輯折點

圖27 移動折點使其完全對准

當背景圖層完全密合后，保存編輯結果並退出編輯。將數據框的坐標系更改回 GCS_WGS_1984_150 。右鍵圖層設置符號形狀及大小，國際航線地圖的簡單線性投影如下。

圖28 飛機航線地圖

3. 更改數據框坐標系

右鍵【圖層】，更改數據框坐標系為 Winkel Tripel (NGS - World)，雙擊該坐標系以修改 Central_Meridian 為東經 150° 。

圖29 修改數據框坐標系

國際航線地圖如下：

圖30 國際航線地圖

結尾：參賽收獲及數據下載地址

這道題目一直在使用的坐標系 GCS_WGS_1984 其實只是地理坐標系，那么，為什么它不是投影坐標系卻可以顯示在平面上呢？通過搜索，我后來才明白 ArcGIS 使用一種簡單的普通線性投影 WGS_1984_Plate_Carree 來作為地理坐標系 GCS_WGS_1984 的投影方法，所以這里使用到的 GCS_WGS_1984 都改成 WGS_1984_Plate_Carree 也是可行的，甚至要更可靠一些。

我當時在參加比賽的過程沒能和隊友完成這一道題目，現在來看原因主要是地圖投影。當我們准備地圖配准時，看到世界大洲和世界地圖的左右半球剛好相反，於是我一下就懵了。地圖投影對地理數據的處理真的是太關鍵了，沒有正確的坐標系，后邊的坐標計算都是白搭。此外，修改中央經線這樣的騷操作也是我一開始沒有想到的。不過，比賽結束之后重新完成這道題目給我帶來了更大的收獲。

數據下載地址（提取密碼：zy65）

參考資料：
GIS地圖投影的幾分感想
第十屆全國大學生GIS應用技能大賽上午（試題及參考答案）

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