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
我們需要製作一幅國際航線圖，圖上需要繪製全球大陸、中國、飛機航線和對應的飛機場。地圖使用的座標系是 World_Winkel_Tripel_NGS，中央經線東經 150° 。
二、 資料說明（見 “上午A” 資料夾中的 “資料” 資料夾）
- 世界大洲.shp：世界大洲面數據。
- 世界地圖.jpg：一張座標系是WGS1984，中央經線是東經 150° 的世界地圖。
- 國際航班表.xls：需要在地圖上展示的飛機航線資訊表。
- 機場 ICAO 碼.xls：機場 ICAO 碼資訊表。
- 世界機場部分.shp：全球部分機場點資料。
三、 分析要求（100分）
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使世界地圖有正確的座標值和座標系（20分）
1）世界地圖.jpg 的座標系是 WGS1984，中央經線是東經 150° 。
2）請建立一份正確的世界地圖資料，命名為 “世界地圖配準” 。
地理配準時請在世界地圖.jpg的原座標系下進行，正確位置資訊參考世界大洲.shp 。
3）請在工作報告文件中截圖附上步驟中涉及到的座標系資訊，否則不予得分。 -
數字化中國地圖資料（30分）
為了達到下圖的效果，請參考上一步的世界地圖配準資料結果，數字化所有缺失的中國資料。
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建立飛機航線線資料和機場點資料（30分）
1）建立國際航班表中的所有航線資訊線資料，命名為 “國際航線” 。
2）建立上一步航線中涉及到的所有機場點資料，命名為 “機場資料” 。請在工作文件報告中截圖附上機場資料的屬性表截圖，截圖中要求能看到機場中文名稱欄位和機場數量資訊。每個機場只用一個點表示，請勿重複。 -
製作國際航線地圖（20分）
1）地圖的背景請參考下圖樣式：
地圖背景參考圖 2）國際航線資料和機場點資料，請自己選擇合適的符號。 3）不需要排版出圖（無需新增指北針、經緯網、圖名、圖例等資訊），請在工作文件報告中截圖附上最終制圖成果。
a）為了完成下圖樣式，根據需要建立缺失的資料。
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）座標系為 World_Winkel_Tripel_NGS，中央經線為東經 150° 。
第Ⅱ部分：參考解題過程
一、 配置預設地理處理環境
在 “結果” 資料夾下新建檔案地理資料庫 “am.gdb” ，並右鍵設為預設地理資料庫。
圖1 配置預設地理處理環境二、 匯入資料並檢視座標系
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資料的座標系為 WGS1984 ，世界大洲面數據的座標系為 WGS 1984 Web Mercator Auxiliary Sphere ，世界地圖的座標系為 Unknown 。且資料框的投影座標系自動與世界大洲的投影座標系保持一致。
圖2 匯入資料 圖3 世界地圖柵格圖片三、 地圖配準
- 更改資料框的投影座標系
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。為進行地理配準，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】，開啟【座標系】選項卡，選擇 GCS_WGS_1984 地理座標系並雙擊進入引數設定介面如下圖 4 所示，更改座標系名稱為 “GCS_WGS_1984_150” ，並將本初子午線的名稱設定為 “<自定義>” ，經度為 150° 。
圖4 更改資料框的投影座標系之後，開啟地理配準工具條並開始地理配準。
圖5 地理配準開始前準備- 地理配準並校正
首先開啟連結表，關閉【自動校正】，然後建立連結對，根據題目要求將連結對資料儲存為 “RMS.txt” 。
圖6 儲存地圖配準連結資料設定配準方法為【校正】，並在地圖配準工具條下拉選擇【校正】而不是【更新地理配準】，這樣做的好處是可以保留原始世界地圖資料，並建立新的 "世界地圖配準.tif" 。
圖7 校正下圖 8 為地理配準效果。檢視校正結果的座標系，可以發現校正結果被自動賦上一個座標系，並且與資料框的座標系相同。
圖8 地理配準效果 圖9 世界地圖配準的座標系與資料框座標系一致且自動生成四、 數字化缺失的中國資料
數字化這一步相對比較容易，首先在檔案地理資料庫 “am.gdb” 下新建要素資料集 “China”，要素資料集 China 的座標系設定為 GCS_WGS_1984，其餘設定可以保持預設。然後在要素資料集下面新建要素類 “Border” 和 “Nine_line” ，然後以 "世界地圖配準" 為參照進行向量化。
圖10 新建 China 要素資料集和 2 個要素類 圖11 數字化缺失的中國資料五、獲取國際航線與機場資料
首先描述這一步的大致思路，第一需要將 EXCEL 表格匯入成屬性表，然後依據 ICAO 欄位將 “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 座標。第三步即根據 ”XY轉線“ 工具獲取國際航線，最後獲取相關機場資料。
- 獲取機場中文名稱
開啟【ArcToolBox】|【轉換工具】|【Excel】|【Excel轉表】工具，將 ”國際航班表“ 和 ”機場ICAO碼“ 匯入到檔案地理資料庫 "am.gdb" 中。
圖12 匯入Excel表格開啟 "世界機場部分" 的屬性表，新增 “中文名” 欄位，型別設定為文字。初始化為空值。
圖13 在世界機場部分新增機場中文名欄位連線 “世界機場部分” 與 “機場ICAO碼” 。
圖14 連線欄位為 ICAO再次開啟 “世界機場部分” 屬性表，可以看到後邊新增了幾列。右鍵 “中文名”，選擇欄位計算器來獲取 “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，可以取消連線。
- 獲取航線起點與終點的 XY 座標
第一步，獲取世界機場部分的 XY 座標：開啟【ArcToolBox】|【資料管理工具】|【要素】|【新增XY座標】工具，輸入為世界機場部分，操作結果如圖 16 所示，最後兩列分別為 "POINT_X" 和 “POINT_Y” 欄位。
圖16 獲取機場的 XY 座標第二步之前已經獲取每一個機場的座標，接著在第二步中需要獲取每一條航線的起點和終點的座標。可以想到，這裡需要進行 2 次連線，但是在 ArcGIS 中兩個屬性表無法同時建立 2 個連線。那怎麼辦呢？方法就是先將需要的欄位提前在 “國際航班表” 中建立好，然後進行第 1 次連線，接著使用欄位計算器進行賦值。第 2 次連線之前取消上一步的連線，然後重複上一步的操作，這也算是一個小技巧。
第二步，在國際航班表中新增 4 個欄位，型別為雙精度，欄位名稱如下圖所示：
圖17 國際航班表新增起點和終點的 XY 座標共 4 個空白欄位將 “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 次連線，然後使用欄位計算器對上圖中的 “起點POINT_X” 和 “起點POINT_Y” 進行賦值。取消第 1 次連線，然後將 “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 次連線，使用欄位計算器對 “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 次連線最後，檢視國際航班表：
圖20 欄位計算器獲得起點終點座標- 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 座標，可以依據此進行 XY 轉線以獲取國際航線。開啟【ArcToolBox】|【資料管理工具】|【要素】|【XY轉線】，詳細設定介面如下所示：
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麼樣子，具體這裡為什麼選擇 GCS_WGS_1984 ，歡迎看到這裡的小夥伴一起來交流！
- 獲取機場資料
思考一下，相關機場的特徵是什麼？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，來篩選機場資料，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【匯出資料】，將所選要素匯出到檔案地理資料庫 “am.gdb” 中，命名為 “機場資料”。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 機場資料六、 製作地圖背景併成圖
- 繪製矩形背景
新建要素資料集 “World”，其座標系仍然為 GCS_WGS_1984，然後將 “世界大洲.shp” 匯入到要素資料集當中，然後新建要素類 “Background” ，開啟【編輯器】，設定編輯物件為 “Background”，然後以 “世界地圖配準” 的 4 個頂點為參照繪製出一個矩形。
圖24 在 GCS_WGS_1984_150 資料框座標系下建立矩形背景建立矩形背景之後，無法確定左右邊界是否準確，因此需要更改中央經線，然後對背景進行修理，使縫隙或重疊完全消失。
- 更改中央經線並編輯折點
儲存編輯結果並停止編輯，右鍵【圖層】，將資料框的座標系更改為 GCS_WGS_1984。開始編輯 “Background”，點選編輯器下拉按鈕，開啟【捕捉】。選中編輯器的【選擇】按鈕，選中Background，右鍵點選【編輯折點】，
圖26 開啟編輯折點 圖27 移動折點使其完全對準當背景圖層完全密合後，儲存編輯結果並退出編輯。將資料框的座標系更改回 GCS_WGS_1984_150 。右鍵圖層設定符號形狀及大小，國際航線地圖的簡單線性投影如下。
圖28 飛機航線地圖- 更改資料框座標系
右鍵【圖層】，更改資料框座標系為 Winkel Tripel (NGS - World)，雙擊該座標系以修改 Central_Meridian 為東經 150° 。
圖29 修改資料框座標系國際航線地圖如下：
圖30 國際航線地圖結尾：參賽收穫及資料下載地址
這道題目一直在使用的座標系 GCS_WGS_1984 其實只是地理座標系，那麼，為什麼它不是投影座標系卻可以顯示在平面上呢？通過搜尋，我後來才明白 ArcGIS 使用一種簡單的普通線性投影 WGS_1984_Plate_Carree 來作為地理座標系 GCS_WGS_1984 的投影方法，所以這裡使用到的 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。當我們準備地圖配準時，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。地圖投影對地理資料的處理真的是太關鍵了，沒有正確的座標系，後邊的座標計算都是白搭。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，比賽結束之後重新完成這道題目給我帶來了更大的收穫。
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