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本书是一本关于地理信息系统软件QGIS的基础教程类书籍，详细介绍了QGIS的基本使用方法和应用实例。本书共包括12章，第1章主要介绍地理信息系统的基本概念及QGIS的基本知识；第2章～第6章主要介绍QGIS最常用的操作，包括数据读取、预处理、选择、筛选、查询、统计及矢量编辑等；第7章和第8章重点介绍QGIS的符号化与制图功能；第9章和第10章重点介绍常用的空间分析方法；第11章介绍QGIS功能扩展的主要方法；第12章介绍如何使用QGIS Server发布网络数据源，以及如何利用QGIS Desktop使用网络数据源。

第1章  QGIS与地理信息系统	1
1.1  地理信息系统及其行业标准	2
1.1.1  地理信息与地理信息系统	2
1.1.2  OGC标准	4
1.1.3  OSGeo及其开源项目	8
1.2  地理空间数据的相关概念	10
1.2.1  地理坐标与投影坐标	10
1.2.2  矢量数据、栅格数据与网格数据	13
1.2.3  地理空间数据的尺度问题	19
1.3  QGIS概述	20
1.3.1  QGIS及其产品体系	20
1.3.2  QGIS主要功能	23
1.4  常见的地理信息系统平台	25
1.4.1  开源地理信息系统平台	26
1.4.2  商业地理信息系统平台	29
1.4.3  QGIS与ArcGIS的对比	30
1.5  本章小结	30
第2章  你好，QGIS！	31
2.1  QGIS的安装	31
2.1.1  在Windows系统中的安装方法	31
2.1.2  在Linux系统中的安装方法	35
2.1.3  在Mac OS系统中的安装方法	39
2.2  初识QGIS	40
2.2.1  打开QGIS	40
2.2.2  QGIS界面	42
2.2.3  个性化QGIS	46
2.3  QGIS项目与图层	50
2.3.1  QGIS项目	50
2.3.2  QGIS图层	53
2.3.3  QGIS项目模板	55
2.4  基本地图操作	56
2.4.1  地图视图控制	56
2.4.2  地图装饰	60
2.4.3  地图导出	62
2.4.4  空间书签	65
2.5  图层的管理	66
2.5.1  图层的基本操作	66
2.5.2  图层控制与图层组	68
2.6  本章小结	70
第3章  数据读取	71
3.1  文件数据源的读取	72
3.1.1  数据源管理器	72
3.1.2  添加矢量数据	73
3.1.3  属性连接与图层关联	76
3.1.4  虚拟图层	82
3.1.5  添加栅格数据与栅格数据金字塔	85
3.1.6  添加网格数据	87
3.2  数据库数据源的读取	89
3.2.1  SpatiaLite数据库	89
3.2.2  PostGIS数据库	90
3.2.3  Geodatabase数据库	94
3.2.4  GRASS数据源读取	96
第4章  数据预处理	100
4.1  矢量数据预处理	100
4.1.1  坐标系变换	100
4.1.2  矢量裁剪	104
4.1.3  联合、融合与合并	105
4.2  栅格数据预处理	108
4.2.1  坐标系变换	108
4.2.2  裁剪与拼接	111
4.2.3  虚拟栅格与波段合成	114
4.2.4  栅格数据的配准	116
第5章  数据选择、筛选、查询与统计	120
5.1  数据选择	120
5.1.1  几何选择	120
5.1.2  属性选择	123
5.1.3  随机选择	125
5.1.4  通过选择创建新图层	126
5.2  数据筛选	127
5.2.1  查询构建器筛选	127
5.2.2  表达式与表达式筛选	128
5.2.3  属性表条件格式化	130
5.3  数据查询	131
5.3.1  矢量数据查询	131
5.3.2  栅格数据查询	134
5.3.3  长度、面积与角度测量	135
5.3.4  坐标定位	138
5.4  数据统计	140
5.4.1  矢量数据统计	140
5.4.2  栅格数据统计	142
5.4.3  栅格数据的区域统计	146
第6章  矢量编辑	149
6.1  基本编辑	149
6.1.1  基本编辑工具	149
6.1.2  要素捕捉与编辑设置	151
6.1.3  创建、编辑与删除要素	154
6.2  高级编辑	156
6.2.1  高级编辑操作	156
6.2.2  CAD工具	161
6.2.3  创建规则几何要素	165
6.2.4  工具箱中的高级编辑	166
6.3  属性编辑	168
6.3.1  属性编辑操作	168
6.3.2  属性计算器	170
6.4  拓扑检查与修正	171
6.4.1  拓扑检查	171
6.4.2  拓扑修正	173
第7章  地图符号化	178
7.1  符号化与图层渲染	178
7.1.1  点要素符号化	178
7.1.2  线要素符号化	185
7.1.3  面要素符号化	186
7.1.4  矢量数据高级渲染	189
7.1.5  栅格数据渲染	195
7.2  标注和注记	200
7.2.1  标注	201
7.2.2  注记	205
7.2.3  地图提示	207
7.3  地图图表	208
7.4  图层样式与地图主题	210
7.4.1  图层样式	210
7.4.2  地图主题	212
7.4.3  样式管理器	213

第8章  地图制图	217
8.1  布局与布局设置	217
8.1.1  布局管理器	218
8.1.2  布局编辑器与布局设置	219
8.1.3  页面与页面设置	221
8.2  物件及其设置	223
8.2.1  地图物件	223
8.2.2  地图的三要素：图例、比例尺和方向标	230
8.2.3  文字物件：标签与HTML	236
8.2.4  图形物件：形状、箭头和节点物件	238
8.2.5  属性表物件	240
8.2.6  物件关系	242
8.3  布局输出	244
8.4  地图集与报告	246
8.4.1  地图集	246
8.4.2  报告	248
第9章  矢量数据空间分析	252
9.1  QGIS空间分析框架	252
9.1.1  工具箱与工具	253
9.1.2  第三方算法工具	258
9.1.3  矢量迭代	260
9.1.4  工具批量执行	261
9.2  矢量创建	262
9.2.1  创建随机点要素	263
9.2.2  创建规则网格与点阵	265
9.2.3  通过点要素创建路径	267
9.2.4  创建照片位置点要素	268
9.3  缓冲区分析	269
9.3.1  简单缓冲区	269
9.3.2  多层缓冲区	272
9.3.3  特殊缓冲区	272
9.4  叠加分析	275
9.4.1  擦除	275
9.4.2  相交	276
9.4.3  交集取反	277
9.4.4  联合	277
9.4.5  线要素切割	278
9.4.6  线要素交点	279
9.5  网络分析	279
9.5.1  最短路径分析	280
9.5.2  服务区域分析	281
9.6  矢量与栅格的转换	282
9.6.1  栅格数据转矢量数据	282
9.6.2  矢量数据转栅格数据	283
第10章  栅格数据空间分析	285
10.1  栅格数据基本操作	285
10.1.1  栅格对齐	285
10.1.2  栅格采样	286
10.1.3  栅格计算	287
10.1.4  栅格切片	293
10.2  栅格数据的创建与生成	294
10.2.1  常量栅格与随机栅格	294
10.2.2  表面生成	296
10.3  重采样和重分类	298
10.3.1  重采样	298
10.3.2  重分类	300
10.4  距离与核密度分析	303
10.4.1  距离分析	303
10.4.2  核密度分析	305
10.5  地形分析（表面分析）	306
10.5.1  坡度、坡向分析	306
10.5.2  地形指数分析	308
10.5.3  山体阴影	309
10.5.4  等值线	310
第11章  扩展QGIS	312
11.1  插件管理	312
11.1.1  插件与插件管理器	312
11.1.2  插件的安装与卸载	314
11.1.3  实用外部插件	315
11.2  模型构建	318
11.2.1  模型构建器	318
11.2.2  模型构建方法	319
11.2.3  实例：矢量图层欧式距离分析	325
11.3  PyQGIS脚本	328
11.3.1  PyQGIS与Python控制台	329
11.3.2  PyQGIS及其常用交互操作	331
11.3.3  创建PyQGIS脚本	336
第12章  网络数据源的发布与读取	338
12.1  初识QGIS Server	338
12.1.1  为什么使用QGIS Server	338
12.1.2  安装QGIS Server	339
12.2  发布和使用WMS	341
12.2.1  获取地图数据	342
12.2.2  获取地图图例	344
12.2.3  QGIS Server服务设置	346
12.3  网络数据源读取	347
12.3.1  OGC标准服务	347
12.3.2  互联网底图服务	350
附录A  表达式函数	352

序


以地理信息系统（GIS）技术为代表的现代地球信息科学和技术已经渗入人类社会生产、生活的方方面面。作为最流行的开源GIS软件之一，QGIS正被开源社区推向全球市场。
学习、使用和推广QGIS，对个人、科研团队、中小型企业具有重要意义。学习QGIS，能够让使用者花费极小的时间成本，获得大量的地理空间信息存储、计算、分析等高级功能；研究QGIS，能够让科研工作者和学生从代码底层了解GIS软件的运作原理，并开展满足专业研究需要的研发；应用QGIS，能够让中小微企业大大降低GIS底层平台的开发和运行成本。
胡云锋博士是我的同事、好朋友。多年来，在国家发展改革委、科学技术部、国家自然科学基金委、中国科学院等部门的支持下，他承担了多个卫星遥感应用产业化项目、农业信息化项目、生态监测评估项目。在这些直接面向基层、面向应用、面向工程、面向产业的重大项目实施过程中，胡云锋博士、董昱和王娜等技术团队核心成员，应用了包括QGIS在内的一系列开源GIS和RS工具，形成了多个先进的技术系统，积累了丰富的开源GIS解决方案。基于这些研究和实践，本书深入浅出地介绍了QGIS的基本使用方法，用一个个实例讲解了QGIS基本操作与常见的空间分析方法。对于GIS专业领域的学者和技术人员来说，这是一本不可多得的、可以放在案边常翻常阅的操作手册，具有重要的参考价值。
世界发展得很快，QGIS发展得也很快。为了方便读者更好地阅读本书，作者贴心地留下了他们的联系方式，邀请读者与他们进一步交互。这种交互不仅为了答疑解惑，也针对一些疏漏错误做好记录，以备修订完善，更是一种出版的责任、工作的热情和对技术进步的追求。
借此机会，向这部工具书的出版表示祝贺！


 
中国科学院地理科学与资源研究所 研究员
世界数据系统可再生资源与环境数据中心 主任
国际科学理事会世界数据系统科学委员会 委员
2021年4月



 


前言


“地理者，空间之问题也，历史及百科，莫不根此。”文明的起源、语言文字的发展等“百科”也与地理环境息息相关。古语道：一方水土养育一方人。人类的传统生活习惯、生活方式受到地理条件的影响和制约。在城市扩张、经济全球化、气候变化的背景下，越来越多的自然和人文事物挂上了地理位置的标签，催生了城市地理学、经济地理学、全球变化科学等多种学科。这些具有“地理位置标签”的各类事物在计算机中被抽象为一系列的点、线、面等图形，并衍生出对这些数据进行处理的新技术，即地理信息系统（Geographic Information System，GIS）。
GIS萌芽于20世纪60年代，经过近60年的发展，它已经成为处理地理空间数据的主要技术手段。通过对地理空间数据的采集、存储、分析与管理，GIS可以为复杂的空间规划、自然与社会管理等实际问题提供关键支持。GIS已经广泛应用在公共管理、资源开发、交通、水利、电力勘探、石油、矿产、环境保护、城乡规划、林业、农业、军事、公安等行业，为政策制定与科学研究带来了巨大方便。随着全社会对GIS技术的认识逐步深入，以及GIS的广泛应用，以GIS技术为代表的地球信息技术和产业已经成为各国经济发展与社会进步的重要支撑，为全社会带来了巨大的经济与社会效益。在市场与政策的引导下，支撑整个GIS产业持续、稳定发展的基础性、商业性平台软件，如ArcGIS、SuperMap、MapGIS等，也得到快速发展。
除了上述商业性、封闭的GIS平台软件，国际GIS技术和产业发展中还有一个重要的、开放的力量，那就是OpenGIS。在过去的几十年，以开源地理空间基金会（Open Source Geospatial Foundation, OSGeo）为首的非营利组织迅速发展，其不断产出和发展简单易用、可扩展性强的GIS软件与工具，如GDAL、OGR、GeoServer等。QGIS就是一款OSGeo发布的平台型GIS软件，具有制图效果好、操作简单、自由、免费等特点。近年来，QGIS受到越来越多的GIS爱好者、第三方商业机构的喜爱，并不断发展壮大。
在GIS研发社区与OSGeo基金的支持下，QGIS的更新迭代非常快，大约每月都推出一个新的版本。如此快的更新速度使QGIS的功能不断提升、优化，甚至连官方的使用文档都赶不上QGIS的更新速度。2018年2月，QGIS发布了3.0版本，QGIS的界面和业务逻辑进一步得到改善和加强，在数据的读取能力与地图制图方面进一步扩大了其优势。但是，相对于成熟的ArcGIS、SuperMap等知名GIS软件平台，QGIS的中文资料很少，因此迫切需要一个系统的、深入浅出的教程来帮助初学者了解QGIS的核心功能和基本使用方法。
本书的主要目标即为QGIS的新用户提供一个教程和帮助手册，介绍QGIS的主要功能及操作。在本书编写过程中，作者主要参考了QGIS官方说明、学术论文、GIS研发论坛和博客等大量英文资料。本书内容特别适合国内各高等院校地理信息系统、遥感等专业学生、地理信息相关产业从业人员，以及地理信息系统爱好者（特别是开源GIS的爱好者）阅读。
GIS的学习需要实践，QGIS的学习也离不开不断地练习与操作。因此，本书通过实例介绍QGIS的基本功能与操作，并配有相应的实例数据文件，以帮助读者巩固知识与动手实践。本书共包括12章，第1章主要介绍地理信息系统的基本概念及QGIS的基本知识；第2章～第6章主要介绍QGIS最常用的操作，包括数据的读取、预处理、选择、筛选、查询、统计及矢量编辑等；第7章和第8章重点介绍QGIS的符号化与制图功能；第9章和第10章重点介绍常用的空间分析方法；第11章介绍QGIS功能扩展的主要方法；第12章介绍如何使用QGIS Server发布网络数据源，以及如何利用QGIS Desktop使用网络数据源。作者在长期使用QGIS的过程中积累了很多“一点就通”的重要经验和诀窍，这些经验和诀窍均以“小提示”的形式呈现给读者。
本书由董昱、胡云锋提出创意和写作提纲，董昱完成文字初稿，胡云锋完成初步审核，王娜完成全部案例收集和图件编绘任务，三位作者共同完成文稿的内容终审和文字校对工作。本书的出版是胡云锋课题组长期科研积累的成果，更是董昱、王娜具体研究工作的结晶。作者衷心感谢国家发展改革委、科学技术部、国家自然科学基金委、中国科学院等相关部门长期的项目支持。在具体的科研活动中，作者还得到闫慧敏老师及罗亮、杜文鹏、刘晔、温昕、李赟凯等同学的鼓励和支持，在此一并表示最诚挚的感谢！
虽然本书在撰写、出版过程中经过了多次研讨、检查和校对，但是由于作者认识深度、技术能力及文字功底等方面的水平有限，书中难免有疏忽和错漏之处，希望广大读者不吝批评指正。读者对本书内容有任何疑问、建议和批评，都可以与作者（dongyu1009@163.com）直接联系，我们会及时查看邮件并尽快解决您的问题。
关于本书中的测试数据，读者可以登录华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）免费注册后再进行下载。

作  者
2021年4月

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