地理信息系统导论实验指导.docx
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地理信息系统导论实验指导
地理信息系统导论实验指导
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地理信息系统导论实验指导
实验１桌面GIＳ的功能与菜单操作
一、实验内容
了解ArcVieｗ、MapInfｏ、ArcGIS等ＧIS软件界面、功能与菜单操作。
二、实验目的
通过GIＳ软件（如:
MapＩnfo、AｒcView、ArcGＩS等）的实例演示与操作,初步掌握主要菜单、工具栏、按钮等的使用，加深对课堂学习的GIS基本概念和基本功能的理解。
三、实验指导
（一）了解主流GIS软件平台基础
１.熟悉并标注AｒcＶiｅw的工作界面、菜单及命令功能。
2.熟悉并标注MaｐInfo的工作界面、菜单及命令功能。
（二）地理数据可视化操作
1.所需数据：
GIS_data＼Ｄatａ１
２.使用软件：
ＭapInfoGＩS
3.实验内容：
①打开中国省区图。
②浏览人口数据。
③显示人口密度的分布。
④创建中国人口年龄结构图。
（三）电子地图操作
1.所需数据：
ＧIS＿ｄａｔａ\Data1
2.使用软件:
ＭaｐInfoGIS
3.实验内容：
①使用漫游工具。
②使用放大和缩小工具。
③使用控制图层在缩放范围内显示。
④使用所提供的数据,通过图层控制对话框完成操作。
⑤使用Ｉnfo工具查询地图信息。
实验2数据采集
一、实验内容
1．数字化操作。
2．投影与坐标系设置。
二、实验目的
1.通过实践,掌握采集数据的主要过程。
2．通过操作,掌握ArｃVｉｅw的Shaｐｅ文件格式如何通过自身的实用工具创建，以及投影、坐标等设置。
三、实验指导
（一）构建数据库
（１）实验内容:
利用AｒcViｅw构建ＧＩS数据库。
（２）实验目的:
进一步了解ＧＩS与一般数据库以及图形软件的区别和联系。
（3）实验数据:
收集数据或利用身边的数据。
（4）实验指导:
通过ArｃＶiew了解GIS的建库。
①ArｃVｉeｗGIS建库。
②数字化。
③数据编辑。
（二）屏幕跟踪矢量化
1.实验内容:
屏幕跟踪矢量化。
2.实验目的:
通过实验，了解数字化的含义和操作步骤。
3.所需数据：
GIS_daｔa\Daｔａ２目录下的ＦUZHOU.jpg图像。
4.实验指导:
（1）准备扫描图像。
（２）栅格图像配准。
（３）新建数字化图层。
（4）屏幕跟踪矢量化地图。
（5）输入属性值。
（三）地图投影和坐标设置实验
1.实验内容：
利用ArcView进行地图投影、坐标设置。
2.实验目的：
掌握地图投影、坐标系设置方法。
3．所需数据：
GＩS_dａta\Daｔa2目录下的Ｓtationsll.shp和Idlｌ．shｐ，两个以十进制表示经纬度数值的Shape文件。
4.实验指导：
利用AｒcView进行地图投影、坐标系设置的步骤如下：
（1）加载数据。
（2）在视图属性对话框中选择投影。
（3）根据参数设置投影性质。
（4）在投影属性对话框中实现投影的设置,完成地图投影的转换。
实验3数据处理
一、实验内容
1.错误查找与改正。
２．属性数据核对。
３．投影坐标转换。
4．数据格式转换。
５.数据内插。
二、实验目的
1．通过ＧIS软件,了解ＧIＳ数据处理的主要方法,掌握数据格式转换、投影变换和空间数据插值。
２.通过实验,了解地图投影和坐标系的转换,尤其要熟悉在AｒｃView中进行地图投影和坐标系的转换。
3．掌握常见的空间数据内插方法。
利用数据内插方法，实现趋势面分析（熟悉在ＡｒcＶiew中用脚本进行趋势面分析）、空间插值中的核密度估算法分析、规则样条法和薄板张力样条法空间差值以及普通克里金方法。
三、实验指导
（一）采集数据错误的查找与改正以及属性数据的核对
1．利用ＡrcViｅw或MaｐＩnfo对地图数字化错误的编辑处理。
2．利用ＡｒcView或MapInｆo进行属性数据的核对。
（二）数据格式转换实验
1.所需数据:
GＩS＿data＼Dａta３目录下的Fｚ_ｘzｑ．tab或用实验二屏幕跟踪矢量化实验的数据为例。
２.实验指导：
利用GIS软件直接进行数据格式转换有两种简单的方法实现。
（1）利用MaｐInｆｏ的数据输入输出功能,先把表文件输出为ＭapＩｎfo的交换文件格式＊.mｉｆ，然后再利用ＡｒｃView的ＭifｔoShape转换器把＊.mif文件转为*.shp文件。
（２）利用MａｐＩnfo的通用转换器把MaｐIｎfo表文件转换成ＡｒcView的Shape文件。
（三）投影变换实验
１．所需数据：
前面数据格式转换实验的结果数据。
２.实验指导：
利用ArｃVieｗ GIS 中的主模块和扩展功能模块"PｒoｊectｉｏnUtilitywizａrd"完成投影变换。
（四）空间内插实验
1.趋势面分析
（１）所需数据:
ＧIS_ｄaｔa＼Ｄａｔa3目录下的Stａtions．shｐ,包含爱达荷州105个气象站数据的Sｈaｐｅfile文件。
Iｄouｔ１．shp,一个显示爱达荷州外轮廓的Shaｐeｆile文件;此外，需要用到＂tend．ａｖe＂，它是ArcVｉeｗGIS进行趋势面分析的宏语言（AvenueＳｃript）脚本文件。
（2）实验指导：
空间插值方法之一-趋势面分析。
本实验利用ArcVieｗ３.3中的主模块和扩展功能模块"空间分析（SpａtiａｌAnalyst）＂以及宏语言（Avenue）编程完成。
在数据源中提供宏语言程序。
2.核密度估算
（1）所需数据：
ＧIＳ_dａtａ\Dａta3目录下的Deｅr.sｈp,一个显示鹿点的点状shape文件。
（２）实验指导：
利用ArcVieｗ3.3中的主模块和扩展模块"空间分析（SpatialＡnalyｓｔ）"调用核密度估算模型完成插值。
3.两种样条函数的比较
（1）所需数据：
GIS_dａta\Data3目录下的Ｓtaｔions.ｓhp和Iｄoutl.sｈp（实验时需要转化为网格数据，即Idoutlgd）。
（２）实验指导:
在ＡrcViｅw3.3 主模块和扩展模块＂空间分析（SｐatialAｎａｌysｔ）"支持下,调用标准样条法和薄板张力法模型完成插值。
4．普通克里金法插值
（１）所需数据：
GＩＳ_data\Ｄａｔa3目录下的Statｉｏns.shp和Idoｕtlgd,以及ｋrigｉng.ａvｅ。
其中krigiｎg．ave是克里金法AvｅnueScript程序脚本。
（２）实验指导：
在AｒcView3．３ 中的主模块和扩展模块"空间分析（Ｓpａtial Anaｌyst）"支持下，还需要克里金法（AveｎueＳcｒipｔ）宏语言编程完成。
在数据源中提供克里金法宏语言程序。
实验4 地形分析
一、实验内容
１.DＥM的建立。
2.面积量算、坡度和坡向提取及剖面线绘制。
３.挖方和填方表达。
4．三维显示。
二、实验目的
了解和掌握数字高程模型的建立及常用地形分析的基本操作方法。
三、实验指导
（一）准备数据
1.实验数据：
GIS_ｄaｔa\Ｄatａ４。
2.学生自己采集和预处理数据。
（二）地形分析
１．DEM的建立
（1）所需数据:
GＩS＿dａta\Data4\Eｘ1目录下的地形的样本高程点（Sｐot.shp）和边界（Bouｎd．sｈp）。
（2）实验内容：
本实验是典型的高程数据插入，由矢量点状专题"高程点"生成栅格数字高程模型。
（３）实验目的：
通过实验,了解生成栅格数字高程模型的方法,为后续的地形分析做准备。
（4）实验指导：
基于ＡrcViewGIS 软件的主模块和空间分析模块完成。
主要步骤如下:
①启动ArｃViｅw,加载数据。
②加载空间分析模块＂SpatｉａlAnalyst"。
③激活高程点。
④插值计算为"距离倒数权重法（IDW）"。
⑤编辑该专题图例,并分类。
２.面积量算、坡度和坡向提取及剖面线绘制
（1）所需数据：
GIＳ_ｄata\Datａ４＼Eｘ2目录下的高程格网Plne；河流的shapefilｅ文件Strｅam.shｐ。
高程格网是从美国地质调查局（USＧS）的７.５分数字高程模型导入的。
河流的shaｐefｉle显示该地区的主要河流。
（3）实验内容：
本实验涉及应用AｒcVieｗ的＂ＳpatiａlＡｎalyｓt（空间分析）"进行地形制图和分析,主要是面积量算、坡度、坡向及剖面线图的制作。
（2）实验目的：
通过本实习的练习，掌握由高程格网创建坡度和坡向专题图，并了解重新分类的意义及懂得面积量算的概念,学习剖面图的制作。
（4）实验指导：
基于ArｃViｅw3.３软件的主模块和空间分析模块完成。
主要步骤如下。
①创建坡度专题图。
②创建坡向专题图。
③创建河流垂直剖面。
3.挖方和填方表达
（1）所需数据：
GIＳ_ｄａｔａ\Ｄatａ4\Ex３目录下的三维地面模型crtin1和crｔiｎ２，场地边界Ｂoｕｎd.sｈp。
（２）实验内容：
计算工程的填挖方量。
（3）实验目的：
通过实验,了解计算填挖方的步骤,并能分析填挖方后结果。
（4）实验指导:
基于ArcVｉew ３.３的主模块和扩展模块中的"3Ｄ分析模块和空间分析模块"完成。
主要步骤如下：
①加载数据，并设置地图单位和距离单位。
同时激活三维地面模型,选择"Surface/ＣuｔFill"命令计算填挖方。
②定义表面为"crtiｎ1"和定义输入范围。
③系统将自动产生填挖方计算栅格数据,并用一个名为"cuｔ_ｆilｌbｅｔweencrｔiｎ1andcrtｉn２"显示出来。
④打开属性表，可查有关填、挖方信息。
⑤将Grid转换TIN格式。
⑥利用地图计算器工具获取更详细信息。
4.三维显示
（１）所需数据:
ＧＩS_ｄａta\Data４\Ex2目录下的高程格网Ｐｌｎe和河流专题Streａms．shp.
（２）实验内容：
在ArcVｉｅw中进行地图的三维显示,是通过3－Ｄ－sｃｅneｓ（三维图景）文档来制作三维透视图,3-D-Sｃｅnes文档调用了3-ＤＡnalysｔ模块而加进的。
（3）实验目的：
通过创建实验步骤，了解在ArcViｅw中如何进行地图的三维显示操作,从而更好地分析数据。
（4）实验指导：
基于ArcVieｗGIS软件的主模块和3Ｄ分析模块和空间分析模块完成。
主要步骤如下：
①加载3Ｄ分析模块，选择"３-D-sceｎes＂文档,打开了3－Ｄ-Viewｅｒ（三维阅读器）和一个单独的目录。
②在"3-Ｄ-Sｃeｎe/Addtheme"命令中添加高程格网Plne。
③选择"Tｈeme/3-DProperｔiｅｓ/Surfａcｅ"命令把二维的格网转成三维。
④选择＂3－D-scｅｎe/AｄdThｅｍe"命令,并选择河流专题数据Streams．shp;叠置河流。
⑤选择＂Theme／Ｃonｖertto 3－DSｈapefｉle"命令，选择"Suｒface"以获取z值,选择面专题Ｐlne,把河流二维专题转化成三维Shapｅ文件。
⑥把View中的专题加载到三维阅览器中。
实验5缓冲区分析和网络分析
一、实验内容
1.缓冲区分析:
根据地理对象点、线和面的空间特性,自动建立对象周围一定距离的区域范围（缓冲区域），综合分析某地理要素（主体）对邻近对象的影响程度和影响范围。
２．网络分析：
了解网络的概念,选择最优路径、资源调配以及地址匹配。
二、实验目的
1.掌握点、线和面缓冲的生成及掌握GIＳ缓冲区应用。
２.掌握线对象的网络分析操作。
三、实验指导
（一）利用AｒｃView进行缓冲区分析
１.实验内容：
假设根据当地情况,沿着铁路的两侧20米、4０米范围内，进行环境整治、植树，要求提供专题地图。
2．实验目的:
由简单生成缓冲区的操作,产生数据的缓冲区专题图，为实际应用如环境的整治和规划等提供了决策的支持。
3.所需数据:
GIS_ｄata＼Ｄatａ5\Ex1目录下的线状专题道路（Roａd１.shｐ，仅用于地图显示,不参加分析）和线状专题铁路（Raｉｌｗay.ｓｈp，为邻近区的分析对象）。
4.实验指导：
（１）加载数据，并设置地图单位和距离单位都为"米"。
（2）激活铁路专题，选择＂Theme／CｒeateBufｆeｒｓ＂命令。
（3）利用创建缓冲区对话框,针对专题要素作缓冲分析。
（４）选择＂Fｉｅld/Calculatiｏｎ"命令,在字段计算器中完成字段计算。
（二）利用MaｐIｎｆo进行查询和缓冲区分析
1.所需数据：
GIS_data\Data5＼Ｅx2目录下的ＰＲＯＶINCE.tab、China.tab和CHＩNCAPS.ｔab。
2．实验内容:
基于MapInfo环境实现空间查询和缓冲分析。
3.实验目的:
掌握空间查询和缓冲分析操作及实际应用。
4.实验指导:
（1）SQL数据查询。
（２）缓冲区查询。
（三）利用ArcＶiew进行最短距离（查找最近设施）分析
1．实验内容:
是查找最近的消防站和从莫斯科市任何地点到消防站的最快途径。
旅行时间的估算考虑链路阻抗、转弯阻抗和单行道。
2.实验目的：
通过该实验,能掌握网络分析模块的应用。
并为现实生活提供了决策的支持。
3．所需数据：
GIS_daｔa\Ｄatａ5\Eｘ３目录下的线图层Mｏssｔ和点状专题图Firestａｔ．shｐ。
Mosｓt是爱达荷州莫斯科市的街道图层，该图层最初源于TIGＥR/Liｎe文件，已经过编辑和更新。
fiｒｅstat.sｈp显示莫斯科市的两个消防站。
4.实验指导:
（1）加载"NetwｏrkＡnａlyst"模块,加载数据并设置地图单位和距离单位。
（２）激活街道，选择"Nｅtｗoｒk／FｉndCｌosestFacilｉty"命令，单击Ｐｒｏｐerties设置成本字段。
（3）确定某一地点。
（4）查找到最近的设施和最短路径。
（５）激活faｃ1,打开属性表,读取总成本。
（四）利用ＡrcView进行最佳路径分析
1．实验内容:
试查找两个城市之间的最佳（最短）路径,以英里或分钟表示。
计算旅行时间的时速限制为6５mi/ｈ。
旅行时间只考虑链路阻抗。
２．实验目的：
本习作的目的是通过本实验,能掌握网络分析模块的应用及最佳路径的计算，为具体应用提供了决策的支持。
3．所需数据：
GＩＳ_data\Ｄata5\Ex3目录下的点状专题图Usｃitｉｅs.ｓｈp;线状专题Interstaｔｅs．shｐ和多变形专题图Lｏwer48.ｓｈp、Lｏwer４８.shp表示美国本土，Uscitｉes.shp含有城市，Ｉntersｔaｔｅs.shｐ包括州际公路。
4．实验指导:
（１）加载"NｅtworｋAｎaｌyst"模块，加载数据，并设置地图单位和距离单位。
（2）选择两个城市,如＂Ｃｉty_Name＂为"Heｌena和Ｒaｌeigh",或者选择多个。
（3）激活公路专题,选择＂Network／FindBｅstＲoute"命令，并设置成本字段。
（4）加载站点。
（5）计算最佳路径和全程距离。
（五）利用ＡrcVｉew救灾应急（查找服务范围）服务
1．实验内容：
练习网络分析模块的应用,查找消防站的服务范围，估算莫斯科两个消防站的效率并对其进行分析。
2．实验目的：
目的是了解网络分析中查找服务范围的操作及应用,为现实生活提供了决策支持。
３．所需数据：
ＧIS_data\Data5＼Ex3目录下的数据线图层mｏscowｓt和点状专题图fｉrestａt.ｓhp。
数据虽如同（三）一样，但本实验目的则研究定位问题。
4．实验指导:
（1）加载＂NｅtworkAｎａlyｓt"模块，加载数据并设置地图单位和距离单位。
（2）激活街道图层,选择"Netwｏｒk/FiｎｄSｅrｖeArea"命令，回答问题定义对话框。
（３）加载站点,选择＂TrａｖelfromSitｅ/LoadＳites"命令。
（4）输入响应时间，完成在响应时间的地区为服务范围。
（5）单击"Ｓｌｏｖe NetwｏrkProbｌeｍ"按钮即可实现。
实验６ 叠加分析
一、实验内容
1.图层叠加操作实验。
要求在统一的坐标系下将同一区域的两个图层进行叠加,产生新的空间图形和属性，以提取具有多重指定属性特征的区域,或者根据区域的多重属性进行分级、分类。
２.典型ＧIＳ叠加分析应用--土地适宜性分析。
二、实验目的
通过实验,掌握GIＳ图层及图层叠加产生的地理意义及应用。
三、实验过程
（一）图层叠加分析
1.实验内容:
为计算洪水淹没区域,假设该问题只与地形高程和土地利用有关,再假设地形高程值大于５０0米的范围不受洪水淹没,由高程多边形的最大高程属性决定;土地利用为住宅用地的考虑对象,地块多边形的土地利用属性（Lanｄuｓe=R＊的住宅用地）决定。
2.实验目的：
通过实验掌握图层的叠加并对叠加后的图层进行分析，能在实际中解决问题。
３.所需数据：
ＧIS＿ｄata＼Daｔa6\Eｘ1目录下的高程（Cｏｎtoｕr．ｓhｐ，其中属性表中的字段Hｅight表示该多边形的最大高程）、地块（Ｐａrｃｅl.shｐ,属性表中的字段Ｌanduse,Ｖalue，Clａss分别表示土地利用、估计财产、地基类型等属性）两个多边形专题。
4．实验指导:
（1）加载地学处理模块（Geoprocｅssing）。
（２）加载数据。
（3）选择"View／Geoｐrocessing＂命令，在"Ｇeopｒoceｓsing"对话框中选中"UnionTwｏTｈeme"按钮完成叠加。
（4）打开工具栏的属性表，利用查询语句,可以查出被洪水淹没的区域。
（二）属性计算、分析
1.实验内容：
利用现有的属性数据，建立和计算新字段。
Wp.shp属性表中字段Ａrea（面积）是用平方米度量的，实验者要把面积度量单位转化成英亩;主要是属性的计算和分析及属性表格的关联和链接等。
2.实验目的：
掌握属性数据的操作,学会简单的数据处理方法，进而解决实际问题。
3．所需数据:
GIS_data\Data6\Ex２目录下的一个森林立地专题（Ｗp.shｐ）、Wpdata.dbf和Wｐacｔ.dｂｆ两个可被关联到Wp.shｐ的属性数据文件，Ｗpｄaｔa.ｄbｆ包括了植被与土地类型数据，Wpact．dbf包括了活动记录。
４．实验指导：
（1）加载数据,并打开其属性表成编辑状态。
（2）选择＂Tａble/Starｔing"命令,开始编辑。
（３）选择""命令,对选定字段进行表达式计算。
（４）选择＂Ｔabｌe/Stopｉｎg＂命令停止编辑,保存编辑结果。
（5）激活项目视窗，选择Taｂle/Ａdd命令,弄清源表和目标表。
（6）选择"Tａｂle／Lｉnk"命令,使用ＩD码联接两个表。
（三）适宜性分析
1.实验内容:
用指定指标选择寻找一个新的大学水产养殖实验室的适宜地点：
要求条件如下：
首选土地利用为灌木林地（如Lanｄuse.shp中的Lｕcｏｄe=30０）。
选择适宜开发的土壤类型（如Soils.shp中的Suit>=２）。
地点必须离下水道管线300米范围之内。
２．实验目的：
掌握常用的基于矢量的分析,诸如缓冲、地图叠加、边界融合，表格数据处理以及AvenｕｅＳｃript样本的应用,模拟实际项目做GIS分析,为实际应用提供依据。
3.所需数据:
GIS_dａta\Dａta6＼Ex3目录下的Sewers.shp（地下水管线图层）、Ｌａnｄuｓe．ｓhp（土地利用图层）和Soilｓ.ｓhp（土壤图层）。
4．实验指导:
１）土地实验需求的缓冲分析
（１）选中地学处理（Gｅoprocｅｓｓing）模块。
（2）加载数据,并设置地图单位和距离单位。
（３）选择"Thｅmｅ/Ｃｒeaｔｅ Bufｆers"命令创建缓冲区,完成缓冲分析。
2）土地适宜性叠加分析
（１）选中地学处理（Geoprocessｉnｇ）模块。
（2）加载数据,并设置地图单位和距离单位。
（3）选择＂Vｉｅw／Gｅoproｃｅssiｎｇ"命令，在＂Gｅoprocesｓinｇ"对话框中选中＂InｔersectTｗoThｅme",完成叠加分析。
3）土地适宜性查询分析
打开属性表,在字段定义框中设置字段并赋值完成查询。
４）AvenueSｃript在土地适宜性分析中的应用
（1）选择＂Eｄit／Delｅｔｅ Fｉeld"命令，把表格中多余的周长和面积删除。
（2）选择＂Hｅｌp／Heｌｐ Ｔｏpic"命令,查找宏语言的源代码。
复制,粘贴。
（３）运行脚本文件。
（4）选择"Ｆieｌｄ／Staticstiｃ"命令,对符合条件的查询。
（5）选择＂Vｉｅw/Geopｒocesｓiｎg"命令，在"Ｇeoｐｒoceｓｓiｎg"对话框中选中＂DissolveFeaｔｕｒｅsBasｅdonAｎArribute",进行叠加分析。
实验7 地图设计与输出
一、实验内容
１.基础地图的编制。
２.专题地图的编制。
3.系列图的生成。
４．数字地图的输出。
二、实验目的
1.巩固地图学基础知识。
2.掌握用GIS工具实现数字地图布局设计和输出。
三、实验指导
（一）用ＡｒcＶiew实现
1.基础地图的编制
（1）实验内容：
根据所给数据完成基础地图的编制及设计。
（２）实验目的:
通过本习作的练习,初步了解基础地图的编制及设计，为地图的出图做准备。
（3）所需数据：
GIＳ＿data\Dａta7\Ex1目录下的村庄（Ｓub_cｏｎ.shｐ）。
（4）实验指导
①加载数据,设置地图单位。
②修改图例。
③编排地图。
④打印地图。
2.统计图的制作
（1）实验内容:
本实验要求依据所给的数据产生选择乡镇的面积统计图。
（2）实验目的：
通过本实验了解统计图的制作过程,并生成满足条件的统计图,为制图输出做准备。
（3）所需数据:
GIＳ_data＼Dａtａ7\Ｅx2目录下的乡镇图（Tｏwnsｈp.sｈｐ,人口密度专题）。
（4）实验指导:
①加载数据，并打开属性表,单击面积字段。
②在表中用选择工具加Sｈｉfｔ键选择若干条记录（１0条左右）。
③选择＂Tablｅ／CrｅatChart"命令，在"ChaｒtPｒｏｐｅrｔise"对话框中进行设置，生成统计图。
④选择"Ｆｉeld/Sｕｍｍaｒiｚe＂命令,对生成的统计图进行分类汇总。
⑤选择""命令完成输出打印。
3．专题地图的制作
（1）实验内容：
实现等值区域图按行政单元显示统计图。
（2）实验目的：
掌握专题图的制作及输出，熟悉地图设计中的各种操作，最终能完成专题图的输出。
（３）所需数据:
GIＳ＿data＼Data7＼Ex3目录下的Ｕs.shp,一个显示１99０－1998年间美国各州人口变化专题的Sｈape文件，该专题的投影为阿伯斯等积投影,单位是米。
（4）实验指导：
①打开新视图,加载数据。
②选择"Ｖiew/Proｐｅｒties"命令，在＂ＶiewProｐerties＂对话框中进行地图单位、名字等属性设置。
③选择"Themｅ/Propｅrtiｅｓ"命令，在"ＴhemePｒopeｒtie"对话框中进行专题名、图例注释等设置。
④选择"Tｈeme/Legend"命令,在"LegenｄＥdiｔor"中进行设置并分类和重分类。
⑤在"Cｏlor Ramps＂对话框中选择颜色。
⑥地图布局设计。
⑦地图编排。
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