QGIS軟件及其應用教程（簡體書）

序

以地理信息系統（GIS）技術為代表的現代地球信息科學和技術已經滲入人類社會生產、生活的方方面面。作為最流行的開源GIS軟件之一，QGIS正被開源社區推向全球市場。

學習、使用和推廣QGIS，對個人、科研團隊、中小型企業具有重要意義。學習QGIS，能夠讓使用者花費極小的時間成本，獲得大量的地理空間信息存儲、計算、分析等高級功能；研究QGIS，能夠讓科研工作者和學生從代碼底層了解GIS軟件的運作原理，並開展滿足專業研究需要的研發；應用QGIS，能夠讓中小微企業大大降低GIS底層平臺的開發和運行成本。

胡云鋒博士是我的同事、好朋友。多年來，在國家發展改革委、科學技術部、國家自然科學基金委、中國科學院等部門的支持下，他承擔了多個衛星遙感應用產業化項目、農業信息化項目、生態監測評估項目。在這些直接面向基層、面向應用、面向工程、面向產業的重大項目實施過程中，胡云鋒博士、董昱和王娜等技術團隊核心成員，應用了包括QGIS在內的一系列開源GIS和RS工具，形成了多個先進的技術系統，積累了豐富的開源GIS解決方案。基於這些研究和實踐，本書深入淺出地介紹了QGIS的基本使用方法，用一個個實例講解了QGIS基本操作與常見的空間分析方法。對於GIS專業領域的學者和技術人員來說，這是一本不可多得的、可以放在案邊常翻常閱的操作手冊，具有重要的參考價值。

世界發展得很快，QGIS發展得也很快。為了方便讀者更好地閱讀本書，作者貼心地留下了他們的聯系方式，邀請讀者與他們進一步交互。這種交互不僅為了答疑解惑，也針對一些疏漏錯誤做好記錄，以備修訂完善，更是一種出版的責任、工作的熱情和對技術進步的追求。

借此機會，向這部工具書的出版表示祝賀！

中國科學院地理科學與資源研究所 研究員

世界數據系統可再生資源與環境數據中心 主任

國際科學理事會世界數據系統科學委員會 委員

2021年4月

前言

“地理者，空間之問題也，歷史及百科，莫不根此。”文明的起源、語言文字的發展等“百科”也與地理環境息息相關。古語道：一方水土養育一方人。人類的傳統生活習慣、生活方式受到地理條件的影響和制約。在城市擴張、經濟全球化、氣候變化的背景下，越來越多的自然和人文事物掛上了地理位置的標簽，催生了城市地理學、經濟地理學、全球變化科學等多種學科。這些具有“地理位置標簽”的各類事物在計算機中被抽象為一系列的點、線、面等圖形，並衍生出對這些數據進行處理的新技術，即地理信息系統（Geographic Information System，GIS）。

GIS萌芽於20世紀60年代，經過近60年的發展，它已經成為處理地理空間數據的主要技術手段。通過對地理空間數據的采集、存儲、分析與管理，GIS可以為復雜的空間規劃、自然與社會管理等實際問題提供關鍵支持。GIS已經廣泛應用在公共管理、資源開發、交通、水利、電力勘探、石油、礦產、環境保護、城鄉規劃、林業、農業、軍事、公安等行業，為政策制定與科學研究帶來了巨大方便。隨著全社會對GIS技術的認識逐步深入，以及GIS的廣泛應用，以GIS技術為代表的地球信息技術和產業已經成為各國經濟發展與社會進步的重要支撐，為全社會帶來了巨大的經濟與社會效益。在市場與政策的引導下，支撐整個GIS產業持續、穩定發展的基礎性、商業性平臺軟件，如ArcGIS、SuperMap、MapGIS等，也得到快速發展。

除了上述商業性、封閉的GIS平臺軟件，國際GIS技術和產業發展中還有一個重要的、開放的力量，那就是OpenGIS。在過去的幾十年，以開源地理空間基金會（Open Source Geospatial Foundation, OSGeo）為首的非營利組織迅速發展，其不斷產出和發展簡單易用、可擴展性強的GIS軟件與工具，如GDAL、OGR、GeoServer等。QGIS就是一款OSGeo發布的平臺型GIS軟件，具有制圖效果好、操作簡單、自由、免費等特點。近年來，QGIS受到越來越多的GIS愛好者、第三方商業機構的喜愛，並不斷發展壯大。

在GIS研發社區與OSGeo基金的支持下，QGIS的更新迭代非常快，大約每月都推出一個新的版本。如此快的更新速度使QGIS的功能不斷提升、優化，甚至連官方的使用文檔都趕不上QGIS的更新速度。2018年2月，QGIS發布了3.0版本，QGIS的界面和業務邏輯進一步得到改善和加強，在數據的讀取能力與地圖制圖方面進一步擴大了其優勢。但是，相對於成熟的ArcGIS、SuperMap等知名GIS軟件平臺，QGIS的中文資料很少，因此迫切需要一個系統的、深入淺出的教程來幫助初學者了解QGIS的核心功能和基本使用方法。

本書的主要目標即為QGIS的新用戶提供一個教程和幫助手冊，介紹QGIS的主要功能及操作。在本書編寫過程中，作者主要參考了QGIS官方說明、學術論文、GIS研發論壇和博客等大量英文資料。本書內容特別適合國內各高等院校地理信息系統、遙感等專業學生、地理信息相關產業從業人員，以及地理信息系統愛好者（特別是開源GIS的愛好者）閱讀。

GIS的學習需要實踐，QGIS的學習也離不開不斷地練習與操作。因此，本書通過實例介紹QGIS的基本功能與操作，並配有相應的實例數據文件，以幫助讀者鞏固知識與動手實踐。本書共包括12章，第1章主要介紹地理信息系統的基本概念及QGIS的基本知識；第2章～第6章主要介紹QGIS最常用的操作，包括數據的讀取、預處理、選擇、篩選、查詢、統計及矢量編輯等；第7章和第8章重點介紹QGIS的符號化與制圖功能；第9章和第10章重點介紹常用的空間分析方法；第11章介紹QGIS功能擴展的主要方法；第12章介紹如何使用QGIS Server發布網絡數據源，以及如何利用QGIS Desktop使用網絡數據源。作者在長期使用QGIS的過程中積累了很多“一點就通”的重要經驗和訣竅，這些經驗和訣竅均以“小提示”的形式呈現給讀者。

本書由董昱、胡云鋒提出創意和寫作提綱，董昱完成文字初稿，胡云鋒完成初步審核，王娜完成全部案例收集和圖件編繪任務，三位作者共同完成文稿的內容終審和文字校對工作。本書的出版是胡云鋒課題組長期科研積累的成果，更是董昱、王娜具體研究工作的結晶。作者衷心感謝國家發展改革委、科學技術部、國家自然科學基金委、中國科學院等相關部門長期的項目支持。在具體的科研活動中，作者還得到閆慧敏老師及羅亮、杜文鵬、劉曄、溫昕、李赟凱等同學的鼓勵和支持，在此一並表示最誠摯的感謝！

雖然本書在撰寫、出版過程中經過了多次研討、檢查和校對，但是由於作者認識深度、技術能力及文字功底等方面的水平有限，書中難免有疏忽和錯漏之處，希望廣大讀者不吝批評指正。讀者對本書內容有任何疑問、建議和批評，都可以與作者直接聯系，我們會及時查看郵件並盡快解決您的問題。

關於本書中的測試數據，讀者可以登錄華信教育資源網免費注冊後再進行下載。

作 者

2021年4月

第1章 QGIS與地理信息系統 1
1．1 地理信息系統及其行業標準 2
1．1．1 地理信息與地理信息系統 2
1．1．2 OGC標準 4
1．1．3 OSGeo及其開源項目 8
1．2 地理空間數據的相關概念 10
1．2．1 地理坐標與投影坐標 10
1．2．2 矢量數據、柵格數據與網格數據 13
1．2．3 地理空間數據的尺度問題 19
1．3 QGIS概述 20
1．3．1 QGIS及其產品體系 20
1．3．2 QGIS主要功能 23
1．4 常見的地理信息系統平臺 25
1．4．1 開源地理信息系統平臺 26
1．4．2 商業地理信息系統平臺 29
1．4．3 QGIS與ArcGIS的對比 30
1．5 本章小結 30
第2章 你好，QGIS！ 31
2．1 QGIS的安裝 31
2．1．1 在Windows系統中的安裝方法 31
2．1．2 在Linux系統中的安裝方法 35
2．1．3 在Mac OS系統中的安裝方法 39
2．2 初識QGIS 40
2．2．1 打開QGIS 40
2．2．2 QGIS界面 42
2．2．3 個性化QGIS 46
2．3 QGIS項目與圖層 50
2．3．1 QGIS項目 50
2．3．2 QGIS圖層 53
2．3．3 QGIS項目模板 55
2．4 基本地圖操作 56
2．4．1 地圖視圖控制 56
2．4．2 地圖裝飾 60
2．4．3 地圖導出 62
2．4．4 空間書簽 65
2．5 圖層的管理 66
2．5．1 圖層的基本操作 66
2．5．2 圖層控制與圖層組 68
2．6 本章小結 70
第3章 數據讀取 71
3．1 文件數據源的讀取 72
3．1．1 數據源管理器 72
3．1．2 添加矢量數據 73
3．1．3 屬性連接與圖層關聯 76
3．1．4 虛擬圖層 82
3．1．5 添加柵格數據與柵格數據金字塔 85
3．1．6 添加網格數據 87
3．2 數據庫數據源的讀取 89
3．2．1 SpatiaLite數據庫 89
3．2．2 PostGIS數據庫 90
3．2．3 Geodatabase數據庫 94
3．2．4 GRASS數據源讀取 96
第4章 數據預處理 100
4．1 矢量數據預處理 100
4．1．1 坐標系變換 100
4．1．2 矢量裁剪 104
4．1．3 聯合、融合與合並 105
4．2 柵格數據預處理 108
4．2．1 坐標系變換 108
4．2．2 裁剪與拼接 111
4．2．3 虛擬柵格與波段合成 114
4．2．4 柵格數據的配準 116
第5章 數據選擇、篩選、查詢與統計 120
5．1 數據選擇 120
5．1．1 幾何選擇 120
5．1．2 屬性選擇 123
5．1．3 隨機選擇 125
5．1．4 通過選擇創建新圖層 126
5．2 數據篩選 127
5．2．1 查詢構建器篩選 127
5．2．2 表達式與表達式篩選 128
5．2．3 屬性表條件格式化 130
5．3 數據查詢 131
5．3．1 矢量數據查詢 131
5．3．2 柵格數據查詢 134
5．3．3 長度、面積與角度測量 135
5．3．4 坐標定位 138
5．4 數據統計 140
5．4．1 矢量數據統計 140
5．4．2 柵格數據統計 142
5．4．3 柵格數據的區域統計 146
第6章 矢量編輯 149
6．1 基本編輯 149
6．1．1 基本編輯工具 149
6．1．2 要素捕捉與編輯設置 151
6．1．3 創建、編輯與刪除要素 154
6．2 高級編輯 156
6．2．1 高級編輯操作 156
6．2．2 CAD工具 161
6．2．3 創建規則幾何要素 165
6．2．4 工具箱中的高級編輯 166
6．3 屬性編輯 168
6．3．1 屬性編輯操作 168
6．3．2 屬性計算器 170
6．4 拓撲檢查與修正 171
6．4．1 拓撲檢查 171
6．4．2 拓撲修正 173
第7章 地圖符號化 178
7．1 符號化與圖層渲染 178
7．1．1 點要素符號化 178
7．1．2 線要素符號化 185
7．1．3 面要素符號化 186
7．1．4 矢量數據高級渲染 189
7．1．5 柵格數據渲染 195
7．2 標注和注記 200
7．2．1 標注 201
7．2．2 注記 205
7．2．3 地圖提示 207
7．3 地圖圖表 208
7．4 圖層樣式與地圖主題 210
7．4．1 圖層樣式 210
7．4．2 地圖主題 212
7．4．3 樣式管理器 213

第8章 地圖制圖 217
8．1 布局與布局設置 217
8．1．1 布局管理器 218
8．1．2 布局編輯器與布局設置 219
8．1．3 頁面與頁面設置 221
8．2 物件及其設置 223
8．2．1 地圖物件 223
8．2．2 地圖的三要素：圖例、比例尺和方向標 230
8．2．3 文字物件：標簽與HTML 236
8．2．4 圖形物件：形狀、箭頭和節點物件 238
8．2．5 屬性表物件 240
8．2．6 物件關係 242
8．3 布局輸出 244
8．4 地圖集與報告 246
8．4．1 地圖集 246
8．4．2 報告 248
第9章 矢量數據空間分析 252
9．1 QGIS空間分析框架 252
9．1．1 工具箱與工具 253
9．1．2 第三方算法工具 258
9．1．3 矢量迭代 260
9．1．4 工具批量執行 261
9．2 矢量創建 262
9．2．1 創建隨機點要素 263
9．2．2 創建規則網格與點陣 265
9．2．3 通過點要素創建路徑 267
9．2．4 創建照片位置點要素 268
9．3 緩衝區分析 269
9．3．1 簡單緩衝區 269
9．3．2 多層緩衝區 272
9．3．3 特殊緩衝區 272
9．4 疊加分析 275
9．4．1 擦除 275
9．4．2 相交 276
9．4．3 交集取反 277
9．4．4 聯合 277
9．4．5 線要素切割 278
9．4．6 線要素交點 279
9．5 網絡分析 279
9．5．1 最短路徑分析 280
9．5．2 服務區域分析 281
9．6 矢量與柵格的轉換 282
9．6．1 柵格數據轉矢量數據 282
9．6．2 矢量數據轉柵格數據 283
第10章 柵格數據空間分析 285
10．1 柵格數據基本操作 285
10．1．1 柵格對齊 285
10．1．2 柵格采樣 286
10．1．3 柵格計算 287
10．1．4 柵格切片 293
10．2 柵格數據的創建與生成 294
10．2．1 常量柵格與隨機柵格 294
10．2．2 表面生成 296
10．3 重采樣和重分類 298
10．3．1 重采樣 298
10．3．2 重分類 300
10．4 距離與核密度分析 303
10．4．1 距離分析 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 地形指數分析 308
10．5．3 山體陰影 309
10．5．4 等值線 310
第11章 擴展QGIS 312
11．1 插件管理 312
11．1．1 插件與插件管理器 312
11．1．2 插件的安裝與卸載 314
11．1．3 實用外部插件 315
11．2 模型構建 318
11．2．1 模型構建器 318
11．2．2 模型構建方法 319
11．2．3 實例：矢量圖層歐式距離分析 325
11．3 PyQGIS腳本 328
11．3．1 PyQGIS與Python控制臺 329
11．3．2 PyQGIS及其常用交互操作 331
11．3．3 創建PyQGIS腳本 336
第12章 網絡數據源的發布與讀取 338
12．1 初識QGIS Server 338
12．1．1 為什麼使用QGIS Server 338
12．1．2 安裝QGIS Server 339
12．2 發布和使用WMS 341
12．2．1 獲取地圖數據 342
12．2．2 獲取地圖圖例 344
12．2．3 QGIS Server服務設置 346
12．3 網絡數據源讀取 347
12．3．1 OGC標準服務 347
12．3．2 互聯網底圖服務 350
附錄A 表達式函數 352