当前位置：首页 > article >正文

QGIS的入门(实习指导)

article 2024/10/20 5:18:45

一、实习概述

1.1 预备知识

QGIS是一套开源的跨平台地理信息系统，支持的操作系统包括Windows、Mac、Linux、BSD和Android。QGIS被认为是ArcGIS的平民替代品，具有丰富的GIS处理和分析功能。

QGIS支持栅格（Raster）和矢量（Vector）两种数据，前者主要包括GeoTIFF、JPEG、PNG等文件格式；后者以点、折线和多边形三种要素（feature）的形式进行存储，既可以是Geojason、ShapeFile、KML等文件，也可以是数据库。

QGIS提供了丰富的地图编辑与制图辅助功能，并支持制图成果打印与输出。

QGIS提供了强大的空间分析能力，除了自带的工具以外，还可以通过插件的形式进行扩展，同时集成了GRASS（Geographic Resources Analysis Support System）的400多项功能模块。空间分析旨在挖掘地图中的有用信息，以得到特定问题的求解，如路径分析、网络选址、热点分析等，具有丰富的用途。

QGIS的部分功能说明如下：

加载多种矢量图层并进行投影转换

QGIS支持多种矢量图层的加载，如ESRI ShapeFile、MapInfo files、 DXF、GeoJason、KML等数据格式，也支持CSV等统计数据的图层加载。利用投影转换工具，可以将多个图层转换到统一的投影坐标系中。

对矢量图层进行空间分析

强大的空间分析能力是QGIS的重要特点，支持对矢量和栅格图层的多种空间分析操作，如缓冲区分析、叠置分析，网络分析等。

加载第三方地图服务数据

QGIS提供了强大的数据加载功能。利用数据加载功能可以加载第三方的地图服务作为底图，并设置地图的属性，包括加载OSM（OpenStreetMap）底图、高德影像、路网地图等。

1.2 实习数据

“…//Data”文件夹中的实习数据集文件说明如表1所示。

表1 实习数据集

数据集	数据格式	描述
milano.gpx	.gpx文件	GNSS轨迹数据
CITY-ECA.csv	.csv文件	长江经济带主要城市的生态承载力数据
北京full.shp	SHP文件	北京市行政区划数据，包括市界和区界
北京天津辖明长城.dxf	DXF文件	北京和天津的明长城遗址线数据

1.3 实习内容

实习内容包括6个方面：

安装QGIS软件并进行配置：通过这部分实习内容，掌握QGIS的下载、安装和配置方法。如果需要查看中文界面，可以完成中文界面的配置。建议直接用英文界面。
添加多个矢量图层，并通过投影转换将投影坐标系进行统一。
对矢量图层进行缓冲区分析和叠置求交分析。
添加第三方地图服务：网络上有丰富的第三方地图服务资源，通过QGIS添加这些地图服务，可以帮助我们直观、形象地对数据进行观察和分析。

二、实习内容

2.1 安装QGIS软件并进行配置

QGIS软件可通过官网https://www.qgis.org/en/site/forusers/download.html进行下载（如图1.1），目前的最新版本为3.28（2023年2月23日），可以直接下载该版本，也可以下载以前的版本，例如下载稳定版本3.22版。

图1.1 QGIS下载

点击安装包，可以全部选择默认选项进行安装，直到完成所有安装步骤。

安装完成，桌面会出现一个文件夹“QGIS3.28.0”（下载安装的不同版本，则该文件名也不同），该文件夹中的文件如图1.2所示。

图1.2 QGIS安装包

选择其中的“QGIS Desktop 3.28.0”，启动QGIS。
设置QGIS的界面语言。选择“Settings-Options”，打开设置选项界面，如图1.3所示。

图1.3 设置环境

选择“General”选项卡，勾选“Override System Locale”，将“User Interface Translation”设置为“简体中文”，点击“OK”，如图1.4所示。（如果习惯英文界面，此步骤可以跳过。建议跳过此步骤）。

图1.4 设置界面字体

重新启动QGIS，界面已经转换为中文界面，如图1.5所示。

图1.5 转换为中文界面

2.2 添加矢量图层，进行投影转换

尝试在QGIS中添加各类矢量数据，并进行投影转换。QGIS支持ESRI Shapefiles、MapInfo File、DXF、KML等矢量数据格式的添加，也支持添加CSV等格式的统计数据。由于很多数据采用了球面坐标系，需要进行平面投影转换。一个地图中如果需要添加多个图层，必须要将图层的投影和坐标系进行统一。在这里，我们尝试添加一个DXF的矢量图层。

在QGIS的菜单中选择“图层Layer”，然后选择“Add Layer: 添加图层”（如图2.1），点击“Add Vector Layer: 添加矢量图层”，在图2.2所示的对话框中设置矢量数据的路径和文件名，然后点击“Add”按钮。

图2.1 选择“添加图层”

图2.2 设置矢量数据的路径和文件

数据被添加到图层中后，可以在地图视图和图层控制器中查看，如图2.3。

图2.3 显示矢量数据

在左边的“图层”中选中添加的图层，点击右键选择“属性Properties”，打开图层的属性管理器。点击“源Source”，查看图层的数据源编码格式和坐标系。将其中的“数据源编码Data Source Coding”设置为“UTF-8”（如果本来就是，则可以跳过此步骤）；如果图层没有设置坐标系，则在“Assigned Coordinate Reference System（已制定坐标参照系）”中选择“EPSG：4326-WGS84”为指定坐标系（如图2.4所示），然后选择“OK”以确定。

图2.4 设置坐标参照系

在QGIS的主界面中，选择“Vector: 矢量”—“Data Management Tools: 数据管理工具”—“Reproject Layer: 重新投影图层”（如图2.5）。然后，在如图2.6所示的对话框中，选择“Target CRS: 目标坐标参照系”旁边的按钮，选择“EPSG:3857”（横轴墨卡托投影Pseudo-Mercator），如图2.6所示。点击“Run: 运行”，将投影后的文件保存为shp文件（保存为“…明长城投影后文件.shp”）。

图2.5 选择Reproject Layer

图2.6 选择重投影坐标系

2.3 矢量图层的空间分析

在这部分实习中，主要进行空间分析中的缓冲区分析和叠置分析操作。

3.1 缓冲区分析

缓冲区分析以上一步输入的矢量图层“…明长城”为基础数据，对线状的长城进行缓冲区分析。

1）首先，要理解矢量要素缓冲区分析的含义。缓冲区以给定的几何实现边界，向周围扩展指定的范围大小，从而形成缓冲区多边形。此多边形表示当前图形的邻近范围，与其它图形进行分析，可以解决邻近性问题。点对象、线对象和面对象的缓冲区有所差异，如图3.1所示。

（a）点缓冲区（b）线缓冲区（c）面缓冲区

图3.1 缓冲区分析

2）选择QGIS主界面菜单栏的“Vector: 矢量”—“Geoprocessing Tools:地理处理工具”—“缓冲区: Buffer”（如图3.2），打开缓冲区分析窗口，如图3.3所示。

图3.2 选择“Buffer缓冲区”

3）在图3.3的缓冲区设置窗口中，设定缓冲区半径Distance为：10米、100米等值（分别设置10米缓冲区距离、100米缓冲区距离，查看不同的缓冲区效果。如果10米缓冲区距离效果不明显，可以将缓冲区距离设置为100米）。

图3.3 设置缓冲区半径

4）处理完成后，会看到图层管理器和地图视图中新增加了缓冲区图层（如图3.4）。将缓冲区图层Buffered拖到原始数据（如“明长城投影后文件”）的下层，可以看到，缓冲区范围是以明长城为中心线，两侧扩展同样宽度（缓冲区半径）的长条状面状区域。

图3.4 缓冲区分析结果

3.2 叠置分析

矢量图层的叠置分析包含了多种类型，如叠置求交、叠置求并、叠置擦除等，本次实习以叠置求交为例，其含义是对两个矢量图层进行叠置，计算求解两个图层相交的区域。以明长城数据为基础，我们的目标是分析有哪些数据在北京市密云区行政边界内，这就需要对北京市的行政区图层与长城图层进行叠置分析。

添加北京市行政区划图层“北京full”，并选中密云区（点击Select Features按钮进行选择），如图3.5所示。

图3.5 添加北京市行政区划图层（选中密云区）

2）选择“矢量Vector”-“地理处理工具: Geoprocessing tools”-“叠置Intersection”，如图3.6所示。

图3.6 选择“相交(intersection)”

3）在如图3.7所示的“Intersection”对话框中，设置输入图层（Input layer）为“明长城投影后文件”，设置叠置图层（Overlay layer）为北京市行政区划图层（北京full），并勾选“Selected features only: 仅选中的要素”，然后点击“Run运行”。

图3.7 设置Intersection图层

4）如图3.8所示为叠置分析的结果。可以看出，叠置分析后，落在密云区范围内的明长城保留（红色），其他部分看不到了。

图3.8 叠置分析结果

2.4 添加第三方地图服务

在这部分实习中，尝试添加第三方的地图服务数据，我们通过“添加WMS/WMTS服务”和“添加xyz格式地图服务“两种方式分别添加地图和影像数据。

补充：WMS: Web Map Service，Web地图服务；

WMTS: Web Map Tile Service，Web地图瓦片服务。

需要注意的是：虽然有些WMS 图层看起来包含了多种不同的地图要素，如道路、水系、自然保护区等，但其实WMS 图层是栅格格式的，是地图服务器用提前设置好样式的矢量图层渲染生成的图片。因此，这些地图要素是无法编辑的。

1. 添加WMS/WMTS服务

1）点击QGIS主界面左上角工具条

的添加图层按钮，弹出如图4.1所示的界面，选择“WMS/WMTS”。

图4.1 添加WMS/WMTS服务

2）在图4.1的界面中，选择“New”，弹出如图4.2所示的对话框。在图4.2的对话框中服务的名称（Name）和URL地址，这里我们连接terrestris，它是基于OpenStreetMap进行数据发布的，如图4.2。填写信息如下：

名称：terrestris

网址：http://ows.terrestris.de/osm/service

图4.2 创建链接的Name和URL

3）点击“Connect连接”按钮，出现了服务列表如图4.3，它们是该WMS服务器管理的所有图层。我们选择OSM-WMS图层，可以看到默认的坐标参考系为WGS 84，如图4.3。

图4.3 设置参数

4）点击图4.3的“EPSG: 4326-WGS 84”旁边的按钮，在如图4.4的弹出对话框中，设置“Recently Used Coordinate Reference Systems：最近使用过的坐标参照系”为“WGS 84 / Pseudo Mercator”，然后点击“ok”（图4.4）。回到数据源管理器界面，点击“添加Add”按钮。