《地理信息系统》课程大纲2 j2 {) ~( k) M, T/ r+ Z; I: d
一、课程概述
2 u% G& C& U8 H) U. s" j课程名称（中文）：地理信息系统
( K$ Y6 e/ e0 ]（英文）：geographical information system
8 D# C g/ y& ~# X9 y6 g, T课程编号：19371087
3 F! ~0 m# b- }# {3 o% @课程学分：2
* o4 V% m! A5 M: [课程总学时：321 u u; [! ~$ y5 w5 b! ~" T- Y
课程性质：专业选修课 t- A8 E0 g( h
二、课程内容简介（300字以内）
5 v1 P4 }$ c I: \' H9 p地理信息系统是集计算机科学、地理科学、测绘学、遥感学环境科学、信息科学、管理科学等学科为一体的新型边缘学科。它从20世纪60年代问世，至今已跨越了50多个春秋，现已广泛用于资源、环境、交通、城市、农业、林业、海洋、军事等领域。本课程的主要内容是介绍地理信息系统的基本概念、原理、基本组成，地理信息系统的结构与功能，空间数据结构的类型、数据的处理方法与空间分析以及在林业和相关专业中的基本应用等。
+ _6 b) @$ o' r三、教学目标与要求 X5 A! N7 u/ k7 T- z& G: G
《地理信息系统》课程是园林专业方向的专业选修课，本教学大纲适用于园林专业本科生教学。5 ^3 d# m* w e) V
通过本课程的学习，使学生了解地理信息系统的产生背景、功能、应用领域及发展方向；掌握GIS的基本概念、GIS的基本功能、GIS 的数据结构、GIS数据的采集与处理方法、GIS空间分析的原理与方法、GIS产品等知识点；懂得如何利用GIS去解决实际问题的思路。 J: X8 a! ~* @
在学完本课程后，学生应对GIS有一个较全面的了解，提高利用GIS解决相关专业实际问题的能力。9 p4 k, O/ t. z) D F
四、教学内容与学时安排6 i' w4 Q% k R( M
第一章导论（4学时）
+ k( J* X; {' Z0 m3 _& e1. 教学目的与要求：了解什么是地理信息系统？地理信息系统有哪些内容构成？地理信息系统能做什么？, L8 T6 M( K# K1 q* c
2. 教学重点与难点：重点掌握地理信息系统的概念、地理信息系统的基本构成基本功能和应用功能；难点是区别数据与信息的概念及关系、地理信息系统与其他管理系统的区别。
, B$ l7 t% Z3 H _& H4 ]第一节、地理信息系统基本概念（1学时）
. a3 f, U# J% G! L" ?2 F$ l- X% \一、数据与信息# `8 q- W8 R8 i: W
二、地理信息与地理信息系统' ^5 b Q8 z7 j( n
第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）
0 T# h" y* B1 n一、系统硬件
. i0 V" u- [0 a% j. u6 i1 ]二、系统软件
, f3 J* q b' x三、空间数据, L5 A; }2 f# \
四、应用人员
M6 f: H: _, ]6 c1 }% A五、应用模型; ~( r" v& h2 _" {4 l5 k. R% _
第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）+ ^( H8 B9 v, W- D
一、基本功能
: h- y K2 V/ K: M- o4 w二、应用功能
) S+ _% J; f' x1 |8 w9 Q) E第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）
* M/ z1 q6 ]* V5 P# F7 j4 D一、发展概况
# X5 ~3 `, w; s S1 ]5 |; F二、基础理论( w6 h0 P; g% c# X |
第二章地理信息系统的数据结构（6学时）
0 m+ y4 \; Y. b' [$ Q a0 ]) L' C1. 教学目的与要求：通过本章内容的学习，让学生了解地理信息系统的核心是空间数据，掌握空间数据的来源、空间数据的分类、空间数据结构的类型。* l' d& U$ k5 X/ b* T
2. 教学重点与难点：重点掌握地理空间的概念和空间实体的表达方式，GIS空间数据的分类、基本特征，空间数据的拓扑关系，空间数据的类型（矢量数据结构、栅格数据结构、曲面数据结构）与编码，空间数据的分类与编码；难点是区分不同的空间拓扑关系、矢量数据结构和栅格数据结构的编码方法。' H/ n3 k* h! R9 S3 x
第一节、地理空间及其表达（1学时）: h9 \: b. P' c# B9 ^
一、地理空间的概念
+ I9 P0 ~$ p8 G; }( C& P( p/ k二、空间实体的表达
, ]1 f q0 Y5 q第二节、地理空间数据及其特征（2学时）# L/ q f9 S6 I& ], a
一、GIS空间数据的分类
* h; E0 P0 z$ O- B2 x8 |二、空间数据的基本特征
, Y" H1 w6 l# J: |$ W. I2 `三、空间数据的拓扑关系
1 J+ i- i3 |" D$ h% Y四、空间数据的计算机表示
: i0 N8 S8 q& ]( A4 _1 ^第三节、空间数据结构的类型（2学时）
3 [- }8 o" A; V3 c* c* r一、矢量数据结构
8 B) x& _3 |2 h/ x, G2 o2 x二、栅格数据结构
! S+ p4 v0 R p9 W1 P! ?# }7 \三、曲面数据结构
6 i2 Z" A& o% K+ l) X; N第四节、空间数据结构的建立（1学时）
& Q# ^! G6 u' a+ |" Y- d! \% A& a一、系统功能与数据源间的关系! e0 ^2 F& y! k& c
二、空间数据的分类与编码) r; N f3 q2 o W7 l
三、矢量数据的输入与编辑7 Z! O' n% j8 P: r! V
四、栅格数据的输入
) O7 j6 C: [, t7 s5 O五、曲面数据的输入
2 s7 S, X& s6 z" M7 p/ b+ g第三章空间数据处理（6学时）
4 t& ~' I( Y( l1. 教学目的与要求：通过本章的学习，让学生了解空间数据的处理过程。8 S7 h+ v* }7 y; f$ B' U
2. 教学重点与难点：重点掌握几何纠正的原理、地图投影的方法，矢量和栅格数据的相互转换方法，空间拓扑关系的多种编辑方式，数据压缩的意义，难点是几何纠正的方法、空间拓扑关系的编辑。
* z* T8 |- d3 u第一节、空间数据的变换（1学时）8 d9 W, x* E. ^" r
一、几何纠正
) J4 s7 x, |9 M% b6 ]" n二、地图投影及其变换; T! O5 R5 `# @% ~
第二节、空间数据结构的转换（1学时）
' f. x u! R$ G( a一、由矢量向栅格的转换
3 C5 E! v( g! D; z% } t+ E' l二、由栅格向矢量的转换" n5 W) e* [/ F4 n- s+ x! z j# T
第三节、多元空间数据的融合（1学时）; t0 A! s+ {4 j+ H) q+ v
一、遥感与GIS数据的融合
" N! K1 u* U: J, B二、不同格式数据的融合
( e4 ^5 k3 x/ ~& E' L" o第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）1 U# S9 N9 N( L: j7 w9 M
一、空间数据的压缩5 S, I: S% ~& @5 b$ }
二、空间数据的重分类
9 F0 F7 O, E9 y/ }8 Z第五节、空间数据的内插方法（1学时）: r5 E- S& Y) [$ ]$ v% [6 p7 i
一、点的内插
/ S2 H6 J1 c" m) j二、区域的内插
" t" C9 A' s+ @/ J8 E. H1 x/ j第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）
" h3 E1 D) j$ C' S8 ]- I7 j2 R一、多边形连接编辑
) Q& H o3 L4 p& t7 m; u# ^. Y二、节点连接编辑
2 k7 y5 j1 a- x; x第四章地理信息系统空间数据库（4学时）
7 {$ W! e5 \5 S1 K2 d1 `6 n* z# c1. 教学目的与要求：通过本章内容的学习，让学生掌握地理信息系统空间数据库的建立过程。
$ ?5 ~4 x5 k! O4 z9 z2. 教学重点与难点：重点掌握空间数据库的概念，空间数据库设计的过程、步骤，空间索引方法，空间元数据，时空一体化数据模
1 D3 U+ r. c+ Q: p* j, T% s7 a/ m1 J 型的类型；难点是空间数据库建立的方法。% T* j' {3 N! S$ F o) U0 t7 }
第一节、空间数据库概述（0.5学时）
5 y6 A7 ^7 u* M- j# C$ K, Y( P9 }! C$ A一、空间数据库的概念) q/ X: \ L V& j6 e
二、空间数据库的设计+ M$ x" b7 s1 ~2 \& t" x) N
第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）
4 Z/ W% \4 }8 C一、语义数据模型$ X4 z' J3 k8 H* P5 s' B8 P* D, ^
二、面向对象的数据模型5 i4 M" G9 D& Y+ p- a# o. i) t* }
第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）
% B$ k4 G% g9 {$ @1 Q一、关系数据模型
; u4 P6 s% M% p$ y' J二、逻辑模型设计
& g, @3 S6 m$ q5 Q" @第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）$ w9 |" e3 `. N. y3 Q" r) `4 l
一、空间数据库的物理设计概念
" R+ Q8 e2 O" W% z+ b$ d' Y; F8 v; B二、空间数据库的物理设计步骤7 J6 i% {7 ?+ A9 w0 x' @( { C
第五节、空间数据查询（0.5学时）. x( E8 ]+ i( x L, D2 f9 W; `' d
一、空间关系查询类型
5 k5 D, J6 ^ ^. l) t二、属性数据查询# k! o& H6 Z- w4 `
三、空间属性联合查询
( l* S+ e* P# ^# [8 ^9 B7 E) Y2 m四、空间查询语言& G5 e) C Q: Z8 {( h" i
第六节、空间数据库索引（0.5学时）+ x8 N+ ~' I; `7 h/ W
一、范围索引
0 \! k+ ~" R2 o! u- T0 [二、格网空间索引
0 k- S2 U, q5 I, ^7 \三、四叉树空间索引! [" n% j- R" c8 x+ j8 }+ J
第七节、空间元数据（0.5学时）0 _" w5 N \8 i/ ~9 X* X
一、元数据及其作用
8 t9 B' D6 r$ Y. b: z1 Z二、元数据实例8 h7 u% H3 G2 z. B! w
第八节、空间数据库引擎8 ]$ ? n+ U% H5 d! Z
一、空间数据库引擎概述
0 P6 v6 J: Y8 D. K% P二、空间数据库引擎的工作原理
8 A w9 b5 v8 C6 F第九节、空间时态数据库（0.5学时）/ ^' h+ y4 q, r% B3 f8 z3 Q
一、空间时态数据库概述
+ E. W# A" j; a3 A+ [ q8 j二、时空一体化数据模型! [2 P7 M' M. ]# ?! a
第五章空间分析的原理与方法（6学时）% S" j# u2 s5 F% U- P1 p
1. 教学目的与要求：通过本章内容的学习，让学生掌握空间分析的原理和应用。8 K* p) C3 L8 d# i9 r
2. 教学重点与难点：重点掌握空间分析的定义、类型，DEM、DTM及相，空间叠合分析概念及方法，空间邻近度分析的类型及方法，空间网络分析的定义与算法；难点是DEM的建立及分析。 L: ? f4 I% p" C. p. Y. G |( @
第一节、数字地形模型分析（1.5学时）4 ?& q) d/ q& y
一、地形因子的计算
& @$ e. o9 e) ?, p二、地形剖面线计算6 {2 W0 X$ M, |4 ]# _
三、DEM的通视分析3 r% }) U3 M7 M
第二节、空间叠合分析（1.5学时）
: m1 Q- c# p1 Q" J: v一、空间叠合分析的概念
) a" Z9 X" I0 z: K8 }二、基于矢量数据的叠合分析+ e+ k3 u2 U, g
三、基于栅格数据的叠合分析
, l2 K9 t9 t$ r% b第三节、空间邻近度分析（1.5学时）+ M5 `6 g- J0 j9 _3 @) Q% i
一、空间缓冲区分析
7 m, g# _6 r2 S4 A) R; P* v! U二、V oronoi多边形分析
# j* a% B* y: D4 C0 a. J" X第四节、空间网络分析（1.5学时）+ {2 _9 [: i. L/ V9 X2 g+ E- I
一、网络图论的基本概念& Z) O% E- d/ ^- E" s; W) |
二、计算最短路径的Dijkstra算法+ z$ Z% H. ~; u2 K# I7 t) M: q& N
第六章地理信息系统的应用模型（2学时）/ @( T# D4 g3 g: E5 E6 J7 T) o
1. 教学目的与要求：通过本章内容的学习，让学生掌握各种地理信息系统模型的应用方法。
. [- r5 X4 @$ J2. 教学重点与难点：重点掌握GIS应用模型的分类，应用模型的构建步骤，各种模型的分析，难点是各种应用模型的构建。6 ^) |: a/ }; J+ ^: ^
第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）
$ P: S- t5 @$ W' O# A一、GIS应用模型的分类
, ^. B- Z. m3 t, U: N" N二、GIS应用模型的构建
8 C$ C& a8 F& w, M第二节、土地定级估价模型（0.5学时）
3 ~: n* t7 ~/ z" v5 {/ {一、技术路线
2 @4 \% y" j7 h二、土地定级估价模型7 q. e% r) D# n$ j
三、应用实例1 U$ M: q( I6 X/ i) ?
第三节、适宜性分析模型（0.5学时）' Q- K4 y3 c* e: ]* n) H/ s T
一、一般形式
* O u6 X5 {; i1 p% u二、应用实例
: i* O1 W3 a+ ~8 W第四节、发展预测模型! A, ^; `# j" ?4 U5 r. v
一、一般介绍
" I" Y H' N( w二、应用实例+ i! L- @1 J) ^! w9 }
第五节、区位选择模型（0.5学时）
/ t; D0 s4 Y, W7 U6 A/ V- h一、数据准备阶段
% T3 {6 r3 @9 L$ ~" x7 C二、综合影响评价阶段' r# l9 v, U8 p3 n
第六节、交通规划模型$ k) n h7 d0 e' k5 C1 S
一、交通发生量预测模型
* a. Y% O7 a! P4 l$ ^5 V- O5 @& ?二、出行分布预测模型
; ]- J6 w. f8 L2 H8 `! O第七节、地球科学模拟模型4 f; u4 ^$ t2 c4 R7 `/ P
一、确定土壤侵蚀的数值分析模型
+ K) S) O2 r( l v+ W, B2 x2 i1 z1 m二、设计土壤侵蚀数据处理流程- W; h6 Y% L* n5 E
三、土壤侵蚀图的输出) _7 g/ L4 p" y. V6 f
第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）: ^& f2 @3 @8 W4 X0 j5 r& W; f- E6 N
1. 教学目的与要求：通过本章内容的学习，让学生掌握地理信息系统的设计和评价。: [. G' X6 T" u2 w) ^& F5 M/ h
2. 教学重点与难点：重点掌握应用型GIS的设计内容，地理信息标准化的内容，地理信息系统的评价内容，难点是应用型GIS的设计内容。; J! Y' N' \7 x6 W7 x$ n# S
第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）6 J' d1 [2 Z" z
一、系统设计的目的, {9 z S/ g" w6 X/ s1 Y
二、系统设计的模式$ X' \# `/ t' F4 O# p7 |( f% q& Q
三、系统设计的流程1 e+ M, e J9 a: |9 _8 D3 E
第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）
4 ?1 Z0 X; t( E' t8 S$ y一、系统分析
3 I0 l! H% r+ e1 c5 L1 B二、系统设计5 G% r+ k# L& O) D
三、系统实施9 q2 u; w1 ^ t; [+ P$ j- C
第三节、地理信息的标准化（0.5学时）- [# k) k. `' _5 Z1 ~9 H
一、地理信息标准化的内容
9 J# X6 H0 M8 n# ~- A二、地理信息标准化的制定% d, c# _; f. A- X8 n2 [# F
第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）
: m$ b, P5 u: o% p) J7 r第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）
( l( Z' J" p- d' |1. 教学目的与要求：通过本章内容的学习，让学生掌握地理信息系统产品的表现形式。
0 f& z7 g) m6 p+ d2. 教学重点与难点：重点掌握地理信息系统产品的分类内容。0 S: `1 H2 k$ A$ ?! _* _) B5 O/ W
第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）
; E/ u; Q- e; G! i- S( c Q一、地理信息系统产品及其类型
! O. X+ d; o- F. z/ j8 h& ]二、网络地图和数字地球8 x5 R7 ]+ ?$ Q6 M% Y) _6 ]3 |
第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）
# u+ V, P! b! l3 u* a$ S; `一、图形坐标系与颜色模型* `; i6 F# G; W/ _8 u
二、输出的几何变换% q8 e3 N0 W% b( F+ a1 j8 n& ]
三、地形图与专题地图的输出组织形式) d; A& a0 p6 ]
第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）
& I* @0 N4 E+ {7 F" S一、三维空间制图模型
6 J) _/ d- w( {1 j! X+ O0 t二、数字高程模型的构造
- o7 W- Q2 P: P2 r8 A0 q3 c# |三、虚拟现实的设计与实现$ E4 w9 k" o: x/ V: ] e
五、考核方式与成绩评定
7 t" j3 L# V+ f理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）- r6 V; D4 b0 N4 F
六、教材及主要参考资料
U6 w: Z+ S7 O5 a3 N4 F教材：# l9 h9 m8 E; ?1 X8 e, Q
黄杏元马劲松。《地理信息系统概论》。北京：高等教育出版社，2011 参考资料:3 H1 i6 M( r. I* i
1、邬伦等。《地理信息系统原理、方法和应用》。北京: 科学出版社，2001; [; X( h! @' A( {8 x) w
2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，20098 u4 Q% {* A8 D
3、吴信才等。《地理信息系统原理与方法》（第2版）。北京：电子工业出版社，2009 |
