《地理信息系统》课程大纲# x0 T A p8 R* Q4 n
一、课程概述+ a" }$ s9 f8 b8 ? O7 o) Y
课程名称（中文）：地理信息系统
& [3 \& u( j) A（英文）：geographical information system2 W+ u9 z, @5 Z/ p3 j- L' J: N
课程编号：19371087
3 i' M, w1 Z* |7 c课程学分：2
y/ b) \1 m; V/ D# Q( X课程总学时：32, c" c5 ^! ]8 |3 i4 A* F4 n
课程性质：专业选修课
5 c' F( o/ o4 N5 h( Z; f# c% [二、课程内容简介（300字以内）
$ z7 u" Z' G$ c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。
+ a! z; N! U& ]7 N三、教学目标与要求
" p! j8 H% V8 I4 h" @《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。: U6 s; M" F) s0 ^$ n4 ^1 x
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。6 R; H% Y/ N& b* r- ]( e
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。
8 [( q$ ^# u# k9 |! O 四、教学内容与学时安排: i/ s: p4 @$ G0 _
第一章导论（4学时）
+ H: a0 \5 g9 S5 i2 b1. 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？
7 j" b: e( C) Z( N- V: w( X2. 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。
* \2 z5 O9 C+ P- }0 m第一节、地理信息系统基本概念（1学时）* V, v4 z6 q, ?, H0 w0 D
一、数据与信息- O# p- {+ A' g+ J3 D. }" N
二、地理信息与地理信息系统! c" \( h9 r6 j d) C
第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）: t( k& U1 N0 v+ V: t: o, o
一、系统硬件
1 [) q8 _+ ?' p二、系统软件
, v( x( N0 o' I" t三、空间数据
: J; O9 m3 B/ [: u四、应用人员
' t# ]4 k- A0 {. w- E8 L五、应用模型
) z9 X# l0 M9 R- |- F- p4 e3 w第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）
y* k+ c( e; d2 i2 |9 E0 P- _一、基本功能
& M$ ^& t8 Y0 ~3 A) f二、应用功能3 r1 s6 m n+ N- q S! _1 }
第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）$ m% {0 a) P* N8 I% T r# J5 S7 o
一、发展概况5 D) B) u$ r9 M) [1 j. F, o3 R; V
二、基础理论0 ?7 N A& I# O9 @
第二章地理信息系统的数据结构（6学时）; G, Z; I m1 Y% M1 R' _( W
1. 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。7 r' c9 {2 |0 m
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。( r4 o0 c6 [# a
第一节、地理空间及其表达（1学时）
4 F0 w4 Z5 Y5 w4 }3 U/ E1 C一、地理空间的概念* q( L5 O7 V0 K* J3 S1 n
二、空间实体的表达
+ t7 K5 d5 R4 c( r6 B/ g9 O& \- J第二节、地理空间数据及其特征（2学时）
7 ?. a, F4 w& ^% t一、GIS空间数据的分类
' K! `+ G' J$ l4 K二、空间数据的基本特征% v, B# D! w9 G$ ?& [- N: o. }& Y
三、空间数据的拓扑关系) B7 i3 z- Q }: ~
四、空间数据的计算机表示5 J* O5 J9 R$ M' S3 s
第三节、空间数据结构的类型（2学时）2 j% O% [! F* p8 \. A" L
一、矢量数据结构
, h" R% m" G2 L二、栅格数据结构- L/ I j) l5 B8 c9 B$ m
三、曲面数据结构3 o( D6 d: H1 l( j( O: |0 T
第四节、空间数据结构的建立（1学时）! C4 y. h, B) n$ }
一、系统功能与数据源间的关系9 b' s4 P8 N, V! o" f, e ^8 c0 O
二、空间数据的分类与编码3 R% A: w, ^4 p8 q0 a
三、矢量数据的输入与编辑 ~: c# k( |3 T+ A
四、栅格数据的输入
) s" u d. P \( u e; J' `1 C% S五、曲面数据的输入& Y: g3 {9 C& [ l3 ?
第三章空间数据处理（6学时）
3 n: i% t8 |. `3 L1. 教学目的与要求：通过本章的学习，让学生了解空间数据的处理过程。
7 b3 p- |. f: l6 j# u: n6 } 2. 教学重点与难点：重点掌握几何纠正的原理、地图投影的方法，矢量和栅格数据的相互转换方法，空间拓扑关系的多种编辑方式，数据压缩的意义，难点是几何纠正的方法、空间拓扑关系的编辑。
2 J! l2 o9 L6 p Y第一节、空间数据的变换（1学时）
( [% E& u# Z6 U! {$ n, L一、几何纠正
/ W8 g. U: t7 @+ @+ C3 U, L& u二、地图投影及其变换4 k, t+ \+ |; ]4 N, l, [) d
第二节、空间数据结构的转换（1学时）, h, t7 [3 e( {. v4 d% s, I5 u! v
一、由矢量向栅格的转换4 W3 O2 g' O4 }, Q' Y7 Y* Q
二、由栅格向矢量的转换
' u- C/ Z* h U- \, Z( [' M- b% t第三节、多元空间数据的融合（1学时）
9 i# x0 O4 }, X4 d; }$ I一、遥感与GIS数据的融合6 @$ a( t9 ]) C& }. F+ ]
二、不同格式数据的融合
- `- `3 |: O% ? M, {, T第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）
$ E" i8 a# {8 b1 l8 O, K+ a一、空间数据的压缩. W, ]2 m- Q6 P5 _
二、空间数据的重分类/ k Y; h- b/ P& \
第五节、空间数据的内插方法（1学时）
5 V! s0 t- @6 _! s3 `, s8 _一、点的内插6 y) n; b: u9 ?* [9 d$ X/ u
二、区域的内插
% [+ ]1 N* b- g/ s0 H第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）, m/ h7 V$ {* i, U6 i" }3 n
一、多边形连接编辑2 x$ c: @$ ]* N! {: B C% {6 S
二、节点连接编辑8 s( L% K- H3 L. H
第四章地理信息系统空间数据库（4学时）
; l& H' K# w* n. `# X3 v; W1. 教学目的与要求：通过本章内容的学习，让学生掌握地理信息系统空间数据库的建立过程。
# W* F+ d1 m/ E) B2. 教学重点与难点：重点掌握空间数据库的概念，空间数据库设计的过程、步骤，空间索引方法，空间元数据，时空一体化数据模5 c$ U. _, I& R3 f
型的类型；难点是空间数据库建立的方法。
4 A6 [& O% R3 f/ Z第一节、空间数据库概述（0.5学时）
0 h9 X4 q, \) B9 C) k$ l' m3 i7 H9 I: w一、空间数据库的概念
4 h# x: [( |0 t* `, l; d d二、空间数据库的设计+ {5 ]/ }1 Y, ~# {; I2 o# ^
第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）
& H! ]7 D) w1 Y2 U) U一、语义数据模型
) ^. p3 M2 E( x/ j4 c+ P. O* |二、面向对象的数据模型, t4 T9 H0 p( U* M
第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）
$ p2 A9 Z# G; U2 l' w一、关系数据模型
1 Z2 l) N' \ B; W二、逻辑模型设计
' v! i) t j1 Q: v% h! b第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）1 X, v6 ?: o: k+ U+ r0 [2 M5 J) o
一、空间数据库的物理设计概念6 {3 Y( O7 \& i0 O6 ]. ~
二、空间数据库的物理设计步骤0 I; Q3 G9 u$ ]/ d! v' q
第五节、空间数据查询（0.5学时）1 c9 d' K W$ v: L: m/ r' z
一、空间关系查询类型) c a; f) O ]. H" N
二、属性数据查询 w8 r& R' C& ]; ]0 n7 q! H6 }/ B* T
三、空间属性联合查询. N+ A9 J n; D* S. X; f' x
四、空间查询语言
5 y: x, G% k! E; l$ D, H8 |; ]第六节、空间数据库索引（0.5学时）
! }8 s; |0 {* Z' e4 P- q一、范围索引- ]* g2 h- C+ t! Z- \6 k
二、格网空间索引
: |8 c2 I; l$ w0 M# L三、四叉树空间索引2 \0 W; j7 F" R: l6 [: ^* { ^9 G6 G* l
第七节、空间元数据（0.5学时）5 d; K1 x1 _9 w; k1 |: |' P6 S, h
一、元数据及其作用
% D6 S4 {7 O h: g8 ^# o二、元数据实例
6 y9 g7 I) v4 w+ {- `第八节、空间数据库引擎
2 P- g9 j, P) x0 X. D7 M. K1 d+ D 一、空间数据库引擎概述
/ f( [( m+ h$ e# ^* |9 h二、空间数据库引擎的工作原理
/ q/ z# {/ Y8 t1 l: i第九节、空间时态数据库（0.5学时）
8 @/ y) p9 X" T8 ~一、空间时态数据库概述
6 w3 a' ^3 H% q7 [* e二、时空一体化数据模型
2 w5 B7 q0 Y5 {+ P第五章空间分析的原理与方法（6学时）
8 G* ?* h2 B$ G6 V& b1. 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 Y# L2 r/ R9 A# v) P8 S7 K1 I2. 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。
$ z! Y9 ~$ o; K第一节、数字地形模型分析（1.5学时）
. [7 |! r! ]+ r! _+ L; b6 _一、地形因子的计算
: j$ ^2 K% o, e) ]' h二、地形剖面线计算
2 a8 ?0 ?- f& b) }- \ W6 [三、DEM的通视分析
+ O }0 J$ Z7 t7 f第二节、空间叠合分析（1.5学时）
2 ]4 w7 a3 s6 S `+ Y" Q一、空间叠合分析的概念* n# ~( }9 T U) B e8 O/ f
二、基于矢量数据的叠合分析
' l3 Q) j% o1 X' l三、基于栅格数据的叠合分析
6 u6 S. ?( |) D4 C9 G2 ~第三节、空间邻近度分析（1.5学时）/ |8 ?( Z1 Z* X8 R
一、空间缓冲区分析
% d9 b0 G& Z# |* O8 r. ^/ p1 c二、V oronoi多边形分析; R( `6 e) G5 v! S3 x' F
第四节、空间网络分析（1.5学时）
. C1 j' V: M) ^2 V' b一、网络图论的基本概念0 p8 h7 M( u' T5 u8 H: W6 H$ t2 ~
二、计算最短路径的Dijkstra算法7 W/ I$ Q: c+ m! t
第六章地理信息系统的应用模型（2学时）$ I) e# P0 q9 c) ~
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。& j2 a$ F+ l! l
2. 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。( P3 O1 U$ }8 A# j! ^4 _
第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）
# W) p+ u' c; d# w9 ]一、GIS应用模型的分类3 T8 T/ C: N* w3 B( Z9 b7 O6 B3 p
二、GIS应用模型的构建5 P' v' a9 e! D' v
第二节、土地定级估价模型（0.5学时）
* Q) q( e) o, X% A/ k一、技术路线
2 i, E) n& e$ b4 D! t二、土地定级估价模型0 Z. ]" |* g3 d) W4 H3 `
三、应用实例
# `9 u; O8 `& G- Z第三节、适宜性分析模型（0.5学时）9 W3 O, x. O7 g2 K
一、一般形式& Y* u- U% m/ ~ K& E
二、应用实例4 U8 |+ Y* o7 u$ _# K
第四节、发展预测模型- ]6 J' ]6 O2 A9 K
一、一般介绍4 u% a: n! J9 j& z F- m. k
二、应用实例
) H. a- k/ N- v7 b第五节、区位选择模型（0.5学时）% z4 C$ P# w1 R& p
一、数据准备阶段: |& b3 m. V+ i' K* x* S) ]3 e
二、综合影响评价阶段
% u( g& z. L6 U4 o* W* Z9 q第六节、交通规划模型" F! J* E2 j+ p: r# p( n3 l- a
一、交通发生量预测模型* B6 V/ w6 C5 e' @! j
二、出行分布预测模型 e# b5 f0 g3 @4 b* h2 A; J4 P3 Z
第七节、地球科学模拟模型
9 [$ m. B8 p1 {1 z8 Q& K一、确定土壤侵蚀的数值分析模型
4 q2 t t3 Z9 C: S( g- ], v二、设计土壤侵蚀数据处理流程
* _" e. G/ Q( ~) O 三、土壤侵蚀图的输出
) k, V# J, d& r: ^第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）- w6 S: l* v! Z( m. D' o
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。
6 \4 z% C! V" |/ `8 d, c0 Q2. 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。 X) [# y7 W2 K# q1 H: p
第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）
" L1 q3 R- e( J' a- j# n6 w一、系统设计的目的! K" P, L1 z7 }5 x7 L
二、系统设计的模式
[$ m p! \) V三、系统设计的流程; j# b3 Z5 ]$ q A* ~4 w" B9 Y
第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）9 f9 N6 [( ]" b- ^) Q/ ?5 N7 X
一、系统分析+ l1 L8 [, }% h; r5 D( v
二、系统设计+ j2 [3 g4 n# J. [& G2 S: {
三、系统实施
8 v2 Q( K* v5 ^* ?% E# N$ Y0 u, t第三节、地理信息的标准化（0.5学时）
4 \- V8 N& g* H. g8 v一、地理信息标准化的内容# ~' b: ?4 a; E7 M. |( r8 R- a+ Q
二、地理信息标准化的制定
7 p. t6 y; \5 Q9 @9 R7 F" ]第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）% I2 m R& t, r: d, f
第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）1 d# n! C/ x; e- X& W8 _
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。
2 F2 `# ^' X: }, p2. 教学重点与难点：重点掌握地理信息系统产品的分类内容。2 @6 m: E8 i/ l; T% {
第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）
: ?, U3 l9 x2 t9 N. a9 y, }8 n( I一、地理信息系统产品及其类型% f4 o/ I: U* d1 V- R. ?2 t
二、网络地图和数字地球
* T1 e$ v: j% d u$ v0 g 第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）
/ e0 Z, t+ }7 F* ?( {一、图形坐标系与颜色模型. P6 _% C+ s- a' |
二、输出的几何变换$ m0 p- L, o' q, Y2 n! q) C7 ]
三、地形图与专题地图的输出组织形式
; o9 Q, D, f' ]. s2 x第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）" q ?( o0 x& x6 \8 D+ z( c' s" d5 o" C
一、三维空间制图模型
% y- a, h. n! G: J, s二、数字高程模型的构造1 t! N: g6 p$ Y# K3 s
三、虚拟现实的设计与实现
5 M1 S$ M! I, C0 _! ~% u/ D! }+ S$ {五、考核方式与成绩评定# o9 P; P! k0 a3 F y
理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）
5 x' {; B, V% ^" H6 |六、教材及主要参考资料' N) z+ t7 K/ u; I
教材：
) T0 Y8 Z: Z- v$ U, z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:
B# W3 Y* i9 w$ _' c! c. j1、邬伦等。《地理信息系统原理、方法和应用》。北京: 科学出版社，20010 I2 ~& R6 z# I8 ]/ c
2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009
' t% y$ n6 t0 Y/ D+ R3、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 |
