《地理信息系统》课程大纲; V# Z2 a! M6 w' ]% T0 Y: F
一、课程概述 O2 `% H5 O7 ^$ O3 ~
课程名称（中文）：地理信息系统( {' R$ [+ W5 `* V+ Y
（英文）：geographical information system, p; \/ `1 y7 j) x
课程编号：19371087" x/ o% `% G5 }5 y6 j' P* ]
课程学分：2
$ N' ^ z. Y- z; v课程总学时：32
4 {0 _2 G/ p3 j0 q# B3 m课程性质：专业选修课1 M: ?* n9 R' a& `7 d& |
二、课程内容简介（300字以内）: K5 o5 V7 T, Q6 o2 L
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。
% q+ c. B8 S- e. X" L三、教学目标与要求
0 u0 @0 Q9 a$ \《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。
) E9 b% D: J- c& u' q( v8 F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。# S, {1 d( \4 K) o( V5 r
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。
1 |1 R2 d- F! F7 ` S 四、教学内容与学时安排( d+ e- a$ J, U9 ^8 c8 L3 M
第一章导论（4学时）
. ^( F* ?! T8 Q6 A% Y$ D8 G1. 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？
, {3 T2 n* b' z1 k2 s1 a2. 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。# M/ ]" A3 p' u- C' ?
第一节、地理信息系统基本概念（1学时）
' S" ]$ O5 J, e M. _一、数据与信息 g/ K6 {+ f8 c2 o
二、地理信息与地理信息系统
! R/ v( Z6 Q7 a第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）
/ A4 X. e) M$ M/ O- n一、系统硬件
. Y5 M% ^! c- ~' y# B二、系统软件
' q, |# p8 z: X& o% B三、空间数据4 ^3 K: E7 ~* b1 k
四、应用人员
2 M3 u$ w' `4 Q3 e1 d8 K$ d! {9 S五、应用模型
" x/ P& n. A! ?* j6 Z第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）
# L8 G$ \, I3 h( A一、基本功能
) q; H- t$ B# y# A( R8 i二、应用功能
: V9 `- `3 c ~' P% X) E) j第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）/ K. t, s+ o! l* d: s
一、发展概况/ C9 ]" ~' e) b: r* W. Z% \6 ?
二、基础理论) ?5 C& D( o0 z& H! C! ]
第二章地理信息系统的数据结构（6学时）
0 P3 H2 T# y9 _3 [! y/ I2 T1. 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。* f4 i6 _' z* X5 Z- S0 V% N
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。8 L! @! e& c' ~' d% }
第一节、地理空间及其表达（1学时）
8 Z( h- \* z$ s' r+ m% K一、地理空间的概念
" [+ v# h: v6 S! g$ R5 V0 l二、空间实体的表达; s; i- @: u- H0 ?- g0 Z/ G
第二节、地理空间数据及其特征（2学时）
" X; v1 U$ ^ o2 T5 X! `; W, p6 L一、GIS空间数据的分类
9 o$ |- {3 y8 Q9 J+ ~二、空间数据的基本特征
) b$ ]1 b9 u3 \三、空间数据的拓扑关系3 H: ~+ } {% l3 M7 x* A& w0 F
四、空间数据的计算机表示8 y( ^% L7 f3 z" Y
第三节、空间数据结构的类型（2学时）4 A/ Z0 U+ F- S+ [: P
一、矢量数据结构+ {! H/ V+ b- V+ ]5 |) ^
二、栅格数据结构$ L# ^" U1 P# j$ M7 R) c9 R
三、曲面数据结构
6 v4 _8 H9 }) D! b8 r第四节、空间数据结构的建立（1学时）/ ]* \) Q& [2 h8 P
一、系统功能与数据源间的关系2 h Q4 i! n. |; s! @0 f9 @+ _
二、空间数据的分类与编码
1 n5 M1 @" Y7 t) S4 T! H三、矢量数据的输入与编辑" m7 `* ?, O9 P9 Z& R- i
四、栅格数据的输入
* u) `' o1 F$ r+ Z五、曲面数据的输入
7 n1 h# g& U* P+ J/ C/ \第三章空间数据处理（6学时）
; T3 U3 _! a; D9 }' Q. C* e* q9 {1. 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。- Z; {% s9 e0 j. t* W
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。6 B/ x# ~/ U' d t: W
第一节、空间数据的变换（1学时）
; P/ P6 |+ I0 C* Z' X& u一、几何纠正3 G; h) f! @8 n8 M$ u9 S
二、地图投影及其变换
2 p/ C% [1 J! e5 F2 p0 F0 L第二节、空间数据结构的转换（1学时）
3 E0 |! X: l$ S% q& v8 Z一、由矢量向栅格的转换
4 F! B4 @- M! \+ Y/ f6 a& v; @二、由栅格向矢量的转换6 n( }# ?8 Z4 l9 l1 x) p4 C- Z
第三节、多元空间数据的融合（1学时）
# N3 b) R) r+ Z1 y& z一、遥感与GIS数据的融合
7 p$ n& ]. q3 `1 J) m0 @' \% d# A二、不同格式数据的融合
( Z* O' b$ U! H8 f' L I第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时） [; F; ~# t Y3 O9 {
一、空间数据的压缩$ U/ k ?2 d. T& p: E8 |
二、空间数据的重分类% ` Q4 G0 }7 Q: ` S7 X' O2 H
第五节、空间数据的内插方法（1学时）
+ Q/ h% T* T: r o% w6 B一、点的内插7 K: Y8 _! @; |7 \, | e9 y, h. x1 G
二、区域的内插
7 p3 r2 {1 ~* S' b& @第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）- @5 |0 H9 u/ z) N
一、多边形连接编辑( v: u2 Z( P8 l4 m5 z' |9 Q/ o6 c
二、节点连接编辑+ t+ S4 C1 f3 A( s: n
第四章地理信息系统空间数据库（4学时）' D- N3 R; k$ V* l0 Q( s
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空间数据库的建立过程。9 F9 I7 s* j6 m! e
2. 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
8 x& `: v! a/ |" p8 h! }' b 型的类型；难点是空间数据库建立的方法。7 r$ U' P7 B( [0 z
第一节、空间数据库概述（0.5学时）1 o/ W: t$ K1 z3 Y- I: m: [
一、空间数据库的概念
8 \8 }2 M3 o; a- m5 J二、空间数据库的设计; O2 p) ?" }7 Q, r( m+ m
第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）
- x" h0 ^, F6 q* S' V一、语义数据模型
' J0 v' [) m: [; _6 q二、面向对象的数据模型
# s. C2 `2 N: d+ o第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）
' X1 w" T8 `/ h; Y; c- A一、关系数据模型% D9 B6 ]& F( s$ W, n( C9 J% y
二、逻辑模型设计
, F3 I2 ?! d! y+ Z2 x第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）0 j1 u1 P0 P2 ]1 ], E1 K/ i
一、空间数据库的物理设计概念
7 ?6 Q; E* E# N二、空间数据库的物理设计步骤
) |! f! W8 @4 v& e1 H- K& |第五节、空间数据查询（0.5学时）( [2 g+ Q* d/ {; e6 {/ D5 F, N
一、空间关系查询类型% \. w: p" }6 ^+ J' n
二、属性数据查询 b( `7 P3 s q7 }" V# j! Y
三、空间属性联合查询
, {2 A4 Y( b. ?- @1 x6 z* O" H四、空间查询语言
- h9 h0 C+ ^' Y1 ^/ v, f4 }第六节、空间数据库索引（0.5学时）! H: s+ g% R! t8 l ?% u m) R* T
一、范围索引
- Y' V' q. w. }& j0 t9 g6 c二、格网空间索引
8 a: ~; N2 f0 @+ [3 ^三、四叉树空间索引
8 F( M; z( @' E# G' \' n第七节、空间元数据（0.5学时）6 ]% z: D5 C% d, ~! k
一、元数据及其作用
5 B0 u7 k5 |5 }, B# y1 |1 }二、元数据实例: S& A% w8 ?3 ^4 Z! s# p
第八节、空间数据库引擎. d9 T8 T2 P( V2 }. S5 X! ^; R0 ^/ p
一、空间数据库引擎概述
% g# D: O. X8 h$ D二、空间数据库引擎的工作原理
8 s U3 g$ e, u, q第九节、空间时态数据库（0.5学时）
% y- i: Q5 G7 X- x8 p一、空间时态数据库概述
7 }$ ? D% A) x7 C% g二、时空一体化数据模型* d4 x' O# m+ I1 s% i6 I! I2 a
第五章空间分析的原理与方法（6学时）7 T( d/ u4 j9 E2 F0 N+ d, u8 m4 W& W
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。
- T. E9 i0 {2 z: l1 d2 _& b* w2. 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。
$ y! S# X* x6 D- K第一节、数字地形模型分析（1.5学时）
7 `8 [' i* O( i M9 d+ m一、地形因子的计算
) m6 m9 }2 U% I; i% [6 J二、地形剖面线计算
/ l, n" w% ~" k: M+ l( L! d三、DEM的通视分析. W6 I+ F% d$ ~! g4 r0 q' Q
第二节、空间叠合分析（1.5学时）) d6 ^4 A/ X9 b/ w6 e
一、空间叠合分析的概念% S5 Z y0 f. v: \$ ]& c* @
二、基于矢量数据的叠合分析
3 c. l6 z' }7 d% O三、基于栅格数据的叠合分析
* F2 a5 f. ~3 U% E6 Y- A第三节、空间邻近度分析（1.5学时）
1 Y! b" }- [- ^3 {. ]一、空间缓冲区分析5 g: s1 a( W3 ` x5 J: p* p9 [
二、V oronoi多边形分析
) w7 L% y: W6 u. r8 u( v) s) f第四节、空间网络分析（1.5学时）: Z1 k0 h" o. |7 c
一、网络图论的基本概念0 P/ q- I7 c" j! G: n
二、计算最短路径的Dijkstra算法
% `: S( X7 c0 J; E0 V) z第六章地理信息系统的应用模型（2学时）
2 x: n& ?( w' z+ L1 K 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。
# {9 r. y9 n) l0 Y7 ]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。
1 T; A! [' v7 W& _2 Q$ S( ?* x+ @第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）9 t* C4 Y) ?- u3 A
一、GIS应用模型的分类
& j9 x! E; o, U: {) k二、GIS应用模型的构建
9 V' Q. X* Z u/ X8 d, t7 l8 g. q5 ^第二节、土地定级估价模型（0.5学时）7 }1 j4 J g! t
一、技术路线
9 U; j v2 q$ A. f% I, I二、土地定级估价模型9 D8 w, z) r! i0 B% m
三、应用实例
$ } e2 A$ }& k1 @. W1 k0 S第三节、适宜性分析模型（0.5学时）% x! i9 |0 M' J+ I9 v6 r4 v3 t' e
一、一般形式
7 G# g7 J, b1 p4 Y+ c5 N二、应用实例' t2 X& ^+ p7 L
第四节、发展预测模型! T8 N7 U% H- A! z- Q
一、一般介绍
! w5 x' o- u0 _) x% s7 ^二、应用实例
) k8 c% W" _& r9 F0 J第五节、区位选择模型（0.5学时）5 n1 d u- B! `
一、数据准备阶段
! h' `- M& Z. I3 @+ J g4 c二、综合影响评价阶段% A6 E8 x% D& `) p# v7 E
第六节、交通规划模型
* X! i7 o) V! Y/ i一、交通发生量预测模型
! N+ R6 t9 U5 k! V二、出行分布预测模型
- t8 ^1 v. t; q" m第七节、地球科学模拟模型
2 |' {2 ] @. g3 H# T! l) c, L一、确定土壤侵蚀的数值分析模型2 {- f1 ^4 y! a
二、设计土壤侵蚀数据处理流程/ F" q* _3 B0 }6 R
三、土壤侵蚀图的输出# p% P) I! j0 z+ S; l
第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）+ P6 w& ~9 w7 F- f
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。
# k+ [6 s" r6 x1 T; ?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。5 ^0 i) _0 z) Q; W% n% s, P
第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）2 K1 N" e$ b0 f/ s# p1 {2 z7 u
一、系统设计的目的3 M, ?% M* L* ~) D3 ~6 U1 }
二、系统设计的模式) B' i. @/ ?; t0 {9 j! N
三、系统设计的流程+ l4 t& X5 {( k2 W1 `
第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）
& z4 M+ S3 w4 M) z3 H一、系统分析
0 x0 J" [- {$ r% A1 c( B二、系统设计
: z0 l) p: z3 R0 X$ i0 z三、系统实施! h4 l, e4 V6 J7 _% |
第三节、地理信息的标准化（0.5学时）! [6 K" w3 O+ D$ g
一、地理信息标准化的内容
/ m* j; I& N* H- ]: D二、地理信息标准化的制定. t. }1 K B O9 C# A
第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）6 H! ?% h) c6 m7 K( n5 Y
第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）+ F) v. H6 U, P' \+ m; d2 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产品的表现形式。) l, [. q9 p- N& D% w. G( F/ X' s( H# R
2. 教学重点与难点：重点掌握地理信息系统产品的分类内容。
# _4 r9 E3 M8 `) { d1 b第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）5 R9 m4 W5 F( Q5 D1 Q( X O3 y$ k
一、地理信息系统产品及其类型
: O3 O- M0 j0 J) ~; p3 `二、网络地图和数字地球% z+ F7 `; y& v6 X! x4 {
第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）
' s9 B% c/ P: {. t" O3 R一、图形坐标系与颜色模型% K# c+ b& H0 Z3 Y7 t
二、输出的几何变换
8 @' R$ r" A# K% G g3 j三、地形图与专题地图的输出组织形式, G8 |, C* z( P1 \0 T7 C9 d
第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）
! ^# t ]) ?5 O: Z一、三维空间制图模型
; t# X: D" |& F二、数字高程模型的构造
: U. `+ y& I; l, d7 R/ |9 K5 ^ u三、虚拟现实的设计与实现
4 y5 h2 r4 g: T2 k五、考核方式与成绩评定
* r7 _( m* ^; E( _7 [' {理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）5 a: ^+ }8 f- a, h" Q. \3 U# |
六、教材及主要参考资料3 \9 w5 z* J9 K+ b8 ^/ z# H
教材：7 B( L! c. Y; X% v2 {
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:, i) f! I$ N! |0 N+ }
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
k# s2 C: M& }$ j2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009
C5 Y% R6 j" M3、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 |
