《地理信息系统》课程大纲" J# x$ p- w) z5 J
一、课程概述: S- d7 E' ?- C" l! [' Q
课程名称（中文）：地理信息系统
1 _9 U( _2 E3 K, A9 b/ q; \（英文）：geographical information system
( b% k c+ I" e课程编号：19371087
. }, S- L' R" `# d E0 ^课程学分：2
1 W) X6 ?/ B, J8 R0 O% F( r3 T+ _课程总学时：32
L! ]! G' j0 M& i A! h课程性质：专业选修课
4 ?1 p& M$ t' O( T! a+ a二、课程内容简介（300字以内）
2 j6 x' I" s- o. b6 e# v# n5 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。$ v- l7 \4 ]6 }+ U* K) H
三、教学目标与要求. S: c. \9 A5 x; E6 c
《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。1 ^8 y) Q: @- G- 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。( M* y( ]# U0 i( G" }( r7 l9 X3 z0 h
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。 ^. K, T; b* d" p9 l0 j/ r, o
四、教学内容与学时安排
+ u# S' ?; w6 p4 c4 a第一章导论（4学时）" A; y9 T1 o( V
1. 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 n& u( y" e" Y( h
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。" `8 m4 K$ w$ ?3 x6 B T- x
第一节、地理信息系统基本概念（1学时）
/ i: |7 _, A& K9 b. `6 s一、数据与信息
& @1 P6 ^4 z# }+ X" P二、地理信息与地理信息系统
2 [9 U# B8 G# r% }第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）
& |" Q. B% p- M. S一、系统硬件# V, j8 e2 M2 I7 L0 D% W% m
二、系统软件
3 ]4 w& a: N' O$ ]* a三、空间数据. b( n# g1 t2 J; I6 u# S3 T) Z3 M
四、应用人员
7 h' |" X8 E! D; v五、应用模型
4 P; j: r9 t% {. u6 n) l z3 l第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）
" h" C. f6 f0 B7 a A8 O一、基本功能
) O+ _; j8 G5 n- {1 F* O, v3 t6 @2 u二、应用功能5 F, c6 O! |# m$ E
第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）
0 A: V) p+ R- F- y" S+ o; x一、发展概况
- [5 T: F& n- N/ t5 L' q二、基础理论9 Y3 R; m( Z3 c: \6 H
第二章地理信息系统的数据结构（6学时）
8 D5 {9 T( l/ ^. ~" R1. 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。5 u @* K$ a% g3 g- c. }7 J
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。7 Q( u! h- K5 ]2 Y5 _
第一节、地理空间及其表达（1学时）# n8 J: h) N/ l
一、地理空间的概念
: [' O5 t- U( [) o二、空间实体的表达
9 P9 V0 h+ y& g& P第二节、地理空间数据及其特征（2学时）0 [5 \# a$ e* a9 @0 q; n3 Z
一、GIS空间数据的分类- e; @. k' e0 j' T/ F9 z
二、空间数据的基本特征
- n5 S4 ?; s0 P7 ]' z* I3 }* _; I三、空间数据的拓扑关系/ ~* F* ^4 N+ g/ A5 t7 D
四、空间数据的计算机表示1 b v0 J' `3 u2 r
第三节、空间数据结构的类型（2学时）
0 z: S% K8 l* l! ], f+ g0 p! y一、矢量数据结构
; Z0 n2 j: ^; \- p" d/ L二、栅格数据结构
- S5 j9 ^. L n8 E! T& j5 q$ ]* `三、曲面数据结构
4 N* B! R1 H: K& j2 `第四节、空间数据结构的建立（1学时）1 x6 a4 V5 g. z c) m, [8 z( W& [: H
一、系统功能与数据源间的关系
& E3 `1 O5 c+ s* }/ `, ^7 h7 y二、空间数据的分类与编码( U+ s; Z e7 t. b/ I" S( T
三、矢量数据的输入与编辑1 w% q. ?/ ?- k- Z. G$ c
四、栅格数据的输入! K3 k- B z+ o( I- u' s+ S
五、曲面数据的输入
# t6 l) [8 N. L2 |* I' t$ B- d! S第三章空间数据处理（6学时）2 p H$ q/ a1 M9 Q- ^( k3 M) S% d
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。- z3 {; N# Z6 a0 ?. ^
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。
# Q! q) x: c( I% S6 h9 h5 Q* y4 B7 b第一节、空间数据的变换（1学时）
+ V4 }9 ]9 z( _" x一、几何纠正
8 L( p. ]! Y( k: c) j% w二、地图投影及其变换7 l! L- N8 ~4 r4 K9 c8 W7 v/ f
第二节、空间数据结构的转换（1学时）
" d3 G J0 G0 A) N, u& m( \一、由矢量向栅格的转换7 J9 i3 u' f! i6 C2 P. v. C3 B+ m
二、由栅格向矢量的转换
7 {. \8 d7 p- I6 q% B第三节、多元空间数据的融合（1学时）
2 X" _% l5 d; u) V0 x/ G一、遥感与GIS数据的融合
4 |- \; Y, C* Z& k5 V二、不同格式数据的融合, c) K3 k; N: q1 M( |
第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）
8 g) d! v6 Z3 v一、空间数据的压缩
9 a6 z2 m9 a, J, ?& A二、空间数据的重分类& s: E, H4 R- Y1 r( i
第五节、空间数据的内插方法（1学时）1 r# K5 W, I1 _" z+ `3 X
一、点的内插* _7 L/ r# b9 i
二、区域的内插, |0 ?7 |* P9 B9 |0 C" G3 |7 K
第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）- M$ \: v5 k' K+ E% V, q
一、多边形连接编辑
, _ B @1 q5 ^, A8 W5 I二、节点连接编辑3 V7 w2 S' K8 y! D0 D
第四章地理信息系统空间数据库（4学时）& P3 c! Y4 t3 O- R- V1 A, z
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。5 J5 j: x Y2 M9 S8 M J- W7 o* w4 F
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
; s1 m `: i% T1 u2 C2 z! v 型的类型；难点是空间数据库建立的方法。! m8 A1 [( x; P/ i3 X, O
第一节、空间数据库概述（0.5学时）& P' b8 V$ G5 R+ H) A1 x" T* D1 L
一、空间数据库的概念
' S) Y( W5 V0 ]1 }" S' A* b- C: W8 i二、空间数据库的设计4 ~/ h/ R$ ]2 R
第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）% }' k+ o) ^* N( e1 S4 O6 ~* d
一、语义数据模型9 { j# u, \/ z+ t# {; O" a6 ^
二、面向对象的数据模型) u2 U9 D4 g0 v
第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）
, y5 q2 c! l' r* r( W7 i9 V一、关系数据模型
# x2 I1 C( I/ }7 U/ z二、逻辑模型设计
5 w5 B/ {2 U( k, h% w0 T; u/ ~1 F第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）
& @5 V7 A% E4 e+ Q; T1 o2 L一、空间数据库的物理设计概念# [! W+ Q; m5 @& k
二、空间数据库的物理设计步骤, o+ ]* a$ y: C5 T) p$ X& @
第五节、空间数据查询（0.5学时）
! r% \, E% H- _% z" j) E一、空间关系查询类型2 e/ L7 L+ i8 l
二、属性数据查询: V1 i1 G' R: D6 {( `" \( }& Z
三、空间属性联合查询
6 K3 [7 m* N: d% N) p$ m! q四、空间查询语言! M+ x4 H$ H. [( y7 z* G e
第六节、空间数据库索引（0.5学时）, u! i6 ~ G: ^; P( r9 h
一、范围索引/ o9 y! o% z7 w) d% C
二、格网空间索引
. g9 g' v2 E8 z/ I2 i三、四叉树空间索引1 S- u- s3 }, @- a! @) \; y! w
第七节、空间元数据（0.5学时）* B/ L# G/ D5 X8 d
一、元数据及其作用
( B' r1 h/ v' E& A. x" f+ }! a n: v二、元数据实例9 J j% L: O }: u6 I6 f& y
第八节、空间数据库引擎6 t2 [5 L/ ]9 {/ i. r+ ]. h, ~
一、空间数据库引擎概述
4 Q/ j. s- M, l. K二、空间数据库引擎的工作原理
- _7 D9 A5 z% w! t# d% C第九节、空间时态数据库（0.5学时）
6 r9 Y& U$ [- X) x9 \一、空间时态数据库概述
9 F6 J8 c3 K% m二、时空一体化数据模型8 }6 d0 l6 {& ~+ X8 ^
第五章空间分析的原理与方法（6学时）) B- x: \# Z2 G5 V
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。
2 x& [) k9 ]4 Q5 U& J) ?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。7 Q4 R8 G& _1 @
第一节、数字地形模型分析（1.5学时）
! O8 c8 Z. J2 c' ]6 w一、地形因子的计算. y0 ^8 n. C& P( ]3 A# \4 P5 ?
二、地形剖面线计算
2 M0 _, t3 e0 o) |0 s9 v2 c" @三、DEM的通视分析
8 }1 I% C- g6 c5 @9 F第二节、空间叠合分析（1.5学时）! o1 d! u: m; t; m+ k% I
一、空间叠合分析的概念: i- V( ~" c1 c5 ^
二、基于矢量数据的叠合分析; M) [( R3 v4 z1 U: k, |
三、基于栅格数据的叠合分析
2 u. p) E$ y2 G. h" Z第三节、空间邻近度分析（1.5学时）
+ V' i; m: B- C- I一、空间缓冲区分析( l% \ ~2 H: L. M4 C/ B
二、V oronoi多边形分析: Z5 ~6 z1 d0 W. F$ v1 o
第四节、空间网络分析（1.5学时）# b5 L4 H3 v. j; Y" s0 J' Y& Z
一、网络图论的基本概念
( r+ r( U' A' |2 p, q- P3 W二、计算最短路径的Dijkstra算法' w+ D1 i6 c$ B0 a3 B9 T
第六章地理信息系统的应用模型（2学时）" K7 [* w/ U9 e$ D
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。
, g. r5 c/ k4 d' n$ d2. 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。
9 T7 S4 @) D" s) m) R第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）$ A7 z# a. f" n* E# v4 o
一、GIS应用模型的分类6 {) }0 \* }( T8 k
二、GIS应用模型的构建6 {/ v# v9 y. K0 B/ m
第二节、土地定级估价模型（0.5学时）
$ [9 Z/ ^/ b* C% R# A一、技术路线
; [" r9 ]! ^5 D- G Q/ a二、土地定级估价模型" k# c& @ X& { F4 e3 O0 n
三、应用实例" u* D6 Y# f" ?; s, y1 X
第三节、适宜性分析模型（0.5学时）$ Y e$ K- [8 A8 Y' [7 O
一、一般形式
7 S9 [2 h& O, f9 x4 w二、应用实例
1 G% m0 d! V- Z! z8 t: \$ z/ @第四节、发展预测模型
1 W# @0 W( |( [& M一、一般介绍
) T- \& L$ @# F二、应用实例
2 q6 u& r- e: j; x9 s( P/ z第五节、区位选择模型（0.5学时）- V3 s& M9 o$ f* Q" _7 t4 q
一、数据准备阶段) v, B* n9 t1 n6 N: e C
二、综合影响评价阶段. \5 ?. \$ R$ Z; T0 C
第六节、交通规划模型
! c+ j6 q9 Z% W& u5 j: p" s一、交通发生量预测模型- a3 r2 P+ F: C4 Y# c7 f
二、出行分布预测模型/ x: a) b- f- O) J f8 P
第七节、地球科学模拟模型
+ Z3 P$ G' a( q$ O% |' t4 V一、确定土壤侵蚀的数值分析模型
- Y6 z- f% ^. |4 U二、设计土壤侵蚀数据处理流程
. `& {- J+ {9 K& }" H/ o! I1 A, X 三、土壤侵蚀图的输出
. p* t; p6 N/ x k t) z第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）# y) u4 C) L& i; w4 {3 z
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。
9 h2 f1 y6 F5 A+ P: ^; G: c2. 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。9 j& b9 q2 @, \: N ]
第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）; ^9 p# X6 w+ m6 p
一、系统设计的目的6 e+ T8 B; X. P
二、系统设计的模式
. U6 j7 i- t9 r) E; x/ L6 o三、系统设计的流程
, q' R& B7 V% o+ x第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）
8 r2 ?0 C7 l+ W, q/ M一、系统分析
, s' f3 Q! g! c x二、系统设计7 Z3 Z& u4 Y$ Q* |$ Y; ]: i& W$ S
三、系统实施
8 v$ e( P6 e8 p1 l第三节、地理信息的标准化（0.5学时）
* ~# r2 q/ y3 Z7 v4 e' U一、地理信息标准化的内容7 \4 Q; ]- g0 B ~. L
二、地理信息标准化的制定
* A, B/ d* J' C+ ]0 W. S第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）
3 F5 j' U: p) n! r. h8 S; K# D/ j第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）
# K8 U# l8 e" s" d& W7 V) V& h1. 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。
- R6 N8 ?+ x) S2. 教学重点与难点：重点掌握地理信息系统产品的分类内容。% k n; y; k1 g2 f- w
第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）
- g9 V* D2 h9 }: s. b9 C7 H一、地理信息系统产品及其类型
$ U7 \: o: K6 X二、网络地图和数字地球5 a$ A- W7 t3 ?: C
第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）! }7 b: y6 o J8 t
一、图形坐标系与颜色模型
; _; r2 Q: u% x( p) b7 e二、输出的几何变换/ q. n+ f2 E, b' b" v) G% S
三、地形图与专题地图的输出组织形式
' u! Y0 @- |: w- t7 g+ g第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）5 N' E% |! t" X5 I0 Q4 O( b) O
一、三维空间制图模型
! \2 N9 z1 c4 K二、数字高程模型的构造) D4 |# j$ u5 Q% _3 o- c- a
三、虚拟现实的设计与实现
& o. J3 T+ ?, L9 r f! D五、考核方式与成绩评定8 u9 o" |7 F! g; u; |9 o! W! `
理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）) M, w1 G8 X4 t: d+ I
六、教材及主要参考资料/ D# R" ~2 n( }' w/ b2 j J
教材：; Z& c* y( }" A& ^: G
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:
5 T' d' O, b2 p3 [2 I$ g2 n1、邬伦等。《地理信息系统原理、方法和应用》。北京: 科学出版社，20018 s, A& _* u+ b
2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009, c4 f4 m, p! i
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 |
