《地理信息系统》课程大纲
4 @* b7 ]8 a1 L一、课程概述
! e4 A, o7 z0 D: E6 f课程名称（中文）：地理信息系统. Q; Z. @4 X4 l1 o2 J) z1 x9 U4 z
（英文）：geographical information system
% ?: w0 S* i6 z2 Z/ I' }课程编号：193710874 r" L$ H( o. @; x4 W
课程学分：2
% T: |9 P; y" e& s- z/ D课程总学时：324 \4 g* Y* [1 h) z! n& \0 w
课程性质：专业选修课/ |4 n9 t1 l* W! T0 A
二、课程内容简介（300字以内）& e8 ?# p# T2 `% B: {% S, ^- G- 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。 {9 Y$ {1 C, b2 P) f( \
三、教学目标与要求
5 y( D" U; P: e! h }; 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。8 N% p0 n- c% |: V. ~' H
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。
4 P8 I: ? K" r" U( m* a' p: b% P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。+ q4 f t- P0 m$ C
四、教学内容与学时安排7 R) B1 G1 R6 G" K0 S; }1 w
第一章导论（4学时）
, G& ~4 w2 _$ ?' t# 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？
! |, I& l6 ~' r! r. l8 `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。% K3 n2 a$ H3 f: f$ F% B
第一节、地理信息系统基本概念（1学时）2 z2 y- K! J3 p. E. c
一、数据与信息
4 t; q6 }8 i" k3 o/ z二、地理信息与地理信息系统, Z* [4 @* D: {$ G
第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）: ~9 F/ i+ ~2 {) P
一、系统硬件
, |6 F3 O9 ^1 T$ W0 O, y二、系统软件
2 @1 k- L4 ~5 [2 [8 w$ h三、空间数据) B& Y c `8 d g
四、应用人员
7 t v( C7 u& p+ S$ l4 [3 S五、应用模型) Z; \" R* S. W2 _+ k
第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）! m2 J# @# ~/ F* a* O
一、基本功能- c Q J; l h& @; J( ]- A+ c
二、应用功能
' v J1 G" T/ v7 q" G第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）
+ M+ X0 n5 v* J- X: P4 u: [- q一、发展概况
4 ^" z( {- i, d( [& C3 ]. P二、基础理论
1 [% s E: K1 f第二章地理信息系统的数据结构（6学时）. t# o' ?2 \* ]$ _$ M6 h1 g$ i
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。
: O3 _) i9 D3 j/ |3 X! N8 U 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。
; Z+ I- p7 B3 j G0 G9 b+ O第一节、地理空间及其表达（1学时）
7 j# D9 W8 i- n一、地理空间的概念) S# w0 r/ l6 P0 [ b0 A
二、空间实体的表达
4 I- J6 m0 z6 W$ D第二节、地理空间数据及其特征（2学时）6 E, x/ p6 X8 i$ m
一、GIS空间数据的分类
" m% t4 Z {2 G% t" _/ ]" Q: L/ f二、空间数据的基本特征2 H( K7 W4 c2 y" T
三、空间数据的拓扑关系
5 p4 b! L" o( t* s: s四、空间数据的计算机表示8 o/ d# A6 E0 g8 D( t
第三节、空间数据结构的类型（2学时）: P2 h& o* ]. g) T
一、矢量数据结构
: _1 k& x$ i, w3 B& t$ @' S二、栅格数据结构5 e) t: o( c7 A& H# \
三、曲面数据结构
# H: ^6 T" g8 ?1 {% z1 E第四节、空间数据结构的建立（1学时）
. h4 ?; M) x- Z- B! @5 U一、系统功能与数据源间的关系
8 j+ H; B+ I I9 Y$ ^* b! Q& K' A二、空间数据的分类与编码
9 O& Y3 u8 X+ q. V' R三、矢量数据的输入与编辑
) C( H& t; _& r* h. [四、栅格数据的输入
: E: ?# w; Q3 F2 T% `% |- o5 ~' M五、曲面数据的输入5 k; J- G+ f9 k2 G2 Z& H' h! W$ _( }
第三章空间数据处理（6学时）
) R% h: Y3 F* @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。" C6 O1 O& t( q
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。
0 K5 W3 n! y2 n第一节、空间数据的变换（1学时）
" e5 U; ?' y8 H2 \ m( D* n一、几何纠正' Y A; D" S. B5 O6 M% A* a
二、地图投影及其变换: ^9 p9 {( a; m/ V9 Q5 Y
第二节、空间数据结构的转换（1学时）
6 ~7 D1 D: z% j: o, D- W一、由矢量向栅格的转换1 E( O7 t# o7 K* n0 h$ b; t/ L K, S
二、由栅格向矢量的转换
9 l! D, Y- p _第三节、多元空间数据的融合（1学时）
$ v4 P, e8 V. K7 s a; x0 w一、遥感与GIS数据的融合
9 x) p5 C) o' f, D; l二、不同格式数据的融合
2 y# i! ]/ S. }+ \7 h% Q8 i7 [& _第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）
5 Y* K) C/ w/ C- w1 t$ C$ N一、空间数据的压缩
0 D3 {# {# K: W! G8 s S' _5 F二、空间数据的重分类7 m& R7 m; _: |& Y/ {# S6 B5 a, e
第五节、空间数据的内插方法（1学时）# S8 P3 r1 h6 v+ g! d
一、点的内插9 k& T; j+ n, w5 ]+ g* H1 J
二、区域的内插$ b- d$ m! E( o; O
第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）
P, E6 J) c6 F+ `( U一、多边形连接编辑
, b1 j: w/ @' U! A二、节点连接编辑
9 X0 q$ L" ?3 w! |; y第四章地理信息系统空间数据库（4学时）5 a8 ]/ j/ X: g" {
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。4 Y2 n o2 |7 n, @" a4 A5 s
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
% W. C+ n7 T4 P4 ~/ Y 型的类型；难点是空间数据库建立的方法。- P8 k# v; x( \
第一节、空间数据库概述（0.5学时）( H0 w% l m2 s4 `2 V# x
一、空间数据库的概念
1 w: @1 q- O% V" ?$ @二、空间数据库的设计+ }9 N0 s4 I. M& J( V$ a
第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）
3 q% M; H$ I8 x; U一、语义数据模型
# c1 T1 @* o6 }: p1 J二、面向对象的数据模型' ]" G' w, H l0 b+ o# j) D @
第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时） H0 o0 X U2 h( [. Y2 z2 J8 V
一、关系数据模型
) _/ o( ?! w+ o; W1 v& [1 V- b n二、逻辑模型设计3 ], a, c# V4 A3 x+ o
第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）* Y, h; L$ H$ T) E# @5 N" \. i8 q
一、空间数据库的物理设计概念
# f4 K: m! i7 b. N4 w5 `二、空间数据库的物理设计步骤 T+ Q$ t2 d* n2 Y/ |
第五节、空间数据查询（0.5学时）8 ^- v/ n/ `' x/ Y! D
一、空间关系查询类型# q+ W* ~6 x' z
二、属性数据查询
; p+ }5 X: p8 J- y* V- n三、空间属性联合查询' j! z2 w z7 t1 ^( Z4 I0 V
四、空间查询语言
0 E9 b9 ~' ~) v+ t* I/ e4 M第六节、空间数据库索引（0.5学时）
+ s f- N. K; W8 V) A一、范围索引2 A7 Y9 {4 v/ _" S: s' |3 Z8 W/ r
二、格网空间索引: j: H5 W0 F9 \" g @& }
三、四叉树空间索引
7 _( X$ Q- M) Q& N( n- H8 ?第七节、空间元数据（0.5学时）1 [ x- }6 e6 O# h3 {
一、元数据及其作用( O+ j; B K, l' j F
二、元数据实例
5 {8 }- K* {% _: [第八节、空间数据库引擎9 J, c7 Q9 V5 T3 E" I: R; F
一、空间数据库引擎概述+ w& f6 G" k8 E% A3 l
二、空间数据库引擎的工作原理+ ~8 T- d: E- ?9 W
第九节、空间时态数据库（0.5学时） N( V' F& ]. j, g" A6 i4 X' z0 K/ I
一、空间时态数据库概述
1 _( y: Y, `% a) h二、时空一体化数据模型) Z1 Q% W; }, J. X6 j) K
第五章空间分析的原理与方法（6学时）7 I) T5 u% I, P& J7 l$ `
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 `1 i5 [, ~) B- E. l
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。
9 Q/ J" l1 t! t( j- M' V7 N3 k+ D第一节、数字地形模型分析（1.5学时）
# U3 V. w5 V* S% n& K2 Q7 [$ H- j一、地形因子的计算# Y1 S- R, V+ ^7 c/ l5 f
二、地形剖面线计算$ ^7 {. F3 _/ v2 g+ p2 ?7 j/ J
三、DEM的通视分析
, I3 M+ X1 i5 B* |第二节、空间叠合分析（1.5学时）4 j+ A1 T Z! S0 } W& o$ u3 D
一、空间叠合分析的概念/ d2 a, p8 n2 C# Z
二、基于矢量数据的叠合分析
2 F5 _# ?6 w* W5 s3 E三、基于栅格数据的叠合分析; w& G" V1 E% @% g6 Z
第三节、空间邻近度分析（1.5学时）
* u4 o" Y, _1 A- t一、空间缓冲区分析
% ~4 T" _! {2 W+ u1 b9 b+ G二、V oronoi多边形分析
4 a. h3 m0 w5 K0 P u c4 y第四节、空间网络分析（1.5学时）2 b [1 H! z$ b7 R6 C8 \7 r4 }/ o, a
一、网络图论的基本概念
* I, Y9 \6 z" r0 W# K) M& r5 }二、计算最短路径的Dijkstra算法
, Z9 U. E* z) V9 u7 A: }% l第六章地理信息系统的应用模型（2学时）
! }0 J" L7 \& m, V 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。
, f8 A5 m4 h+ L2 D3 A& f2. 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。
( l9 g9 k, K3 g& d! z9 J6 c4 w第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）$ y/ K* K V% r: ?% ]
一、GIS应用模型的分类; P. V3 g6 |% T4 E( v/ V
二、GIS应用模型的构建6 r0 S0 q3 Q6 _9 T
第二节、土地定级估价模型（0.5学时）
- x( o: Q# M8 D# y3 A一、技术路线; o. C5 U# ~, c" A T
二、土地定级估价模型( D ^' T4 j, B) g7 y
三、应用实例
% r+ L) n. c$ F第三节、适宜性分析模型（0.5学时）2 B, `! F; @4 U: R
一、一般形式2 \( H" w! ^* o
二、应用实例
' [9 H! A& O2 y0 z- e' A第四节、发展预测模型
! H6 ]; R* g9 \' {一、一般介绍/ b! u. A1 x+ H+ O
二、应用实例
9 L& T2 b6 ^& x+ e# @) `! B5 s第五节、区位选择模型（0.5学时）& o* q; X' d! s7 `; q( H
一、数据准备阶段
$ C s1 K% m g' s$ r) l' i5 r, C二、综合影响评价阶段
( b; R* u7 u; a2 a W: A2 s- s/ k第六节、交通规划模型
' A8 {1 f7 _! l2 M3 S9 v: k一、交通发生量预测模型
* x3 M+ Q0 y) h1 I$ z4 \) S二、出行分布预测模型
* N% J: b( H. q4 {第七节、地球科学模拟模型" P1 v4 x$ `5 P+ c3 T. X
一、确定土壤侵蚀的数值分析模型
/ |3 j) }' p; ]1 A p7 J二、设计土壤侵蚀数据处理流程& n2 w4 e- d8 I+ ^ O
三、土壤侵蚀图的输出
% U' e+ {% R2 ~/ _( s第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）
4 V [$ @+ P8 q- E) l* j& r1. 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 f' _4 Z! j, A B2. 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 l7 [. E. ?) t6 n B/ }4 @% U# R
第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）
6 g' S8 A/ R" z$ u一、系统设计的目的
% {; V' X& ^% a二、系统设计的模式
. W# U0 j3 e' c1 Z; {三、系统设计的流程
# m1 l/ N' J2 j第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）: }$ x- u+ V- R
一、系统分析
0 G j: _# D/ I6 t z% D二、系统设计
2 W; H' ^0 c2 k/ N三、系统实施
; ?8 B/ k, l C H3 K, a/ r! E第三节、地理信息的标准化（0.5学时）
1 |. l; y2 d" k7 V" `- }一、地理信息标准化的内容: v# K: @# ^3 F% P5 @) a3 R0 G
二、地理信息标准化的制定5 n: R, W$ A; R- Q- k' b. y
第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）' h; R/ s; [4 }# G5 R$ ?% `! r
第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）; z% r& S+ f2 G* R: Y
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。/ k" }9 r6 E a: v; q4 C; ~+ x
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 \, _/ H( [% K$ c- m0 `4 {
第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）
- f* X/ [0 R; v& `7 \1 {- ^一、地理信息系统产品及其类型# B! G( H% M" G0 l; `
二、网络地图和数字地球' \ G: j. U" G, h0 {, s8 \
第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）0 ~7 x% O* N( d3 y) Q$ `; G
一、图形坐标系与颜色模型( K1 L$ j0 j" }
二、输出的几何变换, V. w' g- m; l7 m! p' w
三、地形图与专题地图的输出组织形式
0 O4 f) G7 J0 P& v& f' i0 E7 t第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）
' b* R- b: Y W8 K% g一、三维空间制图模型" F! Y1 Z+ C7 L8 l& ?+ L8 R4 h
二、数字高程模型的构造; W" A6 K! c1 w5 }+ k
三、虚拟现实的设计与实现
) s. ^" H& M& J0 k- ^五、考核方式与成绩评定3 W6 H% b7 k! k
理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）* l8 y) z$ u: H+ w" l3 r
六、教材及主要参考资料 f/ M( p! c: ?6 g$ \8 D9 u
教材： M# n) O1 b: R# n# 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:
+ v& L* r# t' E1、邬伦等。《地理信息系统原理、方法和应用》。北京: 科学出版社，2001
- t* N9 |- y6 o2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009
, w- c" w6 u0 J3、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 |
