《地理信息系统》课程大纲+ x. c; C; k% M( \& N
一、课程概述; \8 o1 c+ m3 V. N' s
课程名称（中文）：地理信息系统% E5 S' E: B" v5 K$ X
（英文）：geographical information system
7 J: L" \( w5 W& K, ^+ K课程编号：193710874 d! R: ~. Y: G0 ]4 V- ^& X
课程学分：2+ g% g& E* r; z/ h% I( k: y% `
课程总学时：32: |/ V" J0 V( k1 \5 k
课程性质：专业选修课
6 ~: e6 ~3 M1 V* s# u& A5 ]8 P二、课程内容简介（300字以内）# H5 F. l& u! q' y
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 m X C3 j( o* o* d' v# H2 {& c三、教学目标与要求
H; B1 A' y- @8 k! E) 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。/ V/ O1 t- _$ `$ `5 B% B
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。
2 P- J$ e- l9 s! 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。
, d3 T+ D" o$ i* x 四、教学内容与学时安排 c: I0 u4 R4 i `* B, R; [) e* J U
第一章导论（4学时）
8 b# D9 V; S7 \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？+ e+ S+ u( |# s+ U4 l
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。
" p! C6 h* m5 N( H! Y- }& P第一节、地理信息系统基本概念（1学时）
7 X2 y7 O, v3 I9 g: e- u一、数据与信息
' q% g3 c, ^0 [' B7 ^二、地理信息与地理信息系统* i& t( H, C& A- e6 o: H
第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）- {& Z9 b1 s& ]3 V5 J
一、系统硬件% K4 ~& ], a; _
二、系统软件
9 O; F, O: c P& U4 T4 x9 e三、空间数据
4 ~7 \" z7 V9 z% u! b四、应用人员, ~7 g* Z1 X6 a1 ^* H R
五、应用模型
& U- a9 ~+ b3 q0 i" c" j第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）6 F9 m. c% ~1 X" @+ u# Y
一、基本功能
9 J0 b2 j5 X4 a# A9 z8 u0 h二、应用功能( a% F, `3 m3 m
第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）" C0 X* C- ], t. @
一、发展概况% h3 z- b9 V S3 q0 p! O# j
二、基础理论, T$ i% B$ C; ~+ e5 i$ d( X- n3 x2 ^
第二章地理信息系统的数据结构（6学时）$ q* R- Z9 o4 F U$ X4 x: {
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。
9 W/ t! P2 J; \4 Q& p; e 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。) | V7 t( Z j0 d8 |& E
第一节、地理空间及其表达（1学时）' N* N/ ~* [: r- X, b) |
一、地理空间的概念
" S9 @+ m9 J3 \' d二、空间实体的表达
1 d+ s; u4 V( s; S$ i3 P: T! w+ T9 j第二节、地理空间数据及其特征（2学时）5 j1 x; _( D. v- f) {; W; x' L' n
一、GIS空间数据的分类 b6 @- u# ~& c) I% E6 |
二、空间数据的基本特征
( J D5 q. E0 U: H1 U5 N" e三、空间数据的拓扑关系
( z3 o$ u3 t$ k四、空间数据的计算机表示2 p$ T; Q2 A" N9 X, x) g6 }
第三节、空间数据结构的类型（2学时）
* _: k) s1 {9 \$ t- C一、矢量数据结构
$ G& j, c. ^' C3 L' R. P' ]二、栅格数据结构
/ q# X. ]( S N9 i6 Q三、曲面数据结构
" {0 d9 P- a5 D; s$ R第四节、空间数据结构的建立（1学时）
- M7 X/ q: x( T/ s8 F" `' d; j3 Z一、系统功能与数据源间的关系" o) ?: h( D3 J% P% c- U
二、空间数据的分类与编码4 Q- { |$ Z# t1 p2 m
三、矢量数据的输入与编辑
: G1 o& |3 \* q' P+ f, F四、栅格数据的输入4 H8 M# i* `9 q' B% N& P% Q% J
五、曲面数据的输入
, u3 U' c2 T% y% ^( ~& l第三章空间数据处理（6学时）
' \ ^3 o. @; h+ `- d g1. 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。
' s- g* I3 n9 z& Z% ^ 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 T+ o3 j2 f7 w3 G7 R第一节、空间数据的变换（1学时）! u* W! H# S+ {& a$ Z) ?. r
一、几何纠正
" ^7 I" c, n# ^! Q# X6 K' u0 o( }二、地图投影及其变换. v% S: ~" y+ n: h3 ^1 N
第二节、空间数据结构的转换（1学时）
- Y! C: [3 w* y一、由矢量向栅格的转换
$ \; l) Y: j8 G0 Q/ C; l* i二、由栅格向矢量的转换5 w1 ?, r+ d1 Y# _( @' F) L
第三节、多元空间数据的融合（1学时）' @" i4 E' z- u: k+ E' N
一、遥感与GIS数据的融合( d0 b4 s# L! m1 r9 M9 N8 N
二、不同格式数据的融合/ H+ P! x" X0 _% h' ~) \
第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）
$ O' C n+ e2 X" _- s6 w5 p" z! m& z一、空间数据的压缩
5 j3 `% }4 H; K1 T二、空间数据的重分类) v( G" w9 z# N9 H
第五节、空间数据的内插方法（1学时）
9 R( P% A3 m8 D# n+ Z一、点的内插
# \+ G. @/ i1 Q二、区域的内插
! Y( D- p6 i! T/ I; L. ^第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）
" S( H: A# w; x; K1 w4 y一、多边形连接编辑
$ W- v* B9 b. h N5 [二、节点连接编辑3 u( V$ m3 v" e# ^) v
第四章地理信息系统空间数据库（4学时）' _. _9 R" |0 u! Z: C
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。
/ G( c- }9 i8 J H0 M7 a2. 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; n u3 C! D& N) B8 S# d* p8 _
型的类型；难点是空间数据库建立的方法。 n! e: c) U& k- U$ G8 Q$ k
第一节、空间数据库概述（0.5学时）
+ U' Q* k0 M& p+ ~9 r9 A9 x5 A一、空间数据库的概念1 G' B# `2 r9 y
二、空间数据库的设计
" w' V. u* p/ p- A7 H( b6 |4 ?6 H/ W$ c第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）
1 y. i4 J" Y3 {! q% H" {2 F }) z. Z一、语义数据模型1 z9 n9 R: t x! ~1 v
二、面向对象的数据模型
+ L4 g5 U$ R2 x! D第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）0 R6 j7 w1 T }$ c! [+ q" f y$ C/ A
一、关系数据模型
7 g3 T+ e6 l* t, y! l8 q$ K$ m7 \# x二、逻辑模型设计 s/ ~% ] Y B3 {
第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）# ` H) g5 L2 K, x- ^
一、空间数据库的物理设计概念/ J- c1 u2 q( H
二、空间数据库的物理设计步骤
1 D# s5 t/ Y/ d/ V8 i第五节、空间数据查询（0.5学时）; c- I* K, ^# S/ o
一、空间关系查询类型9 q) p. U, T% @0 R& o! p2 M3 G
二、属性数据查询% @& u$ e9 v4 B
三、空间属性联合查询
% _5 v' J: X9 R, F8 \0 y四、空间查询语言9 B8 o9 C7 `! }+ F& g
第六节、空间数据库索引（0.5学时）, l; K! I2 D' l5 b& P" \( q
一、范围索引% r) ?1 Z" N! D; ?
二、格网空间索引3 W% G( N2 u5 @
三、四叉树空间索引
& F! ~# V! @$ i: h+ k第七节、空间元数据（0.5学时）5 {7 x, _, j/ A S. j- M4 Y8 t' u
一、元数据及其作用
^- Y0 }, H" _3 w二、元数据实例/ \$ F; O8 l( h4 n- g
第八节、空间数据库引擎# {, B0 Q( n$ N- Z4 v$ B0 t
一、空间数据库引擎概述
0 U" j$ J0 }. m& V6 P7 ^二、空间数据库引擎的工作原理" U" M) o% n2 M2 z- k* U; Y* p
第九节、空间时态数据库（0.5学时）6 z% @& D" e3 F7 Q
一、空间时态数据库概述
9 r4 e6 Y$ S0 z) q7 Q二、时空一体化数据模型
9 n8 K$ V& G- ]; L8 @第五章空间分析的原理与方法（6学时）) L$ Y/ |& Z/ G) k: f! P4 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。- C1 K$ Q+ d4 H) ~- S: e, e
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。
0 E( ]% }4 H. t3 o5 k. c第一节、数字地形模型分析（1.5学时）% {% B+ o8 m# z! c* l+ R2 d' P
一、地形因子的计算
' `9 k3 E5 [. w( O6 H二、地形剖面线计算
3 @1 k- R# S3 X, F三、DEM的通视分析
0 d3 k+ I# g* R5 Y9 I I7 m第二节、空间叠合分析（1.5学时）2 r$ {5 K5 a1 `- _7 x
一、空间叠合分析的概念
3 ]+ e$ Y) P& ]( c9 A二、基于矢量数据的叠合分析
5 d* U: X' P6 W7 I' t2 R# k* R. C三、基于栅格数据的叠合分析
0 p; J5 `4 U( y F# a1 x0 f( w; b第三节、空间邻近度分析（1.5学时）: @8 G, s/ i+ v: |# S
一、空间缓冲区分析! m8 i/ s$ A/ F0 B. D: ?- l
二、V oronoi多边形分析
/ e, M! b" e0 d' `, _4 q第四节、空间网络分析（1.5学时）
d1 z% U9 x% r# s一、网络图论的基本概念
" F, X" o2 ^1 \6 \1 D二、计算最短路径的Dijkstra算法
2 R! n+ U% J" D+ G3 M* `第六章地理信息系统的应用模型（2学时）, D$ S* F D- P* `9 ~
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。
, `; e, m# Q& e( u2. 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。
- `. B A& r6 J7 s9 p) v第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）
3 e7 J2 p+ A1 p3 h4 P一、GIS应用模型的分类/ P8 x3 @7 {! ~% ~
二、GIS应用模型的构建
% ~8 e; I4 p2 h: u2 ~& S) ]第二节、土地定级估价模型（0.5学时）
2 T( q' J+ @4 [. m$ x8 F d5 a一、技术路线
$ I/ R8 R5 n* k3 C4 @& K. b二、土地定级估价模型7 ~- S7 {8 ]. J: B" q' M
三、应用实例0 t% t' y& u$ X4 K E8 u$ T6 j
第三节、适宜性分析模型（0.5学时）
0 Q, f: z$ L6 W& n( G; Y/ J一、一般形式& Q' I: A) f) t9 y
二、应用实例* e: m2 t, F5 {5 A& c; \0 P
第四节、发展预测模型
( l! S- e, J0 k5 f! E( x) n/ c一、一般介绍
3 Y: D" H6 t( ?; ?二、应用实例2 C8 M8 [9 ?/ F1 S" u1 ]( C& q; w# [
第五节、区位选择模型（0.5学时）$ y0 l s5 t# g# [
一、数据准备阶段) u9 ?7 R+ L6 a" R! O# u1 Q
二、综合影响评价阶段
2 p! P" u9 K4 e3 X+ Z( G& l F5 [第六节、交通规划模型
5 N5 I$ L0 ]0 w一、交通发生量预测模型
+ {" b7 v/ l0 y% v! z" P/ Q二、出行分布预测模型' W/ d' X5 ^0 a: y3 l
第七节、地球科学模拟模型
) r5 _! w; S; P+ l* D! X一、确定土壤侵蚀的数值分析模型( g/ k$ b i: h2 f
二、设计土壤侵蚀数据处理流程 j- T7 n" |1 i
三、土壤侵蚀图的输出
! |7 \0 J- D5 u1 }第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）
/ ?' K, v) T& c& e1. 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。
7 m% G) ^+ O3 g2. 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。
0 F0 g$ @" r* O; g9 {; _) W第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）9 o! D" B& `) t% v0 h" K4 \: P
一、系统设计的目的4 q' E, {0 \4 {- H
二、系统设计的模式8 _, v. [- e7 \2 l, m$ b z* d! X
三、系统设计的流程
7 m9 B+ u- ?$ [$ l0 [1 i- ^第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）
3 k: r0 {& g2 K' E' S4 q4 I. Q& K/ ~一、系统分析0 `0 V$ K$ E$ I
二、系统设计" {: M) `7 x) i8 ]
三、系统实施
7 k1 i- V! d0 j9 p' o: ?第三节、地理信息的标准化（0.5学时）
" G% l/ H2 z5 P' Z2 ^- h一、地理信息标准化的内容
6 s* J A3 _, u) A- A9 I4 c% h2 z# D二、地理信息标准化的制定
% P/ y3 C0 C% U, p4 G! z: W第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）
' X5 @! e1 b/ l9 R/ }* o( D. q$ U第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）
& Z$ _; r* M9 |& a1. 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。
6 r: U8 N6 N- L$ i! N6 z& i* z2. 教学重点与难点：重点掌握地理信息系统产品的分类内容。
" ~ H5 H, |! s( I% B. i6 T第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）3 W6 D& E: I- s! ^& X% b+ j
一、地理信息系统产品及其类型8 F* \% r' G7 L# H7 b. G/ E
二、网络地图和数字地球$ V& `& ?( c& c; K6 y
第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）9 |& e1 q# K" o* N; [- K2 _6 K0 b
一、图形坐标系与颜色模型
! A$ Y# g: s$ ^! M* x$ i+ K二、输出的几何变换( D6 y& y# V6 w" A! i
三、地形图与专题地图的输出组织形式
& `& |! ]8 o5 }第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）
5 e8 W4 H# _; X9 w2 B一、三维空间制图模型- m- y5 Q5 r. D0 x2 n7 A5 q
二、数字高程模型的构造
. X, O. K; x' A6 K. I& L. }/ U三、虚拟现实的设计与实现3 X3 _2 S$ A( l) w0 J$ R0 h
五、考核方式与成绩评定$ i( P( T, Z0 ^/ T
理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）9 F5 I. U& H$ B$ P9 H3 M' Z6 a
六、教材及主要参考资料
9 E7 ]3 q) H7 `# N) D+ ?教材：0 C/ j1 u+ U q& l
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:
$ f/ x$ N9 ^& g( I' ]; x1、邬伦等。《地理信息系统原理、方法和应用》。北京: 科学出版社，2001
" M: l# F2 u4 n1 Y3 c2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009/ B0 y6 W- H _2 v
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 |
