《地理信息系统》课程大纲' @" g) R% A' B3 E7 N: |( _
一、课程概述) n4 w2 }" l0 O: |, \
课程名称（中文）：地理信息系统
9 s6 U) X7 B" Y* p$ @（英文）：geographical information system
' R) ]( D2 X+ P: ]5 ?- `+ b" i) P9 H2 [课程编号：19371087- \* S% Z$ h+ ~+ |1 j
课程学分：2
) a. H. Z/ V3 m$ d课程总学时：32
3 @( g, J: s8 N课程性质：专业选修课" l+ p7 B8 ?4 s# f% b& F
二、课程内容简介（300字以内）
1 ~' o" U% A; K( 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 }- p3 v2 \" Z4 t5 i三、教学目标与要求) r5 P/ Q0 k! H4 o1 m; I
《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。
: }% \. | ^6 d6 s, f; d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 _" m, I6 P, S$ E. R* D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。
! S7 c, z0 W" w3 t4 M" D2 ~: A 四、教学内容与学时安排
/ v5 I8 V& n" k+ J/ u" F第一章导论（4学时）* O* N) a& H+ s3 q
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？
% h- |, V- o: O) g2. 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。! y7 X& |2 {) Y7 U
第一节、地理信息系统基本概念（1学时）$ } p& O& X3 k6 r2 G5 Q; D
一、数据与信息
% q6 O9 y: T: Q2 e/ b9 K二、地理信息与地理信息系统
`9 T1 y, H) J第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）
6 b- E( F. d8 L* m一、系统硬件
; V1 j0 Z3 i7 m1 M( F4 d二、系统软件5 ^0 M3 {8 G0 r) i
三、空间数据
. p2 J. y9 U k: k1 `( j四、应用人员+ D5 p* h! y! Q# B
五、应用模型
I! O \4 C/ N& b第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）9 p4 T- B; d$ a9 Q9 s
一、基本功能) D; w; Z) C* R9 A. R- Y5 N
二、应用功能
; s7 _0 r$ F3 ?+ A- _4 J8 E第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）
9 P' e, f5 [; h一、发展概况
! \- ~+ S: a+ F; m" |$ U, s二、基础理论
8 I$ b* \) O! v* o4 l6 o第二章地理信息系统的数据结构（6学时）7 x/ e; u! H3 T7 I8 w6 o+ y
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。
* o- o( f! ~& G5 c/ z 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。
, f! ?/ m: }2 U4 \" A1 Y第一节、地理空间及其表达（1学时）. ^7 r. ]5 w* X0 j
一、地理空间的概念& u( F% D* M8 N$ w# r. l% H
二、空间实体的表达
2 n( y. D$ k+ n, G- U4 O第二节、地理空间数据及其特征（2学时）
. C& S6 |! L3 w6 |" u# F8 f' {一、GIS空间数据的分类2 _- a" W p4 u! f) ]4 `8 K0 o+ F/ D
二、空间数据的基本特征
/ @( L* ~* J4 Y$ `' Y' \2 y3 J三、空间数据的拓扑关系
1 g' H3 }) d8 o/ M2 U# C四、空间数据的计算机表示
$ U a) t3 @/ p1 N" h" _第三节、空间数据结构的类型（2学时）
' D" \% c K j9 m: X一、矢量数据结构% x! e' ~+ }" J; C1 D: I3 T; K
二、栅格数据结构. [( F$ n* W8 ^4 g% ?4 K
三、曲面数据结构
5 O/ l* l! b9 R1 i第四节、空间数据结构的建立（1学时）( W: g$ }- f6 r' o
一、系统功能与数据源间的关系. P$ U* J/ q$ k9 T1 a `
二、空间数据的分类与编码
! P: Q: b8 e" E& q9 w三、矢量数据的输入与编辑: c- r( o$ }5 c A9 [$ ]
四、栅格数据的输入4 s [/ @- L0 K! y* P9 s4 H& t0 T3 a% m
五、曲面数据的输入4 N0 V; D4 O, t* S+ D& G0 _
第三章空间数据处理（6学时）
/ g' o7 w- Z7 J* K1. 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。! Q% K$ K( b4 M- l+ a& k
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。
" n' Q4 ^5 d; q2 V+ |# ?第一节、空间数据的变换（1学时）, [' y9 \% y+ z! d
一、几何纠正) F5 |$ v3 r+ E& P" O
二、地图投影及其变换: k! a% h. o9 O+ {, m9 c
第二节、空间数据结构的转换（1学时）
( d. Y: C' s7 Q6 u( l" R一、由矢量向栅格的转换
' Z7 N$ z/ Q0 b8 z二、由栅格向矢量的转换7 H% v& O: O# T
第三节、多元空间数据的融合（1学时） o: B8 z. R% @1 r
一、遥感与GIS数据的融合% d8 i Q, K# t/ r. K
二、不同格式数据的融合* X% M$ x4 o2 x" p
第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）
1 ]$ \2 I7 w3 H& z一、空间数据的压缩
; f* G7 z1 w9 ?0 [二、空间数据的重分类
( f4 @% ~, e2 P第五节、空间数据的内插方法（1学时）5 `: i- p0 l: ` Z
一、点的内插
$ N n5 l& ]: Q4 i# v二、区域的内插
7 _/ n+ R2 a. k5 M第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）
' F- e) h% ^. S! D' U, L+ }一、多边形连接编辑
`7 o' N1 k& r: g5 A( S二、节点连接编辑! u! S& {* {* g/ q9 D
第四章地理信息系统空间数据库（4学时）! B3 q8 J8 \2 _0 s6 L
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。
' x4 S% R* }4 S2. 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
0 S/ u' R4 M5 r9 M$ c 型的类型；难点是空间数据库建立的方法。4 ^1 R% s) o+ L# s, M! K- h) Q
第一节、空间数据库概述（0.5学时）
9 g8 I: J# o$ c' @4 J一、空间数据库的概念
, E }# |# | Q6 Y$ S0 ?7 G二、空间数据库的设计
! p4 k7 z. B; C: Z9 B7 E$ ?第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）
! }8 _! j6 U( e% U) {4 ?/ e一、语义数据模型& I# o0 c- \7 O: ^) m
二、面向对象的数据模型
! T* z# |9 R# O第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）6 [& P$ h. P5 |+ c, Q
一、关系数据模型/ R* E6 G" K& f5 f. I3 b% y
二、逻辑模型设计! n2 G7 X* r. i& `
第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）
* e+ C q% x/ I8 k5 Z一、空间数据库的物理设计概念
4 ]. @# G2 D8 c9 C# B9 K二、空间数据库的物理设计步骤, h4 ~0 g$ |+ @1 v" w$ |/ J/ T: P: T" D
第五节、空间数据查询（0.5学时）. p T( U9 E/ }
一、空间关系查询类型; S5 J8 V" u: p
二、属性数据查询! a! m Z8 m; C0 G
三、空间属性联合查询
# U( A7 v* |# A" `# p! {; p: W5 f四、空间查询语言
8 C. B8 \" Y% [1 e# j第六节、空间数据库索引（0.5学时）. o( ~$ P. G, \: \8 ^: x9 G
一、范围索引
+ k* Q k/ Q& |6 |3 ~5 N+ l! O& W( H# P. w二、格网空间索引3 E& J" n* ^# g- K* ~
三、四叉树空间索引) T ?+ T; g. ?: u3 T
第七节、空间元数据（0.5学时）
- _) J# m/ M2 z0 y( N. D0 H一、元数据及其作用! x+ Q7 u% H2 { M9 F2 O3 t, x
二、元数据实例
& ? n3 c9 N3 T6 Q: D第八节、空间数据库引擎
7 ~+ g& {; P% S* E5 E! U7 U; x 一、空间数据库引擎概述
) g k' o; X1 Z1 k4 ^* J+ D二、空间数据库引擎的工作原理) r7 u @4 v: [) g- I# w0 u
第九节、空间时态数据库（0.5学时）
# C$ B- U- ?" C2 e" Y3 C+ i一、空间时态数据库概述 R" Q# g) s6 @$ P n8 J6 u
二、时空一体化数据模型5 E6 Y& S" w. S P9 t
第五章空间分析的原理与方法（6学时）; o a/ G- w7 h4 X$ n y( g
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。
- p: ~; v" L6 U1 T3 U$ w4 Z2. 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。+ G' C6 J7 T2 e, S% W5 [
第一节、数字地形模型分析（1.5学时）4 b1 o7 Q e% _# J. K2 S5 z
一、地形因子的计算/ [; s; y2 A( t. ]% A$ H, ^
二、地形剖面线计算0 {( p k- F" g L4 W8 I) p5 B9 N
三、DEM的通视分析
, `) @/ `- n2 e" z第二节、空间叠合分析（1.5学时）
+ Z A" D- @/ C1 [7 n一、空间叠合分析的概念
) I! l4 {- Q: E1 X- n9 b, i3 L二、基于矢量数据的叠合分析: A5 o$ D' f6 p0 k& @/ C% A/ M
三、基于栅格数据的叠合分析* ^. c( ?4 T9 Q+ b& D
第三节、空间邻近度分析（1.5学时）! D3 h; C$ z/ O, }. e8 J
一、空间缓冲区分析3 G, W F# O- P" b3 A' c
二、V oronoi多边形分析
6 c2 E4 s; K3 s7 _6 e! p% v8 l第四节、空间网络分析（1.5学时）1 n- u! t4 C+ _" {' o
一、网络图论的基本概念( c# {# _' Q5 F
二、计算最短路径的Dijkstra算法% D3 v& D4 m/ r s/ E
第六章地理信息系统的应用模型（2学时）
9 e& s2 G4 u( V- I3 e5 G7 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。* }' x; X- S) U* Y5 Y
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。2 ^3 f5 Q: M+ F* d+ i
第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）
5 d9 p, C. U7 g2 E5 h一、GIS应用模型的分类( f# P6 j1 V6 h3 j% \ e
二、GIS应用模型的构建
1 i# z2 s1 Z' U) y第二节、土地定级估价模型（0.5学时）
5 w0 M. h3 s( w一、技术路线
! e/ d7 _* _3 E, T% Q- P二、土地定级估价模型
. F& t. m, M9 z三、应用实例1 i: \( E7 A1 w" X7 m2 Y
第三节、适宜性分析模型（0.5学时）
6 M( X0 s% c( p8 o一、一般形式
z, v! g. q5 r# O* B+ s二、应用实例
8 f1 x2 m! F3 c: u第四节、发展预测模型
# V& P! Z+ Y3 T一、一般介绍
9 F8 k3 R+ T% [! X) H二、应用实例
# I7 w8 B# x+ r# C! c第五节、区位选择模型（0.5学时）) k, p! A) u3 v! S0 @ l) x
一、数据准备阶段6 @$ W' l5 [/ Q- {
二、综合影响评价阶段
' F- a' y; R; s# D第六节、交通规划模型
' L. t$ z; ~! y7 }+ ]; Y' |& T8 S一、交通发生量预测模型+ w2 W( j4 N h" D# f
二、出行分布预测模型
1 |- n! h4 h0 l; c% U& I& A1 B2 d第七节、地球科学模拟模型1 D8 A' _* ?) R1 H
一、确定土壤侵蚀的数值分析模型4 X+ Z* e% p5 M$ z) k
二、设计土壤侵蚀数据处理流程* G; o( _7 [( _7 A' ^' X/ u4 |8 Y
三、土壤侵蚀图的输出$ H$ }# J9 k: |' m6 r% m
第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）
. T8 L- ~9 |' N1. 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。
V" X3 `7 S; l" A( I* `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。
3 r$ v- |& H$ G4 i; Q! u. G第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）
0 K- J7 V& n3 o一、系统设计的目的
. Q9 P( A3 M" P L# ^' O) w9 U二、系统设计的模式. e0 g$ K. p% K7 }
三、系统设计的流程
6 v' `# n, K( S9 R; N& x+ y第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）
+ k4 i8 f$ D, V一、系统分析4 w, b, n, |! A0 g) Z3 P; H
二、系统设计
2 A6 p0 K9 A/ n三、系统实施( _* ~) Y: g7 Q+ D) V
第三节、地理信息的标准化（0.5学时）2 i3 t6 K9 D& f4 n. u2 J5 B) W
一、地理信息标准化的内容
1 X A% e" w2 U/ A& U% e+ n二、地理信息标准化的制定
3 x" b- ?6 D( H0 B8 h4 v( m1 z: d第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）
/ A6 B Q2 M8 f: j, O) G第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）, F; o3 q" H" {
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。8 W# L' `6 N% G* @! s
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。- v6 n" V1 N) x) ?8 R8 Z H
第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）
. d5 ~) r5 C2 n) L n1 s一、地理信息系统产品及其类型$ @6 F# c! L L( l
二、网络地图和数字地球) M7 z1 s3 ` O p' W5 _" m3 M
第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）8 p# ` ~1 N0 \3 d% l
一、图形坐标系与颜色模型! Y6 d4 Y7 U; F5 r4 L
二、输出的几何变换
7 _2 L" T" [8 s1 h三、地形图与专题地图的输出组织形式' _: ~$ T# G5 q0 D' L N3 U- p2 w
第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）5 y: E8 c- k3 L0 d
一、三维空间制图模型
! U# Z) q# S5 Z' k& D% R, \二、数字高程模型的构造# i. X6 `- m6 U# @
三、虚拟现实的设计与实现1 S4 U% d; z" z" B
五、考核方式与成绩评定
0 X0 M9 m$ O. G- |3 N理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）7 |8 X5 L" v! J( F
六、教材及主要参考资料
0 r( E- l/ b8 z P教材：
7 N5 c9 x7 h3 [' M8 {% t, J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:( w' w$ [3 Z1 i I
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
9 e9 b# W4 P6 V# i5 ]" n$ `( T2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009
- \& J$ t8 H0 l' |; o6 f3、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 |
