《地理信息系统》课程大纲
, @$ p/ N4 D9 ^, `一、课程概述5 S! p. ^- ~; H/ x0 A
课程名称（中文）：地理信息系统
$ B% D. A1 w0 Q$ B（英文）：geographical information system
$ }0 N* ~( P# Y* X& Z* C/ c6 \0 y6 c课程编号：19371087
5 `4 P8 h* z- N4 V3 [9 m, c课程学分：2
9 u1 O( G; E" y) D2 t课程总学时：320 j$ I1 R; Q+ ~3 o/ o
课程性质：专业选修课
$ L( k+ J8 j. p* l6 x, {" }二、课程内容简介（300字以内）6 Y- F% t9 l6 J2 y; J& K
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。/ h, K, Y' P o; H, j( B d5 K
三、教学目标与要求
( Q/ c& D6 }+ X( g: S1 F《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。& N7 h3 U8 U4 a
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。- k# R& @. T! B2 i
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。. O8 Y9 r! o5 o# m9 M$ C
四、教学内容与学时安排
* {/ m( I E+ m/ c0 e6 A( k第一章导论（4学时）/ q+ L- [- b0 v' v4 n
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？
/ S! D1 E3 L& Q6 `' Y2. 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。
7 Y x, B) s/ T* Y3 w; S/ K$ g3 R! I第一节、地理信息系统基本概念（1学时）4 |# X5 a: {' z# `
一、数据与信息
& A! q' F7 E1 m8 ^7 q! B6 e3 a二、地理信息与地理信息系统 Y8 n+ M, [* J3 {) h
第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）
7 V4 e Y" k3 v一、系统硬件) C1 o9 x" r+ H- ^% x, P e
二、系统软件% O( b4 D" ~( C& _; A9 P" F- n
三、空间数据8 o7 w: N, G/ i2 G, w* ~0 {
四、应用人员# {3 L( j0 l1 ~$ t/ \! g
五、应用模型
+ N- ^. E+ G2 E! O& H6 u: |' |第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）9 n+ ^2 t- @; q/ g* T
一、基本功能
2 a' T& W9 n9 _二、应用功能
- ?0 b+ I. J5 v5 ?8 Y第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）0 q; v" _: S( J! ~( Q) X* Z
一、发展概况. W6 n$ s$ d. w
二、基础理论) e( u0 \' R1 t# N! j k* H; V6 }/ \9 F
第二章地理信息系统的数据结构（6学时）; ^; N, k H7 }3 |7 [4 ~, D
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。' x1 O: V! D: ~- k5 h1 _2 j- D
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。
6 l( L3 x2 b) j* O* O6 F; l2 J3 Y第一节、地理空间及其表达（1学时）* R% x, O+ R' N) ^
一、地理空间的概念) M4 G+ v b) C5 ~( Q: y. q$ @
二、空间实体的表达. v4 k1 F' C2 c8 }( i5 a1 v
第二节、地理空间数据及其特征（2学时）
" W R# A- E5 |% ?一、GIS空间数据的分类- c) P5 @( ]( o+ Z
二、空间数据的基本特征
& F( L/ @+ Q) i3 v. l+ z三、空间数据的拓扑关系
8 A" j) b$ j4 n/ H1 z+ X5 n6 ~四、空间数据的计算机表示
! O: L( h3 a6 J5 Z5 y" V1 q' {第三节、空间数据结构的类型（2学时）
0 i4 P1 c0 J0 C, s一、矢量数据结构0 ~* D2 [# S# z7 x5 V0 V/ W
二、栅格数据结构
3 t- x* x, n0 ]. c* C三、曲面数据结构
1 h* m( J- {) f* ?5 V第四节、空间数据结构的建立（1学时）9 c& n, }5 A8 j' M- y( B5 `
一、系统功能与数据源间的关系
3 n. u3 l0 g) k3 }: n8 _二、空间数据的分类与编码/ i F5 B# {" y0 w
三、矢量数据的输入与编辑5 K" |7 ~. V8 z+ A! z% y1 R
四、栅格数据的输入
& ~# s% h3 Y% l五、曲面数据的输入/ y( C" v4 t2 h/ [1 `2 v9 w/ U7 `
第三章空间数据处理（6学时）# f+ J3 x$ l3 Z9 J
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。5 y/ e% `: M' C9 X
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。
" }+ H8 Y" X( c5 z+ F! |第一节、空间数据的变换（1学时）4 Y( ^- \% |, Z5 K. A$ n
一、几何纠正
2 J7 |% ?5 P2 b, i9 z8 ?4 q, D二、地图投影及其变换7 d5 D! I! Q5 |8 k; m1 i
第二节、空间数据结构的转换（1学时）. V5 z) X2 |/ ]4 b- I) P4 h0 u
一、由矢量向栅格的转换
- {( d& ]/ q( X8 a二、由栅格向矢量的转换+ w) t- x* z; @! J
第三节、多元空间数据的融合（1学时）
$ P, ~% N; m4 O! I一、遥感与GIS数据的融合3 A* W9 l# X2 J+ x! `' N
二、不同格式数据的融合
! ] P% y- M! R3 a第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）
1 ?6 z2 U& l1 D J7 v9 L/ R( Q一、空间数据的压缩
% ]2 z: a2 \7 F二、空间数据的重分类
0 w( Z7 Y2 w( G: A% E8 p第五节、空间数据的内插方法（1学时）8 Q* L2 \7 Z4 U$ Y: y
一、点的内插
. i- a& F- N; j6 p二、区域的内插
% f" t8 d- R) }2 {8 K$ B8 a2 A5 C第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）
( Q, M8 J( F3 Z) @一、多边形连接编辑
4 l$ p5 f9 e* K" Y二、节点连接编辑5 }& W' V5 \, _
第四章地理信息系统空间数据库（4学时）
9 x: T9 I+ L# D- E: J1. 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。& T. M5 X; [8 r/ r+ I
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3 X3 X$ E2 n. p# B
型的类型；难点是空间数据库建立的方法。
J/ ^, |3 a' S1 Q7 t第一节、空间数据库概述（0.5学时）( Q+ n1 N. }! q- l/ p. C. M& c
一、空间数据库的概念
* d4 s) ~8 @9 D+ k* }$ o) P, X二、空间数据库的设计6 G4 D* _& v* Q+ Z- \- m
第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）& |6 r& d" t# x, K0 y7 Z
一、语义数据模型
7 U' d2 |; H3 c二、面向对象的数据模型
" v- f) }, `1 T6 Q1 o: L1 j1 k" L第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）
- T" @* @" ^. l一、关系数据模型( c, F1 |4 g+ r9 g( x0 |- ^- B- M
二、逻辑模型设计4 ~& u& W6 H4 w% _' ^ O
第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）/ ]1 F% s( a+ m$ Q
一、空间数据库的物理设计概念
( P" s- g; K: b8 a) y二、空间数据库的物理设计步骤
* m" @) t6 ?/ e$ [. Q. M& D第五节、空间数据查询（0.5学时）
( N# v2 |& ?8 ~3 @$ q一、空间关系查询类型1 m1 l* o. W0 z8 U/ d
二、属性数据查询
8 {4 f# l6 a; o* @; e' H三、空间属性联合查询
; \, ]' y5 n) v* @/ `# x四、空间查询语言- p( {! _% P1 {' E
第六节、空间数据库索引（0.5学时）3 u( C: p% h. K* U
一、范围索引& B. ^2 S! ^3 @, Z$ [3 B
二、格网空间索引" S6 \9 k' `/ Q/ u5 K1 ~" a
三、四叉树空间索引
; u: v/ o7 c, v7 e' @: P第七节、空间元数据（0.5学时）& k$ p/ J! D/ G$ ]# y4 v, r
一、元数据及其作用, H2 o; X& Z% A
二、元数据实例
0 d0 H* X9 T- I3 C, J5 \# H第八节、空间数据库引擎! k# r8 R0 _5 \
一、空间数据库引擎概述/ k" X1 P& M1 t% L7 _
二、空间数据库引擎的工作原理
& {6 x; K6 {6 l+ z4 K. F第九节、空间时态数据库（0.5学时）
C" c; @6 Z% l! j/ u' A/ X一、空间时态数据库概述
+ O; K2 u c# Q7 ^0 s1 _* w3 S二、时空一体化数据模型
) s" a$ @6 r$ p- C; {第五章空间分析的原理与方法（6学时）: j9 u1 k# c9 _7 T! U- [9 m
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。0 s2 C0 F# j6 m' w! m/ E: K
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。; t5 Y) n5 L7 M3 @4 r
第一节、数字地形模型分析（1.5学时）
* l* s& z0 ~3 y; m I( O一、地形因子的计算
4 C3 B( y4 u( ^# S二、地形剖面线计算1 X- S* W# J5 h3 y' b9 [4 z
三、DEM的通视分析
! O9 m+ ]7 \7 C, r4 c* q0 g8 f4 d第二节、空间叠合分析（1.5学时）
: `4 Y& _) l3 E/ g3 ]$ \) a1 Q1 x一、空间叠合分析的概念0 g9 J! ]- M2 m3 p# P
二、基于矢量数据的叠合分析
0 d" O) q+ u( Z& X! C' U三、基于栅格数据的叠合分析
, @1 ^; ? L7 } ?8 ~: P8 [第三节、空间邻近度分析（1.5学时）
% G# Z! @5 k9 G1 s. {- g一、空间缓冲区分析5 R7 u5 Y9 I4 o3 d s$ E+ c
二、V oronoi多边形分析# s8 o5 H7 g, W3 I" V; j h. u2 _
第四节、空间网络分析（1.5学时）! P3 j* ?2 e; U& X" Q& f: }% D9 A
一、网络图论的基本概念7 D( h7 g* N/ E& U. [
二、计算最短路径的Dijkstra算法
& [) |6 {/ `7 m/ z2 L- C$ b0 \第六章地理信息系统的应用模型（2学时）
# V" S# @, O& o/ s4 B1 m 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。
( N U% W4 }& E6 q2 m2. 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 z7 E7 b9 t% l* ]- Y, q第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）
4 G" G* n. f4 h3 }0 ^一、GIS应用模型的分类
0 A% u9 ^7 x3 n- ^4 R* G1 u二、GIS应用模型的构建5 s2 E: Z4 k+ T$ w) G# O
第二节、土地定级估价模型（0.5学时）
( f0 g) a/ D8 Z一、技术路线
: d# m$ l3 J! `" c! D* ^# O二、土地定级估价模型4 o3 D. t L9 o( t3 p3 O. z
三、应用实例3 p' o, j) L; D$ P. Q, e; B+ f
第三节、适宜性分析模型（0.5学时）) \; z5 ]- x) X' R5 b3 u
一、一般形式( D- z+ J0 j* D: @* V+ }: k' p
二、应用实例- v5 U4 N; K; _8 F7 A* }# q7 l: _
第四节、发展预测模型) j7 x: C0 D/ d( u+ ^ ~$ W
一、一般介绍2 t/ @8 Y* P# o2 [
二、应用实例
" X0 \' z a; ~* o7 f7 [第五节、区位选择模型（0.5学时）+ y7 X& L0 m3 o8 w6 `* K$ p! {
一、数据准备阶段5 z1 L+ k4 M' B9 T
二、综合影响评价阶段
( V" q$ o$ {1 l' z/ y第六节、交通规划模型
6 u* B/ H0 @+ M" d* Z8 s2 m一、交通发生量预测模型7 U9 [% }' t- ?9 J
二、出行分布预测模型% x. ~) y; |/ B1 O- X5 ^! |8 K& Q
第七节、地球科学模拟模型
/ K6 W" t: h0 v2 F+ h9 z# [7 v4 l一、确定土壤侵蚀的数值分析模型3 e1 j4 a9 s, n6 K2 g
二、设计土壤侵蚀数据处理流程
7 Q4 D+ `: }% O 三、土壤侵蚀图的输出
0 D! X3 |. |, V1 N" {" r0 C第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）5 n) r: W9 E- x. J* Q! _
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。5 A/ t3 ~$ c: P" T9 H j! R
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。
+ K& Q2 C6 ?0 k" M第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）6 `/ X F& R1 U3 e! h) k5 J% f5 J. r
一、系统设计的目的2 V3 k6 V6 P& W7 H- |, |
二、系统设计的模式
# H. v! R& s& J+ g/ q" H t三、系统设计的流程
, C+ E0 d7 b; V% ]第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）
8 j9 C/ k" `0 a6 K* |$ C! U7 X一、系统分析. _! ]; {4 u; l1 Q9 O( Z/ U
二、系统设计; |% B# J" a5 E5 h0 [1 `$ m
三、系统实施
- \7 R3 P% O. Y* o0 Z+ _: L! o! _第三节、地理信息的标准化（0.5学时）/ |, F- `1 {& i( s
一、地理信息标准化的内容+ f+ Q4 t# ?) x+ t! g" S5 r2 {
二、地理信息标准化的制定
3 R; R8 \4 I$ y: ?第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）% i& ?2 r* @3 Y2 u+ o8 ~% ~0 {
第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）
+ r) p B5 }! F2 y9 @" M+ 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产品的表现形式。
! ]4 r/ \% I+ R7 y2. 教学重点与难点：重点掌握地理信息系统产品的分类内容。5 |5 B" A9 Y3 O h3 b. l7 M1 G0 D
第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）
8 q5 B" @( N% i, L* V5 h! R一、地理信息系统产品及其类型' M5 M- T7 Q& b" |3 n
二、网络地图和数字地球" E( M' Q5 Z8 e6 s( ?. E
第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）6 J) p% i) R3 G+ c; P7 |% A
一、图形坐标系与颜色模型2 l" a1 c: ^5 d. a9 W
二、输出的几何变换
/ h; [# s' V, P9 W. e4 z L5 ?! V& N三、地形图与专题地图的输出组织形式- @5 Y. J: X1 S0 r7 B/ n0 D
第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）
! b2 [4 H! `" X- }; A, Y7 c一、三维空间制图模型. m& h, H1 w, T+ C
二、数字高程模型的构造3 J8 H' b; Y. ~% W' l6 M
三、虚拟现实的设计与实现0 Z1 h- `4 a& Q/ k L! c
五、考核方式与成绩评定: s$ t! {: Z, w) z+ N. a
理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）# A/ \* Y% J: p7 d2 Z
六、教材及主要参考资料
8 r/ k" _4 a9 V e6 ^8 @# _- _0 `教材：
6 q6 z) y! @* C u7 f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 l! m. ]' Q- ]& ^5 H
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
4 Q4 _- A0 R; e/ ~: y( n8 `2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009
! W/ l' N" b8 i- k, p# L7 v3、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 |
