《地理信息系统》课程大纲/ m( k9 Z) O( N8 ~ T
一、课程概述
! }# S" _& S" F& X课程名称（中文）：地理信息系统7 v( A" }1 H8 ]8 h1 H8 y7 e
（英文）：geographical information system0 L( B. q* l" L$ x/ K, j9 p9 x
课程编号：19371087
7 T4 ]6 p2 j# k) h' n: O6 N课程学分：2
% s% i, j* o- x6 H3 Q课程总学时：32
; _% e: q" G* L: E7 c课程性质：专业选修课
7 |2 F* j. D" k5 [& Y6 c2 E8 I二、课程内容简介（300字以内）
9 j' Q4 a9 U# `# w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。4 `" G" `1 l; X B
三、教学目标与要求9 \# P6 ^. s- C+ Z3 z. e
《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。
5 B2 ?- l" {2 f3 W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。8 U+ n% G. T, F) W6 v; k' J! E
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。
1 M- [3 U) c% `/ o 四、教学内容与学时安排
1 D+ A- b# r8 n3 q第一章导论（4学时）
& i. G6 Y! ?- K# Q, u( p6 Y1. 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？
7 z2 q/ n5 q5 J- P f2. 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。
+ K+ p7 O- a$ V& V8 T: J% l6 V第一节、地理信息系统基本概念（1学时）9 |4 x7 u4 g1 p. j3 n( }0 B
一、数据与信息2 i/ F0 M; ~7 V$ q4 e
二、地理信息与地理信息系统5 z) K3 l/ F6 ?& n c; h) q
第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）0 n9 `# H/ J; u
一、系统硬件 X% q8 E2 `' n6 Z& }
二、系统软件
& Z. }5 N$ {2 F4 ?$ o- I- P6 e三、空间数据; `- g) y# r* L
四、应用人员9 y4 `* ]) i9 W' A+ p
五、应用模型+ _( ?7 j7 X7 X5 I
第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）1 s# n( b4 e, q" l/ H V
一、基本功能
; y9 z4 _4 P# D! Z# D& x" P$ H二、应用功能: X+ h [: d- H; g' H
第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）) E8 B3 m! K' o* P5 c! T9 { h* U0 Q E
一、发展概况
- k8 g' j+ |- k- _* c0 P* q二、基础理论- I' n( j, l- D
第二章地理信息系统的数据结构（6学时）- p: e$ k8 F: [: Q; a
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。2 F8 o: w' y5 H0 v5 \, }7 {' C
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。
. w: d4 X; T7 c2 V第一节、地理空间及其表达（1学时）2 x$ a, w+ z+ b- q; M
一、地理空间的概念
2 [$ {) p$ l$ t) B8 H二、空间实体的表达7 u( s4 N2 e. q9 i
第二节、地理空间数据及其特征（2学时）. W$ k6 Y" p" |- l. _9 o
一、GIS空间数据的分类 V6 F# X: Z6 _
二、空间数据的基本特征# t1 z* Z$ t/ u) }
三、空间数据的拓扑关系
' l0 I1 T' H7 c+ Y0 c四、空间数据的计算机表示9 B+ L9 \% O. Y7 S8 z. M9 L k
第三节、空间数据结构的类型（2学时）
7 C1 V' S4 T( F; y7 H( |% K一、矢量数据结构
u! r0 W( T* p) A4 E6 V二、栅格数据结构% K" j- K* T$ M. g6 M8 F5 j
三、曲面数据结构
. U$ }" V# ]' C第四节、空间数据结构的建立（1学时）
. T: d" N! U+ _# G一、系统功能与数据源间的关系! t* ?+ }5 n0 @9 X* \
二、空间数据的分类与编码
8 M8 a y; I7 b3 y( D$ B% L三、矢量数据的输入与编辑
+ [% B, Y# x3 e3 Y! D/ X2 \四、栅格数据的输入
5 z: P0 l2 F6 o& A( F/ U0 x% o五、曲面数据的输入
: ?* g2 m8 W! j) m3 n' r第三章空间数据处理（6学时）
. y* \4 \( B7 k: Y% k% g1. 教学目的与要求：通过本章的学习，让学生了解空间数据的处理过程。
3 I" B) H* `8 h$ n; y1 z 2. 教学重点与难点：重点掌握几何纠正的原理、地图投影的方法，矢量和栅格数据的相互转换方法，空间拓扑关系的多种编辑方式，数据压缩的意义，难点是几何纠正的方法、空间拓扑关系的编辑。
5 U* V/ k+ \- p Z" v! A第一节、空间数据的变换（1学时）
* Y- Q# f) b; N, c一、几何纠正% y6 s7 W8 B w3 [4 `
二、地图投影及其变换) }7 r# ?0 v9 B1 g
第二节、空间数据结构的转换（1学时）
( L6 q$ }$ e8 X" Q: r d5 R. @一、由矢量向栅格的转换6 I+ g* P- @; C0 y
二、由栅格向矢量的转换9 F( ?$ |. i+ Z0 c6 y6 V
第三节、多元空间数据的融合（1学时）
, E$ V1 F0 m% V% `! Y" l3 t: ?一、遥感与GIS数据的融合% d/ Y2 ^5 S& ~* |1 C' U/ r
二、不同格式数据的融合; A% \8 C' L8 s, G' Y9 ]$ g
第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）
$ b% O' c4 a; B6 W0 |一、空间数据的压缩2 S( v: k6 s, f# J+ g1 a$ `
二、空间数据的重分类( a$ U# E; B/ ]; Z
第五节、空间数据的内插方法（1学时）
# k1 u. ^" }7 @6 j: I一、点的内插
s, ~6 i1 m5 [) }% M# D% [% l二、区域的内插
* p% V0 q9 E5 z6 _5 ?. Y) Y第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）6 a/ O8 j! B3 l" }
一、多边形连接编辑) X7 ]& `5 K: k: c. ^$ g$ Q
二、节点连接编辑
0 g. D" o& S, K; m ~ ?2 t6 H6 `第四章地理信息系统空间数据库（4学时）
# \) }3 t/ B+ q$ x1. 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。
7 W0 N. @2 w, `" V* I0 k0 m2. 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) F, X" S/ V8 N% C6 J% F
型的类型；难点是空间数据库建立的方法。1 l/ h# M( j! B8 [# m/ P
第一节、空间数据库概述（0.5学时）
1 A6 j* [3 R5 ^- I一、空间数据库的概念5 i& G" O+ X7 o$ r2 z9 e B; q1 [
二、空间数据库的设计: I" z' X, I! ? ]& z4 E0 P% C
第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）8 Y5 a, M2 z5 p0 D0 i
一、语义数据模型
; h1 ~. k; l `二、面向对象的数据模型 {& G: c+ v7 S' L+ c V
第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）
! y h r. L) T- r. V9 R* J7 X* P一、关系数据模型) N& g* P7 P0 O8 t9 Q" H: r# T8 l5 x
二、逻辑模型设计$ ^# Y: D5 e# A. \: e
第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）) Q3 W7 C( G8 J. R
一、空间数据库的物理设计概念- h1 @: l8 K, _4 S- x. {, M
二、空间数据库的物理设计步骤3 r+ b9 \0 d' H, Y5 u
第五节、空间数据查询（0.5学时）
- U' Y* s- e- \" r, d一、空间关系查询类型" \9 s! @: m: g7 `1 g& @5 T
二、属性数据查询
' S0 _ A w$ t% E三、空间属性联合查询/ H, q( ^+ @7 ?9 n2 J1 j r1 X
四、空间查询语言
3 c6 x0 R. `3 U% S% q: `第六节、空间数据库索引（0.5学时）, Q7 |4 ^4 l: r, _; U" R
一、范围索引
3 ?- d0 K% C7 P. i: g1 Q3 x7 J; @二、格网空间索引2 F& ^$ E S- b' f
三、四叉树空间索引& o' c* o' }) o& J. V- t
第七节、空间元数据（0.5学时）9 K- e+ K/ N6 {# g
一、元数据及其作用( N) b% R( V0 i2 D( ?) g5 p
二、元数据实例
- n+ P2 S; x) C8 Y- b第八节、空间数据库引擎
$ N6 ~ Z) z8 y2 b. S( N$ ~ 一、空间数据库引擎概述+ t; ?5 x+ g7 a/ Y$ G/ K
二、空间数据库引擎的工作原理. h' y" W }' ]: ~
第九节、空间时态数据库（0.5学时）# ^1 u' q' p/ O6 p* D. k( B/ {- \
一、空间时态数据库概述
2 R& ^6 t0 n+ l/ X# m! B& ?- _二、时空一体化数据模型
" v1 p: ?' L+ S+ Q2 O( m* h; o! N2 x第五章空间分析的原理与方法（6学时）
/ p+ e/ i% {* g( W! i1. 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 d% r8 c) c: }' t: I2 z
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。
`, o, e3 r" x+ P T第一节、数字地形模型分析（1.5学时）( v% k! f; q% t J' l% d
一、地形因子的计算8 Y- Q4 L$ M$ \8 p
二、地形剖面线计算$ J7 l) Q) j( T0 _7 G; _
三、DEM的通视分析
( b1 O3 q4 g# I3 \, Z7 @第二节、空间叠合分析（1.5学时）! R, Z% `- |% x1 r+ L4 H
一、空间叠合分析的概念0 x4 t7 B) ]. H2 I3 Q( a# a' l: s
二、基于矢量数据的叠合分析( J' a% A4 }" h7 R5 d N7 i
三、基于栅格数据的叠合分析1 O9 l' d# Z4 z- N7 F; j
第三节、空间邻近度分析（1.5学时）
9 j. f0 `( B7 h一、空间缓冲区分析1 ?: \+ w+ @# r
二、V oronoi多边形分析
7 b6 i3 p, `/ A" u$ K o第四节、空间网络分析（1.5学时）
" m( R& N* @0 H4 J7 \& a$ d( ]一、网络图论的基本概念5 m7 B8 j3 `0 S
二、计算最短路径的Dijkstra算法
) E( u R, y% P. F# G第六章地理信息系统的应用模型（2学时）
( B; e) w! S, O B4 A6 K: F 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。
( c) l9 B |, a5 X2. 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。
- Z4 @5 t' u' j0 W! m第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）* F5 U( E. S& O
一、GIS应用模型的分类
. m+ G* @( U, Z5 }二、GIS应用模型的构建4 v2 _+ v( G8 ]# `& x- @
第二节、土地定级估价模型（0.5学时）
1 o: E6 ]$ o c- Z8 f一、技术路线2 y5 c) l" z& z, j3 M
二、土地定级估价模型- k* i; c3 F3 l( `! T2 L ~ ?! u
三、应用实例
y; [" w4 C7 U. `1 \, g6 E5 r7 S第三节、适宜性分析模型（0.5学时）
+ [, T4 @& ^% O4 B0 M: n8 Q一、一般形式
( g7 Z6 H, X) P+ S& G二、应用实例* r2 k' l# u$ ]1 q- L
第四节、发展预测模型1 ?7 S7 L- I# H) ?9 M% [
一、一般介绍) Q# [( X7 {! v# O7 m1 _" E
二、应用实例6 E$ L# ^! C) S' S
第五节、区位选择模型（0.5学时）) @ g) q+ `) \# Y* `
一、数据准备阶段
2 N$ B1 ]7 Z8 q0 N. e: C二、综合影响评价阶段
4 W6 H2 z1 P6 ^- Z: s' r) C: h第六节、交通规划模型
4 G2 S0 y/ p7 K$ z一、交通发生量预测模型4 r: a9 {0 J8 T) G
二、出行分布预测模型
9 h# }1 K6 q& p第七节、地球科学模拟模型
. k3 F* o" r( L `3 D2 [5 J一、确定土壤侵蚀的数值分析模型- A- R( c8 f5 X. J
二、设计土壤侵蚀数据处理流程
/ u& X% u2 @. C5 d8 k+ x 三、土壤侵蚀图的输出% X9 @; }* d' e+ j! t$ _$ v
第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）
, \. m# N1 B4 x9 W1. 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。
0 h! X7 l- ?& Z! N5 ~5 z% R2 m% A2. 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。
, E) `4 c3 [* K3 c' n4 ^+ s$ _第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）1 \; g" `9 H+ ~* P6 A1 N
一、系统设计的目的
7 B0 r0 m( ?7 }0 n7 b4 ]0 s3 @二、系统设计的模式
7 o* }1 B+ y# U7 t8 @1 U; K三、系统设计的流程+ s* W8 q j- Y( `% P: e( ?' c
第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）
0 L' q \2 Y( I0 z- J4 \一、系统分析: o' z% F% q* h$ n. r
二、系统设计6 B. ~6 X# N) l; V
三、系统实施
! ]: b O4 H& z3 p; c4 ~( I+ x# v第三节、地理信息的标准化（0.5学时）( G, @6 N5 k% k3 c/ p
一、地理信息标准化的内容1 O5 E3 ~. \+ {# x
二、地理信息标准化的制定
, D0 }# d% R& e! z* m第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）; H7 i+ F4 Y* l! A# F$ N
第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时） H. b4 G0 w4 U. e8 J3 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。+ |$ g$ R2 v* [% c9 ?6 P
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。( N, u0 ]! B1 P0 A
第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）
8 ^9 R% y: c( K; a一、地理信息系统产品及其类型
9 x I) D* t0 K' V4 D二、网络地图和数字地球1 T- j2 {: Y. H8 k; y/ B- q
第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）5 G* w0 ~/ T; O. t3 [' i
一、图形坐标系与颜色模型
3 H! R# v3 n* R0 E% _) A二、输出的几何变换9 L/ g# b% E: q* _) F+ ]
三、地形图与专题地图的输出组织形式
) M) x6 E( k; ]- a1 J第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）
: l5 L# p2 F" [: j6 W, {9 V! f一、三维空间制图模型+ e1 F' y3 O9 A. ~: E. j# o
二、数字高程模型的构造
) `% f( \- v# _6 O5 H' U" x' Y$ b三、虚拟现实的设计与实现
; b- v1 ~, C2 a; k* x五、考核方式与成绩评定- P- H# a& B% R& J; [8 f7 n& N
理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）
/ V% x i* f. Z7 X0 R六、教材及主要参考资料/ G5 K$ D; c# ]9 }, }
教材：: d6 z7 r( {# v5 x9 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:( ?) L: x! Q' _. V0 i( C
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% O5 ?( O% C1 {3 H
2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009
( X& L* h; F% w% z! B3、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 |
