《地理信息系统》课程大纲: m2 K! [9 I0 z4 b! R, G3 I
一、课程概述3 L# `! S+ M0 m6 m* y
课程名称（中文）：地理信息系统
5 V# J% c* y' o2 ]& w! s（英文）：geographical information system
/ R7 U- t' ~" h4 y" E* f% x. T课程编号：19371087 [) V( S5 G$ Q" I8 i, V
课程学分：2
3 ?: B# K. y4 t4 K; c/ v6 {& N课程总学时：32' k: M; C+ `% g. u* ^2 O1 l
课程性质：专业选修课
8 o! C& l {1 Q5 J l二、课程内容简介（300字以内）6 ` f; Q5 d+ R% f, `' n
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 {" Q5 z% A+ G0 z) \
三、教学目标与要求
; a- @# E" T2 d《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。! b5 p3 f' R% g- N6 W4 I
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。+ v, T) M1 I5 S) [
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。
# C0 V2 Q- y+ |" [+ n" |! c* Y 四、教学内容与学时安排" x' N/ t- o, v: J( ~. M9 C
第一章导论（4学时）& T7 @4 p. w$ b9 v. M3 }2 _
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？
/ Z& A t- }4 J0 W: r3 U. g9 ?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。
, q0 A4 `. Q0 [: V( x" f: ?* ]第一节、地理信息系统基本概念（1学时）* B8 Z1 w! c7 M: V; K
一、数据与信息
% ?" S9 p2 ~6 l二、地理信息与地理信息系统
4 ^/ \2 F7 y! y) d; A第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）5 r) `4 v, T2 |% a+ L) z
一、系统硬件
2 _- D6 H' G: I9 o" U4 @/ G二、系统软件
: W0 ~9 @" K; u3 d& `三、空间数据! h5 S) J! w( Q0 i9 M
四、应用人员
' r1 d; ?- m. T4 M" ^& Q五、应用模型) W+ V+ I1 h; C/ v$ g
第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）
5 @7 \+ ~! c5 L: M* _一、基本功能9 O3 { k2 m1 [
二、应用功能: t J) t& V5 h7 D7 }! a
第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）
$ y5 H( O. T9 q一、发展概况& y5 [2 P5 Y- e7 r* _1 X
二、基础理论+ [5 {# [7 q3 O* h5 a3 t1 r7 H
第二章地理信息系统的数据结构（6学时）
( j7 c8 v. _( P+ B2 w1. 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。
( f5 @5 i% F6 N2 @- B+ k2 f 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。2 u6 g6 H! K: z7 z% Q. @( a
第一节、地理空间及其表达（1学时）7 P8 e9 {0 Y& l) F% h+ A
一、地理空间的概念
- S. {, o& R2 p6 Q. |二、空间实体的表达' V3 r! n; f1 I' f% ]( I) h
第二节、地理空间数据及其特征（2学时）
- `4 ?# g' h( v. `一、GIS空间数据的分类, p2 \1 _: k! {' ^" a0 h
二、空间数据的基本特征) B" w- r; h1 m" L/ n: a
三、空间数据的拓扑关系
* y8 g( Q" ~- P+ o) L- W四、空间数据的计算机表示
9 d5 e" h& p: t2 f第三节、空间数据结构的类型（2学时）+ K4 ], y9 y+ E5 ?: C+ U9 k
一、矢量数据结构
" K( \6 M) }1 I% X7 [* L. {二、栅格数据结构
2 _* [" C$ ~7 t三、曲面数据结构8 d) v( g) P, t) p1 |! g
第四节、空间数据结构的建立（1学时）
! A# \$ x7 U3 A& A# J" U6 u: h) a一、系统功能与数据源间的关系
. n4 t" j1 h' I二、空间数据的分类与编码
" ~. P. |$ X) \$ o3 l @) [% K三、矢量数据的输入与编辑/ Z8 J: F m# F l$ r1 E
四、栅格数据的输入
" o4 C4 F4 N9 N; ?, p五、曲面数据的输入
% m* K+ \+ c& h L i& F第三章空间数据处理（6学时）; _; C4 f9 X/ ~* v1 q
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。) s- t7 n3 a1 y8 w% W
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。
4 p8 y! y; m, v- {& P$ \# y8 r6 P第一节、空间数据的变换（1学时）! g2 J8 _2 B [; ~' B) c9 ~* S
一、几何纠正
0 z+ k3 H; C, j" J二、地图投影及其变换
9 D8 [+ @8 ~/ O W7 r第二节、空间数据结构的转换（1学时）% A, s% P, C0 w* |' {5 d- H
一、由矢量向栅格的转换/ E' c, ~0 Q# h4 ]+ T: T& S
二、由栅格向矢量的转换
& F, G# O9 E& K4 [6 G6 D第三节、多元空间数据的融合（1学时）; ^* |1 R2 a/ Q" y4 p7 X
一、遥感与GIS数据的融合
7 C- c# L2 W- h! L二、不同格式数据的融合! H3 [: y) h8 D- v$ \9 X2 u
第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）' }) R T# I. W: t) @* f
一、空间数据的压缩
/ b* v' w9 C' L" o# F) r0 s" M二、空间数据的重分类
1 M3 U! x1 n1 \0 g% t第五节、空间数据的内插方法（1学时）& S) ]- s, a" E8 P. L5 l/ B
一、点的内插1 }9 ]3 q6 O& e" X7 Y
二、区域的内插
8 Z. \ A. x+ Z+ F第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）- A- `% G) R* {: V) O
一、多边形连接编辑% s, v5 M" T' g. F' D0 ~- e
二、节点连接编辑
% k; P, Q0 K! c! b1 n% S- F5 ^第四章地理信息系统空间数据库（4学时）' i" o9 @8 O6 o0 @1 [4 U+ T5 J+ \
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。
_; N e) d7 ?0 D. L5 ]; u Z2 T1 f7 T2. 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6 y7 Y; E9 y7 x. y. X
型的类型；难点是空间数据库建立的方法。6 `+ ?# d2 s5 g+ ` {6 \ ^) A R
第一节、空间数据库概述（0.5学时） e- }% e" v& i2 H2 h: D! {. v
一、空间数据库的概念8 r7 A; _; g4 L% `
二、空间数据库的设计
1 O3 z3 l* H5 B: h第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）/ [! s# A# `2 O, g- o; M( B1 _. U
一、语义数据模型
4 V8 H( p4 ~0 L* p; {# ~二、面向对象的数据模型7 x- p, ?) v, S" e8 u9 ^4 Z9 ^9 y
第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）
+ n7 \! C, r) p7 e& ?& }一、关系数据模型
8 q, e6 y0 ?8 O9 Q' u( c$ f二、逻辑模型设计
# @9 v/ {4 i: e! H第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）* f( j# A) h3 O1 N* y' Y
一、空间数据库的物理设计概念8 L) O4 q# E6 A2 `# L
二、空间数据库的物理设计步骤" I& Q/ x) R7 W
第五节、空间数据查询（0.5学时）+ |3 T" H, {; {* k& L; ~5 J/ Y
一、空间关系查询类型5 \( E$ Z6 J' |8 j4 b
二、属性数据查询
4 o+ x% B# r/ S ?$ T9 |三、空间属性联合查询; u# G$ E7 n% Z/ k% t3 G" z% f
四、空间查询语言) J3 M5 }( x ]8 X; m k. x( v
第六节、空间数据库索引（0.5学时）
1 m: z6 b: {# w3 m: I$ j& t+ @( r一、范围索引 h9 V! l' P: J) _2 E' p
二、格网空间索引" H7 G/ q( A; d% \; a) F, b
三、四叉树空间索引7 z- K2 x. e9 R* }6 G) k+ W! e
第七节、空间元数据（0.5学时）
/ O& l5 d) t/ m; y. j+ s一、元数据及其作用
7 R2 H: n. z0 Q4 X$ ~7 l二、元数据实例* P$ C0 _, l# H
第八节、空间数据库引擎
F- f& N! W1 a+ N6 ?# K$ A 一、空间数据库引擎概述
/ r' o7 q6 _8 {/ x二、空间数据库引擎的工作原理4 D; L' V. p8 x
第九节、空间时态数据库（0.5学时）( {4 g! |2 K, E
一、空间时态数据库概述* Y' I. H) N1 i) E, X- g
二、时空一体化数据模型
g( g, Y, a- K2 m0 B2 u第五章空间分析的原理与方法（6学时）; ?* ~- v) J- K& \/ e+ m0 Q' G7 E
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。
9 Z$ T- z% e% a# f2. 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。
# s, p _1 y% R6 R1 x第一节、数字地形模型分析（1.5学时）3 f3 |$ Z" k3 w E
一、地形因子的计算: u9 S* x4 U3 U+ x" C! ^ W: u- t A
二、地形剖面线计算
" ^- O ]0 g6 q+ o5 b; X三、DEM的通视分析
, `5 J) }/ s4 h/ H- m第二节、空间叠合分析（1.5学时）
# Y8 a0 J" ]$ n- _; _% g! X5 L2 `一、空间叠合分析的概念
: {9 v" r/ O* M% y二、基于矢量数据的叠合分析9 T, [) N7 e! D$ O+ k' S
三、基于栅格数据的叠合分析/ G- A4 R- c& s% @# j
第三节、空间邻近度分析（1.5学时）0 _4 v" r2 z; ?& _ w) F; z5 [
一、空间缓冲区分析. e3 s7 ^5 P8 f; R. i
二、V oronoi多边形分析6 y6 K7 N! |/ l U
第四节、空间网络分析（1.5学时）# x, Z- c, |5 Q$ }
一、网络图论的基本概念. s, f( j! G& F
二、计算最短路径的Dijkstra算法0 w. b, E9 m. l N0 p' t7 y* H
第六章地理信息系统的应用模型（2学时）! L3 G" o" y) @5 C4 L6 g2 D
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。
5 f- L1 G7 i/ ?) G- F4 \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。
) q4 ~8 n2 _" m$ h" ]6 ?第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）& R- z7 U3 U% `7 O6 s" }; Y7 X3 u
一、GIS应用模型的分类
`2 C0 g+ e# }6 u/ x: u( C( M二、GIS应用模型的构建
5 l, O# A% I( r I/ |4 v8 g5 O P第二节、土地定级估价模型（0.5学时）
; m3 X, a- c7 V一、技术路线
5 \; D$ v' ^+ b1 O& _4 J/ y2 U二、土地定级估价模型7 m& }5 Q3 I" Z+ F/ W9 I
三、应用实例/ z! f6 Z, V8 w, _1 O8 [. b
第三节、适宜性分析模型（0.5学时）
& q: B( M0 J9 s" N( Z一、一般形式
$ C2 Z1 D* S y$ G( Z/ e* Y. \9 H二、应用实例4 X2 I& W( l V2 c" A( |2 [
第四节、发展预测模型
! s: {# ~* a- \8 @! ?一、一般介绍
2 h) r0 m4 z! C# y, n二、应用实例
9 z6 X6 J" l1 h第五节、区位选择模型（0.5学时）! k# e5 E2 x8 a7 b! f$ w
一、数据准备阶段; f7 M6 h: b) B$ X d
二、综合影响评价阶段! L f9 L- n( W9 k2 Z
第六节、交通规划模型1 s$ `" @& M) h
一、交通发生量预测模型* p& R: S; W+ o. _$ }
二、出行分布预测模型
5 x% m+ m3 n8 X第七节、地球科学模拟模型2 y% K. N) D/ \+ t% O5 a8 |$ R% G
一、确定土壤侵蚀的数值分析模型/ U4 U# I; j# K) q/ u# ]# e
二、设计土壤侵蚀数据处理流程
2 _1 x- B B' \6 e! p1 R 三、土壤侵蚀图的输出
' [- W% {% X( T6 `第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）1 k, i( `9 P: i- ^
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。
) Z2 a0 F# L4 b x( P$ Z8 z( m2. 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。4 p7 j4 R4 N& O% \- K& `3 W
第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）5 I& Y6 _3 m$ C0 ^. |
一、系统设计的目的
/ Z" K# R; ^, Q# c3 H. `二、系统设计的模式- i; z; K! M* d: u P# W
三、系统设计的流程
0 g5 g6 }. Y+ a! k第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）- B, N E5 e; q" m4 K
一、系统分析# G3 G% | b8 M+ U0 k7 {
二、系统设计, P1 \, q" ` m4 A ?4 @0 w
三、系统实施. Y+ h# M( z0 M1 r" b
第三节、地理信息的标准化（0.5学时）
9 l6 e8 b3 I& \' f$ ^0 N一、地理信息标准化的内容
5 L/ u. V. X& E, E$ l; g二、地理信息标准化的制定
* F6 m+ j1 ]+ Q n5 V第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）
5 l% N3 O5 M& D第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）% f* B! }& @" ^3 U( d
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。% I- s7 L3 v' L- h* s9 f! {
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。7 `' W/ o4 F9 k
第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）
& \& E: Z6 C" F; s: ~- c# {一、地理信息系统产品及其类型9 q! v6 O/ t2 D: v: n
二、网络地图和数字地球 q4 q6 C7 v# P9 f# D: S
第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）
2 o* W7 k; Y( {7 f一、图形坐标系与颜色模型
' F2 c1 v' \* C* h二、输出的几何变换& {( E; S2 D$ j( V0 p9 x
三、地形图与专题地图的输出组织形式
+ D6 M( T# D/ F9 K7 R第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）
0 f, Q0 u/ D% D! W一、三维空间制图模型' o* G: h5 U' e# f3 }5 s
二、数字高程模型的构造, g7 y' d; q: j, o5 u
三、虚拟现实的设计与实现
* Y' V% l5 ~. P: d; D$ n; T& F五、考核方式与成绩评定
0 d' `, ?$ [$ R理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）
" @; Z4 _, j: r' B六、教材及主要参考资料
. D4 ?" n' k% O8 n3 ~教材：
- P, O- }! b! u! s$ T5 N( y, V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:' }9 ~+ b+ T/ B) ~9 @# z" T
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( a" R1 _! Z9 n0 H
2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009
8 ^! h# B# C( `2 `' A. s: }) X8 _ T3、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 |
