《地理信息系统》课程大纲# g- y/ S2 b1 y. Z) m* M3 L B
一、课程概述; f" z \: `5 I% m' w) x
课程名称（中文）：地理信息系统 j$ z4 w( V3 i R E* s
（英文）：geographical information system
1 W7 e- b- q: f2 T3 w) R: u% ^课程编号：193710878 Z" W: Y! D) l$ h# t/ e
课程学分：2# d5 }; \0 f# m! C- c) P
课程总学时：32
$ [$ N8 ? A) ^$ |# E0 P' U课程性质：专业选修课$ d* M0 g1 y: J: U" ~
二、课程内容简介（300字以内）
2 P3 x2 i4 ?; S4 D; r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。
& Q4 I7 }: V& k# j9 r$ g& N+ H三、教学目标与要求
, K( Z z' j9 n2 t8 V6 T《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。3 O) X2 e& C6 B/ F/ _* J' s
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 O* M p" L( w/ \2 }, B; o9 m
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。+ K4 S3 G9 u! J4 T" m
四、教学内容与学时安排6 j2 p& Z4 S4 |- m, M- g8 w0 l) D
第一章导论（4学时）/ O! b4 h& |8 ]' V' l
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？2 a4 w2 M1 K0 I
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。
0 ~8 E9 k" Y8 N( i. i# {/ O# S: L第一节、地理信息系统基本概念（1学时）
% h! ]' _: A% {, S+ n9 n2 S& d一、数据与信息" V& |) t. P" n( C. y
二、地理信息与地理信息系统9 w( d4 T0 r& [, g4 D) D
第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）
8 ~0 F( w3 ~3 S6 H) H$ H+ ~一、系统硬件
: S0 Y$ y' I. Z5 S) _4 _; m二、系统软件3 D1 E5 A- q. e, \
三、空间数据
$ ?$ J- l& _# P/ o) `4 Q/ P四、应用人员" W, g) l1 [# C) x6 [: _( I X
五、应用模型
0 |) f6 u8 c0 Q1 a5 H4 k第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）+ W$ q& H. d# L5 _! d& P5 z5 |
一、基本功能$ n8 p& G$ m. f5 U* c8 C/ ~6 |2 ]
二、应用功能) X2 H- n8 E! w9 Y7 |
第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）
3 H6 ?4 c; g$ Y' R/ p. `, E# y一、发展概况' b- P+ n- S! ~
二、基础理论' t; @& q1 E* P
第二章地理信息系统的数据结构（6学时）- A, K" u$ \& I* _
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。8 C" Z4 ~2 X4 {$ Z0 P
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。) _1 O; s& N h7 {2 {5 v% J( s
第一节、地理空间及其表达（1学时）
6 W3 Y; F: ^9 Y& I( }一、地理空间的概念
& |8 Z5 D- a3 ` F; d" {1 Y/ l二、空间实体的表达9 ^/ X; ~5 X! F8 ]- F
第二节、地理空间数据及其特征（2学时）! V' ?! E4 V8 [9 S% P
一、GIS空间数据的分类% ?& @( T- y0 _' o" e8 a
二、空间数据的基本特征
" W9 Q! q3 \+ D% w1 [1 e# X2 a0 ?三、空间数据的拓扑关系7 [! w$ `2 Q" r1 k3 b# E& |2 d
四、空间数据的计算机表示2 M5 m! U ^1 D& Q% f6 G; B# p
第三节、空间数据结构的类型（2学时）
; _; ~4 M# R$ r# T+ z一、矢量数据结构
4 a6 M7 {# j1 I) a' w二、栅格数据结构( P& F9 h& N5 \ a8 A
三、曲面数据结构; G6 o% B& K K3 z
第四节、空间数据结构的建立（1学时）: h: |4 q. ?3 k
一、系统功能与数据源间的关系
6 J+ E5 c1 L" b9 e7 U0 d二、空间数据的分类与编码
/ \2 d) h! x5 D& u/ R. j& p0 C三、矢量数据的输入与编辑0 |# ]8 T( X( D4 j/ u
四、栅格数据的输入
9 M8 C; o' q; o0 j5 W+ Y五、曲面数据的输入
) @. P$ i) D; e/ U第三章空间数据处理（6学时）
( D7 R( M2 b+ _1 W1. 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$ ~, f9 Y$ y4 Q3 g. U: {1 R
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。
+ t7 b8 {: H* F5 r5 Z( E% `8 K第一节、空间数据的变换（1学时）
( U% r% @# h7 O% r- l; `一、几何纠正
, k& i% i- K& ^) ~7 I* L' }. C二、地图投影及其变换
% z6 Z6 S! I2 C0 g第二节、空间数据结构的转换（1学时）
. \* ]2 H8 e( Z3 K: I一、由矢量向栅格的转换
- T5 H% U# D* K/ u9 u二、由栅格向矢量的转换
% H( ]: B1 r2 {1 m第三节、多元空间数据的融合（1学时）
0 G: n! ]! |0 m8 s! @一、遥感与GIS数据的融合
% Y9 ^; }7 T/ ~( ?二、不同格式数据的融合
2 F- L# u: [! [4 a: L0 w, c2 P. @9 }第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）
# e7 _: Y0 A1 C) o- P# p一、空间数据的压缩
1 A$ J9 o6 e! @二、空间数据的重分类
4 _7 K f( z8 J O+ e第五节、空间数据的内插方法（1学时）- [$ \6 t z8 |: O' B
一、点的内插
: ]9 S5 c6 P0 e! I, W二、区域的内插( p1 c: v# F6 b) f
第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）
: h0 K& |' J" P- |( p7 P一、多边形连接编辑& d+ ~/ |$ f. _
二、节点连接编辑9 |1 E$ W, _3 H7 x# C% y* {
第四章地理信息系统空间数据库（4学时）
* ~6 m& q( S3 n% b* {( J/ H0 }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。% ~5 P* N) y$ R4 \. w
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. ]1 y# H7 \# w% e0 F
型的类型；难点是空间数据库建立的方法。5 j* l* e e" l8 {' O( z
第一节、空间数据库概述（0.5学时）& a0 _3 w+ l/ y
一、空间数据库的概念
% j3 _% p, [& P% g/ s9 a6 ?; w二、空间数据库的设计/ J/ {. _5 r- L0 k/ q" _' y' R G* T
第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）
( t( g1 Q" L) ~一、语义数据模型3 C4 o( u1 G9 h3 p) A2 j3 N
二、面向对象的数据模型
. Q* K4 Z- @! c9 y) D第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）
1 {) U1 k% c' |$ I/ p) Y/ x一、关系数据模型8 I" D) @" y0 b! G! r. n* @
二、逻辑模型设计8 n% B7 B0 ] {$ I$ ^$ v
第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）
& f* y2 ~: B% N* f, B一、空间数据库的物理设计概念) z: G5 L$ N* t+ `+ u& ]
二、空间数据库的物理设计步骤
* z+ G- V8 f' E8 Q Q& I/ ]第五节、空间数据查询（0.5学时）
O, N: u1 H# B) a" G x一、空间关系查询类型
' [. [+ ^2 [8 y7 Y- P4 v二、属性数据查询
( w# E$ c( \- g0 D5 k三、空间属性联合查询
2 |) T2 C1 z, r4 ?( q* S四、空间查询语言
9 m/ I4 n) k! S3 z! b& {第六节、空间数据库索引（0.5学时）
7 c# a+ R. ]: I, D% ?4 X, M- _一、范围索引; m2 k& b/ H& P5 o5 f
二、格网空间索引" r- Q& J% @/ W$ d" a
三、四叉树空间索引- [+ l1 {, B& a0 D! S+ |5 Y
第七节、空间元数据（0.5学时）
$ W" F8 E$ i& F! @一、元数据及其作用
) P* i# ^) q& y% a) o二、元数据实例' {* E! j; c& `
第八节、空间数据库引擎9 ]2 g* R( L# |. ]
一、空间数据库引擎概述# Y6 G) c+ H: z R
二、空间数据库引擎的工作原理- t6 [" h# K7 \& A" X" V9 o
第九节、空间时态数据库（0.5学时）6 {2 V8 k) u/ m( _
一、空间时态数据库概述
) W! V8 G4 z6 @; U0 v! i6 a二、时空一体化数据模型+ y: y+ W; y% d7 E* H: v
第五章空间分析的原理与方法（6学时）4 R4 ?- m: q" K$ G, I i
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。, d1 T# L, q$ G [
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。3 A! b, x: k6 N1 ~- B7 Q
第一节、数字地形模型分析（1.5学时）/ J7 K2 [6 p. k: e
一、地形因子的计算7 I' j% N/ T; p2 o! t4 q4 I7 ^& c
二、地形剖面线计算5 x# d6 h% m3 I2 F( S
三、DEM的通视分析1 t( \9 K# q Q, B" w
第二节、空间叠合分析（1.5学时）
7 |: }* x& i+ i一、空间叠合分析的概念2 @/ a" o3 g$ X0 H1 R5 N3 s+ I$ p
二、基于矢量数据的叠合分析 c# A# l. X, D/ _6 _
三、基于栅格数据的叠合分析0 d3 k+ F! B4 S% Y! G: u
第三节、空间邻近度分析（1.5学时）
1 G/ V# V5 o M7 n2 \ j$ L一、空间缓冲区分析
) }) ?! c+ q0 ~& {* i* Y$ ^二、V oronoi多边形分析
. x T% B4 s% B/ x! M+ d) Q第四节、空间网络分析（1.5学时）
* Z% ?' O5 }; ]( L4 i一、网络图论的基本概念* \& P3 r, D6 v( \( |& V. [9 h8 h
二、计算最短路径的Dijkstra算法2 k% `1 k' [; u. h9 N
第六章地理信息系统的应用模型（2学时）
! J2 s2 S: C, l' F4 B; w 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。 j, ?+ x6 D A4 n; E9 ]7 N
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。
& N% X) p( y) q第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）
1 A. P# _; x2 D( O+ O/ ~一、GIS应用模型的分类
) D2 D* ?/ R, o7 ?二、GIS应用模型的构建' j9 {1 q7 v% F& @6 s
第二节、土地定级估价模型（0.5学时）6 C, p6 |8 t1 g' K- h
一、技术路线( g4 T* s1 a6 r F$ {
二、土地定级估价模型$ i! \! L G, S8 G; `7 H
三、应用实例' p `0 V' `+ c
第三节、适宜性分析模型（0.5学时）
) L1 ~2 S) R8 _# }! }一、一般形式 U* A3 o' @: f* h4 l6 h
二、应用实例: V: p- b7 U1 W1 L3 T
第四节、发展预测模型* ?- X; [& H( }. }5 e
一、一般介绍
n3 |/ R8 G8 T% j* d1 u二、应用实例8 ?! E. l4 _6 \8 C+ j6 V' K+ `
第五节、区位选择模型（0.5学时）
, D: ^$ Y! e6 w& ^) }+ r一、数据准备阶段
/ O! ^4 p1 w0 |9 R4 P二、综合影响评价阶段 n# |) s) `+ p' I& i
第六节、交通规划模型
, O/ _( m; i9 J3 S3 A一、交通发生量预测模型
8 _1 N, o9 X7 v# }" ^/ |7 Y: Y' {二、出行分布预测模型
3 h; ]' c4 {1 o. H第七节、地球科学模拟模型
9 y# |4 q; \6 K: N% V; n. S一、确定土壤侵蚀的数值分析模型
5 ]. x9 `3 [* O3 W5 ?; p% _1 ^1 d二、设计土壤侵蚀数据处理流程
. }( z0 u* ?0 ~, h+ ]6 o( _ u6 O 三、土壤侵蚀图的输出8 i. T1 H. P) i" F
第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）- D" L7 e% c8 R
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。
+ z4 J ?" I( K! S2. 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。
8 D6 w" ?" @% L第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）2 U* H: L( \5 ^
一、系统设计的目的
* j8 G' @2 d9 F2 F二、系统设计的模式
1 Z: o$ K- Y; j: G' O# k三、系统设计的流程 I. U2 x* H& G4 Z- R/ n9 K8 M
第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）4 Z9 F. c2 e7 V o
一、系统分析
1 ^' }1 ]: D3 f* S8 u0 V二、系统设计' y; u" [3 T9 w; O
三、系统实施; B; |1 v8 U$ ~: N+ V$ u
第三节、地理信息的标准化（0.5学时）
0 c, Z7 P6 i0 t( }一、地理信息标准化的内容' q- @, Z: B" Y; i/ G4 D _3 d
二、地理信息标准化的制定
2 u5 C% `) z* P: n6 T第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）5 V# @3 j* E8 j8 R
第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）
2 Y! A! p( n3 x: p. F1. 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 H4 R3 F9 j# ?! n8 J' N2 H. c! @
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。5 I+ }$ d9 R1 S2 m8 b
第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）. W! k, t3 O$ L' `
一、地理信息系统产品及其类型
& q' V. D9 o5 {1 f$ j- B( M& N二、网络地图和数字地球( \. z! Q" j. j1 w9 Q
第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）+ h3 O0 |$ m: T2 F: w
一、图形坐标系与颜色模型
6 [! u0 a! X6 O' ~( ~二、输出的几何变换
' b c* H( d9 I1 G* E) F* O6 |三、地形图与专题地图的输出组织形式9 X0 h1 J+ c! ^$ x4 G* I0 N
第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）
* W2 Z# B" Y4 ~1 P- `+ b一、三维空间制图模型6 J: W8 M' \2 Z1 r+ J
二、数字高程模型的构造
' s& r3 I5 x! A' D0 W2 Y三、虚拟现实的设计与实现
/ h% k& H* A# J" g& L/ ?( Q五、考核方式与成绩评定% T! c8 L/ t) T; g' O$ C
理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）
- W d! D0 L5 T4 T m- P; _六、教材及主要参考资料
! _7 g5 [% f# d; }3 ~4 H- H教材：" Y4 I% i% H# C, r, A W
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' ^/ _% [. f8 A
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! L( L& f4 [8 I
2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009
0 l* ~6 E6 O" V R4 z; l3、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 |
