《地理信息系统》课程大纲
$ V, N& n; i9 A& I一、课程概述
' h% c! O* }. I; x1 ~& ~课程名称（中文）：地理信息系统5 ?% i) m2 j6 Z3 C J% L/ p$ U
（英文）：geographical information system
/ [4 b2 |4 L/ m# Q8 v/ m; L课程编号：19371087
% j7 {' Y$ ], E+ \课程学分：2
3 i: X# _; G+ r% {( E0 M& A课程总学时：32, q7 U: _2 [/ Z) }* c5 t
课程性质：专业选修课( S- q: p5 C$ m1 ], L' a
二、课程内容简介（300字以内）, `& r, O! D) X" A* B% I; b f
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。& F. t/ a9 J- D
三、教学目标与要求
' m* J9 x* |# X3 E E' y《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。
, S/ g. G9 S H0 X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。3 w- \* l" T1 i1 z2 A' 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。
9 N2 ~% ^) x; X4 l& v 四、教学内容与学时安排
, T; v! m! [+ s l第一章导论（4学时）
4 ?, z+ A, i8 a! n2 V1. 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？
0 Y! p* }4 Y" \9 ^, B) c, T4 @2 P2. 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。
% `1 C. l" j1 w' c/ }; d! g第一节、地理信息系统基本概念（1学时）
- u. u" h& G& b* z& x6 L7 f i8 }一、数据与信息
$ C/ r2 K5 F: t$ `$ @7 G二、地理信息与地理信息系统
0 R7 C' e/ \. L6 e; u/ T第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）
1 e1 P- K0 `( r* V/ x/ r一、系统硬件3 V- R' e _8 M( X+ \; a
二、系统软件3 B5 F) j3 B! Z: q( G( m2 {
三、空间数据
0 d5 M: g- }, R/ W3 H$ q四、应用人员
+ t, D7 I- u$ R% N4 M2 A* R3 S/ }五、应用模型' [ S! q7 h: t2 I
第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）
& x7 Z p5 e% k0 v0 n1 |一、基本功能
$ a4 D. @' l5 r4 r4 y- T8 Y$ |; N9 r二、应用功能2 b j9 ]2 s2 i# A+ d
第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）
. p6 p4 y* h3 t! T6 T9 Z1 i一、发展概况
3 `* x' E" ?5 `' \二、基础理论
/ V& H4 ^& M3 Z) W/ E第二章地理信息系统的数据结构（6学时）9 S. M; |7 E+ E
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。
- b' I# M3 v' B( S8 e 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。
' l& [+ Z7 s5 o6 E第一节、地理空间及其表达（1学时）
5 ~/ S0 I7 l# R' v% b一、地理空间的概念5 w4 p& p3 p3 ]2 `$ B0 D
二、空间实体的表达0 i. T6 O M5 D- p$ `
第二节、地理空间数据及其特征（2学时）
" e) ?; H/ M0 [. P l5 o一、GIS空间数据的分类
- Y* U* h$ ^( t# o5 l二、空间数据的基本特征
6 W# a, ^2 I7 q6 v% G三、空间数据的拓扑关系
! `8 p; O: z7 A7 y8 ]1 d0 T四、空间数据的计算机表示' }) D& x( l) b8 f/ z0 `7 y
第三节、空间数据结构的类型（2学时）
; B6 L% M. D1 u* _ h( i一、矢量数据结构5 Z l' w1 x9 {+ p7 l
二、栅格数据结构
$ J0 K* W, x8 }8 M9 z三、曲面数据结构* a& g2 z" X J9 S+ j R0 r: ]
第四节、空间数据结构的建立（1学时）; j0 I6 S" e1 P, S
一、系统功能与数据源间的关系
1 W& i2 K' V0 j- J7 q二、空间数据的分类与编码5 H; ]4 S7 `5 P+ E7 [6 E
三、矢量数据的输入与编辑5 h4 h) g. @; S
四、栅格数据的输入
. w, d3 S# d: m, F y) }五、曲面数据的输入) S* x% u& {- R8 K4 E/ N0 b1 T
第三章空间数据处理（6学时）
6 U/ T" p, A' ~4 f1. 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 A: `; T) _
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。0 V# n, t+ @+ m( S% W
第一节、空间数据的变换（1学时）7 i8 b& N9 k; J9 a
一、几何纠正6 w o f( U0 N; p2 S* Z u
二、地图投影及其变换
% }* R3 U3 V! R3 d! @! N第二节、空间数据结构的转换（1学时）
" `. j9 }1 P' Y) x$ t8 E! i一、由矢量向栅格的转换
3 F- j1 P0 _" u3 {( R( v8 e二、由栅格向矢量的转换: R2 m4 ^& |7 Y1 U$ n
第三节、多元空间数据的融合（1学时）3 S' o; p- L$ h4 ^9 U( v& z6 A
一、遥感与GIS数据的融合% B8 ~5 d. f3 ~$ w) z
二、不同格式数据的融合* R" }( T, {: A6 {. U/ B
第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）
4 a* A' M* k9 ]& x4 J. l$ Q: G一、空间数据的压缩" I& | z* v1 S z5 `5 N# p
二、空间数据的重分类/ R. f2 K: a7 @8 f2 Y; x
第五节、空间数据的内插方法（1学时）
B. P* ]# Z5 G9 |# k一、点的内插+ h- f& {' d. c' K' ]0 L0 v
二、区域的内插
& a9 k7 s) s% V6 a0 {8 d( y第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）( [5 `+ d7 i" J7 _
一、多边形连接编辑6 } }& K7 V) ^6 h1 y
二、节点连接编辑
1 G4 a) ~5 \4 Q; |' {第四章地理信息系统空间数据库（4学时）
; t ?: c, N) V' H9 Q; `5 t- M1. 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 _: J9 E1 E! O: M$ y# J8 b4 M+ c2. 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* L; y8 D4 K$ ~
型的类型；难点是空间数据库建立的方法。4 x; t+ K- P- ~# k# {$ @
第一节、空间数据库概述（0.5学时）0 |* k, |/ h/ P# q5 K+ f. T
一、空间数据库的概念
1 X+ z; f' e1 T4 `二、空间数据库的设计
# e9 n! `0 K$ S. V) u& F第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）) P7 r0 B5 `3 ^6 n1 K
一、语义数据模型" \' a1 p2 @& ~+ Q$ z' p! b f" V
二、面向对象的数据模型- l5 }. W1 [/ n
第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）& f' B& _4 @/ K6 I ~6 b& T# O
一、关系数据模型3 R' T E" R/ S
二、逻辑模型设计
, [( x6 o. v3 b b+ \/ o第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）
, ~1 ~& `5 I. Q# O; E2 o9 w; S一、空间数据库的物理设计概念
* w: w6 r6 `( t4 J; Z二、空间数据库的物理设计步骤5 V4 L# F0 _4 L8 Q, v8 U0 g
第五节、空间数据查询（0.5学时）
8 l* I; n( a5 ?4 T, P一、空间关系查询类型
& ]8 R0 u5 z5 u9 t8 i二、属性数据查询
2 A2 p, G: P0 X% j f% T' J三、空间属性联合查询
- o; j! o& f7 @& [" R( g' D$ @- p四、空间查询语言
1 A4 Y4 s4 v6 e+ X第六节、空间数据库索引（0.5学时）# ~+ t+ {. N0 h- G6 Y5 t0 J
一、范围索引
$ _4 `. t q5 I. ~! X1 N二、格网空间索引
5 b- C+ o. Y7 I0 x! w三、四叉树空间索引7 v- |6 k/ C; j8 @% b* {
第七节、空间元数据（0.5学时）
# j. d+ Q0 |" G4 ~3 X一、元数据及其作用
1 a8 x) ~6 P( S2 ^二、元数据实例- q5 w, \5 p2 I
第八节、空间数据库引擎
5 u4 V# p. [( u+ |8 G 一、空间数据库引擎概述
# A' i0 S" C' Y6 m6 Y二、空间数据库引擎的工作原理
5 _0 U& e! H0 N0 T, L第九节、空间时态数据库（0.5学时）
( X3 E2 o* S7 }8 Z* Q1 U) H一、空间时态数据库概述
: [) P. U7 J7 _4 G1 ]二、时空一体化数据模型
; @& R9 m5 K' b K9 l第五章空间分析的原理与方法（6学时）/ W2 s+ v/ T/ Z
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。5 r7 j9 H1 x o( ~' Q
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。. t m8 p* Z8 i |
第一节、数字地形模型分析（1.5学时）
! o% y) d7 f/ N- E d& {, c8 h3 R一、地形因子的计算
9 w2 a8 h8 @$ Z4 O1 j3 u二、地形剖面线计算( M) m8 b- l& v+ Q
三、DEM的通视分析* n* R7 P: }. s( r
第二节、空间叠合分析（1.5学时）
/ U" m( L* e' B+ C0 \" \9 R; {( g一、空间叠合分析的概念
' @7 t( u% @9 Z5 ]) y( I# J" r二、基于矢量数据的叠合分析# B" N2 Q1 t4 a% H) H0 ?% k/ A
三、基于栅格数据的叠合分析1 k3 Y! S$ {, \* K; R- _
第三节、空间邻近度分析（1.5学时）( f( h4 a: G5 M+ o7 L) {+ Z, J
一、空间缓冲区分析
7 P: A# Y ^" ]3 `5 G2 L" `二、V oronoi多边形分析
0 y+ }+ j7 W( F& z! P$ h第四节、空间网络分析（1.5学时） h; `: O h$ P% q2 n
一、网络图论的基本概念& ?# N' C/ x/ M
二、计算最短路径的Dijkstra算法
& {4 u: i8 {# Y# [# \* ~% L& e第六章地理信息系统的应用模型（2学时） _: d0 ?4 N" K3 W; D: i7 T
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。1 |7 t+ W& N0 l/ i1 j8 r. V$ T
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。
7 {0 r7 g$ x' h' W! g第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）
3 t K$ n7 G# v' H8 C) _% ?一、GIS应用模型的分类. @7 n# ?- r2 B8 ]: c
二、GIS应用模型的构建
$ Q* f" t& l: I% m第二节、土地定级估价模型（0.5学时）
4 n4 O* b& L4 \% c) n一、技术路线
8 w* S* u6 E) o9 z+ J- Z& E$ r二、土地定级估价模型& n2 l- @# w3 p0 K7 S4 w3 r, d
三、应用实例
0 N t+ @( e2 G0 j* z, [第三节、适宜性分析模型（0.5学时）
" o: O# U4 D4 N8 l一、一般形式' M, H6 P2 ?8 Z% S, h4 j
二、应用实例+ `: D: a S5 f# B7 P! a
第四节、发展预测模型$ n6 }: O: t! t3 _& ^( e2 r5 P8 E
一、一般介绍
/ X* C$ c$ m6 D8 s二、应用实例
: u" y: \0 ]1 ] b第五节、区位选择模型（0.5学时）- _$ A X' G# o$ }
一、数据准备阶段
- R/ Z' P6 q5 k8 k# d0 F6 G二、综合影响评价阶段
. T L) ?# A: i/ C# I第六节、交通规划模型% P* F2 c9 Y1 ]& s8 |
一、交通发生量预测模型
0 L6 {; `* {. ?' B5 o% {6 c二、出行分布预测模型
9 m; }1 {: Y$ _6 \- d第七节、地球科学模拟模型
7 Q5 N9 O0 S# K* Q( e" P一、确定土壤侵蚀的数值分析模型
% K* e6 X; J. _8 C! V* b2 K, H二、设计土壤侵蚀数据处理流程: ?1 F& S7 q) T4 T( k' i, `
三、土壤侵蚀图的输出; ~# {: A/ j1 Q# t4 P
第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）: C1 ~$ _+ {. R& n" \
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。$ D9 H I. R( Z# t# V, |" v
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。8 g* ]1 E% V S" m3 q
第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）$ H* _ S2 l4 F3 z
一、系统设计的目的* \3 }4 o2 r: q. w, y6 j: ]9 K" \
二、系统设计的模式 V' e% J, C1 e7 A
三、系统设计的流程5 x2 C0 L+ \( F/ i# \. w2 y
第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）
M; M9 b, e/ ~9 d& X/ Z一、系统分析
% i, ^2 q& r6 Q0 e4 ]* D二、系统设计
# \- z; @0 [, x& g三、系统实施
& W' v, d- D* Y: S) z$ @+ B6 L第三节、地理信息的标准化（0.5学时）% v, R3 e: ?! e0 e. v
一、地理信息标准化的内容
- A8 z; U6 F8 A. Q4 j, f. {1 G二、地理信息标准化的制定' S. E7 x* v+ g* g! _( x5 B
第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）: W+ T3 d9 V4 {6 m; W7 m
第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）
; n; c" h9 i# ]' s5 @8 v1. 教学目的与要求：通过本章内容的学习，让学生掌握地理信息系统产品的表现形式。
2 o$ o7 h; E6 ^2 ?+ g3 q2. 教学重点与难点：重点掌握地理信息系统产品的分类内容。+ E* j6 c9 P3 p% ^
第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）7 G. }& ?2 E7 m9 \) W7 O2 Y
一、地理信息系统产品及其类型- b( g3 n3 r: \
二、网络地图和数字地球
5 b5 q& S0 Z& Z3 B# C6 V4 t& H 第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）5 H% u2 @: S6 v
一、图形坐标系与颜色模型
8 ^/ R! a4 l0 \: j. _二、输出的几何变换0 f( {9 R, O$ V; }
三、地形图与专题地图的输出组织形式6 C. Q$ z$ l; J, v
第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）6 ~2 k8 N8 j6 D! ?* @' w- O
一、三维空间制图模型& k) V# t* g& ?7 w+ \
二、数字高程模型的构造6 r# A8 |9 E' {( \2 R
三、虚拟现实的设计与实现4 F! m, S8 C# u: ^2 x, R& ^' F
五、考核方式与成绩评定
+ k8 F. Z( t7 s, j$ n" q, `理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）
; J% ~% r; Q7 V9 x! z六、教材及主要参考资料7 @' r0 t3 l2 J5 H1 z2 {% q8 F
教材：4 H# K* y( r) F8 A+ p, ]6 ?5 h* c
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:* M5 m$ m p. i9 l/ 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: h6 ]: R6 l$ m- _; x( y1 n
2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009
) `! @1 W6 r( R5 c5 L$ x5 B$ x- I3、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 |
