《地理信息系统》课程大纲
2 n' f ?3 [3 |0 W- ~6 H( j# Y一、课程概述, M7 ?! ?* |3 E' Q8 h
课程名称（中文）：地理信息系统
( H- j: `8 @' h% A6 }. U5 y（英文）：geographical information system: {& [+ q1 X" a1 q1 h2 Q
课程编号：19371087" e+ W4 W% T+ ^# m* u
课程学分：2
C, b+ C# R# W6 s课程总学时：32
, J4 I% c' q$ U2 k5 F课程性质：专业选修课7 E1 Q7 [2 n/ `( x" ~* J; J
二、课程内容简介（300字以内）
, k2 g6 @2 b+ O1 ^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/ i1 O9 R- S
三、教学目标与要求
" Q/ T3 z! T2 I; `/ b6 t" R. n《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。/ w. V# ~4 M0 z
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。
" l5 y9 }. K' N4 ~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。
4 o6 M3 D! M" X: B& g8 `! j 四、教学内容与学时安排
# L! E4 @9 i7 x9 x& s第一章导论（4学时）% X5 b% l6 Z/ e6 Z4 H' a6 R+ |
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？
4 j* f& s; l+ D: h2. 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。
$ z$ @8 r6 g7 p( ^第一节、地理信息系统基本概念（1学时）
* x4 t$ Y: B$ J. \4 z2 `/ d" `一、数据与信息' P4 q& X2 c" g9 h
二、地理信息与地理信息系统
S$ w2 e9 s& @6 Q1 b0 j第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）
+ v! \ K A' J+ m q7 M# w% |- r一、系统硬件
8 ^: Y4 J& \; `二、系统软件9 K" e8 w' e/ O f; j) a! H
三、空间数据
" v4 j2 X2 c5 h9 J) ~四、应用人员7 N6 x) H3 R; N2 O2 M- _
五、应用模型5 v0 v9 d/ o0 ~0 q, j. Y
第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）4 S5 \5 G- v) Y
一、基本功能! L( n& O' `$ u* p* r
二、应用功能
* m& j+ o: t9 ^' Z$ z) b1 C第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）. Y( s% N- b1 P5 X- S
一、发展概况
( I. P0 a$ [+ o6 v二、基础理论) z4 @ J5 ` ]4 ?: ]
第二章地理信息系统的数据结构（6学时）$ x ~: w0 E7 D/ p$ r- X: w. 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。
' \( R2 P' [. L- E% Q 2. 教学重点与难点：重点掌握地理空间的概念和空间实体的表达方式，GIS空间数据的分类、基本特征，空间数据的拓扑关系，空间数据的类型（矢量数据结构、栅格数据结构、曲面数据结构）与编码，空间数据的分类与编码；难点是区分不同的空间拓扑关系、矢量数据结构和栅格数据结构的编码方法。; H' O6 T& w! ]# R( C1 A6 ~
第一节、地理空间及其表达（1学时）( Z0 m$ _0 ^! n4 S9 T+ K
一、地理空间的概念% @* E3 r ^$ U+ J4 ? n
二、空间实体的表达/ ~, U, Z. |0 l- x7 x. F) t/ `
第二节、地理空间数据及其特征（2学时）
: D$ h _" m( S( V# U% Q一、GIS空间数据的分类
5 u: j+ R* |% A) N) G1 i; \) ?9 U二、空间数据的基本特征
% Y; {& l1 e' `0 o, `/ a三、空间数据的拓扑关系, S) k D$ Y ?3 V& N I+ `* P
四、空间数据的计算机表示' L) V4 Z. V' t+ z! C6 Y
第三节、空间数据结构的类型（2学时） o4 _5 a2 e# I5 e
一、矢量数据结构$ ~1 ~" ^8 G9 J* Y! }6 s( B% d) _. ]
二、栅格数据结构- x+ z- |" B, R
三、曲面数据结构5 T F0 i! E0 O' p
第四节、空间数据结构的建立（1学时）
) D' s4 f; t7 E4 D, l一、系统功能与数据源间的关系
' J5 n% Y" g k ^9 l0 U+ i+ k+ F& c( @二、空间数据的分类与编码
3 h* {1 K" N$ b, m$ x1 ?. n8 }8 }三、矢量数据的输入与编辑
; p* j. ^$ y3 x- d四、栅格数据的输入& l+ Q& c% m; D; ~: A$ N! c
五、曲面数据的输入
G) V7 U9 r1 y' y) r第三章空间数据处理（6学时）' Q6 ^' l' P8 S* D p. E
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。4 [; P" W; [1 i' X" \: d
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。
P" f' L' W2 T: E( q第一节、空间数据的变换（1学时）2 `/ Z* P# G# Z# z% `0 Z( g6 j# K+ f" X
一、几何纠正/ Q. L( R; n [9 T8 b! m, S- \6 j
二、地图投影及其变换# \+ S( ]7 u: S9 w1 Z$ P
第二节、空间数据结构的转换（1学时）
6 e1 ?& j. _; N3 w一、由矢量向栅格的转换
/ y. e' ]7 c2 ^. K' j$ h, W( R二、由栅格向矢量的转换) \% d" I, I1 f6 {
第三节、多元空间数据的融合（1学时）7 i$ N) O. f( m2 ^
一、遥感与GIS数据的融合 M) k, A! P5 D+ G5 f
二、不同格式数据的融合2 N6 g0 S* M% ?" i
第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）6 |6 I3 n5 t' h1 ~& z' T
一、空间数据的压缩8 |- z5 K2 k) M" H" }" ~
二、空间数据的重分类7 P$ n' u4 H! x5 h; S* [1 ?5 C9 E3 u
第五节、空间数据的内插方法（1学时）$ ^9 a2 V# K+ [. u
一、点的内插
% R1 r$ h* b! C: _; J2 }, _; V5 j二、区域的内插5 r( J* l- l: u
第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）* ?3 ~) a, _$ A- M# Q
一、多边形连接编辑
+ R1 F# l% Q9 ^ J9 g二、节点连接编辑: }1 p& Z: i* Z
第四章地理信息系统空间数据库（4学时）+ i) w0 o. Q2 S' z/ a
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。
( \/ k6 a, I2 g( n4 Q4 D6 k2. 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
: W- C6 {8 r; z/ {+ F$ @' @. M 型的类型；难点是空间数据库建立的方法。
1 M6 K, r6 e) L H5 j第一节、空间数据库概述（0.5学时）
/ \3 A+ \1 ~5 P- J4 T一、空间数据库的概念
' ?/ C" J3 {' Z6 q [4 m3 s$ c( n二、空间数据库的设计7 ]+ P) `0 H s, F c8 b
第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）4 g5 U9 I7 M6 @+ T l8 W0 L4 A8 J
一、语义数据模型
- h; g( V. p# e8 T# h! B+ `' u二、面向对象的数据模型' l! b1 R7 B8 }# ?; g6 w8 J1 R1 L
第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）3 R/ j2 O: A6 o; v" l& p6 Z4 B
一、关系数据模型; L, p2 R' Z* ~( ^
二、逻辑模型设计
& c) R x) g. u& u4 H第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）
3 [0 L7 ?* f! r- x, M一、空间数据库的物理设计概念
9 Q& x$ j+ l* J- x& n7 z4 M6 Q% Y' w二、空间数据库的物理设计步骤% ~; Z) \7 d5 Y4 \
第五节、空间数据查询（0.5学时）
. S# E: g( Q" i8 f9 G一、空间关系查询类型6 j! G5 ]6 \6 M5 `0 q: V
二、属性数据查询& |3 K2 L$ H5 C0 H7 J9 c# f( ^
三、空间属性联合查询
+ G; l) R5 b3 E) S! I5 X+ h四、空间查询语言
! `2 d( A o; L. r1 s第六节、空间数据库索引（0.5学时）* l6 M; d- G/ j* ^+ O. i
一、范围索引
( ]' h- p7 }0 c: H7 V7 j" F二、格网空间索引
. r; r1 ^, B; u: H2 h三、四叉树空间索引, ?; u& b/ ~ z w5 r) I
第七节、空间元数据（0.5学时）! K+ Q' D7 q1 q* ~# T$ V) T6 {6 Y
一、元数据及其作用
' Z x" z1 {( O0 G: N二、元数据实例
/ ?0 a {% T' g, c第八节、空间数据库引擎0 u) U& ]. n- a! x7 M
一、空间数据库引擎概述- A8 c. _6 j# \7 Y
二、空间数据库引擎的工作原理
- x6 Y1 G+ h9 M6 p7 u+ c第九节、空间时态数据库（0.5学时）
- _) F# H( j) b4 V9 G3 B一、空间时态数据库概述; o5 A: T# f; @' p7 _
二、时空一体化数据模型7 X+ v) t1 F4 b- Z* e# m$ `
第五章空间分析的原理与方法（6学时）
: u. t. @% T/ _$ a3 V1 L$ g1. 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。
' N8 T/ E6 {6 z: p2. 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。
# }& f p1 j1 f. Y# H1 I2 D$ V第一节、数字地形模型分析（1.5学时）% `' T% m- t+ r. q# L: a& h
一、地形因子的计算
1 i4 q" @3 U& S1 a二、地形剖面线计算# v5 n! @$ _& E9 Q7 E
三、DEM的通视分析
/ a% H% X7 Q6 A: m第二节、空间叠合分析（1.5学时）
5 H7 |6 V3 E, ~一、空间叠合分析的概念
4 F, u6 {/ p6 h二、基于矢量数据的叠合分析( h, _8 ?3 d8 B4 c
三、基于栅格数据的叠合分析
# D! [/ F; o9 i6 M' ^% {, @1 Z2 j第三节、空间邻近度分析（1.5学时）4 j! y2 X6 x. Y! F' ?4 I2 ~- S
一、空间缓冲区分析3 \: F9 [9 V+ t
二、V oronoi多边形分析
: K* x9 _+ h) \' V6 z+ D) n第四节、空间网络分析（1.5学时）
+ V0 C" K' `$ \8 l一、网络图论的基本概念
3 C4 a# @" i. a# v# H5 @+ j/ J二、计算最短路径的Dijkstra算法
/ K" } M7 s _1 X7 _第六章地理信息系统的应用模型（2学时）
( q+ X- X& j0 r* S; p 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。' q |) T: l# g0 q" b
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。2 a( H [0 S, c g1 q3 n3 b
第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）0 M0 [* ~' i$ W- _: T& a# E- D* O+ M
一、GIS应用模型的分类
( K* S/ v) q& w+ \, C3 g: t8 x二、GIS应用模型的构建
. X) W% U. b( s- K$ ?/ H第二节、土地定级估价模型（0.5学时）
$ H" m4 u( }- m: {* @! I3 H一、技术路线
- `; ?& F; M) n% Z/ [% O二、土地定级估价模型7 o1 y8 \" \, `2 u
三、应用实例
& J7 q0 A9 ?5 ^/ R2 u/ n第三节、适宜性分析模型（0.5学时）
* M4 h4 \0 l/ Z' ?, @. q一、一般形式$ ~: c3 ]* R# f& {8 a, L+ Q
二、应用实例" _9 g& g( C2 g, ^! N& n
第四节、发展预测模型* q" ~' a' U E) J/ L5 L# L
一、一般介绍" N a% T9 q# f+ S0 P2 @8 E. F
二、应用实例. ?) N6 L; I5 R2 n9 D% [2 P7 x
第五节、区位选择模型（0.5学时）
1 J6 U4 }7 c* c一、数据准备阶段
0 X1 k. c3 N* M3 p0 d7 Z) S( w二、综合影响评价阶段7 b8 _( \( @" W. z2 E3 a# J0 m
第六节、交通规划模型
' m$ e1 Z: X/ ^% r8 W; F一、交通发生量预测模型
, _' Z7 N) g0 K4 x# c" Q二、出行分布预测模型/ g+ e/ a! x+ T. V
第七节、地球科学模拟模型1 Y" {* ~) K! g9 w
一、确定土壤侵蚀的数值分析模型
3 N0 z, p- }7 x2 ?( Z( f二、设计土壤侵蚀数据处理流程$ p/ `% s, c) R+ N! ^/ O9 J
三、土壤侵蚀图的输出
5 P1 ?6 l" [3 V4 Y3 P第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）) U$ w4 a0 f2 c, 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。
A2 E! S( L. B$ t! G: _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。' m Q9 ]) h5 b! C: w
第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）* G- I8 k8 K# J* f; Z1 k
一、系统设计的目的
8 q6 l# R# G7 t. d. B" k/ r二、系统设计的模式/ ^! u6 _$ k2 ~! `5 W" y6 M! ?( q& d
三、系统设计的流程
2 V6 O" f6 S% J7 |3 Q! ^* F( H V第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）+ ?$ W0 a" [$ p- ~4 r, h$ s: P
一、系统分析7 F9 s; C0 _5 t$ T
二、系统设计1 H0 f: b! Y" _
三、系统实施
: W5 `( ~5 A- N: w第三节、地理信息的标准化（0.5学时）# C( q$ r; L3 P+ b: o5 @
一、地理信息标准化的内容: M! [$ \7 O: Z8 {
二、地理信息标准化的制定
% `' N" B# {9 Q, z/ Q$ b0 h第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）
& e5 B4 N: y; ?2 z第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）
9 j, e$ B( ~# a8 b9 R/ L- 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产品的表现形式。
3 N- N. `9 ^# G2. 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 r$ l1 p& i( |第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）9 u) o- M0 C* r, D9 \( i+ f
一、地理信息系统产品及其类型
7 y, H8 ~3 h6 h$ @5 o二、网络地图和数字地球% j5 {0 o: F% D+ P$ K
第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）, s9 S8 t( k8 E/ @
一、图形坐标系与颜色模型
% m6 a0 M( }/ M; F, a二、输出的几何变换
. X( w$ K. H8 `; X' B三、地形图与专题地图的输出组织形式1 X. }6 ^1 p3 q5 x. a. n0 k' S
第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）6 z# v, J( o# W3 W' R
一、三维空间制图模型1 V* F: l# X) P) a& V
二、数字高程模型的构造
: n; A7 N8 t" Z3 Y三、虚拟现实的设计与实现
3 L5 R2 ]/ z9 L$ a五、考核方式与成绩评定5 x) B {+ |1 {% Z) V7 f. z
理论课成绩（70%）与平时成绩（30%） @ x( O: C+ d
六、教材及主要参考资料6 K! S' u) _2 b1 ?: @+ r5 I! H. A
教材：
& G3 e. E/ a' g2 Q" S4 _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:0 [6 a2 Q2 d+ g+ H% g
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+ S+ |- n$ g( N O5 P8 i
2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009) ]$ E) J! b& m2 |: ^
3、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 |
