《地理信息系统》课程大纲- J% L2 B' M" [" U" k- [# H
一、课程概述1 v- j: a9 r* r2 m% p: a; L% o
课程名称（中文）：地理信息系统/ ]* N7 d( @ P7 t* z
（英文）：geographical information system N6 a8 f7 k5 G' Y2 f5 m
课程编号：193710870 i: u! ^1 @) ]: i% A) K
课程学分：2
, S& _7 T( g0 q# y5 e课程总学时：32
+ Z( T# B/ O/ J3 r; \课程性质：专业选修课, ^ p- F3 N! p+ i6 |$ P
二、课程内容简介（300字以内）
5 \* F: p1 c( g6 j; i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。
: b" j# r' [* C5 v6 [三、教学目标与要求
6 l" |1 Q( E3 C$ w2 C《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。
2 a8 `+ D( ]/ e* @' ~. P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 g; M7 c9 q1 \3 o
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。2 f' s* ^/ A$ T3 _
四、教学内容与学时安排$ J2 [# P& Q; A- `
第一章导论（4学时）& x1 d# ?: g2 f$ L0 c
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？
7 m- T# s; n& ?, F7 J/ C9 t( T2. 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 @7 w( {/ l9 M6 {' ~9 A第一节、地理信息系统基本概念（1学时）
, o( j% s4 s# ? z# F7 Q8 K+ C4 i* q一、数据与信息6 |! J0 L( ^. |5 h, h
二、地理信息与地理信息系统# u; ]8 @$ }* P% s4 d8 t# @
第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）
3 g8 `1 |' E- Y' D: ^$ ~; Z一、系统硬件
9 o6 ?9 X& S7 {$ L# j二、系统软件
" R3 E" T7 |( l5 Z: T$ e+ d) m三、空间数据
0 Z P8 _# Z: w& p( V四、应用人员' B5 N. C ?9 M9 q W# n8 j
五、应用模型. _+ A. v5 B2 k5 D# r" P3 ]
第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）$ x+ a8 Z9 X. e. I3 [) W1 R
一、基本功能. q4 z$ W5 r# u/ k C' z7 c+ K
二、应用功能+ R& \- i# d! R& S) N) o8 Q/ P# d. _
第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）9 [% s" W s8 {6 ^* j
一、发展概况) [7 L& A! ^! V4 q3 O! C0 l
二、基础理论9 b/ ^% o v* n2 V4 o) F3 Z
第二章地理信息系统的数据结构（6学时）
8 s: z0 g7 Q3 J) K: s& t# M1. 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。
7 D" Z; i* b% t) r! { 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。0 Z+ Z7 g) |) V
第一节、地理空间及其表达（1学时）
0 ]' @1 _* e& Z2 N8 i" |一、地理空间的概念" G, Z$ [( _- e# S& W0 k8 j
二、空间实体的表达
" `7 {2 E0 |! z: N# }) ~, s第二节、地理空间数据及其特征（2学时）
2 P5 v( `4 ?1 O+ E! N一、GIS空间数据的分类8 g4 ?7 F% d( S; S- ]. |
二、空间数据的基本特征
' K( Z: h9 h1 N; i三、空间数据的拓扑关系# o1 h/ t8 a; U$ a: W
四、空间数据的计算机表示
( R$ k8 l! Z- d7 q' h第三节、空间数据结构的类型（2学时）
! X& X" P2 R) h$ o6 T一、矢量数据结构% X: | P& I$ e! C$ w, H' ]% z- \# S
二、栅格数据结构$ A' U! N0 @6 B1 P
三、曲面数据结构
' ^& Z& y) y' T4 i) A0 K第四节、空间数据结构的建立（1学时）4 O0 I" ~# _7 S$ z$ R, G
一、系统功能与数据源间的关系- g4 |- x) n* d( p# ^% V
二、空间数据的分类与编码
9 ~0 A& ~5 X3 B3 w- Z三、矢量数据的输入与编辑
2 |! z4 `, T3 }7 c! z P四、栅格数据的输入- c) ~* C) b. u+ W1 D4 q* W
五、曲面数据的输入
) U% s# V" u$ x, X8 ^第三章空间数据处理（6学时）
q/ r! Z- {/ F3 t9 d3 h1. 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。
. i' k* X! m9 k$ H 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。
- v3 k6 N( j2 C; f3 H第一节、空间数据的变换（1学时）& K% O1 j; t" I, ]0 o
一、几何纠正
, j9 H! v. b. X7 r' Q6 U二、地图投影及其变换
- Q4 J+ k) l: p( ]) B第二节、空间数据结构的转换（1学时）
( i# a' a8 D9 y/ Q一、由矢量向栅格的转换- a2 J# a/ F7 y2 G5 A W8 e" m
二、由栅格向矢量的转换
* L! A- f K& E4 l第三节、多元空间数据的融合（1学时）
" n- g6 q, |; P! s( M7 B一、遥感与GIS数据的融合
5 C4 Q9 m' }" n' W! e" W二、不同格式数据的融合
) Y6 y2 C' {/ N% U1 h; m( m6 T2 ~第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）- @/ E+ V$ m) L6 D
一、空间数据的压缩
- W2 T% ~, E% D7 v) i, m二、空间数据的重分类
. |) [0 X5 M/ V' G+ e/ u第五节、空间数据的内插方法（1学时）' V) |' U" C2 S
一、点的内插' O4 e/ i4 E9 P/ Z
二、区域的内插
7 a9 v0 }: I, o, S0 m1 B$ `第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）! N/ |# S% D: d A C
一、多边形连接编辑
0 Z" D0 E* F" k) o! G二、节点连接编辑
- E5 \( N, A( v) {! x* {第四章地理信息系统空间数据库（4学时）* C, f2 x0 ? V, H& h, o, U1 K
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。
& F& F. o0 e; H6 e2. 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
- y$ o+ Q$ X. |# q) q& X- j 型的类型；难点是空间数据库建立的方法。1 a5 i) W. F$ _. n/ e
第一节、空间数据库概述（0.5学时）
7 ^) U2 j A$ v( }一、空间数据库的概念0 E8 ~% R. G( I: F
二、空间数据库的设计
+ r6 `2 b7 q) {7 M, _7 i+ b第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）
& r. Z. Q0 X: s' t& t一、语义数据模型
5 z B6 u( T* a二、面向对象的数据模型
+ N* V2 w5 Z2 M" g! t4 n第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）) M) ~" O3 x7 z: Q% [& N
一、关系数据模型
+ e5 G; ^" A, \. h2 _& g9 _二、逻辑模型设计
" M5 E& O5 x- B1 Y0 E; g第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）
: z8 Z4 E# R7 ~一、空间数据库的物理设计概念
* ]9 U% v1 M) I/ c( d1 S二、空间数据库的物理设计步骤+ S6 q* e& X3 Y# @ A
第五节、空间数据查询（0.5学时）8 F+ H4 R) V) N
一、空间关系查询类型5 H; m8 K9 ~ ]
二、属性数据查询. I4 U0 h2 Q0 }; j2 T4 _' d2 Q5 D
三、空间属性联合查询
! F" E5 m- p, P Y: p% W' g四、空间查询语言8 j; k9 R6 W! e
第六节、空间数据库索引（0.5学时）
. T: x. t$ H( x- [& x) t' B; }; V' x一、范围索引
, S( {( H$ y/ A: u- x s' P二、格网空间索引
6 I0 t: C3 m/ R" T4 I三、四叉树空间索引* A# ]. P( m3 {2 j/ d
第七节、空间元数据（0.5学时）
5 A" u1 Q# B: ^, V一、元数据及其作用
4 O- K3 d6 t7 R5 t二、元数据实例+ Z. J( f, n' r
第八节、空间数据库引擎
C/ L7 L. t4 T& o; a/ f% C 一、空间数据库引擎概述
' L( h7 g/ n7 S. g/ Y8 b. u二、空间数据库引擎的工作原理
# {" B+ J0 j$ ?; G/ I第九节、空间时态数据库（0.5学时）
2 e4 E2 `. M, e; W2 ?- }1 F( U一、空间时态数据库概述. T3 {0 r8 V" b* z& j D
二、时空一体化数据模型
3 M7 |1 v' {1 e* _第五章空间分析的原理与方法（6学时）. ^& \/ h7 o: 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。4 V6 Q1 q" k" c! t
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 B+ S3 B9 K3 q第一节、数字地形模型分析（1.5学时） K( x L# F* W; ]& U2 V
一、地形因子的计算
+ k1 _" o6 X9 C+ b; \! Z二、地形剖面线计算
6 ]* i2 {! Q( d, ], T& O$ k: ]- b7 U三、DEM的通视分析* u5 J3 B, @$ N. k2 h0 Q
第二节、空间叠合分析（1.5学时）
) ]* e& x5 f# Q0 v一、空间叠合分析的概念
' r# j( `" P- @6 I+ l二、基于矢量数据的叠合分析( }" B8 O3 {! U0 ^. y# y1 i. `( ~
三、基于栅格数据的叠合分析0 D4 }/ O, n, s! R" Z# v, M
第三节、空间邻近度分析（1.5学时）
, Z. Z! V3 U! C1 v# g一、空间缓冲区分析& p( B# V2 }7 w% C5 M5 u9 T
二、V oronoi多边形分析
) C2 K3 G7 y. v# b! u第四节、空间网络分析（1.5学时）
2 X# y' X2 A+ P! @6 J- [' B一、网络图论的基本概念
. j+ q6 d' w! f二、计算最短路径的Dijkstra算法
, d' i- |+ h7 }7 w" T ?第六章地理信息系统的应用模型（2学时）
7 k: G6 b6 @" j4 ]' \3 _4 E 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。
4 V' v w0 l+ Q& A' T2. 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。: e" m0 q* A( T, {+ X4 w
第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）
) V' v, O5 H& w+ M8 }" ?一、GIS应用模型的分类3 }" n! ^" H+ y
二、GIS应用模型的构建5 R7 s" F& t+ d9 b
第二节、土地定级估价模型（0.5学时）
$ q- s# ]9 A8 W& d- B3 i* _, e一、技术路线
* O0 _* A- B- k2 ?# m8 m二、土地定级估价模型. g$ M2 r9 x5 B8 s6 K
三、应用实例2 _6 C& r8 J/ f ?" @5 y" B
第三节、适宜性分析模型（0.5学时）7 w- U3 | h7 `+ r4 l
一、一般形式$ n$ Z. w4 b3 T9 _6 S
二、应用实例
- J; D5 T Y" b0 F0 {第四节、发展预测模型% y9 x y( e7 t
一、一般介绍
+ g! w& j1 g3 D4 d6 s; Q二、应用实例
) i/ [1 _4 V0 M第五节、区位选择模型（0.5学时）
" a! Y" W2 s* j4 H8 p- n+ ^0 e, W一、数据准备阶段
f& [" Y, r: f$ M! c7 p二、综合影响评价阶段
, M# _$ t) _8 f1 U& F第六节、交通规划模型9 f4 ^6 O' |; I% m2 f! X7 L
一、交通发生量预测模型
. S/ B6 y$ A t8 r; [二、出行分布预测模型7 H7 a& D( s1 b' [5 L# V) t' E! e
第七节、地球科学模拟模型$ Q" L% r9 v. S9 d
一、确定土壤侵蚀的数值分析模型
$ B, N' z+ x9 [- M二、设计土壤侵蚀数据处理流程
% f- j; z2 Q! K8 E 三、土壤侵蚀图的输出' M- n9 d, P/ J/ _" M3 G
第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）
: L% K) ?) {6 }' \; e+ o4 \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。
; e! C6 ]# h' d9 Y# 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。
2 y) p; ^+ Y& H第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）# p7 I8 N" ~" Z5 b. [/ y
一、系统设计的目的
0 ^7 f( F! |3 h; b: e; a二、系统设计的模式3 N) t5 t6 v3 S: s. F
三、系统设计的流程0 `1 C0 L B# D3 }5 z" E1 H7 c
第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）% M/ e/ G( |: y0 j) j' C, n- D
一、系统分析2 h* f. R! {% g+ M$ p+ e( d( `
二、系统设计
( |$ q4 V- ]( X三、系统实施
1 Q$ Q" \: a' j8 A/ w7 A$ O第三节、地理信息的标准化（0.5学时）
, l; P2 H( l+ w一、地理信息标准化的内容
7 y: c+ h( w: m- r二、地理信息标准化的制定
; G. {& `) n. e" e- h第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）2 l' V3 s7 l0 v a- r; Z- y' l" M. v2 @/ i
第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）
, Q! I) i) u# I: |8 |, l4 m, ~2 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产品的表现形式。
% }4 F/ m) [ X- y2. 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* P' Z
第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）" l- p; R' M1 Z7 J: N8 q
一、地理信息系统产品及其类型
' @$ T% Q2 P5 g+ ]5 J二、网络地图和数字地球; Z p! Y6 m4 R
第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）. n7 c# `5 q; i
一、图形坐标系与颜色模型
$ s. ^6 t. [, w7 R1 A$ @二、输出的几何变换: ]! P6 K8 h m, q4 I8 ]& N5 Y
三、地形图与专题地图的输出组织形式; K% N0 l: A2 \3 b% f2 A
第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）
; |. c; d) _9 }& ? ^) M8 h一、三维空间制图模型. M# E J3 P% F5 e3 d' U
二、数字高程模型的构造) O: F9 R2 O; ?
三、虚拟现实的设计与实现
' T+ D; K. E9 u4 p3 q m% e五、考核方式与成绩评定
* @$ A+ ~; G0 R) X+ {2 t" J) p- H理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）7 O9 U2 Z2 H5 w
六、教材及主要参考资料/ h+ G2 U; n! u8 W0 p3 U, N3 V
教材：
$ }9 C! o1 u3 o) R5 I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:
2 J' H8 P4 Z7 X: L# y1、邬伦等。《地理信息系统原理、方法和应用》。北京: 科学出版社，2001
! K& Y( l- t# K( ?4 }2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009
8 T' u9 `# S# H8 e1 F3、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 |
