《地理信息系统》课程大纲
+ U0 f( X* v" ?6 g5 n) j7 f一、课程概述' g$ ^) u8 e. a1 |! D
课程名称（中文）：地理信息系统
, l2 f( ]: ^" N: w6 Z# x（英文）：geographical information system
! I+ d/ U6 I! v4 O课程编号：19371087
( Y/ X+ [4 i" ]& U5 J1 G7 r课程学分：2
6 ^& [/ G( I2 S3 O, a+ o课程总学时：32! j' p" ?5 M/ N! h0 [8 M
课程性质：专业选修课$ L) r6 N* A9 o9 D9 M0 s, u/ h
二、课程内容简介（300字以内）& m1 G; A# q0 W- z$ 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。
( u1 Y8 c, c _' a: M三、教学目标与要求) f3 v4 \# l! |8 `' S& x
《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。8 c G6 u% Z9 r! {: e K5 R
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。
( f8 ?7 o2 w! e: _2 r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。
3 a) Q: @. P# A o* P 四、教学内容与学时安排, h7 f0 f$ z: {/ [5 K* \3 }
第一章导论（4学时）
9 }. f4 J9 `. ]1 c; j# z1. 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？" W& ~9 R( Q. Y- B8 G
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。2 p0 t, r( s/ b8 @6 t. c
第一节、地理信息系统基本概念（1学时）
1 C/ I# M1 {/ a5 B- ]9 [0 y+ X* ~一、数据与信息, I1 |8 P: N, q- \
二、地理信息与地理信息系统% x9 D/ T9 h0 a3 }. e
第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）+ `2 q, A4 i( n6 o$ n0 d# h
一、系统硬件
8 E% T$ m6 P. v2 n8 w二、系统软件
8 t D. O2 ?) u& c三、空间数据' H" V0 \/ y( _+ A+ T; E
四、应用人员8 Y* G. [! D( M# d4 }
五、应用模型8 ^' x8 C9 _' t# U7 _
第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）& F2 [' v$ F- w% t4 V: P! t3 R5 S
一、基本功能
5 d& U7 f( e" S4 ^: z二、应用功能
9 O i2 N8 v) w4 C' |第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）
5 @: j6 O0 w+ I3 y一、发展概况; `7 ?7 f/ a1 i$ r
二、基础理论
; \. y4 P, C4 _第二章地理信息系统的数据结构（6学时）
4 T9 B- D' U% ~' C7 v* H1. 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。( R0 [; Q$ H% D3 }
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 ^9 ?3 x3 ` T6 _* y
第一节、地理空间及其表达（1学时）+ b o! F7 T+ V( t3 M+ Q7 I" }" s
一、地理空间的概念
& M/ U9 m) F- d9 X二、空间实体的表达/ x7 y0 t- D) S1 e
第二节、地理空间数据及其特征（2学时）7 l* l9 T3 j g: |( L4 Y
一、GIS空间数据的分类
4 d+ \+ u8 m! i: ~& @二、空间数据的基本特征
. T# ~4 R" Z I; D! Y& G1 B三、空间数据的拓扑关系# j3 }5 G+ A! i( r6 u
四、空间数据的计算机表示
& D0 i( D; e& P: G0 T第三节、空间数据结构的类型（2学时）$ E, a# ?# H, q A9 \$ X
一、矢量数据结构
4 C! G8 l5 m0 g5 m二、栅格数据结构- @! T) h2 @! R
三、曲面数据结构
& v0 k6 [4 ^. ~1 h; f第四节、空间数据结构的建立（1学时）
% Q/ Y+ ^& ?, N0 S1 u0 G6 P, M一、系统功能与数据源间的关系
. F& P; k3 y6 I5 d, A; a8 U二、空间数据的分类与编码8 H r' a1 [, D, _
三、矢量数据的输入与编辑
( ]# ~( z g# H* c( m7 @6 T四、栅格数据的输入$ `- G ~4 @. G1 s/ T. f7 _9 g
五、曲面数据的输入% A+ a8 U# d# c" v
第三章空间数据处理（6学时）7 N- E& h) E8 z P/ |2 A
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。
5 s, B! t$ u9 r5 a- Q 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。
1 \5 ^# ^1 {7 v9 Y: P9 @第一节、空间数据的变换（1学时）
# c) b3 N, j, E9 c* s* b一、几何纠正4 _* A: f) ?) U! m5 S
二、地图投影及其变换
" l7 O; _/ _& l) H [. ] h第二节、空间数据结构的转换（1学时）+ M; f' E, T* ~7 o9 B3 Q! b6 g
一、由矢量向栅格的转换, m; |9 {0 i3 O+ R9 v- m
二、由栅格向矢量的转换
8 m" B6 ?" M9 a* ]6 [$ h第三节、多元空间数据的融合（1学时）' J" c' \# v) ~9 D2 K
一、遥感与GIS数据的融合
! d5 n" j$ H: O7 E5 v( {/ Y; X' d二、不同格式数据的融合* I- S" v: A0 P% ^ P6 k
第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）5 S' j j% l% ~5 Y# K
一、空间数据的压缩% Y+ R4 i3 n1 J. O; k
二、空间数据的重分类3 \; w- |. A4 i( j8 i3 b* J* c* U
第五节、空间数据的内插方法（1学时）
0 V, L* `' ]+ z; y) K' G一、点的内插7 {" |# @8 ?1 R- f( L+ {
二、区域的内插6 v$ ^: c! i6 }2 A3 [
第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）
- l. v- Z4 I) m# k: P* G一、多边形连接编辑
6 o! C# A+ d% R二、节点连接编辑
1 h% l! K. S- C$ n! D) T( r) ^第四章地理信息系统空间数据库（4学时）5 ], V- f* v4 w" o. O7 Z
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。3 G7 M& T W* g6 P
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
: d2 I: x! ]+ l+ P 型的类型；难点是空间数据库建立的方法。
4 x% i( c3 ^1 C1 u0 R2 e7 K- }第一节、空间数据库概述（0.5学时）
5 ^3 l" m5 b: T- z" P一、空间数据库的概念
7 j6 }+ m6 S8 [, h' v% s2 |二、空间数据库的设计
# E$ l6 r* K) ]/ E( s第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）0 ]8 k6 G( o+ W; ?# C
一、语义数据模型
) M2 l+ K# V; M" M7 [" R二、面向对象的数据模型. V5 B' n) C. ]
第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）! M% L. L) K: ]; Z, ?' l
一、关系数据模型
0 p" x" |; L z& W% n" ?1 _二、逻辑模型设计
1 S6 k& }! {$ h, o5 T第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）
: S# M4 P) { V9 L5 c" Q& A# j! ~一、空间数据库的物理设计概念' i8 j6 P0 s0 E$ G, h
二、空间数据库的物理设计步骤$ U0 C5 Y! k+ f r$ e, h
第五节、空间数据查询（0.5学时）3 w: p7 S. O/ o. Y. P. r
一、空间关系查询类型3 `5 b5 j. ~/ y; T+ I
二、属性数据查询. u2 E6 d2 l; T$ ]9 @% d
三、空间属性联合查询# ^. j( \" P. G! B8 U8 c
四、空间查询语言
0 Z( v) z. t; T3 g2 f3 {, g! v第六节、空间数据库索引（0.5学时）
7 G$ C: P/ U2 c. g/ {5 [3 p一、范围索引; G9 M9 K9 H' M
二、格网空间索引
8 I, w! D9 S. `4 I* z( p7 {三、四叉树空间索引
! H6 M) Z: a) S* K* C4 z$ k* `第七节、空间元数据（0.5学时）
0 u! {* O: Q' _& P一、元数据及其作用5 t$ U: t( C( H- ]
二、元数据实例: I, r" I6 c2 ]9 T. P
第八节、空间数据库引擎9 h7 ~9 n, J9 u9 s
一、空间数据库引擎概述
# q9 g4 G5 Q& m" J! r二、空间数据库引擎的工作原理
, ?3 f8 t1 O' A! ^. f) Y: p第九节、空间时态数据库（0.5学时）
1 u% J+ w2 D/ B7 o( v一、空间时态数据库概述
4 P* k- d4 s* |# q9 v# F1 B6 f二、时空一体化数据模型
2 @0 N' y+ e6 g5 ~第五章空间分析的原理与方法（6学时）
5 G5 ^) l: s# Q2 r( r! x1. 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。6 |) u5 f& ]# a2 ~; R
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。0 P* L+ p7 r/ B4 k) M
第一节、数字地形模型分析（1.5学时）
) o" c: m" a# V2 r* u' |8 w一、地形因子的计算
+ ~1 O( ~5 } u) J7 L1 X2 {0 d二、地形剖面线计算$ s& {- L/ F7 [2 F2 L
三、DEM的通视分析
. V. W0 A. H' A) _第二节、空间叠合分析（1.5学时）
5 Y2 L% a2 A* F6 O! R一、空间叠合分析的概念
( q8 Q. U3 n/ Z$ y Q6 _二、基于矢量数据的叠合分析% t! h; k! E3 b* r9 q2 N: I, h
三、基于栅格数据的叠合分析
2 [8 c% y+ E9 j, j& U+ o+ o第三节、空间邻近度分析（1.5学时）
5 Y1 [+ e& S; n F6 Y+ y5 ?一、空间缓冲区分析, M$ w5 I- _# ]0 F$ ?% r3 i$ P
二、V oronoi多边形分析" W! H" }& F- g" [
第四节、空间网络分析（1.5学时）
) j) v0 b* M6 I0 P4 P5 p3 [- X一、网络图论的基本概念3 L7 {9 ]6 U6 E8 _) L% y- C* {
二、计算最短路径的Dijkstra算法
5 Q* b: i# x& R8 ` m第六章地理信息系统的应用模型（2学时）& i) P8 Z7 ~0 O" ], c
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。) v& U8 a* }. ^1 I* Q+ e
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。
$ e$ W- A8 C) _; h9 X- Y& V第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）* J* f M, x9 Z2 T1 C S
一、GIS应用模型的分类
# V% ] v! V3 ?: K二、GIS应用模型的构建
0 ~. C! C) O) M* {9 j第二节、土地定级估价模型（0.5学时）0 x& w T- F- N' \/ H4 p8 t/ H( u) k
一、技术路线3 D# P; S6 t' d6 h
二、土地定级估价模型
0 J4 j7 X9 z, ~- i7 G3 u8 {3 x6 E三、应用实例# @* ]; C; b9 _) U
第三节、适宜性分析模型（0.5学时）5 Z2 j2 `5 L' E0 m) G! [- o) r
一、一般形式
2 _6 D' |5 l" ]. v* K, |二、应用实例
* ]* g; d" t' ?6 @0 Y第四节、发展预测模型
& ~$ A" [3 }+ |6 y7 N0 T一、一般介绍% s. A0 ^: P, ?7 i
二、应用实例
8 Q: I$ N; u- B4 p' I- O. K" B第五节、区位选择模型（0.5学时）# C8 o( O; X, o. ^# ~7 z3 J
一、数据准备阶段$ M4 ~0 f1 {4 ^6 x! f' c0 ?: Q
二、综合影响评价阶段+ n/ U: [; N: |6 v0 i
第六节、交通规划模型- m6 P0 G0 |7 c1 s, t
一、交通发生量预测模型
1 X/ l- f7 S! ?: T& Y二、出行分布预测模型
4 y# q3 p# C. I5 w第七节、地球科学模拟模型
2 y0 ^2 s9 r' ^$ l! }/ b一、确定土壤侵蚀的数值分析模型) e6 M! v3 ]! \# ?8 i9 f
二、设计土壤侵蚀数据处理流程
0 J7 Q1 a7 O! o) h$ x( i" [ 三、土壤侵蚀图的输出
: A0 p! X3 X5 t9 x; R第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）
# Y/ r1 |* [5 j4 v% Z1. 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。
8 I, ~ @% S% J9 P+ F3 [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。
( F$ p' Y3 z2 e9 W8 a8 C, Z第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）5 w) R" c/ X, X+ g3 }/ Z! f1 r
一、系统设计的目的: v, R5 \2 Z* v: t& c1 D
二、系统设计的模式
) c9 ~. B3 m" j7 b三、系统设计的流程
9 G5 G W* K3 o第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）% t: q; o: _4 P+ l
一、系统分析" I7 u6 [' B& U& g
二、系统设计$ }/ D0 a$ ^& i! a: v' ^
三、系统实施6 Q; g* o( v }) V/ h- [& T
第三节、地理信息的标准化（0.5学时）' S: _3 @$ F( p) Q
一、地理信息标准化的内容
; q+ f& Z8 X( q' v二、地理信息标准化的制定/ i2 I4 o$ x/ s1 x
第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）
& \6 u! @0 i6 T+ I5 b第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）
, o% h( y% J$ E' u3 c0 I& K1. 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。
/ P' w0 c% d: o: C/ F% {( H. d2. 教学重点与难点：重点掌握地理信息系统产品的分类内容。
S; }) t/ C8 r0 l! T+ [第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）
; `" h; a0 e7 e7 H' [5 ^一、地理信息系统产品及其类型
4 D& x6 a F# i6 h* q二、网络地图和数字地球; U) E( v: d: b2 i- }* G# I( k
第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）
0 T, T( Y' m8 U* q一、图形坐标系与颜色模型
, m; j8 p" y3 C; t" u; o- _" Q二、输出的几何变换
5 X- T: x* A1 z k( i9 a# O三、地形图与专题地图的输出组织形式0 z2 d/ ~9 V1 c" U4 i
第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）
7 S6 P/ m5 F4 r* U一、三维空间制图模型2 f7 X O& b( [% [3 d% k
二、数字高程模型的构造" S3 D3 t4 U+ I6 B' I3 {' R; V
三、虚拟现实的设计与实现
/ O8 S0 Z. ~6 {五、考核方式与成绩评定4 }& A0 a' {) A: W/ D
理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）8 ^" @/ x1 U- [& S4 H. ~! N3 j
六、教材及主要参考资料; D: o( C. t* Q2 E# m7 @
教材：
: w ]' I# H# q) y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:# B8 p1 e1 p8 L _! ?5 [
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/ p; V! i+ F4 ^/ C2 H5 Y
2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009
* v* d5 ]& s- h( V4 x, V, d3、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 |
