《地理信息系统》课程大纲% n3 y, j- F" k) q
一、课程概述9 a' X. ^3 G2 n) l/ t
课程名称（中文）：地理信息系统1 R6 N/ Z2 F% w( N! C
（英文）：geographical information system
/ c/ v$ t9 S& ]6 a- h/ L" N课程编号：193710870 D& t3 U h1 f: @
课程学分：2
, w3 e3 W8 m7 j$ ]' H课程总学时：32$ M" m# M" l6 @; ^
课程性质：专业选修课
1 o6 s: @% ^: \) T( p. Z二、课程内容简介（300字以内）& i6 [9 O m1 c- v) X- J. S: J5 V
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。# K a1 c, m2 i) x2 s
三、教学目标与要求! V0 i% J. s9 m' z' e
《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。% j! ?4 X) `$ V) 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。
$ J% R" {+ e3 m M6 s9 _4 r8 q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。 l8 h! ?9 S& v2 l
四、教学内容与学时安排 e" v* \7 S! v5 ]$ F
第一章导论（4学时）
" j, k" b. w7 o- H" Z3 N1 Z& N1. 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？
9 W: x$ h5 @( N; b5 A$ u D2. 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。
8 p: [5 E; U) u0 U. R2 ~9 Y第一节、地理信息系统基本概念（1学时）+ G6 | M- t I; {& f: C$ l
一、数据与信息' x% I/ g7 m1 L4 V
二、地理信息与地理信息系统
6 `( Z8 A. I' ?- v第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）
" ^3 O! t( U4 l# d+ R! S一、系统硬件0 i6 q$ v$ z1 y* K! m! O: o+ ~
二、系统软件
; T6 A* ~/ x' r4 Z三、空间数据
7 L7 M7 J2 O- U/ d) d2 i% U四、应用人员- f" @0 s; E# j! J3 u
五、应用模型# |0 b% [5 N# K$ {7 X* i2 ?% f
第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）3 J3 {' H0 u8 v' c7 _5 z* ~
一、基本功能
W% w. _& G+ Z1 r. J! I! z d6 n- r二、应用功能9 ^; K) S, l1 a: i/ U% u, V
第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）( c$ L- V l+ \9 [- p5 h8 v0 t3 ]
一、发展概况
# N) K. B1 s& z1 D: [& l二、基础理论
! u! a( ^! Z" ]8 L6 I* ]# [! o第二章地理信息系统的数据结构（6学时）; I4 s3 P& ?3 P- @
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。
9 ~! T. _8 I' H9 ] 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 ]9 y e. g3 i
第一节、地理空间及其表达（1学时）
2 Z+ \" O! T) w8 }9 l3 C4 c一、地理空间的概念# O0 V" f( U" ^% D
二、空间实体的表达' Q4 f! R+ B5 {& ^
第二节、地理空间数据及其特征（2学时）
- }# j; D# |' |4 \) j3 \6 H一、GIS空间数据的分类' M2 P' d$ v8 _* i8 K3 H0 ~
二、空间数据的基本特征, Q/ K# A: q0 l0 M7 e
三、空间数据的拓扑关系
& z; N" G0 i+ y1 Y四、空间数据的计算机表示) @0 I9 s! v; W- m6 m p- x& x2 ]
第三节、空间数据结构的类型（2学时）
% ^8 l" u1 W' ?& b- D一、矢量数据结构
; W: s7 @# ]/ p: _( r$ X二、栅格数据结构
- V' [* v3 _- |* R' V2 |三、曲面数据结构" H2 u' ?4 A% ^( B1 t+ Y
第四节、空间数据结构的建立（1学时）
! i% W1 z( \0 y" T) ]一、系统功能与数据源间的关系% @4 }2 ?. M( Y+ R q e
二、空间数据的分类与编码$ i1 _1 X4 E7 X f4 `
三、矢量数据的输入与编辑
$ N' {5 n: z2 o `. d四、栅格数据的输入6 g! d1 G% H& M; `- C
五、曲面数据的输入
" O7 n- |/ x) O第三章空间数据处理（6学时）
* _) p6 `0 j4 P* ^, o. L# b1 I9 Y1. 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。
( D1 p; h7 |3 w* l5 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。
' O9 r/ Y3 r* \第一节、空间数据的变换（1学时）
- F/ z1 X: F8 w4 l) J6 x) d一、几何纠正
! C) \( [$ S2 o二、地图投影及其变换2 f# T4 L; E2 n4 N; p1 N3 Y
第二节、空间数据结构的转换（1学时）
; U0 @$ f. Z0 S- Z& ^一、由矢量向栅格的转换
: a, Z- D9 O8 z; l( C2 S二、由栅格向矢量的转换! N( X( P+ h0 U* m6 f6 K9 h: P
第三节、多元空间数据的融合（1学时）) U" }- C; F6 \& C' B3 y& D9 O t
一、遥感与GIS数据的融合3 R5 s$ U+ a, N" D% e
二、不同格式数据的融合
& H- Q9 W! h+ d( G3 Q2 x' A( n1 r第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）
3 ~+ h- V" O: g7 z9 X一、空间数据的压缩
8 j% o& c* C4 ~; g5 M- u- x二、空间数据的重分类) t t8 [9 e1 u. ?3 l
第五节、空间数据的内插方法（1学时）
) b- C- R+ }# S" o( Z! G一、点的内插
3 e1 X e0 }# i9 |. O% K二、区域的内插/ w- A0 z- Y6 u7 Q
第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）
' ^5 q7 j' n( C6 T一、多边形连接编辑( Q7 w& t% e4 b( U3 P7 Q" R
二、节点连接编辑$ f0 u. T4 l* Y' _; D4 H, B
第四章地理信息系统空间数据库（4学时）$ A, N9 v# |- \# ~, e6 Y( k! a- v) x
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。' h6 q% K7 u6 K5 C2 Y& k
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
- f/ a T/ \3 P( _$ s 型的类型；难点是空间数据库建立的方法。1 B/ ]7 L; A: i4 z) c: ~
第一节、空间数据库概述（0.5学时）
# V, {8 K3 H* D3 y一、空间数据库的概念$ Y. j j8 G6 Z9 V
二、空间数据库的设计
. u0 U7 Z( E) ~7 r, F% h% j9 w第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）
/ b; r h% [9 `一、语义数据模型
4 P, P. B* ^ ?( j二、面向对象的数据模型
8 \0 ^, ^6 i m+ W0 T第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）
- u7 w" D2 |) o. _一、关系数据模型! k2 y. [) o8 s+ l
二、逻辑模型设计
0 {' L8 Y' G/ g( l8 T# `第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）, V5 T- I" D9 ?8 S& v! Z/ z
一、空间数据库的物理设计概念
3 Q, @9 d& G' e' P9 [+ r二、空间数据库的物理设计步骤
0 w, B! u: [' J* w- c ~第五节、空间数据查询（0.5学时）) G( i9 t# l( q) }- s. p
一、空间关系查询类型( d+ g& g! d) _% k. ?
二、属性数据查询
3 W( R( @8 {6 @+ W" {& h) Z# A三、空间属性联合查询
) @) S( u+ r6 G5 g四、空间查询语言
% X) I% K" g: M V1 ?. {第六节、空间数据库索引（0.5学时）& M& A+ z6 f' o# P( E- S
一、范围索引
+ @( V& x) f e7 F1 b二、格网空间索引
" D5 k% J6 B0 j. y$ A5 n三、四叉树空间索引
" O. T4 I/ h+ H' x% U- E; M第七节、空间元数据（0.5学时）) j% ]' ?2 J7 G
一、元数据及其作用
7 C' R9 ?% i+ j二、元数据实例
; \, X3 |/ ?0 s) G( G; D8 x第八节、空间数据库引擎
& M% E3 \4 t s7 `& d' }3 E 一、空间数据库引擎概述3 ~! i( ^$ U% ~, F5 v9 C2 ]
二、空间数据库引擎的工作原理
) J5 Y0 l, n4 _' w! N% w& P( }第九节、空间时态数据库（0.5学时）
% C0 j. E+ y$ H/ i! f8 ?一、空间时态数据库概述
; L- k' y3 n* O4 H, q$ g* q% e二、时空一体化数据模型$ v: l& G) B5 L2 w2 l8 G6 b) l
第五章空间分析的原理与方法（6学时）0 y. [( R% w8 S8 m" a! a9 i3 G
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 |1 w; ?7 F7 i% m6 Z$ B2. 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。! [( |& C$ s& C3 p
第一节、数字地形模型分析（1.5学时）( h+ @. z% y% I! C; M
一、地形因子的计算8 x! @* k- t( b$ p# V: ? z- ] `8 o) W
二、地形剖面线计算2 F' y( a) w% E3 k0 }" E* i0 c/ p
三、DEM的通视分析5 E% o1 d1 d; Y( h
第二节、空间叠合分析（1.5学时）
! k! E5 J( e4 C! \( p+ M一、空间叠合分析的概念" M9 t. C: q+ n5 ~: W
二、基于矢量数据的叠合分析
6 N6 T4 b5 D" [/ i+ n' e. k三、基于栅格数据的叠合分析
: M2 N# j9 L7 Y第三节、空间邻近度分析（1.5学时）3 \0 b7 T* H* B; e3 C
一、空间缓冲区分析$ _0 E6 f$ \: ` ?. { {1 w
二、V oronoi多边形分析
8 X" T6 B8 F; n5 W4 k+ i第四节、空间网络分析（1.5学时）3 x% S6 t2 w7 I& Z* f$ w1 K
一、网络图论的基本概念
2 d& D. e9 ]& x9 X1 X7 ]: S二、计算最短路径的Dijkstra算法% E0 a6 u% C1 U' b4 G5 ~
第六章地理信息系统的应用模型（2学时）
! ]* `1 U4 e7 v 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。
+ |" s3 r# g0 g9 \7 v) F" J2. 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。) Y3 B s- Q7 Q
第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）0 A. D( [# g) Y2 v
一、GIS应用模型的分类6 ^ L9 |4 `9 g6 q
二、GIS应用模型的构建& p/ G8 l9 ?% M
第二节、土地定级估价模型（0.5学时）! a- m. n! h5 M1 p, n- C: T
一、技术路线5 C! [, _2 V& c2 @5 Q
二、土地定级估价模型* b, _3 f; _; m8 b
三、应用实例 V' o" [& G* b1 H0 j
第三节、适宜性分析模型（0.5学时）
5 Z9 Q' f. i0 n. z# d) K一、一般形式
( G' N: ]2 E3 I- a% O+ ?二、应用实例9 C+ Z2 k9 E% ^3 m3 L7 Z8 k& s
第四节、发展预测模型
8 N( s2 \! l+ F# ]7 s; _0 b5 }+ T一、一般介绍
; C2 c: w1 i& M5 F二、应用实例7 s; q7 ?0 n: @2 j
第五节、区位选择模型（0.5学时）6 Y$ r% G, X1 ?) X
一、数据准备阶段
# i+ @; {7 e2 J: Y: p5 B0 j二、综合影响评价阶段. W8 F3 _7 b8 E5 X: a4 V1 m( b
第六节、交通规划模型
/ q1 s9 k' @# w+ U% J0 u2 c: L一、交通发生量预测模型& `! J+ S5 D; v
二、出行分布预测模型
) s9 X( c D2 I N3 [- K& G: I第七节、地球科学模拟模型
( Z0 G2 r4 B3 e$ l, J0 W7 O一、确定土壤侵蚀的数值分析模型
6 C7 e& U1 v+ c" e: E A( u二、设计土壤侵蚀数据处理流程
/ S/ n% }/ _4 E( S- J 三、土壤侵蚀图的输出
! v6 j' ^4 x+ P/ l, z( U/ e第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）
2 X% R' @; \$ Y6 u! J1. 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。
; B1 S' A4 T0 r5 G, {. R9 J2. 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。5 o4 i6 |5 O3 h P: ~. ?5 Q, t$ D
第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）( q. t5 M* G+ E" P r1 ~
一、系统设计的目的, {+ G6 v6 K0 T
二、系统设计的模式. r1 X$ q: H/ E1 }
三、系统设计的流程' P& O; K( r4 }. w+ `" p6 X
第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）
, I( g e) U8 b, h一、系统分析- M, D2 G% O/ r
二、系统设计
2 }0 T. p4 |/ b3 d0 g8 x三、系统实施
9 n! F* ~8 I0 n5 j" x第三节、地理信息的标准化（0.5学时）6 m! a" G2 c5 Q4 J$ z+ q5 }; B% x
一、地理信息标准化的内容/ x" A) y5 Y5 G. `7 v
二、地理信息标准化的制定* V" O0 u: n9 i' p! n
第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）
R8 @" s3 u- x第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）" q: d) V! F( g% q( h
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。# T; g* S- h2 f5 P
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。
. ~$ c- x$ H+ X* w% U3 P8 B第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）, E0 r! r6 m+ B4 A* N; v- D5 J
一、地理信息系统产品及其类型
9 X$ `& r$ Y7 X; X3 ?7 i二、网络地图和数字地球3 B4 h+ F X- Y7 c5 K9 p1 E4 D; z
第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）3 q7 z# F' c! e4 c) S
一、图形坐标系与颜色模型
1 l, K6 o6 ~$ _! _9 ^. M+ d) `二、输出的几何变换
0 p3 z# V$ i: R8 J- S' d2 o三、地形图与专题地图的输出组织形式
) F- r, ?. A4 r! x) L! L第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）* R2 C/ v8 g5 T
一、三维空间制图模型. |" U3 f3 S* {/ d# x+ R
二、数字高程模型的构造
. O3 w, r0 j8 P7 V, U/ G0 {三、虚拟现实的设计与实现
/ s; t. ^ O& j$ n8 F6 l五、考核方式与成绩评定7 Y- t q$ o/ y. f
理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）
/ p7 H* z" P1 ?9 G, g4 K* X9 \( ]六、教材及主要参考资料 v0 o) Y ] @/ V" X. V' e D
教材：2 t9 U- M4 @ Q1 O
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:4 y- y, z8 X6 b4 U' |0 i
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( j" ]; C- C2 u% O( y1 j) f
2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009% q5 M# _/ W: ^- e! k# D6 v
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 |
