《地理信息系统》课程大纲6 c4 B# w, B5 h* T, b( x( k
一、课程概述
. k; S1 e9 H) L' e课程名称（中文）：地理信息系统
: f1 g5 k6 m/ R# |0 J0 }3 b（英文）：geographical information system
* D/ k! q" N" J3 o课程编号：19371087
( z: v4 n+ N9 x+ N课程学分：29 @6 Z3 Q6 ]/ P( g6 D
课程总学时：32& [+ r c9 g, j* |
课程性质：专业选修课
0 E. a% ~0 u6 Y y二、课程内容简介（300字以内）/ f; w( b$ C. u0 K* w/ N! _
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。
2 v; `) H; w0 f" w三、教学目标与要求4 S' c+ \, Y9 b, s- 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。, G) d9 g' d `) ]1 J
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。
/ r; @ j' H* O! O6 P" ^" f: G; l. ~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 F% k3 {( g/ A. }: ? 四、教学内容与学时安排" t- f- M. M0 n' U- H2 k0 j
第一章导论（4学时）- I7 x$ T+ `; M8 {/ v7 N
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？
( x) g1 i U7 Z4 e6 i% F2. 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 Y9 }8 o6 r! {' O2 }; y* ?$ {/ B
第一节、地理信息系统基本概念（1学时）; f# i7 `8 Q: h& Q7 R2 x
一、数据与信息& _# z% J+ |& f
二、地理信息与地理信息系统
& ?0 {) ]5 K% ?+ S5 O. T第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）
/ T$ S+ s# k# A/ ?: q( V一、系统硬件
U2 }. J% D) n$ u6 C# H二、系统软件+ U8 W2 y' o$ J9 a- n+ J; K2 R& @: I
三、空间数据" x4 c8 d( C1 P/ J& [: X
四、应用人员/ M9 e, f+ V! I8 ~* V
五、应用模型
7 c: O( X" O% ^$ o$ y) }第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）6 N+ G6 C* ]$ D
一、基本功能
5 B& C$ f" h* C/ C: W J3 o二、应用功能1 F9 O% s6 t# o+ l. q. ]- G; J
第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）6 G: w8 O$ \/ M7 k$ V! ?$ V
一、发展概况
$ ?) I+ F: ^6 Q9 O6 e+ p' J* A二、基础理论) g& O$ y1 F1 d* n/ }
第二章地理信息系统的数据结构（6学时）
8 i; `) s! u+ i P g1. 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。. a+ J( V. y* m2 Y( A* ^/ {
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。/ F9 H( l9 a% I
第一节、地理空间及其表达（1学时）- j$ X4 T4 u2 m% H6 ~
一、地理空间的概念
- u+ ^2 U/ b z. k二、空间实体的表达
1 K0 K: I0 C- n: D( p% P第二节、地理空间数据及其特征（2学时）
% V' d* y( w+ X一、GIS空间数据的分类7 L# l' W. K6 S" C% f+ u
二、空间数据的基本特征8 K4 [$ R3 d7 }: ]9 t/ N
三、空间数据的拓扑关系# Y$ ^* d9 Q) g& A/ s
四、空间数据的计算机表示0 j( P( D. F$ u* f0 D5 z
第三节、空间数据结构的类型（2学时）
$ ~0 U9 A% ?3 H$ U, g3 H一、矢量数据结构1 K$ ]) b( t# S9 T" s
二、栅格数据结构" ? D' o' J& U' v ~
三、曲面数据结构* _: w% l- D2 S$ G: [) f, Z2 |7 o: @. O
第四节、空间数据结构的建立（1学时）: I/ k! E' r: ^4 M" g
一、系统功能与数据源间的关系9 k6 m, o( R0 S- N% `
二、空间数据的分类与编码/ R8 Q5 g% f/ Y7 i- `
三、矢量数据的输入与编辑1 a( j Q6 g3 C6 n8 p, C
四、栅格数据的输入5 r* y+ L! D, @+ v' v
五、曲面数据的输入% W7 I: u) _) D3 m4 i! \' v5 w* N
第三章空间数据处理（6学时）
9 `( c% s; D0 t1. 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。$ d+ |7 w; o$ Q/ p- u; ]' N
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。* d$ M, M9 D5 K, X
第一节、空间数据的变换（1学时）" s# B5 b9 N8 N* n4 g
一、几何纠正
7 Z- ]- D& V* x3 U2 A8 R ?二、地图投影及其变换
' J! ~" k' h8 }* y- M第二节、空间数据结构的转换（1学时）7 l D; |% P& d
一、由矢量向栅格的转换9 ?* ?2 s4 B, U, p! P0 l2 m
二、由栅格向矢量的转换
5 n2 Y% o9 E; B! A. q1 R第三节、多元空间数据的融合（1学时）0 z4 s% x1 R; Z7 O% C
一、遥感与GIS数据的融合 ]9 @1 J# o4 ?
二、不同格式数据的融合& F% B( C) s4 x/ x
第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）& f. u$ `: F7 d$ s0 u5 A; z
一、空间数据的压缩. T# E3 P2 B) p5 m
二、空间数据的重分类
) L& L0 |( v% r/ [9 N# p1 r5 Z# q% n$ S第五节、空间数据的内插方法（1学时）( H0 W1 k$ |% w( y/ G
一、点的内插; f$ m; p7 L g2 K' U
二、区域的内插
* ^$ T8 n1 c; Z: y) n第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）: R$ b( b) R5 X. H8 ~8 w. r, o
一、多边形连接编辑' x# J- P0 E4 J9 |) v
二、节点连接编辑
/ b+ w0 w1 t6 l" K: `2 V第四章地理信息系统空间数据库（4学时）
, v5 ?2 N+ l: v4 ], t1 e1. 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 W L: _% c' ]9 |
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$ ^5 W, w: B5 z2 D4 x 型的类型；难点是空间数据库建立的方法。/ J9 ~. E3 U; _ X- h: H
第一节、空间数据库概述（0.5学时）
# A% c5 B! @! }一、空间数据库的概念+ m( l) o; n. S( z
二、空间数据库的设计8 S4 }3 C4 d$ w9 H
第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）
! [) K% c7 N5 ^/ _ O. I' A一、语义数据模型
2 V0 x2 H! j# E. M, d二、面向对象的数据模型
b# h$ j' s4 x# M* v. R第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）
& J/ K$ v" g0 v一、关系数据模型* ~5 ?4 A1 W& W
二、逻辑模型设计
5 X; r. F _. n m第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）
3 [8 C! o* I! Q: ?0 A一、空间数据库的物理设计概念$ u, v* K' D1 v4 I# }
二、空间数据库的物理设计步骤! r4 v- y v2 _7 \# j2 t! D$ y
第五节、空间数据查询（0.5学时）# o' O$ q( a( ~: t; k' A/ R- |
一、空间关系查询类型3 _8 ?2 L+ h Q0 I
二、属性数据查询
& E6 c& {% m; V4 ]+ j三、空间属性联合查询3 B3 B# F- `1 L& l& e1 e
四、空间查询语言3 E$ H7 e. e/ p+ C
第六节、空间数据库索引（0.5学时）2 L) I n& M* Y
一、范围索引
4 b+ X# p! @! p9 p3 `/ g二、格网空间索引7 l$ D2 U) f+ j
三、四叉树空间索引
# m2 k* p; c- z$ I第七节、空间元数据（0.5学时）* E; A7 Q( J; R) ^. q
一、元数据及其作用6 ~7 f; l0 [& C& R6 E2 ]2 ]
二、元数据实例% S0 |1 }( v P" m1 n8 O4 h
第八节、空间数据库引擎
( Q% i8 B0 A% l6 Z- s5 S* g5 J 一、空间数据库引擎概述/ C- f# n+ z$ X, ^3 `, `
二、空间数据库引擎的工作原理% O7 l1 o. Z9 y2 c9 `
第九节、空间时态数据库（0.5学时）$ I, e; G5 t4 I9 T; [* B9 R
一、空间时态数据库概述
: z" w- N/ k; C二、时空一体化数据模型
8 [! F& D( z" w& B5 Y- h+ m* d* Y第五章空间分析的原理与方法（6学时）0 l5 @5 {4 J H8 n
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。
" _7 `: v" d8 x8 V: l* 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。% s5 k P: z3 D* l! a
第一节、数字地形模型分析（1.5学时）
: t8 n. g2 j% a8 ]- ]% @/ b2 E一、地形因子的计算
. E% J5 {! W; v& J4 x+ K. m. q二、地形剖面线计算
0 m1 y* y5 ~& ^+ A1 i. U( K. j三、DEM的通视分析7 V0 }+ B6 s) N6 {
第二节、空间叠合分析（1.5学时）1 C% T' v5 N6 _: ^- p
一、空间叠合分析的概念
! b9 h* X' i" M, f二、基于矢量数据的叠合分析
; M& y! K) F" k* ]* [& m2 h三、基于栅格数据的叠合分析9 H3 _# i! L4 k6 w
第三节、空间邻近度分析（1.5学时）5 V* S1 @1 U" v" ]- k3 j0 L
一、空间缓冲区分析
5 J, T% }/ ^$ E' g二、V oronoi多边形分析- b3 L/ i7 F( {
第四节、空间网络分析（1.5学时）
1 s" J7 f" G6 x' u一、网络图论的基本概念
5 K8 ^9 E. s5 j3 Y+ P二、计算最短路径的Dijkstra算法
/ i; ~) {& P1 w第六章地理信息系统的应用模型（2学时）
9 s7 F1 i. T, w r 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。0 @; G" E" o# J, g" I# f- Q6 m
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。4 U0 K" Q; V. _( w+ ~2 j
第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）
7 Y$ u: S) K* T. b; @: R1 Y一、GIS应用模型的分类& a( y8 I, f8 |( L
二、GIS应用模型的构建' Z, ]9 X( ~$ g# M! d
第二节、土地定级估价模型（0.5学时）- D1 v2 n0 n" {5 w4 i3 }6 \! g
一、技术路线" t; ?$ f, a% I4 v e8 M6 ^9 R
二、土地定级估价模型9 |2 ?% h( q* s/ |( N6 a1 s- |
三、应用实例
- p% W0 \+ `/ o+ c第三节、适宜性分析模型（0.5学时）
) y V1 r. G& Z! E9 @一、一般形式7 w/ S7 s! A$ P
二、应用实例. d" F, N0 ^ c5 b' b, e
第四节、发展预测模型: ?- k7 C: B) @& I% z, N$ D
一、一般介绍
1 N" z$ Q; w2 D u- {& h二、应用实例
, O" p) G9 O3 d+ e" j+ g' D* G6 y第五节、区位选择模型（0.5学时）
+ [" g+ r1 d5 D9 _& ^- Y; Y一、数据准备阶段
1 i% ]/ L% W0 s二、综合影响评价阶段( k# t+ N; @4 O) K
第六节、交通规划模型
7 S% F2 a1 O! c" \' w一、交通发生量预测模型
4 G! q# {& ~& x二、出行分布预测模型8 P/ L/ G9 A/ o. ?
第七节、地球科学模拟模型
% z. U" b$ L& m' X. M: n1 [' R* N一、确定土壤侵蚀的数值分析模型
( R; u- |% Z1 y2 f. ]+ w' w二、设计土壤侵蚀数据处理流程
$ d; i+ T& w. t# q( ` 三、土壤侵蚀图的输出+ f7 ]" ~8 M/ h1 L5 l
第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）1 h1 l# O) Q7 [; f& P3 S) [2 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的设计和评价。. Y/ k6 B7 I n2 n. i
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。
" n7 T) d( \: V1 ^第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）: w* g/ t$ f" p$ I3 q7 b, r1 @7 H8 m
一、系统设计的目的
. f3 W0 G# i0 e- w' q二、系统设计的模式
; O; D7 }+ s7 Z5 h2 h; j三、系统设计的流程
9 `& ~7 U/ N* E; z9 O. h; p6 H第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）
! @; \# [6 C1 r) h一、系统分析
; \5 u. t; s( i, J% ^" J& h二、系统设计2 Y6 g+ o ~! M8 X, |& a; ~- J" i
三、系统实施9 m1 ?- Y- E" ^* F. B* z1 [% d! p
第三节、地理信息的标准化（0.5学时）+ L/ G: K1 m p
一、地理信息标准化的内容& q8 A' k0 f: _2 ?1 ~: F7 u2 Y4 b3 Z
二、地理信息标准化的制定
1 \4 X4 V! }# c0 `第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）' B2 r1 w4 u( L* y9 C# U; l
第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）
" x, D y }. V* z+ @/ H' D1. 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。
) L" V0 _6 J& W' k e& e2. 教学重点与难点：重点掌握地理信息系统产品的分类内容。7 o( z" a4 n# T; |& u" o
第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时） y+ b# C3 X. @7 B8 Z4 R; f
一、地理信息系统产品及其类型
7 V' }. r! a2 r二、网络地图和数字地球
3 }6 o# u ?" ? 第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）4 m6 L& T% r4 s- A3 ]
一、图形坐标系与颜色模型
\( l1 F, M; H二、输出的几何变换& K' ]7 V3 \5 W. R
三、地形图与专题地图的输出组织形式
, M$ g. |. N. @. q* U第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）: H" j2 j) J* \0 t- y5 a1 d2 _
一、三维空间制图模型
9 g" r& D$ H' x二、数字高程模型的构造( y7 e& R$ r. S& Y' w8 }( x
三、虚拟现实的设计与实现
/ k0 Z& i+ a3 z" I! B五、考核方式与成绩评定, E) Y/ k1 D6 o' F
理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）0 h& V4 C% f1 V- z0 s
六、教材及主要参考资料
& _3 Y( F" @' E! b% z: M* m0 V教材：& O6 e+ S5 D' 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:
9 Z/ }5 r8 |9 K+ D* s: i1、邬伦等。《地理信息系统原理、方法和应用》。北京: 科学出版社，2001
& { C/ S8 M+ e+ m2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009+ j& _' ~/ {0 t, m9 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 |
