《地理信息系统》课程大纲5 s0 L$ y/ L# K9 B6 @: D
一、课程概述2 m4 G% O* R1 C6 |9 f3 Y
课程名称（中文）：地理信息系统
i, v! D5 C' Q, M& ^! A（英文）：geographical information system
8 P1 S, [5 c6 ?# w课程编号：19371087& G; {1 X" W& S( Y
课程学分：2
) X# H1 T- Z8 I- @课程总学时：32
9 J/ g6 g9 w; @9 q9 \课程性质：专业选修课5 m* N/ Z7 |/ v0 N: c
二、课程内容简介（300字以内）
# x2 p N# R; K+ x$ ^$ p2 _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。% P5 p- _( V. G1 {# y5 j
三、教学目标与要求0 f, L8 l2 ~: J9 \0 ?
《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。) R" y# e- r6 E; ]& I' @' 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。6 Y5 C0 ]: B! y8 n! V" {; j
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。
" R9 z* N+ O5 @, B 四、教学内容与学时安排+ j& b. y" P& E1 G# @
第一章导论（4学时）
5 K: x5 g& [- }2 X# r1. 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？
% s0 n3 x) I3 [2 h4 E2. 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。$ F3 r2 g/ ?3 ]2 c& s
第一节、地理信息系统基本概念（1学时）
& S" f! o( {* ]2 f' R' e一、数据与信息8 I2 J" }) x# v0 i8 O5 B6 K& m4 N
二、地理信息与地理信息系统& U0 ~, U, Y/ f+ \ o8 p
第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）
0 c& S) W; x" q) u: ?1 P* \2 [一、系统硬件
V! ^* K* J; w% u2 K1 V- H二、系统软件
3 O1 t! @: l, U+ t三、空间数据# a4 o: Y' E; F6 B: b/ m! D
四、应用人员, @" t, `5 i6 |
五、应用模型4 W3 {1 G+ |( {! O' m/ w
第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）
9 n. D, R4 p v, g# Y一、基本功能
7 g7 E8 g: Z2 k+ H5 K' z3 u$ ?, G二、应用功能. q1 \7 Z3 g: V" z) B, X$ t
第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）
- [+ B6 I( W+ H7 h8 x3 C$ e一、发展概况0 t, q7 g( |+ T' N1 v; n
二、基础理论3 \2 i3 O- s+ {( @& \0 O7 ^% \* b1 V
第二章地理信息系统的数据结构（6学时）* q3 K: E; P8 N) J S
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。
" X/ E* h i$ h) g 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。2 a& o; s0 N6 D9 h! U* A1 X
第一节、地理空间及其表达（1学时）
+ ~. b d2 T! i* Y/ l/ O一、地理空间的概念& i/ L2 P. e( p3 M5 y5 I4 |
二、空间实体的表达! z. J. ?0 o' k7 g. L) p
第二节、地理空间数据及其特征（2学时）
/ h9 J3 E' F. g. [1 Q0 ?一、GIS空间数据的分类
1 M; N, M7 Z `- M2 N8 y. }二、空间数据的基本特征
# h! h9 U' ]. D& I" k三、空间数据的拓扑关系
1 \3 B9 }9 M: L9 G) [4 g四、空间数据的计算机表示
5 n3 e Z4 B5 y3 j% U- W, S第三节、空间数据结构的类型（2学时）! ]8 M4 X7 N% }
一、矢量数据结构: \( ]0 O, e0 V- r/ w
二、栅格数据结构9 f/ j' b' y7 K
三、曲面数据结构
O7 v7 ]6 Y( I: C第四节、空间数据结构的建立（1学时）* [ {# c6 g; ^, v& j- T
一、系统功能与数据源间的关系+ k! S% d; F6 `8 Q
二、空间数据的分类与编码
0 v& J( ^0 [- o三、矢量数据的输入与编辑$ H1 h! Q. d" [
四、栅格数据的输入% ~) b5 \) {! i( n3 S+ ?7 y$ J
五、曲面数据的输入
( u( G7 O$ n. G7 B) f第三章空间数据处理（6学时）: F5 s9 J1 ?7 {9 O
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。
! g( y& n' u* x 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。
* N$ `5 J9 `/ {3 X3 n2 z+ Z' M+ T第一节、空间数据的变换（1学时）# S+ } p! y/ j, x. Z! j! y
一、几何纠正
8 T' `$ Z+ H0 c- |( G, z& ^二、地图投影及其变换; P& z2 N) y# ?, {/ V0 F: f
第二节、空间数据结构的转换（1学时）
5 `6 q }; a; m" c% O7 ^$ P一、由矢量向栅格的转换
4 O. p% J& ^2 ^二、由栅格向矢量的转换" L4 \: W/ Z: Q5 V& `, U; Y+ n& M
第三节、多元空间数据的融合（1学时）. ?8 I* M0 F1 w2 h* _
一、遥感与GIS数据的融合
5 _: ~# M5 s2 q( t$ [5 }* ~. S1 d二、不同格式数据的融合
$ [0 }0 [ m9 z9 e( `5 Z第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）
% {& M# V+ M0 J! e% W" S/ i一、空间数据的压缩
0 Z' ]) r. I4 x1 ? X1 e @: U二、空间数据的重分类( q: ]" l! z) s
第五节、空间数据的内插方法（1学时）
; ^7 f( `- T1 d2 l6 n1 O4 Z( v一、点的内插
- z5 \0 H6 @: X: X0 t二、区域的内插* ~4 l7 w9 ~8 Z1 `) V" }( [
第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）3 @9 E0 ~1 y; N
一、多边形连接编辑
6 j. K# A7 P9 L3 N9 x$ i- A3 H$ K二、节点连接编辑- @1 _, F6 |6 m: y4 a: H% b
第四章地理信息系统空间数据库（4学时）
* S k, {$ A' A0 ?! 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。
9 F) y0 C8 q: |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# z/ s" ~7 L; u+ i; j& z" f% S
型的类型；难点是空间数据库建立的方法。
4 \4 B+ W7 R' P5 V) u9 O+ |8 C; a/ M第一节、空间数据库概述（0.5学时）/ |! \$ p+ W- i# ^ |# h
一、空间数据库的概念
8 {7 P, B/ T. Z/ @二、空间数据库的设计
% @5 P6 i9 C7 [! Y7 _第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）
* s2 d; v* b8 A6 q# E一、语义数据模型, U8 n2 y# l9 |* S1 l
二、面向对象的数据模型
' v7 f b/ M8 I# B/ b第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）
2 N7 H) @" Y, g' t: N一、关系数据模型* g8 d0 f O5 q' W0 }$ R
二、逻辑模型设计% _1 @# V7 p5 G
第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）
\1 n2 m/ B4 A8 n一、空间数据库的物理设计概念
# J# I8 g+ m+ o n" J( _二、空间数据库的物理设计步骤
$ E0 \( O# X+ D5 }$ @& N& a第五节、空间数据查询（0.5学时）
1 a0 i. [" v' y! {7 _* y一、空间关系查询类型
) l, X v" A* [0 x二、属性数据查询; e9 }/ w4 K# s% l- [( G
三、空间属性联合查询
" [5 _3 P/ p" _四、空间查询语言* N) ]# ?6 U" K* a
第六节、空间数据库索引（0.5学时）
. @1 l0 v r0 ]( D一、范围索引
& X; u: F8 L* C二、格网空间索引5 w* w0 |& Z+ p# x+ T
三、四叉树空间索引
1 y5 H' W) `) I4 I第七节、空间元数据（0.5学时）% ?* M' k. I* c0 f. U, x, v: R
一、元数据及其作用5 V9 l8 x2 v- v* `
二、元数据实例
: R' J( E1 n) d; X第八节、空间数据库引擎# l/ g c5 A; H/ K) n9 G3 |
一、空间数据库引擎概述 d9 F2 j0 @( i, z
二、空间数据库引擎的工作原理; s9 i: E/ b" b- `5 h$ C7 N) X# Y J
第九节、空间时态数据库（0.5学时）# I" m& I) I0 V1 R
一、空间时态数据库概述( \. z+ Q! Y( v! H! C+ o
二、时空一体化数据模型, w9 f: _+ }; Y, I
第五章空间分析的原理与方法（6学时）
. p* ^1 {: {$ ~( [" K& e1. 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。3 K" O- r. J1 V# S2 Z
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。( O. w; T3 \+ q1 `
第一节、数字地形模型分析（1.5学时）2 }' A9 B- @! x4 F: h. @3 k; ~
一、地形因子的计算; z( M, E. \. T3 t2 S
二、地形剖面线计算# J" {- H Z1 ]9 y+ J+ U
三、DEM的通视分析! }: ^' F5 ?, N/ A z3 c; F1 J2 Q
第二节、空间叠合分析（1.5学时）0 g8 Y {: D. M7 t
一、空间叠合分析的概念, Q1 X& t' y9 l9 V$ n
二、基于矢量数据的叠合分析/ P& s0 r) g, b! k, |
三、基于栅格数据的叠合分析0 h @( N. P. B0 B6 R! E5 R
第三节、空间邻近度分析（1.5学时）4 x/ Z' Z2 U2 z0 M
一、空间缓冲区分析. T% G. R+ V' I9 w: ], U6 x3 D- B
二、V oronoi多边形分析0 f0 f5 B7 [ m) m2 ^$ y% P8 R, \
第四节、空间网络分析（1.5学时）
; O) C. T6 V- d1 ^; `一、网络图论的基本概念& B- i! O# W" h9 A" _
二、计算最短路径的Dijkstra算法# D# l8 k0 T, E& q
第六章地理信息系统的应用模型（2学时）
* u+ \( X* c- @/ J# E: V$ w- } 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。$ c$ @/ @4 k# s+ ]0 A
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。" s& j0 K d. d9 D+ O- H( s, h
第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）
6 @/ ~1 P: K) t! V1 G& x一、GIS应用模型的分类
8 N( {# C4 M* ^/ j! |二、GIS应用模型的构建
5 Z& J3 O7 e4 h第二节、土地定级估价模型（0.5学时）7 g3 G* N5 J+ W$ V/ `
一、技术路线
. O: W; N6 D* t; y二、土地定级估价模型
# z5 p- s; K) \* j5 }8 P三、应用实例! u! C5 H! u6 D" M# j% s
第三节、适宜性分析模型（0.5学时）
' {( U6 ^* k6 G8 Q/ F' _7 s一、一般形式( q3 J. W% d# Z( O! `, w
二、应用实例# l7 n! [& J( R2 \% o% r% p4 m; ~
第四节、发展预测模型
7 {5 _0 o' b7 b E Q' D一、一般介绍$ e1 O, o7 M/ u1 t+ H% k+ P, [6 e" Z
二、应用实例
) L( _2 l4 k# n" E# F$ o9 Q+ m第五节、区位选择模型（0.5学时）, T. q; d1 e* {
一、数据准备阶段" r) i- l; f$ m2 A
二、综合影响评价阶段
" E/ ]% S3 e. b& u% K; `6 E0 Y1 N第六节、交通规划模型
. T& f+ V, S& M3 {一、交通发生量预测模型
2 i T: R6 }; x/ }, P( U二、出行分布预测模型
* F2 A5 b3 @& a/ A1 }& {+ O第七节、地球科学模拟模型
+ g8 r1 Z# B6 s1 \2 n1 n一、确定土壤侵蚀的数值分析模型+ K0 P, Y" [0 u! N0 l* h
二、设计土壤侵蚀数据处理流程0 W( ^/ I: S8 h( M- y" @5 d
三、土壤侵蚀图的输出
8 N# E- _6 s8 y) Q第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）7 f- ^! h. W6 I0 f
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。
- D- J5 g9 `: G" C" D E2. 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。
; A3 f" @# [1 e第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）
' [. s( n, o' o) c+ j一、系统设计的目的
: y1 t- U8 V, D T# P8 C二、系统设计的模式' ~: K; r7 p: n/ I5 g
三、系统设计的流程
- J* f& J- a* S J第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）5 A" s7 }+ M$ |7 w
一、系统分析# N' ]! w" P7 z
二、系统设计% m: ?$ j# ?2 B- U
三、系统实施
* a* p% ^ Z$ n5 q7 k( z第三节、地理信息的标准化（0.5学时）
! I+ C% Y9 t7 [0 N( d一、地理信息标准化的内容
1 D; j0 v ?3 C, c7 n1 P. s二、地理信息标准化的制定
& `7 j v; @0 o5 N. o0 ?第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）1 {& \+ B j. [0 Z- I4 ~8 e0 D& X% e4 p
第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）
; `. k% z$ f9 ?) f& A5 W1 U1. 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。9 Z. M3 \% {/ H9 G% d' Z
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。
/ ]- r0 g6 w/ j& _1 S第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）
& X2 H( p$ |% R9 M一、地理信息系统产品及其类型
! \: y* {+ f3 W) H* ~) l二、网络地图和数字地球8 ?' n/ e1 N. c
第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）
8 l+ J! R2 }6 z. Y1 I: B一、图形坐标系与颜色模型$ b9 E5 g4 b! [6 C' o# X4 h# u# P
二、输出的几何变换5 A a# Y1 a, B& [: ^3 z
三、地形图与专题地图的输出组织形式$ ?8 Q3 s, E% f, C+ @
第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）
9 n3 K; @( \% g$ ]一、三维空间制图模型6 f2 k& j' c/ w: X; M& I: z2 O
二、数字高程模型的构造
* j. f5 y- H5 w }+ G三、虚拟现实的设计与实现5 i* }+ g: C$ I2 |9 w0 l
五、考核方式与成绩评定
7 {' u6 A% G' M" i理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）
% x& |* R3 Q6 H6 ~( ]) Q" V6 c六、教材及主要参考资料
2 g" K( O6 x# {教材：
; k; @8 Z3 E1 @, ]1 ^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:( k! l( [! K+ u: T4 y* m6 Q
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
6 L3 g" ]# Z- O P2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009
c& B5 e2 H V# n3 L1 C5 e* j( H3、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 |
