《地理信息系统》课程大纲
0 h$ H5 n: I5 A5 H% Y. K/ w/ N一、课程概述, `2 V1 l# B. u' J! y
课程名称（中文）：地理信息系统
1 T2 ^4 l6 e x: w' n（英文）：geographical information system$ P6 C! x8 d& q: }4 Q2 F/ n
课程编号：19371087
/ Z+ U: E) f9 y1 F* u$ y! V课程学分：23 P! g# j+ k( ^% \2 i- D
课程总学时：32, B7 {" b$ t! K
课程性质：专业选修课
' A$ r6 c `9 I3 o8 k6 B9 K二、课程内容简介（300字以内）; a6 h, B' A b
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。3 Y* p1 U- X8 W$ V% y m; a, S8 k
三、教学目标与要求, L& Z$ C( F/ c; l4 i) |$ A
《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。% I: K0 i7 [, o" @
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。
( r6 t7 A' P) x( M i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。+ e+ t6 H; Z' x" i
四、教学内容与学时安排; } T! D5 y9 S
第一章导论（4学时）
9 v; o3 {7 b, A1. 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？ Z: D; T3 Q) V& @
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。% W ^& o2 b7 a0 J1 g
第一节、地理信息系统基本概念（1学时）
5 v8 c$ F: g$ u/ e! ?" b一、数据与信息% i0 \/ p8 W( Z. Q3 A
二、地理信息与地理信息系统
) e( C C+ d0 C5 r# D) {第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）
a7 F8 r3 C7 K7 [* Z- {一、系统硬件$ N5 J; F# F" n9 {1 I, J
二、系统软件
4 m4 B6 h, {! i6 m3 N三、空间数据1 @( k$ w, B7 u8 q) w# {
四、应用人员
, _+ l: o8 z" f9 M" c五、应用模型
- H4 H+ w& g! C) H第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）# {7 R4 C8 L3 k* B/ P* j7 X' v
一、基本功能
3 b6 x3 i. u2 @3 A' M/ y# C二、应用功能
# b; \* C( h8 }/ E2 o第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）4 s5 W% @8 Z0 \ j5 H5 I) L
一、发展概况8 H4 s) B. ~" ~" O
二、基础理论$ R0 ~- [3 p8 J {
第二章地理信息系统的数据结构（6学时）% g1 P7 g3 R: q5 [, l8 ?) ~! 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。
" @ L. s4 j% `& T, E [" R0 M 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。
E% T7 j* S" D+ @& l$ A! i# C% @第一节、地理空间及其表达（1学时）" Q9 t9 A( |6 L. g* E# A4 d5 [
一、地理空间的概念
1 U9 k4 D% j& u二、空间实体的表达6 e' O2 a4 N& O& z: ]/ |
第二节、地理空间数据及其特征（2学时）" V; q. d* W. m) z; v& }
一、GIS空间数据的分类
2 u) y( ~: `. s% t' q9 J& q! x二、空间数据的基本特征
" S( [% s5 v$ h0 f1 R+ o三、空间数据的拓扑关系
4 |: b8 W! x% u1 y% I四、空间数据的计算机表示
$ u% i7 Q1 K7 d. k/ B% Y6 _8 I第三节、空间数据结构的类型（2学时）
; t! ?, g0 L( n% p( B! }一、矢量数据结构
/ h0 ]3 w% K1 u$ \5 ]: I二、栅格数据结构
9 T' s/ Q7 S: Y6 X% X; e+ P* K三、曲面数据结构
$ ?8 D! n5 m# V2 s) T第四节、空间数据结构的建立（1学时）/ g8 R4 `# ?4 ^9 H& w7 E
一、系统功能与数据源间的关系
/ F1 i5 r! i( G* C" \二、空间数据的分类与编码: A' o3 t, |: ?4 Y
三、矢量数据的输入与编辑: m" ~4 ]3 C4 l3 F' L2 U6 ^; V. u
四、栅格数据的输入
" e. F$ I2 h: N; I1 h' q4 w五、曲面数据的输入$ o! L5 {. o1 W
第三章空间数据处理（6学时）
/ J! w6 ^8 t; v' L2 G' x$ F1. 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 x( u" V; P7 B6 M4 z 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。& M. h5 }( w- r5 P
第一节、空间数据的变换（1学时）
8 E: ], A4 s3 @$ \9 [2 \一、几何纠正
% L7 @% b0 P4 W二、地图投影及其变换+ O- D( E0 e/ L5 _
第二节、空间数据结构的转换（1学时）& ?7 }* I8 L/ s9 M$ k. V7 Q9 S: Q
一、由矢量向栅格的转换+ ^) [" s( T3 Z ]" c7 C
二、由栅格向矢量的转换
& j# ^5 o% w4 ~8 B第三节、多元空间数据的融合（1学时）
4 ?$ O) ^& @* I一、遥感与GIS数据的融合2 t8 n0 f$ j) R5 x% Z. ?8 E: B
二、不同格式数据的融合
# g/ h% k k. h8 X3 R% m6 b- B+ L5 [第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）7 O" |: ]) b0 W+ |5 h3 B
一、空间数据的压缩. B. ^' v# x% X4 q" p5 m# S
二、空间数据的重分类/ ^1 K1 s' [" G, H2 G \+ Y: L
第五节、空间数据的内插方法（1学时）' U! @+ {8 r+ h
一、点的内插
; t" ?7 C- l5 M( d R二、区域的内插5 J1 e4 B6 v' C( P9 L# J
第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）
2 V; G1 E9 U# ^: W$ N& h$ |一、多边形连接编辑1 P) z! l9 r" _& J: \9 v- j
二、节点连接编辑/ P8 Z2 j( ^; Q6 H; f$ D
第四章地理信息系统空间数据库（4学时）, v- |+ R8 I+ {4 k( Q% i! E" h/ U
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 W3 t: M/ f8 y3 v' \9 m/ L
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4 O: @' i: s; f' {
型的类型；难点是空间数据库建立的方法。
- h$ u. O' n1 l6 l% b第一节、空间数据库概述（0.5学时）0 W% w5 k5 a- a" `9 ^$ D
一、空间数据库的概念
! m- Z3 P$ g* {二、空间数据库的设计$ w+ q4 K& Z+ R/ ]* K
第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）
2 d. k" c8 | C8 m; o+ e一、语义数据模型
0 B( t3 l) L- ?" Y! N二、面向对象的数据模型! ~: p/ E$ h* L( F- k% x2 O
第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）# Z2 c3 ^* {1 V0 p6 A) H
一、关系数据模型- J7 b+ r2 C* y# O4 G' W: s, M! w
二、逻辑模型设计
c* k9 ~2 A; u- X- S* C: E: u+ ^* ~6 E第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）
d5 \9 X: t5 q, l" R3 h一、空间数据库的物理设计概念
% n) ~' J9 R5 s- }: I二、空间数据库的物理设计步骤
1 U5 Y& H1 e1 g; o, e4 N% U第五节、空间数据查询（0.5学时）& a- D; p3 X& D: U! p
一、空间关系查询类型
& h5 Q& V: v. H; q/ h' K" x二、属性数据查询9 }! L8 C6 [3 {0 n
三、空间属性联合查询
8 c; ?- H- \8 g( F: v四、空间查询语言
" k! N( U, ~& R! Z第六节、空间数据库索引（0.5学时）( N7 \6 y- i7 \
一、范围索引
3 Y( j. u8 {* J0 u# i8 z, c4 Q8 {# y7 `/ q二、格网空间索引3 i, r) H1 z; i* ]% y6 A1 D
三、四叉树空间索引
2 {! ^# p3 X3 B7 c* w( d* U第七节、空间元数据（0.5学时）
) b3 P/ t% f7 y& F一、元数据及其作用
8 {; q4 T/ t" b; V3 E e; r$ t }( I二、元数据实例
! l3 e. W2 {: @4 K! k4 D第八节、空间数据库引擎
! ~& [2 e. N) b+ h; m' C. Q8 Y 一、空间数据库引擎概述" P& g( F. O6 t( w0 }
二、空间数据库引擎的工作原理# ?0 d. K3 w* {) e% |" L
第九节、空间时态数据库（0.5学时）/ N6 u3 P8 h- y% d
一、空间时态数据库概述
& q' H/ y q1 j9 n% l二、时空一体化数据模型
" ] ^/ A- N- y: ^3 j% I! W T y4 l第五章空间分析的原理与方法（6学时）
+ z0 J' y' _7 I$ H, m1. 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。( Z$ g& W z6 Z7 G6 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。; m- ?8 m& S- B+ e4 r; a# {( C1 W
第一节、数字地形模型分析（1.5学时）0 N; d5 K. d7 ]# w
一、地形因子的计算* {6 v" L- h6 O+ j) F
二、地形剖面线计算: k* S3 g/ w( @( R1 s' \8 h
三、DEM的通视分析% A, p7 T9 B2 U) {
第二节、空间叠合分析（1.5学时）
! N2 _. d9 z3 ` ? u/ {$ `一、空间叠合分析的概念) w) x' ^) i. y2 W1 t
二、基于矢量数据的叠合分析5 b f3 x" F e5 g7 U
三、基于栅格数据的叠合分析' m/ K- M Q4 D5 D8 K
第三节、空间邻近度分析（1.5学时）
0 H0 N4 a) R" Z0 z8 m一、空间缓冲区分析
; Y6 Q( {( O) u! [/ s0 y1 c/ C二、V oronoi多边形分析9 s, j) G% u0 {. c3 w7 [
第四节、空间网络分析（1.5学时）
8 \; ^7 a) D7 h0 r5 y6 J一、网络图论的基本概念" F4 ~3 T. V* F( `) \# h3 j3 N( v
二、计算最短路径的Dijkstra算法
7 p- V C1 Y& e$ q( ]第六章地理信息系统的应用模型（2学时）1 v1 S2 U' ]: b
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。9 H5 x& A7 J9 j" g E3 ~& v
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。
; {6 |0 q8 p$ R1 r( S第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）
7 w" @2 A( _/ k一、GIS应用模型的分类
- |& z, l; K& a h二、GIS应用模型的构建
$ b" e1 v! }. K% G第二节、土地定级估价模型（0.5学时）( g B2 R% L. c2 \- q/ T) h3 t
一、技术路线
4 b5 _$ [5 E4 S! ~) [8 }. k二、土地定级估价模型
! t1 T6 e0 R4 u5 u& c% \0 x. O三、应用实例6 G- e( z O+ i
第三节、适宜性分析模型（0.5学时）
9 x K" a3 }+ E8 X* ~ q( {一、一般形式
" p* c: u7 k; ?! O9 }# F二、应用实例
# Q4 A/ n# |9 z; U第四节、发展预测模型
9 b) o" T& N# N* r一、一般介绍% E' k0 ~% C9 ^: T, }" }
二、应用实例( c' u7 K: l/ o( `" h; Q$ h j; v
第五节、区位选择模型（0.5学时）/ p3 _* k! B/ J/ _. g7 n4 M( n
一、数据准备阶段
6 {& U. @1 `1 p. C) N6 t# }二、综合影响评价阶段
* ^$ ]# R, z& [5 W, O1 c# `第六节、交通规划模型9 ^1 M' I! h1 S4 U! B. d+ k3 T
一、交通发生量预测模型
* a5 l7 U9 r, F5 K) N1 R二、出行分布预测模型/ g* g+ Y# ~8 [5 y
第七节、地球科学模拟模型/ C- b- m" s9 z% Y
一、确定土壤侵蚀的数值分析模型% \+ s3 y2 G/ o7 n, }
二、设计土壤侵蚀数据处理流程9 E4 h- L# x4 b* a
三、土壤侵蚀图的输出
t/ X3 q* U; \第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）
) b; S7 l. u4 i2 Y p# }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。% G5 X$ d9 |, N9 M5 p2 X& _9 `7 R4 S
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。- w$ y" w) \0 M
第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）
( ]5 L4 Z$ o5 _* _一、系统设计的目的
0 g9 `* F% {4 B. s二、系统设计的模式
9 M, W5 A+ c% z# c5 c6 N1 V$ q% D三、系统设计的流程: P9 Z: f) L0 I; e1 v; Z
第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）
4 \9 W! x% F, X F" r一、系统分析
* q: t) l/ P4 {9 {二、系统设计, T- R6 c( {5 `5 U9 }
三、系统实施
# S( }8 [. w; U1 S- Q# y [第三节、地理信息的标准化（0.5学时）
: y) X* h. |8 q' ?. {一、地理信息标准化的内容. F1 N5 M* U! n4 S/ C
二、地理信息标准化的制定
! \; j3 S6 ]6 f' f( x9 G& g第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）- h' {& d5 W( c! e$ c2 d+ C
第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）
5 Z6 ~0 v8 d5 r& d5 p1. 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。, Q. W* |* G# T1 V v, y5 t
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。' p8 [, D! T: L3 m
第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）/ q+ o5 x* B5 c' c# {
一、地理信息系统产品及其类型
! [" z: {! L; w* ~2 M4 V" t二、网络地图和数字地球' S& _, |( j) G% J7 z& C- y
第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）! Z, u6 S8 |4 ^. c4 x
一、图形坐标系与颜色模型' s0 C( V# `& n3 {' k
二、输出的几何变换" h) f' A9 x7 b2 F a8 j
三、地形图与专题地图的输出组织形式5 w! ?, n3 b' T; n+ D# h
第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）
8 j1 F: ^. J& f0 i一、三维空间制图模型: H/ U% ^7 \1 x9 d; |6 T$ \
二、数字高程模型的构造
. `9 A. M) }+ ^$ _三、虚拟现实的设计与实现
$ u5 P& Z9 V) h" | T9 b五、考核方式与成绩评定! m3 k4 g/ f: j( |' l0 i4 H
理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）' T$ o8 w+ {9 J% E' a! d% D5 g" a
六、教材及主要参考资料
: l, W% _4 Y, g- f2 p# Y0 r教材：
$ Y3 j" w* D7 G; C( f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:
) l# w' w. q: S. k1、邬伦等。《地理信息系统原理、方法和应用》。北京: 科学出版社，2001/ Q1 D. V8 }3 p8 X7 b. a
2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009+ a- k V2 B& O
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 |
