地理信息系统原理教学大纲

《地理信息系统原理》教学大纲

课程编号： 000753112

课程名称：地理信息系统原理

课程性质：专业基础课

总学时： 48

学分： 3

适用对象：

先修课程：地图学

一、编写说明

（一）本课程的性质、地位和作用：

地理信息系统（GIS）是集计算机科学、地理科学、测绘学、遥感学、环境科学、空间科学、信息科学、管理科学等学科为一体的新兴边缘学科。它从20世纪60年代问世，至今已经跨越了50多个春秋，却始终发展迅猛。地理信息系统不但与全球定位系统（GPS）和遥感（RS）相结合，构成3S集成系统，而且与CAD、多媒体、通信、因特网、办公自动化、虚拟现实等多种技术相结合，构成了综合的信息技术。《地理信息系统概论》作为全国高等学校地理类专业公共核心课程，主要介绍了地理信息系统的基础理论、技术体系及其应用方法。通过本课程的学习，可以让地理类专业的学生掌握地理信息系统的基础理论和知识。本课程的教学，应当使学生掌握地理信息系统的基本概念、基础理论和方法。同时，《地理信息系统概论》又是一门实践性较强的课程，通过实践教学，使学生更直观地掌握地理信息系统的构成、地理信息系统产品的制作；了解地理信息系统软件和常用的信息检索方法，使学生的实践能力和创新能力得到一定的培养。

（二）教学基本要求

通过对本课程的学习，使学生牢固掌握地理信息系统得基本概念：如数据和信息、地理信息系统、地理信息系统空间数据库等。使学生掌握地理信息系统的基础理论和方法，如数据结构、空间分析的原理与方法、常用的应用模型等。使学生了解地理信息系统的相关知识，如空间数据的处理、产品的制作与显示。总之，通过学习本课程,使学生掌握地理信息系统的基本概念、基础理论和应用方法，为今后其他专业课程和软件的学习打下坚实的基础。

（三）课程教学方法与手段

课程的主要教学方法采用讲授、讨论相结合的方法。采用启发式教学，鼓励学生自学，培养学生的自学能力和学习兴趣，通过增强学生的分析问题和解决实际问题的能力，调动学生学习的主观能动性，能达到很好的利用所学知识解决实际问题所具有的基本理论基础。本课程常规的教学仪器设备是多媒体。地理信息系统是一门基础理论的专业课，因此本课程以

讲授授课为主，尽可能有准备、有针对性的开展符合教学特点的多媒体教学。并有计划、有目的地开展教学讨论活动，同时，让有兴趣的同学参与教师的相关科研项目和活动。

（四）理论教学内容及学时分配

（五）考核方式

综合考试成绩由平时成绩和试卷成绩两部分组成，其中平时成绩占30%，试卷成绩占70%。平时成绩：包括出勤、课堂提问、课堂讨论等。试卷成绩：以闭卷考试形式考查，主要是对基本概念、基本理论以及综合分析能力的考核。

（六）教材与主要参考书：

使用教材：

《地理信息系统概论》，黄杏元，马劲松，高等教育出版社，2008

主要教学参考书：

[1]《地理信息系统导论》，余明，艾廷华，清华大学出版社，2015

[2]《地理信息系统》，汤国安，赵牡丹，杨昕，周毅，科学出版社，2010

[3]《地理信息系统实习教程》，张超，高等教育出版社，2000

[4]《地理信息系统教程》，汤国安，刘学军，闾国年，盛业华，王春，张婷，高等教育出版社，2007

[5]《地理信息系统——原理、方法和应用》，邬伦、刘瑜主编. 科学出版社，2002年

二、教学内容纲要

第1章导论（3学时）

（一）教学基本要求

1.掌握GIS的定义，能分析其与其他系统的不同。

2.掌握GIS的基本构成是系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员、应用模型。

3.了解功能及发展趋势。

（二）教学重点及难点

1.GIS本质概念和特征；

2.空间数据和GIS应用模型。

（三）教学基本内容

第一节地理信息系统的基本概念

1.信息与数据的概念

2.地理信息及其特征

3.地理信息系统

第二节地理信息系统的组成

1.系统硬件：

2.系统软件：

3.空间数据：

4.应用模型

5.应用人员

第三节 GIS的功能简介

1.基本功能

2.应用功能

第四节 GIS的发展透视

1.国际发展状况

2.国内发展状况

3.当代GIS发展动态

第五节 GIS与相关学科的关系

1.地理信息系统与地理学的关系

2.地理信息系统与遥感的关系

3.地理信息系统与地图学的关系

4.地理信息系统与计算机科学的关系

第2章地理信息系统的数据结构（6学时）（一）教学基本要求

1.熟练掌握地理空间概念及其表达

2.准确理解空间数据的基本特征

3.了解GIS中的数据类型，掌握空间数据的基本特征

4.掌握矢量数据与栅格数据的类型、特点

5.掌握栅格数据的编码方法

6.掌握拓扑数据结构的特点

7.掌握空间数据的输入方法

（二）教学重点及难点

1.栅格数据和矢量数据的区分

2.栅格数据编码

3.空间数据的基本特征

（三）基本教学内容：

第一节地理空间及其表达

1.地理空间的概念

2.空间实体的表达

第二节地理空间数据及其特征

1.GIS的空间数据

2.空间数据的基本特征

3.空间数据的拓扑关系

4.空间数据的计算机表示

第三节空间数据的类型

1.矢量数据结构

2.栅格数据结构

3.曲面数据结构

第四节空间数据结构的建立

1.系统功能与数据间的关系

2.空间数据的分类和编码

3.矢量数据的输入与编辑

4.栅格数据的输入与编辑

5.曲面数据的输入

第3章空间数据的处理（6学时）（一）基本教学要求

1.掌握空间数据的处理方法

2.了解空间数据的输入与编辑方法

3.了解空间数据几何纠正的方法

4.了解空间数据融合的方法

5.了解空间数据压缩与内插的方法

（二）教学重点及难点

1.空间数据几何纠正的方法。

2.空间数据内插。

（三）基本教学内容

第一节空间数据的坐标变换

1.几何纠正

2.地图投影及其转换

第二节空间数据结构的转换

1.矢量数据向栅格数据转换

2.栅格数据向矢量数据的转换

第三节多源空间数据融合

1.遥感与GIS数据融合

2.不同格式数据的融合

第四节空间数据的压缩与融合

1.空间数据的压缩

2.空间数据的重分类

第五节空间数据的内插方法

1.点的内插

2.区域的内插

第六节空间拓扑关系的编辑

1.多边形连接编辑

2.节点连接编辑

第4章地理信息系统空间数据库（9学时）（一）基本要求

1.掌握空间数据库的概念。

2.掌握GIS空间数据库的设计过程、原则与方法。

3.了解传统数据模型的类型、特点。

4.了解语义模型的概念

（二）教学重点及难点

1.GIS空间数据库的概念

2.传统数据模型的特点

3.空间数据的设计过程

（三）基本教学内容

第一节空间数据库概述

1.空间数据库的概念

2.空间数据库的设计

3.空间数据库的实现与维护

第二节空间数据库概念模型设计

1.语义数据模型

2.面向对象的数据模型

第三节空间数据库概念模型设计

1.关系数据模型

2.逻辑模型设计

第四节空间数据库的物理设计

1.空间数据库的物理设计概念

2. 空间数据库的物理设计步骤

第五节空间数据查询

1.空间关系查询类型

2.属性数据查询

3.空间属性联合查询

4.空间查询语言

第六节空间数据库索引

1.范围索引

2.格网空间索引

3.四叉树空间索引

第七节空间元数据

1.元数据及其作用

2.元数据实例

第八节空间数据库引擎

1.空间数据库引擎概述

2.空间数据库引擎的工作原理

第九节空间时态数据库

1.空间时态数据库概述

2.时空一体化数据模型

第5章空间分析的原理与方法（6学时）（一）基本教学要求

1.掌握GIS空间分析的概念及原理。

2.掌握GIS叠加分析和缓冲区分析的原理及应用。

3.掌握数字地面模型分析和网络分析的原理及应用。

4.掌握GIS空间统计分析和空间数据的集合分析

（二）教学重点及难点

1.GIS空间分析的概念。

2.叠加分析和缓冲区分析的原理和应用。

3.最短路径分析的原理。

（三）基本教学内容

第一节数字地形模型分析

1.地形因子的计算

2.地形剖面线计算

3.DEM的通视分析

第二节空间叠合分析

1.空间叠合分析的概念

2.基于矢量数据的空间叠合分析

3.基于栅格数据的空间叠合分析

第三节空间邻近度分析

1.空间缓冲区分析

2.Voronoi多边形分析

第四节空间网络分析

1.网络图论的基本概念

2.计算最短路径的Dijkstra算法

第6章地理信息系统的应用模型（9学时）（一）基本教学要求

1.掌握GIS模型的概念

2.了解模型的构建过程

3.了解几个解决实际问题的GIS模型。

（二）教学重点及难点

1.GIS应用模型的概念。

2.GIS应用模型的设计过程。

（三）基本教学内容

第一节地理信息系统应用模型概述

1.地理信息系统应用模型的分类

2.地理信息系统应用模型的构建

第二节土地定级估价模型

1.技术路线

2.土地定级估价模型

3.应用实例

第三节适宜性分析模型

1.一般形式

2.应用实例

第四节发展预测模型

1.一般介绍

2.应用实例

第五节区位选择模型

1.数据准备阶段

2.综合影响评价阶段

3.位置选择阶段

第六节交通规划模型

1.交通发生量预测模型

2.出行分布预测模型

3.交通量最优分配规划

第七节地球科学模拟模型

1.确定土壤侵蚀的数值分析模型

2.设计土壤侵蚀数据处理流程

3.土壤侵蚀图的输出

第7章地理信息系统的设计与评价（4学时）（一）基本教学要求

1.了解GIS系统设计的模式与流程

2.了解GIS的设计过程

3.掌握GIS的标准化内容

4.掌握GIS评价的内容

（二）教学重点及难点

1.GIS系统设计的模式与流程

2.GIS的标准化内容

（三）基本教学内容

第一节应用型GIS设计概述

1.系统设计的目的

2.系统设计的模式

3.系统设计的流程

第二节 GIS的设计

1.系统分析

2.系统设计

3.系统实施

4.系统运行和维护

第三节 GIS的标准化

1.地理信息系统标准化的内容

2.地理信息系统标准化的制定

第四节 GIS的评价

1.系统效率

2.系统可靠性

3.系统可扩展性

4.系统可移植性

5.系统的效益

第8章地理信息系统产品的输出设计（5学时）

（一）基本教学要求

1.了解GIS产品的主要输出形式

2.熟悉地理信息系统产品及类型

3.了解地形图和专题地图的输出组织形式

4.掌握输出的几何变换

（二）教学重点及难点

1.地理信息系统产品及其类型

2.地形图与专题地图的输出

（三）基本教学内容

第一节地理信息系统产品的输出形式

1.地理信息系统产品及其类型

2.网络地图和数字地球

第二节地理信息系统图形输出系统设计

1.图形坐标系与颜色模型

2.输出的几何变换

3.地形图与专题地图的输出组织形式

第三节地理信息系统的可视化与虚拟现实

1.三维空间制图模型

2.数字高程模型的构造

3.虚拟现实的设计与实现

制定人：

审定人：

制定时间：