《地理信息系统原理》教学大纲

一、说明

1、课程的性质、地位和任务

地理信息系统是一门集计算机科学、信息科学、现代地理科学、测绘遥感学、地图学、环境科学、城市科学、空间科学、系统科学和管理科学等为一体的新兴技术学科。它是以地理数据库为基础，在计算机软、硬件支持下，采用地理模型分析法，适时提供所需空间和动态的地理信息，为地理研究和决策服务的计算机技术系统。《地理信息系统原理》是地理信息系统专业的一门专业基础课。通过学习，掌握地理信息系统的基本原理和方法，充分发挥地理信息系统在资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策等方面的作用。

2、课程教学的基本要求

（1）在保证该课程教学的科学性和系统性的前提下，着重突出地理信息系统的实用性。有关本课程的基本概念、基本知识和基本技能，作为教学的重点内容，要求学生牢固掌握并熟练运用。

（2）坚持理论密切联系实际，对于课本中涉及到的高深的算法，一般不予深究。讲授时，尽可能借助地理信息系统中的一些典型实例，深入浅出地阐明其基本特征，并积极引导学生将主要精力放在具体应用上。

（3）课堂讲授实行启发式，力求做到少而精，突出重点，并注意将培养和提高学生的分析问题和解决问题的能力放在重要位置。

（4）坚持课后练习是教好、学好本门课程的关键。在整个教学过程中，将根据正常教学进度布置一定量的课后作业，要求学生按时完成。

3、本课程的重点与难点

　　重点：本课程的有关基本理论和基本概念，地理信息系统的技术体系和应用方法。

    难点：数据库的构建、空间分析、GIS模型的建立。

 二、课堂教学时数及课后作业题型分配

三、文本

第一章  导论

【教学目的】

通过本章教学，使学生明确地理信息系统的基本概念、基本构成、基本功能，了解GIS的发展趋势以及本课程的教学要求和学习方法。

【重点难点】

地理信息的特征、GIS的基本功能和应用功能。

第一节   地理信息系统基本概念

一、数据与信息   二、地理信息与地理信息系统

第二节   GIS的基本构成

一、系统硬件  二、系统软件  三、空间数据  四、应用人员  五、应用模型

第三节   GIS的基本功能

一、基本功能   二、应用功能

【思考题】

1、GIS的概念。

2、GIS的主要组成部分及其基本功能。

3、GIS有哪些应用领域？

第二章 地理信息系统的数据结构

【教学目的】

通过本章教学，使学生明确地理实体的概念、表达、地理空间数据及其特征、空间数据结构类型、空间数据结构的建立。

【重点难点】

重点：地理实体的表达、地理空间数据及其特征、空间数据结构类型、空间数据结构的建立。

难点：地理实体的表达、空间数据结构的建立。

第一节   地理空间及其表达

一、地理空间的概念  二、地理实体的表达

第二节   地理空间数据及其特征

一、GIS的空间数据  二、空间数据的基本特征  三、空间数据的计算机表示

第三节   空间数据结构类型

一、矢量数据结构  二、栅格数据结构

第四节   空间数据结构的建立

一、系统功能与数据间的关系  二、空间数据分类和编码  三、矢量数据的输入与编辑  四、栅格数据的输入与编辑

【思考题】

1、实例说明GIS空间数据的基本特征及在计算机中的表示方法。

2、比较矢量数据结构和栅格数据结构的优缺点。

3、说明矢量数据的输入与编辑的过程。

4、说明栅格数据的输入与编辑的过程。

5、简述空间数据的拓扑关系及其对GIS数据处理和空间分析有何重要意义？

第三章 空间数据的处理

【教学目的】

通过本章教学，使学生明确空间数据的坐标变换、转换、多源空间数据的融合以及数据的压缩与综合。

【重点难点】

重点：空间数据结构的转换、空间数据的压缩及内插方法。

难点：空间数据的投影转换、空间数据的压缩。

第一节   空间数据的坐标变换

一、几何纠正  二、投影转换

第二节   空间数据结构的转换

一、由矢量向栅格的转换  二、由栅格向矢量的转换

第三节   多源空间数据的融合

一、遥感与GIS数据的融合  二、不同格式数据的融合

第四节   空间数据的压缩与综合

一、空间数据的压缩  二、空间数据的综合

第五节   空间数据的内插方法

一、点的内插  二、区域的内插

【思考题】

1、坐标变换的定义。

2、在空间数据坐标变换中，选择控制点数量及分布有哪些判断标准。

3、遥感与GIS融合的方法表现在哪些方面？

第四章 地理信息系统空间数据库

【教学目的】

通过本章教学，使学生明确空间数据库的概念、设计及实现与维护、传统的数据模型，了解语义数据模型和面向对象数据模型。

【重点难点】

重点：空间数据库的设计、数据模型的优缺点。

难点：空间数据库逻辑模型设计和物理设计。

第一节  空间数据库概述

一、空间数据库的概念  二、空间数据库的设计  三、空间数据库的实现和维护

第二节   空间数据库概念模型设计—传统的数据模型

一、层次数据模型  二、网状数据模型  三、关系数据模型

第三节  语义数据模型和面向对象数据模型

一、语义数据模型  二、面向对象数据模型

第四节   空间数据库逻辑模型设计和物理设计

一、空间数据库逻辑设计的步骤和内容  二、E-R模型向关系数据模型的转换  三、关系数据库的逻辑设计 

四、空间数据库的物理设计

第五节   GIS空间时态数据库

一、空间时态数据库概述  二、时空一体化数据模型

【思考题】

1、空间数据库的概念。

2、空间数据库的组成部分有哪些？

3、空间数据库的设计有哪些主要的步骤和内容？

4、传统的数据库模型有哪几种？各有哪些优缺点？

5、语义模型中的实体-联系模型的图示中有哪些基本元素。

6、什么是关系数据模型？其基本概念：元组、域、属性、关键字、关系模式、关系数据库的含义分别是什么？

7、面向对象数据模型中的基本概念：对象、消息、类、继承、多态、概括等的含义是什么？

第五章 空间分析的原理与方法

【教学目的】

通过本章教学，使学生明确空间分析（数字地面模型分析、叠合分析、缓冲区分析、统计分析等）的原理和方法。

【重点难点】

重点：数字地面模型的定义、构建过程和分析应用、缓冲区分析、叠加分析。

难点：数字地面模型的构建。

第一节   数字地面模型分析

一、地形因子的自动提取二、地表形态的自动分类  三、地学剖面的绘制和分析

第二节   空间叠合分析

一、概念  二、基于矢量数据的叠合分析  三、基于栅格数据的叠合分析

第三节   空间缓冲区分析

一、缓冲区分析的模型  二、缓冲区分析的方法

第四节  空间统计分析

一、变量筛选分析  二、变量聚类分析

第五节  空间数据的集合分析和查询

一、空间集合分析  二、空间数据的查询

【思考题】

1、缓冲区分析的概念。

2、叠合分析的概念。

3、空间统计分析的概念。

4、DEM的定义、构建过程及其应用领域。

5、比较缓冲区查询与缓冲区分析的概念。

第六章 地理信息系统的应用模型

【教学目的】

通过本章教学，使学生明确GIS应用模型的分类和构建。

【重点难点】

重点：掌握各种GIS的地学应用模型的建模步骤和方法。

难点：GIS的地学应用模型的建模方法

第一节  GIS应用模型概述

一、GIS应用模型概述的分类  二、GIS应用模型概述的构建

第二节   适宜性分析模型

一、一般形式  二、应用模型

第三节   发展预测模型

一、一般介绍  二、应用实例

第四节   位址选择模型

一、数据准备阶段  二、综合影响评价阶段  三、位址选择分析阶段

第五节   交通规划模型

一、交通发生量预测模型  二、出行分布预测模型  三、交通量最优分配规划

第六节   地学模拟模型

一、确定土壤侵蚀的数值分析模型  二、设计土壤侵蚀数据处理流程  三、土壤侵蚀图的输出

【思考题】

1、结合你的专业领域，叙述基于GIS的地学应用模型的建模步骤和方法。

2、通过应用实例或操作过程图，说明在解决地学问题时，如何将专业知识与GIS的应用过程进行有机的结合，并讨论两者之间的相互关系。

3、为公园选址，要求该公园的位置必须是从主要公路上容易到达，要减少噪声干扰，同时依山傍水，而且公园的可利

用面积为最大。试以GIS方法模拟选址分析步骤，设计其数据处理流程图，并说明有关的操作。

第七章 地理信息系统的设计与评价

【教学目的】

通过本章教学，使学生明确GIS设计的模式、流程，系统分析、设计、实施、运行等，了解地理信息的标准化知识。

【重点难点】

重点：地理信息系统的设计及其评价。

难点：地理信息系统的设计。

第一节  GIS设计概述

一、系统设计的目的  二、系统设计的模式  三、系统设计的流程

第二节   地理信息系统的设计

一、系统分析  二、系统设计  三、系统实施  四、系统运行与维护

第三节   地理信息的标准化

一、地理信息标准化的内容  二、地理信息标准化的制定

第四节   地理信息系统的评价

【思考题】

1、试述应用型GIS开发的过程和方法，并比较原型法和生命周期法设计的特点。

2、试以城市地下管网信息为例，简述建立运行GIS的步骤和方法。

3、以实例说明GIS用户界面的基本类型及设计方法。

4、试述GIS工程文档的分类及内容，并以某项目为例，拟定其可行性研究包括大纲。

5、为什么制订地理信息标准化的工作日益受到关注？

6、制订地理信息标准化为什么要采用结构化的方式？

第八章 地理信息系统产品的输出设计

【教学目的】

通过本章教学，使学生明确电子地图的概念及特点，GIS图形输出组织形式、GIS可视化与虚拟现实。

【重点难点】

重点：地理信息系统图形输出系统设计、可视化与虚拟现实。

难点：虚拟现实的设计与实现。

第一节   地理信息系统产品的输出形式

一、常规地图  二、数字地图

第二节  地理信息系统图形输出系统设计

一、基本理论  二、地形图与专题图的输出组织形式

第三节   可视化与虚拟现实

一、可视化  二、虚拟现实

【思考题】

1、地理信息系统产品有哪些表现形式？各适合在什么情况下使用？

2、比较网格法和三角网法绘制等值线图的异同点。

3、在计算机绘制透视立体图的过程中，如何进行隐藏线的处理？

4、什么是虚拟现实？它在GIS可视化中的意义及发展前景如何？

【课程考试】

本课程为考试科目，进行期末考试，其中期末考试（考察学生对基本概念、原理和方法的理解）占总成绩的70%，实验（考察学生上机操作能力和分析能力）占30%。

四、使用教材与教学参考书目

【使用教材】

黄杏元：《地理信息系统概论》(面向21世纪课程教材)，高等教育出版社，2001年12月，第二版

【教学参考书目】

[1]  陈述彭、赵英时．遥感地学分析．北京：测绘出版社，1990

[2]  ARC/INFO中国技术咨询培训中心．ARC/INFO地理信息系统应用教程．1995

[3]  张增祥等．资源环境遥感监测与综合评价研究．北京：宇航出版社，1998

[4]  张超等．地理信息系统．北京：高等教育出版社，1995

[5]  宋小冬等．地理信息系统实习教程．北京：科学出版社，2004

[6]  陈述彭等．地理信息系统导论．北京：科学出版社，1999

[7]  秦其明．地理信息系统概论（油印稿）．北京大学，1994

[8]  宜晨．MapInfo 实用培训教程．北京：电子工业出版社，1998

[9]  刘光、贺小飞．地理信息系统实习教程．北京：清华大学出版社，2003

[10] 周成虎．地理信息系统概要．北京：中国科学技术出版社，1993

[11] 王其藩．系统动力学（第1版）．清华大学出版社，1988

[12] 张超、沈建法．地理系统工程．北京：科学出版社，1993

[13] 任伏虎、邬伦．地理信息系统设计原理．中国区域科学协会地理信息系统中心，1992

[14] 邱方、邵全琴．ARC/INFO地理信息系统应用教程   GRID和TIN．北京朝阳大地印刷厂，1995

[15] 中科院地理研究所译．《ARC/INFO地理信息系统》．中国农业科学院农业区划研究所印刷厂，1988

[16] 池天河译．ARC/INFO地理信息系统使用与编程指南．中科院资源与环境信息系统实验室，1993

[17] 张超．地理信息系统实习教程．北京：高等教育出版社，2000

[18] 吴信才等．地理信息系统原理与方法．北京：电子工业出版社，2002

[19] 宋小冬、叶嘉安．地理信息系统及其在城市规划与管理中的应用．北京：科学出版社，1996

[20] 阎正．城市地理信息系统标准化指南．北京：科学出版社，1998

[21] A.H.罗宾逊等．地图学原理（第5版）．北京：测绘出版社，1989

[22] 张文中等．微机地理制图．北京：高等教育出版社，1990

[23] 徐庆荣等．计算机地图制图原理．武汉：武汉测绘科技大学出版社，1993

[24] 毛锋、沈小华等．ARCGIS开发与实践．北京：科学出版社，2002

[25] 郭仁忠著．空间分析（第2版）．北京：高等教育出版社，2001

[26] 汤国安、陈正江等．ArcView地理信息系统空间分析方法．北京：科学出版社，2002

[27] 徐建华．现代地理学中的数学方法（第2版）．北京：高等教育出版社，2002

[28] 党安荣、贾海峰等．ArcGIS 8 Desktop地理信息系统应用指南．北京：清华大学出版社，2003

[29] 张超等．地理信息系统实习教程．北京：高等教育出版社，2002

[30] 汤国安、杨昕．ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程．北京：科学出版社，2006

[31] 闾国年、张书亮、龚敏霞．地理信息系统集成原理与方法．北京：科学出版社，2003

[32] 韦玉春、陈锁忠．地理建模原理与方法．北京：科学出版社，2005

[33] 朱长青、史文中．空间分析建模与原理．北京：科学出版社，2006

[34] 刘光、贺小飞．地理信息系统实习教程．北京：清华大学出版社，2003

[35] 邬伦、刘瑜、张晶．地理信息系统原理、方法和应用．北京：科学出版社，2001

[36] 李成名、印洁、王继周．人口地理信息系统．北京：科学出版社，2005

[37] 范文义、周洪泽．资源与环境地理信息系统．北京：科学出版社，2004