地理信息系统概论

《地理信息系统概论》教学大纲

课程英文名称：Introduction of Geographical Information System

课程代码：b206130150

课程类别：专业基础课

开课时间：第四学期

总学时：32

总学分：2

考核方式：考试

先修课程：GIS基础应用技能（1），大学计算机基础，现代地图学

适用专业：测绘工程

开课单位：地理信息与旅游学院

一、课程概述

地理信息系统概论为测绘工程专业必修课、专业基础课，该课程主要是在先导课程《现代地图学》、《GIS 基础应用技能（1）》的基础上进一步深入讲解地理信息系统相关的基础理论和实践方法，为测绘工程专业后续《遥感地学分析》、《现代土地管理》等多门后续课程的教学以及学生在以后从事测绘相关工作打下良好的基础。

地理信息系统概论为测绘工程专业必修课、专业基础课，课程设定为32学时、2学分，全部进行理论课教学。根据人才培养方案要求，本课程主要强调GIS理论知识的讲授，在讲解GIS基本概念、空间数据模型、空间数据结构等基本理论的基础上，重点讲解空间数据采集、空间数据组织与管理、GIS空间分析、地理信息可视化等技术。本课程采用课堂讲授教学，最终成绩综合笔试和平时成绩得出。

二、课程目标

本课程的主要教学目标：通过本课程的学习，让学生掌握GIS的基本概念、原理与方法，主要包括空间数据的采集方式、空间数据的组织结构、空间数据的存储模式、空间数据的分析方法等内容，为后续其它测绘和GIS课程的学习，以及掌握相关GIS专业技能打下基础。

（一）知识目标

1.理解地理信息系统相关概念与科学内涵，掌握地理信息系统相关原理

2.掌握空间数据采集、组织、存储、管理的基本流程和方法

3.掌握GIS空间分析、地理信息可视化的原理及应用领域

（二）能力目标

1.GIS空间思维能力：能够形成对地理空间进行抽象、管理、表达的GIS空间思维能力

2.GIS解决问题能力：能够初步形成利用GIS解决现实世界问题的能力

（三）素质目标

1. 培养学生团结一致、互帮互助的精神，使学生在实际工作过程中能充分发挥团队合作精神等；

2. 运用各种教学手段紧密联系应用实际，激发学生的求知欲望，培养学生树立严谨、认真、刻苦、求实的学习、工作态度和创造性工作的能力；

3. 培养学生养成良好的学习习惯，使学生具有不断学习，吃苦、耐劳，热爱本行业、热爱本职工作，不断提高自身专业素质的能力；

4．培养学生认真负责一丝不苟的工作作风和学习态度以及敬业精神。

三、课程内容与要求

1. 学时分配表

2. 教学内容和要求

第一章 GIS导论

教学内容：

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

教学要求：

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。

教学重点与难点：

重点：GIS的概念框架、GIS的结构与组成。

难点：无。

第二章 地理空间数学基础

教学内容：

第一节 地球空间参考

1．地球形状与地球椭球

2．坐标系统

3．高程基准

第二节 空间数据投影

1．地图投影的基本问题

2．地图投影的分类

3．常用地图投影概述

4．地图投影的选择

第三节 空间坐标转换

1．空间坐标转换基本概念

2．空间直角坐标的转换

3. 投影解析转换

4. 数值拟合转换

第四节 地理格网

1．地理格网标准

2．区域划分标准

3．国家基本比例尺地形图标准

教学要求：

1．掌握地球空间参考的含义。

2．掌握地理坐标系统和投影坐标系统的区别与联系。

3．掌握国家基本比例尺地形图划分。

教学重点与难点：

重点：空间坐标系统、地图投影。

难点：空间坐标系统、地图投影。

第三章 空间数据模型

教学内容：

第一节 地理空间与空间抽象

1．地理空间与空间实体

2．空间认知和抽象

第二节 数据概念模型

1．对象模型

2．场模型

3．网络模型

4．概念模型的选择

第三节 空间数据与空间关系

1．空间数据类型及其表示

2．空间关系

第四节 空间逻辑数据模型

1．矢量数据模型

2．栅格数据模型

3．镶嵌数据模型

教学要求：

1．理解空间实体抽象的各层次及其内在联系。

2．掌握空间数据概念模型和逻辑模型的主要方面及选择。

教学重点与难点：

重点：空间数据概念模型、空间数据与空间关系、空间数据逻辑模型。

难点：空间数据与空间关系、空间数据逻辑模型。

第四章 空间数据结构

教学内容：

第一节 矢量数据结构

1．实体数据结构

2．拓扑数据结构

第二节 栅格数据结构

1．栅格单元的确定

2．完全栅格数据结构

3．压缩栅格数据结构

4．概念模型的选择

第三节 镶嵌数据结构

1．Voronoi数据结构

2．TIN数据结构

教学要求：

1．主要的矢量数据结构和各自特点。

2．掌握完全栅格数据结构和压缩栅格数据结构的特点。

教学重点与难点：

重点：矢量数据结构、栅格数据结构。

难点：矢量数据结构、镶嵌数据结构。

第五章 空间数据的采集与处理

教学内容：

第一节 数据分类与编码

1．数据源分类与特征

2．空间数据采集与处理的基本流程

第二节 数据采集与编辑

1．空间数据采集

2．属性数据的采集

3．图形数据编辑

4．属性数据编辑

第三节 数据处理

1．数学基础变换

2．数据重构

3. 图形拼接

4. 拓扑生成

第四节 数据质量评价与控制

1．空间数据质量的相关概念

2．空间数据质量评价

3．误差类型分析

4. 空间数据质量的控制

教学要求：

1．理解空间数据采集与处理的基本流程。

2．理解空间数据的坐标变换的方法，掌握空间数据结构的转换，了解多元空间数据的融合，了解空间数据的压缩与综合，掌握空间数据的内插方法和图幅数据边沿匹配处理的方法。

3．理解空间数据质量的概念及控制，了解空间数据误差的类型。

教学重点与难点：

重点：数据采集、数据处理。

难点：数据采集、数据质量评价与控制。

第六章 空间数据组织与管理

教学内容：

第一节 空间数据库概述

1．数据库基础

2．空间数据库

第二节 空间数据管理

1．空间数据的基本特征

2．矢量数据的管理

3．栅格数据的管理

4．空间数据库引擎

第三节 空间数据组织

1．图幅数据组织

2．空间数据的图库管理

3. 属性数据组织

第四节 空间索引

1．对象范围索引

2．格网索引

3．四叉树空间索引

4. R树和R+树空间索引

教学要求：

1．了解空间数据库概念模型设计。

2．理解空间数据的组织方法和图幅数据边沿匹配处理的方法。

3．理解空间索引的作用及不同方法的原理。

教学重点与难点：

重点：空间数据组织、空间索引。

难点：空间索引。

第七章 空间查询

教学内容：

第一节 空间查询概述

第二节 空间属性查询

1．简单的属性查询

2．SQL查询

第三节 空间关系查询

1．拓扑关系查询

2．缓冲区查询

教学要求：

1．理解空间查询的作用。

2．掌握空间关系查询和属性查询方法。

教学重点与难点：

重点：空间关系查询、空间属性查询。

难点：空间关系查询。

第八章 空间分析

教学内容：

第一节 叠置分析

1．矢量数据的叠置分析

2．栅格数据的叠置分析

第二节 缓冲区分析

1．缓冲区的类型

2．缓冲区的建立

第三节 窗口分析

1．窗口分析概述

2．窗口分析的类型

第四节 网络分析

1．网络组成和属性

2．网络的建立

3．网络的应用

4. 栅格数据的网络分析

教学要求：

1．掌握GIS空间分析的一般步骤。

2．理解叠置分析、缓冲区分析、窗口分析等空间分析方法及其在地学中的主要用途。

教学重点与难点：

重点：叠置分析、缓冲区分析、窗口分析。

难点：窗口分析、网络分析。

第九章 地理信息可视化

教学内容：

第一节 空间信息输出方式与类型

1．空间信息输出方式

2．地理信息系统输出产品类型

第二节 可视化的一般原则

1．符号运用

2．颜色运用

3．注记运用

4. 图面配置

5. 制图内容安排

第三节 可视化表现形式

1．等值线显示

2．分层设色显示

3．地形晕渲显示

4. 剖面显示

5. 专题地图显示

6. 立体透视显示

7． 空间信息的三维建模

教学要求：

1．掌握空间信息输出方式与类型与可视化的一般原则。

2．理解可视化表现形式与主要应用方向。

教学重点与难点：

重点：可视化表现形式。

难点：无。

五、教学建议

（一）方法手段

1. 多媒体教学：该课程的理论课32学时，是在教室里，采用多媒体显示PPT为主、板书为辅，采用讲解教学、案例教学法、情景教学法授课。

（二）考核评价

本课程考核方式为考试，采用平时成绩与期末考核相结合，其中平时成绩依据学生考勤、日常作业两种方式结合，以考核学生对地理信息原理相关知识的掌握。具体考核评价内容构成如下：

（四）教材选用

1．汤国安等. 地理信息系统教程[M]. 北京：高等教育出版社，2007.

2．黄杏元等. 地理信息系统概论[M]. 北京：高等教育出版社，2003.

（五）课程资源

1. 信息化教学资源：多媒体课件；

2. 学习参考书：汤国安, 杨昕等. ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程（第二版）. 北京: 科学出版社, 2011年.

制定人(签字)：李伟涛审核人：邓岳川制定时间：2017年7月30日