《地理信息系统》教学大纲

Geographic Information System

课程编码：21A43210 学分：2.0 课程类别：专业基础课（必修课）

计划学时：32 其中讲课：32 实验或实践：0 上机：0

适用专业：水文与水资源工程、地下水科学与工程

推荐教材：黄杏元，马劲松，汤勤.《地理信息系统概论》，高等教育出版社，2002

参考书目：汤国安，赵牡丹，《地理信息系统》，科学出版社，2000

郭达志，盛业华，杜培军等.《地理信息系统原理与应用》，，中国矿业大学出版社，2002

陈述彭，鲁学军，周成虎，《地理信息系统导论》，科学出版社，2000

边馥苓等，《地理信息系统原理和方法》，测绘出版社，1996

闾国年等，《地理信息科学导论》，中国科学技术出版社，2000

邬伦等，《地理信息系统－原理、方法和应用》，科学出版社，2001

课程的教学目的与任务

本课程是水文与水资源工程、地下水科学工程的一门专业基础课。学生通过本课程的学习，可获得有关地理信息系统方面的知识，了解以地理空间数据库为基础，在计算机软、硬件环境的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，实时提供空间和动态的地理信息系统。学习相关理论及其应用，培养绘制和分析空间信息的能力，同时学习计算机绘图的初步知识，为后继课程学习，生产实习，课程设计和毕业论文（设计）打下良好基础。

课程的基本要求

通过本门课的教学使学生：

1．掌握地理信息系统的基本概念；

2．较熟练地使用常用的地理信息系统平台软件；

3．掌握GIS应用的空间分析方法；

4．掌握地理信息系统的基本开发方法。

各章节授课内容、教学方法及学时分配建议

第一章绪论 建议学时：2

[教学目的与要求]地理信息系统的基础知识；掌握地理信息系统组成及其功能；地理信息系统基础；地理信息系统与相关学科的关系；地理信息系统的发展。

[教学重点与难点] 重点：地理信息系统组成及其功能；难点：地理信息系统组成及其功能

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 地理信息系统的基本概念

数据、信息、地理信息、地理信息系统概念

第二节 地理信息系统的基本构成

系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员、应用模型

第三节 地理信息系统的功能简介

数据采集、管理、处理、分析和输出，空间分析技术、模型分析技术、网络技术、数据库技术和二次开发技术

第四节 地理信息系统的发展透视

介绍GIS发展的科学背景、我国GIS的发展状况、未来发展趋势

第二章地理信息系统的数据结构 建议学时：6

[教学目的与要求]掌握地理信息系统的地理数据类型及其特征,了解基本的GIS数据结构,掌握各种数据结构间转换的方法

[教学重点与难点] 重点：地理空间的概念、空间数据结构与模型、地理空间结构；难点：空间数据结构与模型

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 地理空间及其表达

地理空间概念、其表达包括：定位框架和空间特征实体，重点是后者，包含实体的几何形态、属性特征、时序特征和空间关系；

第二节 地理空间数据及其特征

空间数据的分类、基本特征：数据的空间特征、属性特征、时间特征

第三节 空间数据的拓扑关系

介绍拓扑构成元素、拓扑关系类型、拓扑关系意义

第四节 空间数据的计算机表示

矢量数据结构、栅格数据结构，以及空间数据在GIS中的空间分幅、属性分层、时间分段的表示方法

第三章 空间数据的处理 建议学时：4

[教学目的与要求] 掌握坐标变换和空间数据转换必要性，同时了解各种坐标变换关系了解多源空间数据融合、压缩及综合的作用及意义；掌握各种内插方法和图幅边界处理的步骤

[教学重点与难点] 重点：空间数据的坐标转换；空间数据压缩与综合，空间数据的内插；难点：空间数据的内插

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 空间数据的坐标变换

空间数据的变换类型，几何纠正、投影变换；地图投影概念和分类，及常用投影介绍：高斯-克吕格投影、亚尔伯斯投影

第二节 空间数据结构的转换

矢量转栅格的方法原理和方法，栅格转矢量的原理和方法

第三节 多源空间数据的融合

遥感数据与DLG数据、DEM数据、DRG数据等数据格式转换，或数据操作的转换

第四节 空间数据的压缩与综合

数据压缩定义，压缩途径，压缩方法，以及空间数据的重分类

第五节 空间数据的内插方法

内插的概念、内插的方法：点的内插、区域的内插。

第六节 空间拓扑关系的编辑

多边形编辑、节点编辑

第四章 地理信息系统空间数据库 建议学时：4

[教学目的与要求]了解数据库的基本知识和概念模型设计，了解掌握各种空间数据库的概念模型的异同，了解空间数据库逻辑模型和物理设计方法

[教学重点与难点] 重点：空间数据库概念模型设计；难点：语义数据模型和面向对象数据模型

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 空间数据库概述

数据库的发展，空间数据库的相应概念、地理空间数据库的管理方法

第二节 空间数据库概念模型设计

传统的数据模型包括：层次数据模型及结构特点、数据存储方法，网络数据模型，关系数据模型概念（模式的规范化）

第三节 空间数据库概念模型设计

语义数据模型概念，相关语义，E-R图绘制，和面向对象数据模型概念、特点、消息、类

第四节 空间数据库逻辑模型设计和物理设计

模型的设计步骤和设计内容，E-R图向关系模式转换

第五节 空间数据查询

查询类型，查询的数学基础，并、交、差运算，查询的SQL语句

第五章 空间分析的原理与方法 建议学时：4

[教学目的与要求] 了解掌握主要空间分析的方法，对其操作熟练掌握

[教学重点与难点] 重点：数字地面模型分析；空间叠合分析；空间缓冲区分析；难点：空间网络分析；空间统计分析

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 数字地面模型分析

空间分析的概念、分类，数字地面模型分析概念、分类，DEM模型及应用

第二节 空间叠合分析

概念，分类，矢量数据叠合分析，栅格数据叠合分析，小区选址例题

第三节 空间缓冲区分析

概念、缓冲区分析类型、三要素、

第四节 空间网络分析

概念、有向图、最短路径、最小生成树

第六章 地理信息系统的应用模型 建议学时：4

[教学目的与要求] 了解各种地理信息系统应用模型的实际应用

[教学重点与难点] 重点：地理信息系统应用模型的分类；地理信息系统应用模型的构建；难点：地理信息系统应用模型的构建

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 GIS应用模型概述

分类、构建、建模步骤

第二节 土地定级估价模型

概念，技术路线、定级因素的确定、权重估算

第三节 适宜性分析模型

设计步骤、设计一般形式、评价方法和评价过程

第四节 区位选择模型

最佳位置或最佳路径、确定选择标准、建立步骤，铁路路线选址

第七章 地理信息系统的设计与评价 建议学时：4

[教学目的与要求] 了解地理信息系统应用模型的分类；地理信息系统应用模型的构建；地理信息系统的应用；地理信息系统应用模式

[教学重点与难点] 重点：系统设计的模式，系统设计的步骤；难点：系统设计的模式

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 GIS设计概述

设计介绍

第二节 地理信息系统的设计

设计方法

第二节 地理信息的标准化

标准化方法

第四节 地理信息系统的评价

评价体系介绍

第八章 地理信息系统产品的输出设计 建议学时：4

[教学目的与要求]了解地理信息系统产品的输出形式；地理信息系统图形输出系统设计；地理信息系统的可视化与虚拟现实

[教学重点与难点] 重点：地理信息系统产品的输出形式；地理信息系统图形输出系统设计；难点：地理信息系统图形输出系统设计

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 地理信息系统产品的输出形式

输出的概念、类型、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

图形坐标系与颜色模型、输出的几何变换、地形图与专题图介绍

第三节 地理信息系统的可视化与虚拟现实

三维空间图形模型、数字地面模型的构造、虚拟现实的设计与实现

撰稿人：李琴 审核人： 桑国庆