环境信息系统课程教学大纲.doc

环境信息系统课程教学大纲一、课程基本信息 课程代码：260376课程名称：环境信息系统英文名称：Environmental Information System课程类别：专业选修课 学 时： 36学分： 2.0适用对象: 环境科学、环境工程专业考核方式：考查，平时成绩占总成绩的30%。先修课程：水环境信息学，地理信息系统，数据库。二、课程简介环境信息系统是环境工程和环境科学专业选修课，主要利用所学的地理信息系统、环境遥感、数据库、管理信息系统进行环境保护系统的开发，拓展学生的应用技能。其主要的教学任务是通过学习使学生掌握环境科学的基础知识；了解环境污染控制和管理的各种手段和方法；对环境信息系统的结构和开发过程了解。并能利用所学理论进行开发设计，了解环境科学专业的知识框架；为后续专业课程的学习打下必要的专业基础，有利于学生系统掌握专业知识和今后形成合理的环境科学知识结构。三、课程性质与教学目的课程性质：本课程属于环境工程专业本科生的选修课。为本科生建立环境信息处理课程的全面的知识体系，主要内容为环境信息系统的基本原理、基本方法和应用实例。教学目的：通过教学，并结合实验，使学生基本掌握环境信息系统的基本概念、基本原理、实现的技术手段和方法、实现的途径及其应用，并培养对这一领域的专业兴趣。为今后在这一领域的继续深造或采用环境信息系统技术解决实际问题打下较扎实的基础。四、教学内容及要求 第一部分 环境信息系统基础知识第一章 概述（一） 目的与要求了解信息与系统的概念与作用，理解信息系统的概念及作用，熟练掌握环境信息系统的概念、作用及应用。（二） 教学内容 第一节 信息1 主要内容1.1.1信息的定义1.1.2信息与数据的关系1.1.3信息的主要特性1.1.4信息分类1.1.5信息的度量1.1.6信息的作用2 基本概念和知识点理解信息的概念。其内容包括信息的定义，信息的分类，信息的性质，信息的特征，信息的作用，信息与数据。3 问题与应用（能力要求）要求识记信息的概念。 第二节 系统与信息系统1 主要内容1.2.1系统的定义及其特性1.2.2系统分类1.2.3系统的组成1.2.4信息系统1.2.5.1信息系统的定义1.2.5.2信息系统的组成1.2.6信息系统的功能1.2.7信息系统分类2 基本概念和知识点理解和掌握系统与信息系统的概念。其内容包括系统的定义及其特性，系统的分类，模型与系统，信息系统的概念，信息系统研究方向分类，信息系统运行的几种驱动方式。3 问题与应用（能力要求）要求领会信息系统的概念。 第三节 环境信息系统1. 主要内容1.3.1环境信息系统的定义1.3.2环境信息系统的分类1.3.2.1环境管理信息系统1.3.2.2环境地理信息系统1.3.3环境信息系统的主要研究内容、特点以及相关学科1.3.4环境信息系统的发展趋势2. 基本概念和知识点理解和熟练掌握环境信息系统的概念。主要内容有：环境信息系统的定义，环境信息系统的分类，环境信息系统的主要研究内容、特点以及相关学科，环境信息系统的发展趋势。3. 问题与应用（能力要求）要求理解环境信息系统的概念、主要研究内容、特点以及相关学科，综合分析环境信息系统的发展趋势。 （三） 实践环节与课后练习1.试述信息的定义、分类、作用。2.试述信息系统的定义、组成和分类。3.试述环境信息系统的定义、分类以及主要研究内容。（四） 教学方法与手段本课程采用课堂讲授方式进行教学，采用电子多媒体教案。结合实验教学，注重交叉学科的思维模式、技术途径及方法论。第二章 数据库（一）目的与要求本章对数据库的概念、特点、工作过程、模型的类型、基本原理、数据库的设计和发展趋势进行了介绍，目的是要使学生了解数据库的概念及含义，掌握数据库中的数据模型，熟练掌握关系数据库基本原理，理解数据库的发展趋势。（二）教学内容第一节 基础知识1.主要内容2.1基础知识2.1.1数据库的概念及含义2.1.1.1数据的定义2.1.1.2数据库的概念2.1.1.3数据库的含义2.1.2数据库的发展历程2.1.3数据库系统的基本特点2.1.4数据库系统的组成2.1.5数据库系统的工作过程2.基本概念和知识点数据库的概念及含义，数据库系统的发展历程，数据库系统的基本特点，数据库系统的组成，数据库系统的工作过程。3.问题与应用（能力要求） 了解数据库的概念及含义。第二节 数据库中的数据模型1.主要内容2.2.1层次模型2.2.2网状模型2.2.3关系模型2.基本概念和知识点数据库中的数据模型，其内容主要有层次模型、网状模型与关系模型。3.问题与应用（能力要求）熟练掌握数据库中的数据模型。第三节 关系数据库基本原理1.主要内容2.3.1关系数据库系统的衡量准则2.3.2关系代数2.3.2.1传统的集合运算2.3.2.2专门的关系运算2.3.3关系数据库标准语言SQL2.3.3.1SQL的发展历程2.3.3.2SQL的特色2.3.3.3SQL的基本概念2.3.3.4SQL的语言介绍2.3.3.5SQL语言的主要使用方式2.基本概念和知识点关系数据库基本原理，关系数据库系统的衡量准则，关系代数，关系数据库标准语言SQL。3.问题与应用（能力要求）熟练掌握关系数据库基本原理，主要内容有： 关系数据库系统的衡量准则，关系代数，关系数据库标准语言SQL。第四节 数据库应用系统设计概述1.主要内容2.4.1系统需求分析2.4.2 概念模型设计2.4.3逻辑模型设计2.4.4物理模型设计2.4.5应用程序设计2.基本概念和知识点数据库应用系统设计的原理和基本步骤。3.问题与应用（能力要求）掌握数据库应用系统设计的原理和基本步骤。第五节 数据库的发展趋势1.主要内容2.5.1分布式数据库系统2.5.2客户/服务器结构的数据库系统2.5.2.1客户/服务器体系结构2.5.2.2客户/服务器体系得数据库系统2.5.2.3客户/服务器结构数据库系统的需求2.5.3面向对象数据库系统2.5.3.1传统的关系数据库系统的不足之处2.5.3.2面向对象数据库技术的产生2.5.3.3面向对象模型2.5.3.4面向对象数据库管理系统2.基本概念和知识点数据库的三种发展趋势：分布式数据库系统，客户/服务器结构的数据库系统，面相对象数据库系统。3.问题与应用（能力要求）理解和掌握数据库的发展趋势。（三）实践环节与课后练习1.有关系模式：学生(学号，姓名，所在系，班号，班主任，系主任)，一个学生只在一个系的一个班学习，一个系只有一个系主任，一个班只有一名班主任。指出此关系模式的候选码，判断次关系模式是第几范式的。若不是第三范式的，请将其规范化为第三范式关系模式，并指出分解后的每个关系模式的主码和外码。2.学校有若干系，每个系有若干班级和教研室，每个教研室有若干老师，其中一些教授和副教授每人各带若干研究生。每个班有若干学生，每个学生选修若干课程，每门课可由若干学生选修。试用ER图描述这些实体及其联系。（四）教学方法与手段本课程采用课堂讲授方式进行教学，采用电子多媒体教案。结合实验教学，注重交叉学科的思维模式、技术途径及方法论。第三章 地理信息系统（一）目的与要求本章通过对地理信息系统的特征、内容和基本结构及一些常用软件的介绍和分析，使学生掌握地理信息系统组成，熟练掌握地理信息系统的数据结构，熟练掌握和应用地理信息系统的空间分析。并学会如何用地理信息系统这门空间数据科学来解决环境科学中的一些管理、规划等问题。（二）教学内容第一节 地理信息的特点1.主要内容地理信息的特点：3.1.1空间分布性3.1.2时间趋势性3.1.3层次性3.1.4动态性和开放性3.1.5模糊性和精确性3.1.6整体性和综合性2.基本概念和知识点地理信息的特点。3.问题与应用（能力要求）了解地理信息的特点。第二节 地理信息系统的发展历史1.主要内容地理信息系统的发展历史。2.基本概念和知识点地理信息系统的发展历史：3.2.1开拓期：注重空间数据的地学处理。3.2.2巩固发展期：注重空间地理信息的管理。3.2.3大发展时期：注重空间决策支持分析。3.2.4用户时代。3.问题与应用（能力要求）了解地理信息系统的发展历史。第三节 地理信息系统组成1.主要内容3.3.1GIS的硬件设备3.3.1.1计算机主机3.3.1.2数据存储设备3.3.1.3数据输入设备3.3.1.4数据输出设备3.3.2GIS的软件模块3.3.2.1数据输入与编组3.3.2.2地理数据库管理系统3.3.2.3空间查询与空间分析3.3.2.4用户接口3.3.2.5数据输出与表示3.3.3GIS地理空间数据3.3.4GIS组织管理人员 2.基本概念和知识点地理信息系统主要由四部分组成：GIS硬件设备，GIS软件模块，GIS地理空间数据，GIS组织管理人员。3.问题与应用（能力要求）掌握地理信息系统组成，主要由四部分组成：GIS硬件设备，GIS软件模块，GIS地理空间数据，GIS组织管理人员。第四节 GIS的相关学科与技术1.主要内容3.4.1与自然科学、工程技术、社会科学、地理学、测绘学密切相关。3.4.2GIS与计算机科技、数学、运筹学、统计学、认知学等学科也密切相关。2.基本概念和知识点掌握GIS的相关学科与技术。3.问题与应用（能力要求）理解与熟练掌握GIS的相关学科与技术。第五节 地理信息系统的数据结构1.主要内容3.5.1GIS中的空间信息及其特征3.5.1.1实体的概念和特点3.5.1.2GIS实体数据的特点3.5.2GIS中的数据类型3.5.3空间数据的数据结构3.5.3.1空间数据的抽象表示3.5.3.2空间数据的拓扑关系3.5.3.3矢量数据结构3.5.3.4栅格数据结构3.5.3.5栅格数据和矢量数据的转换3.5.3.6栅格-矢量一体化数据结构3.5.3.7Voronoi动态空间数据结构2.基本概念和知识点地理信息系统的数据结构。涉及的主要内容有：GIS中的空间信息及其特征，GIS中的数据类型，空间数据的数据结构。3.问题与应用（能力要求）熟练掌握地理信息系统的数据结构。第六节 地理信息系统的空间分析1.主要内容3.6.1空间特征的几何分析3.6.1.1矢量数据的空间特征分析3.6.1.2栅格数据的空间特征分析3.6.1.3典型的叠置模型分析3.6.2数字高程模型的分析3.6.2.1谷脊特征分析3.6.2.2淹没边界的计算3.6.2.3剖面图的自动绘制3.6.2.4坡度、坡向分析3.6.2.5地表粗糙度计算3.6.2.6地表形态的自动分类3.6.2.7进行土石方的计算3.6.3网络分析3.6.3.1最短路径分析3.6.3.2服务点的最优区位问题2.基本概念和知识点地理信息系统的空间分析，几何分析，数据高程模型分析，网络分析。3.问题与应用（能力要求）熟练掌握和应用地理信息系统的空间分析，包括空间特征的几何分析，数据高程模型分析，网络分析。第七节常用GIS软件简介1.主要内容3.7.1 MapInfo软件3.7.1.1 MapInfo系统的功能特点3.7.1.2 MapInfo产品系列3.7.1.3 MapInfo数据与文件结构3.7.2 ESRI全新GIS平台ArcGIS体系结构及技术介绍3.7.2.1 ESRI的GIS技术观点3.7.2.2 ArcGIS的体系结构3.7.2.3 ArcGIS所采用的若干主流技术3.7.2.4 ArcGIS 的客户化和二次开发环境3.7.2.5面向对象的空间数据模型Geodatabase3.7.2.6高速空间数据库引擎ArcSDE3.7.2.7 ArcGIS的网络模型及分析功能3.7.2.8网上GIS解决方案ArcIMS3.7.3 GeoStar软件3.7.4 MAPGIS系列软件3.7.4.1 MAPCAD彩色地图编辑出版系统3.7.4.2 MAPGIS地理信息系统2.基本概念和知识点MapInfo, ArcGIS, GeoStar, MapGIS软件。3.问题与应用（能力要求）熟练掌握和应用下列GIS软件：MapInfo, ArcGIS, GeoStar, MapGIS。第八节地理信息系统的发展趋势1.主要内容3.8.1组件GIS3.8.2 Internet或Intranet GIS3.8.3 Data Warehousing3.8.4 3D GIS3.8.5建立大型GIS空间数据库的新方法3.8.6 GIS与多媒体数据及GPS和RS的集成3.8.7开放型GIS3.8.8虚拟现实技术2.基本概念和知识点地理信息系统的发展趋势。3.问题与应用（能力要求）理解和掌握地理信息系统的发展趋势。（三）实践环节与课后练习1、在mapinfo下将重庆行政区配准，并分为行政区、区府所在地两个图分别矢量化。 2、对行政区图层建立属性库，具体属性项如下：行政区图层：行政区名、辖区面积、人口（年份）。 3、利用自己所建立的矢量图练习使用Mapinfo，包括创建专题地图等等。4.试述地理信息的特点，地理信息系统的组成以及数据结构。（四）教学方法与手段本课程采用课堂讲授方式进行教学，采用电子多媒体教案。结合实验教学，注重交叉学科的思维模式、技术途径及方法论。第四章 环境信息系统的主要数据来源（一）目的与要求本章通过对遥感技术和全球定位系统概念、应用及图象处理技术的介绍，使学生对环境信息系统数据的来源和收集方式有所了解。（二）教学内容第一节 遥感技术基础1.主要内容4.1.1遥感的概念及特点4.1.2遥感的分类4.1.3遥感过程及其技术系统4.1.4遥感发展概况4.1.4.1遥感的历史4.1.4.2当前遥感技术发展态势4.1.5遥感的应用4.1.6遥感的物理基础4.1.6.1电磁波与电磁波谱4.1.6.2电磁辐射源4.1.6.3地物的光谱特性4.1.7遥感目视解译4.1.7.1影像的解释标志目视解释一般程序4.1.8遥感数字图像处理4.1.8.1数字图像及其直方图4.1.8.2遥感数字图像的增强处理4.1.8.3遥感数字图像的分类处理4.1.9 ERDAS系列软件4.1.9.1 Imagine系列软件4.1.9.2 EDAS Imagine图像处理工具4.1.9.3扩展模块简介4.1.9.4 ERDAS Imagine软件的主要特点4.1.9.5影像分析4.1.9.6桌面制图2.基本概念和知识点遥感的概念及特点，遥感的分类，遥感过程及其技术系统，遥感发展概况，遥感的应用，遥感的物理基础，遥感目视解译，遥感数字图像处理，ERDAS系列软件。3.问题与应用（能力要求）理解和掌握遥感技术的基本知识，能综合应用遥感技术。第二节 全球定位系统简介1.主要内容4.2.1全球定位系统的应用4.2.1.1民用领域的经济效益4.2.1.2军事应用4.2.2什么是全球定位系统4.2.3 GPS如何定位4.2.4 GPS接收机如何分类4.2.4.1接收机的用途分类4.2.4.2按接收机的载波频率分类4.2.4.3按接收机通道数分类4.2.4.4按接收机工作原理分类2.基本概念和知识点全球定位系统的应用，什么是全球定位系统，GPS如何定位，GPS接收机如何分类，我国的双星计划。3.问题与应用（能力要求）理解与掌握全球定位系统的基本知识。（三）实践环节与课后练习1什么叫遥感？遥感有何特点？2什么叫数字图像、数字图像处理？遥感数字图像处理主要包括哪些方面的内容？3GIS与RS结合的原因？GIS与RS结合的方式主要有哪些？4举例说明GIS与RS的结合应用？（四）教学方法与手段本课程采用课堂讲授方式进行教学，采用电子多媒体教案。结合实验教学，注重交叉学科的思维模式、技术途径及方法论。第2部分环境信息系统应用部分第五章 基于关系数据库的环境管理信息系统（一）目的与要求本章介绍了环境管理信息系统的涵义、特征、功能、起源及其技术核心，并用实例加以说明，使学生熟练掌握环境管理信息系统的核心技术，应用环境管理信息系统进行设计工作。了解如何将环境信息系统应用于环境管理中。（二）教学内容第一节 环境管理信息系统的特点1.主要内容5.1.1环境信息的含义及特点5.1.1.1 环境信息的含义5.1.1.2环境信息的特点5.1.2环境管理信息系统的特点及功能5.1.2.1定义5.1.2.2环境管理信息系统的功能5.1.2.3环境管理信息系统的特征2.基本概念和知识点环境信息的涵义及特点，环境管理信息系统的特点及功能。3.问题与应用（能力要求）理解环境管理信息系统的特点。第二节 环境统计环境管理信息系统的起源1.主要内容5.2.1环境统计简介5.2.2环境管理信息系统的发展历史2.基本概念和知识点理解与掌握环境统计的概念，主要包括：环境统计简介，环境管理信息系统的发展历史。3.问题与应用（能力要求）理解与掌握环境统计的概念。第三节 环境管理信息系统的技术核心1.主要内容5.3.1环境管理系统5.3.1.1现代管理学与环境管理5.3.1.2环境管理系统5.3.2MIS5.3.3办公自动化技术5.3.3.1办公自动化技术发展简介5.3.3.2办公自动化技术的核心5.3.3.3办公自动化的层次5.3.3.4办公自动化在环境保护中的应用实例2.基本概念和知识点熟练掌握环境管理信息系统的技术核心：环境管理信息系统、MIS、办公自动化技术。3.问题与应用（能力要求）熟练掌握环境管理信息系统的技术核心。第四节 环境管理信息系统的设计应用实例1.主要内容5.4.1国家环境监理领导查询系统的设计5.4.1.1系统需求分析5.4.1.2系统总体结构设计的难点及解决思路5.4.1.3系统总体结构模型5.4.2我国地方环境管理信息系统的设计5.4.2.1地方环境管理系统的系统分析5.4.2.2地方环境管理信息系统的设计原则5.4.3大连市大气环境周报系统5.4.3.1空气质量周报是公众了解环境信息的窗口5.4.3.2环境质量的消费性为建立面向公众的环境信息体系带来挑战与机遇5.4.3.3环境信息网络的建设是面向公众的最便捷的途径5.4.4汕头市建设项目的环境管理信息系统5.4.4.1建设项目的经历阶段分析5.4.4.2软件规划5.4.4.3数据定义5.4.4.4数据库设计5.4.4.5系统功能设计2.基本概念和知识点例子：国家环境监理领导查询系统的设计，我国地方环境管理信息系统（基于关系数据库）的设计，大连市大气环境周（日）报系统，汕头市建设项目的环境管理信息系统。3.问题与应用（能力要求）理解掌握我国一些环境管理信息系统的设计应用实例。 （三）实践环节与课后练习1. 试述环境管理信息系统的定义、特点和功能。2.环境管理信息系统的技术核心包括哪些？3. 结合例子谈谈系统总体设计的基本原则。（四）教学方法与手段本课程采用课堂讲授方式进行教学，采用电子多媒体教案。结合实验教学，注重交叉学科的思维模式、技术途径及方法论。第六章 环境地理信息系统（一）目的与要求本章主要是关于地理信息系统在环境科学中的应用，通过本章的学习，要使学生了解并学会EGIS的开发过程和在环境监测和环境评价中的实际应用。（二）教学内容第一节 环境地理信息系统观念的提出1.主要内容6.1.1传统的机遇关系数据库的EMIS的主要缺陷6.1.2 GIS、RS与EMIS结合6.1.2.1 GIS与RS图像处理系统的区别与联系6.1.2.2 GIS、RS与EMIS结合6.1.3环境地理信息系统的完整定义及特点6.1.3.1定义6.1.3.2特点2.基本概念和知识点理解环境地理信息系统观念的提出过程：传统的基于关系数据库的EMIS的主要缺陷，GIS、RS、EMIS的结合，环境地理信息系统的完整定义及特点。3.问题与应用（能力要求）理解环境地理信息系统观念的提出过程：传统的基于关系数据库的EMIS的主要缺陷，GIS、RS、EMIS的结合，环境地理信息系统的完整定义及特点。第二节 环境虚拟与模拟1.主要内容6.2.1环境模拟与GIS6.2.1.1环境模拟模型和GIS集成的必要性6.2.1.2环境模拟和GIS集成领域的调搽以及二者集成的概念框架6.2.1.3集成示例江西省瀲水河流域土壤、水资源管理系统的设计6.2.2水质模型6.2.2.1水质模型分类6.2.2.2水质数学模型建立的一般步骤6.2.2.3水质模拟技术6.2.2.4 GIS支持下水质模型的应用6.2.3环境模型库6.2.3.1环境模型库与地理信息系统得结合及运行方式6.2.3.2环境模型的选择与建立6.2.3.3多个环境模型同时调用的问题2.基本概念和知识点环境虚拟与模拟的概念，环境模拟与GIS，水质模型，环境模型库。3.问题与应用（能力要求）理解环境虚拟与模拟的概念：环境模拟与GIS，水质模型，环境模型库。第三节 EGIS的数据库设计1.主要内容6.3.1 GIS系统中数据库的组织方式6.3.2环境地理信息系统异构数据库的设计思路2.基本概念和知识点GIS系统中数据库的组织形式，环境地理信息系统异构数据库的设计思路。3.问题与应用（能力要求）理解与掌握EGIS的数据库设计思路：GIS系统中数据库的组织形式，环境地理信息系统异构数据库的设计思路。第四节EGIS的开发1.主要内容6.4.1概述6.4.2城市环境地理信息系统的开发6.4.2.1城市级环境信息系统的需求6.4.2.2城市级环境信息系统分析、设计和开发2.基本概念和知识点EGIS的开发技术，城市环境理信息系统的开发过程。3.问题与应用（能力要求）熟练掌握EGIS的开发技术，重点掌握城市环境理信息系统的开发过程。第五节EGIS的应用实例分析1.主要内容6.5.1基于3S的环境综合管理信息系统6.5.1.1概述6.5.1.2 环保行业当前存在问题分析6.5.1.3城信所的解决方案6.5.1.4建设目标6.5.1.5结语