中科大地理信息系统教学大纲

地理信息系统教学大纲（新）一、课程性质

《地理信息系统》是高等师范本科地理科学专业的一门基础课和非师范地理信息系统专业的主干课。其任务是将地学空间数据与计算机技术结合，通过系统建立、操作与模型分析，产生对资源环境、管理决策、灾害防治等方面的应用研究。作为一门新型的高技术，地理信息系统正引起我国科技界，特别是地理学界的广泛重视，是地理学发展的一个重要方向。

二、教学目的

本课程的教学目的是了解地理信息系统的基本原理，及其在地学领域中的应用。学会常用GIS软件的基本操作，能够运用地理信息系统技术进行空间数据的基本分析，初步解决地理学应用中的实际问题。

三、教学要求

1、使学生了解地理信息系统的基本概念、基本理论、基本技术和应用方法。

2、使学生掌握地理信息系统基础软件的各项功能的应用方法及基本操作。

3、使学生初步掌握地理信息系统的建立方法、步骤和产品输出形式。

本课程实践性强，教学中除注意突出重点，讲清基本原理外，应把重点放在提高学生操作、应用地理信息系统软件的能力上，加强上机练习，理论联系实际，学以致用。

四、学时分配

学时分配表

教学内容教学时数合计

理论讲授实习

第一章44

第二章66

第三章628

第四章81018

第五章44

第六章6814

第七章426

第八章22

第九章224

第十章202

第十一章224

第十二章224

第十三章628

总学时数543084

五、教学内容

第一章绪论

（扼要说明地理信息系统的产生）

第一节地理信息系统的基本概念

一、数据与信息

二、地理信息与地图

三、信息系统与地理信息系统（含信息系统构成框图）

第二节地理信息系统的特点和类型

一、地理信息系统的特点

二、地理信息系统的类型

三、地理信息系统的功能

第三节地理信息系统的组成

一、硬件系统

二、软件系统

三、地理数据(定义、特征、三个方面数据)

四、系统开发、管理与使用人员

第四节地理信息系统的功能

一、概述

二、数据采集与编辑

三、数据存储与组织

四、数据处理

五、空间数据查询与检索

六、应用分析

七、图形显示与结果输出

第五节地理信息系统的应用

一、地图制图

二、统计与量算

三、资源管理与规划

四、预测与监测

五、国防

六、辅助决策

第六节地理信息系统的研究内容

一、研究内容

二、相关学科

第七节地理信息系统的历史与发展

一、地理信息系统历史回顾

二、地理信息系统的发展动态

重点：GIS的基本概念、特点、组成及功用。

第二章GIS数据结构

第一节空间数据类型

一、数据源

二、地理空间数据类型

三、数据的测量尺度（命名量、次序量、间隔量、比率量）

第二节空间关系

一、拓扑关系

二、方向关系

三、度量关系

第三节矢量数据结构

一、矢量数据结构的概念

二、矢量数据结构的特点

三、矢量数据的获取途径

四、矢量结构编码方法

第四节栅格数据结构

一、栅格数据结构的概念

二、栅格数据结构的特点

三、栅格数据的获取途径

四、栅格结构编码方法

五、矢量结构与栅格结构比较

第五节矢量结构与栅格结构的相互转换

一、两种数据结构的比较

二、矢量结构向栅格结构的转换

三、栅格结构向矢量结构的转换

重点：地理空间数据的拓扑关系、两种空间数据结构的特点及其编码方法。

难点：拓扑结构、栅格数据编码

第三章GIS数据管理

第一节数据层次与文件组织

一、数据层次（数据项、记录、文件、数据库）

二、数据间的逻辑联系（一对一、一对多、多对多）

三、用数据文件（顺序、直接、索引、到排文件）

第二节空间数据库

一、数据库的概念

二、两种不同类型的数据库

三、空间数据库的特点

四、数据库的系统结构

五、数据库管理系统（定义、功能）

六、数据安全

七、数据更新

第三节传统数据库模型

一、关系模型

二、层次模型

三、网状模型

第四节面向对象数据库系统

一、传统数据库管理地理空间数据的局限性

二、向对象方法中的基本概念

三、向对象方法的数据抽象技术和数据抽象工具

四、面向对象的集合抽象类型

五、面向对象的属性数据模型

六、面向对象数据库系统的实现

第五节数据管理设计

一、文件管理

二、系数据库管理

三、文件结合关系数据库管理

四、面向对象数据库管理

重点：数据库模型的分类和特点、。

难点：面向对象的数据库模型。

第四章GIS数据输入与处理

第一节数据输入方式

一、手工方式

二、手扶跟踪数字化方式

三、扫描方式

四、影象处理和信息提取方式

五、数据通讯方式

第二节地图数字化

一、手扶跟踪数字化（数字化仪组成、数字化方式、操作步骤）

二、扫描矢量化（扫描仪原理、处理流程、操作方式）

第三节地图数据处理

一、图形坐标变换（平移、缩放、旋转）

二、地图投影变换

三、图幅拼接

四、图形修改

五、建立拓扑关系

第四节空间数据的压缩处理

一、实现数据压缩的途径

二、矢量数据的压缩

三、面域栅格数据的压缩

四、空间数据的重分类化简

第五节属性数据输入

一、编码的原则

二、编码的内容

三、编码的方法

重点：数据采集方式和数字化方法，空间数据处理的概念、意义和方法。

难点：扫描数据的处理，空间数据类型的转换。

第五章空间数据质量与元数据

第一节空间数据质量

一、空间数据质量的概念

二、空间数据质量评价（标准、评价）

三、空间数据质量问题的来源与分析（源误差、操作误差、使用误差）

四、空间数据质量控制

第二节空间数据的元数据

一、元数据的概念（含相关的概念）

二、元数据的分类与标准

三、空间数据元数据的获取与管理

四、空间数据元数据的应用（为什么在GIS中使用元数据、空间数据元数据应用）

重点：空间数据质量的概念，数据质量评价，元数据的概念。

难点：原数据的分类鱼标准。

第六章空间分析

第一节空间查询与量算

一、空间查询

二、空间量算（几何量算、形状量算、质心量算、距离量算）

第二节矢量数据分析

一、包含分析

二、多边形叠置分析

三、缓冲区分析

四、泰森多边形分析

五、网络分析

第三节栅格数据分析

一、空间聚类

二、空间聚合

三、视觉信息复合

四、叠加分类

五、叠加统计

第四节空间插值

一、空间插值的概念

二、趋势面拟合技术

三、局部拟合技术

第五节空间信息分类与统计分析

一、空间信息分类（主成分分析、层次分析法、系统聚类分析、判别分析）

二、空间统计分析（常规统计分析、空间自相关分析、回归分析、趋势分析、专家打分模型）

重点：矢量数据分析方法，栅格数据分析方法、空间插值。

难点：空间插值技术

第七章数字地面模型与地形分析

第一节数字地面模型的数据采集与表示

一、DTM与DEM的概念

二、DEM的数据源与采集方法

三、DEM的主要表示方法

第二节数字高程模型在地图制图中的应用

一、绘制立体透视图

二、绘制地面晕渲图

三、绘制等高线图

第三节数字高程模型在地学分析中的应用

一、地形分析（极值高程与最大高差、相对高程与平均高程、地貌类型的自动划分、坡度、坡向、地表粗糙度）

二、谷脊特征分析

三、地形剖面分析

四、淹没损失估算

五、通视分析（基本因子、基本用途）

重点：DEM的概念、数据源、采集方法与主要表示方法，DEM在地图制图中的应用，DEM在地学分析中的应用

难点：淹没损失估算、地形剖面分析

第八章空间决策支持与专家系统

第一节空间决策支持

一、决策的概念

二、决策支持系统的概念和特点

三、决策支持系统的构成

四、空间决策支持的一般过程

第二节专家系统

一、专家系统的基本组成

二、专家系统的知识的表示与推理

三、人工智能与专家系统

重点：决策支持系统的概念和特点，专家系统的基本组成

第九章地理信息系统产品输出

第一节地理信息输出系统

一、屏幕显示

二、绘图机输出

三、打印输出

第二节地理信息系统产品类型

一、地图

二、图像

三、电子沙盘

四、量化图表

第三节电子地图简介

一、电子地图的特点

二、电子地图的生成和显示

本章重点：GIS形式及相应输出方法。

第十章地理信息系统设计与标准化

第一节地理信息系统设计

一、概述

二、GIS设计的步骤

第二节地理信息系统评价

一、系统效率

二、系统可靠性

三、可扩展性

四、可移植性

五、系统效益

第三节地理信息系统的标准化

一、GIS标准化的意义和作用

二、GIS标准化的内容

重点：GIS设计的步骤，GIS评价方面,GIS标准化的意义和作用。

第十一章地理信息系统应用实例

第一节城市居民防空疏散指挥信息系统

一、系统目标和意义

二、系统的概念化设计

三、系统开发与应用

第二节网络数字土地信息系统

一、设计目标及思路

二、系统结构的总体设计

三、软、硬件支持

四、系统的功能结构及技术细节

重点：通过GIS应用的实例，了解GIS的设计与应用过程。

第十二章地理信息系统新技术简介

第一节3S集成技术

一、GIS与遥感的集成

二、GIS与全球定位系统的集成

三、3S集成概述

第三节数字地球简介

一、数字地球的基本概念

二、数字地球的核心技术

三、数字地球的应用

第四节国家信息基础设施与国家空间数据基础设施

一、国家信息基础设施

二、空间数据基础设施

重点：3S集成技术，数字地球的基本概念，国家信息基础设施与国家空间数据基础设施的概念

难点：数字地球的核心技术

第十三章网络地理信息系统

第一节计算机网络基本概念

一、计算机网络定义

二、网络的拓扑结构和连接方式

三、计算机网络的类型

四、Internet

第二节网络