地理信息系统原理

《地理信息系统原理》课程教学大纲

课程编号：050607

总 学 时：48

总 学 分：3

课程性质：必修

适用专业及层次：测绘工程本科

相关课程：测量学基础，测绘学概论

教 材：《地理信息系统原理》，李建松 编著，武汉大学出版社，2002年第一版 推荐参考书：《地理信息系统概论》，黄编著，清华大学出版社

一、课程性质、目的与任务

地理信息系统伴随着计算机技术和空间技术的发展，已成为集计算机科学、信息科学、测绘科学、地理科学、空间科学、环境科学和管理科学等为一体的新兴边缘学科，是数字地球的重要组成部分。地理信息系统作为一种集地理空间特征和各种统计信息为一体的特殊信息系统，是政府部门进行科学管理和快速决策时不可缺少的工具。在支持经济和社会的可持续发展中起着重要作用，目前成为新的产业革命的重要组成部分。通过本课程的学习要求学生初步掌握地理信息系统基本原理和技术方法，即地理信息系统的构成、功能、空间数据的获取、组织与管理、空间分析等内容。培养学生对各种信息进行数字化过程、加工、处理应用的能力。

二、课程内容与要求

第一章 绪论

第一节 地理信息系统的概念

内容：本节首先介绍与地理信息系统相关的一些基本概念，如信息与数据，地理信息与地学信息，信息系统与地理信息系统等，最后阐述地理信息系统与其它信息系统的关系和区别。 重点讲授：重点讲授信息与数据、信息系统与地理信息系统的基本概念内涵及它们间的相互关系。

第二节 地理信息系统的组成

内容：从地理信息系统的系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型五个方面介绍地理信息系统的构成。

重点讲授：重点讲授系统组成中的系统软件和空间数据内容。

第三节 地理信息系统的功能

内容：本节主要讲述地理信息系统的数据采集、管理、处理、分析和输出等基本功能和以基本功能为依托而演绎出的其它各方面的高级应用功能。

重点讲授：重点讲授地理信息系统中的基本功能。

第四节 地理信息系统的发展

内容：本节主要介绍地理信息系统在国际、国内的发展状况和今后的发展趋势。 重点讲授：重点讲授地理信息系统中新的发展特点和趋势。

第二章 空间数据结构和空间数据库

第一节 空间数据结构

内容：本节主要讲述空间数据结构中的矢量数据结构、栅格数据结构、矢栅一体化数据结构及三维数据结构等内容。

重点讲授：重点讲授矢量数据结构和栅格数据结构。

第二节 空间数据模型

内容：本节首先介绍数据库有关基础知识，传统数据模型如何存储图形数据及其局限性，然后阐述面向对象技术、面向对象模型和用于地理信息系统的空间数据库管理系统的类型。 重点讲授：重点讲授面向对象技术、面向对象模型和地理信息系统的空间数据库管理系统的类型。

第三节 空间数据库的设计

内容：本节主要介绍空间数据的管理模式、空间数据库的设计、建立与维护等内容。 重点讲授：重点讲授空间数据的管理模式和空间数据库的维护。

第三章 空间数据采集和质量控制

第一节 概述

内容：本节主要介绍地理信息系统的数据源、空间数据采集的任务及研究GIS 质量的目的和意义。

重点讲授：重点讲授GIS 的数据源。

第二节 地理实体的分类与编码

内容：本节首先介绍地理实体与地理目标的概念、分类，然后介绍几何数据的分类，地理目标的分层，最后阐述地理实体属性编码的原则并举出实例。

重点讲授：重点讲授地理实体的分类和编码方法。

第三节 空间数据采集

内容：本节主要介绍空间数据中几何数据、属性数据的采集的方法及其检核。

重点讲授：重点讲授几何数据的采集及检核。

第四节 空间数据质量

内容：本节主要介绍GIS 数据质量内容和类型，研究数据质量的方法和数据质量的评价方法。 重点讲授：重点讲授GIS 数据质量内容和类型和常用数据质量的评价方法。

第五节 空间数据标准

内容：首先阐述了空间数据标准的定义、原则和交换标准，然后介绍了我国的数据交换格式，接着详细阐述了GIS 空间元数据，最后阐述了空间数据的互操作和OpenGIS 规范。 重点讲授：重点讲授空间元数据作用和内容及OpenGIS 规范。

第四章 空间数据处理

第一节 矢量数据拓扑关系的自动建立

内容：本节主要介绍矢量数据拓扑关系的自动建立步骤和要点。

重点讲授：重点讲授矢量数据拓扑关系的自动建立步骤和要点。

第二节 矢量数据的图形编辑

内容：介绍矢量数据的图形编辑方法和数据组织。

重点讲授：重点讲授矢量数据图形编辑。

第三节 空间数据的坐标变换

内容：介绍空间数据坐标变换中的几何纠正和投影变换。

重点讲授：重点讲授几何变换高次变换、二次变换和仿射变换。

第四节 空间数据的压缩处理

内容：介绍空间数据压缩的目的和方法，包括矢量数据压缩和栅格数据的压缩。矢量方法有道格拉斯——普克法(Douglas—Peucker) 、垂距法、光栏法、并对几种方法进行比较。栅格数据的压缩包括直接栅格编码、游程长度（行程）编码、四叉树编码。

重点讲授：重点讲授矢量数据和栅格数据的压缩算法。

第五节 空间数据的插值方法

内容：介绍空间数据的插值和数字高程模型生成方法。

重点讲授：重点讲授数字高程模型生成算法。

第五章 空间查询与空间分析

第一节 空间数据的查询

内容：本节将介绍空间数据查询的含义及图形查询、属性查询、混合查询、模糊查询等几种主要的查询方式，以及如何根据需求来控制查询结果的显示方式。

重点讲授：重点讲授图形查询、属性查询方法。

第二节 空间数据的统计分析

内容：本节将介绍空间数据的统计量计量计算和常用的统计数据的分类分级算法。 重点讲授：重点讲授基本统计量的计量计算和统计数据分类方法。

第三节 数字高程模型分析

内容：本节将介绍数字高程模型的信息提取和可视化分析。

重点讲授：重点讲授坡度、坡向计算和剖面分析、通视分析的基本概念和方法。

第四节 空间数据的叠置分析

内容：本节将介绍基于矢量数据和栅格数据的叠置分析方法。

重点讲授：重点讲授矢量数据点线面两两叠置分析，单层和多层栅格数据的叠置分析方法。

第五节 空间数据的缓冲区分析

内容：本节将介绍基于矢量数据和栅格数据的缓冲区分析概念和方法。

重点讲授：重点讲授矢量数据中点、线、面缓冲区分析方法。

第六节 空间数据的缓冲区分析

内容：本节将介绍基于矢量数据和栅格数据的缓冲区分析概念和方法。

重点讲授：重点讲授矢量数据中点、线、面缓冲区分析方法。

第七节 空间数据的网络分析

内容：本节以图论为基础，介绍空间网络分析模型中的一些基本方法，如最短路径、网络定位与分配等算法。

重点讲授：重点讲授网络分析模型中最短路径法、定位与分配启发式算法。

第八节 空间距离量算

内容：本节主要介绍空间中各种距离量算方法。

重点讲授：重点讲授空间上点—点，点—线和点—面之间的距离量算。

第六章 空间信息可视化

第一节 空间信息与可视化

内容：本节主要介绍空间信息的基本特征及可视化概念。

重点讲授：重点讲授空间信息可视化的几种形式。

第二节 空间数据的可视化

内容：本节主要讲述从地图数据库中获取数据，经过预处理后的根据需要配置矢量或者栅格符号符号化，并介绍地图符号配置的详细算法，最后讲述地图数据可视化后的输出。 重点讲授：重点讲授空间信息可视化的几种形式。

第三节 电子地图

内容：本节主要介绍电子地图的基本特征与设计目标，电子地图系统的结构和开发技术。

重点讲授：重点讲授电子地图的基本特征和系统结构。

第四节 虚拟现实技术

内容：本节首选讲述虚拟现实技术的系统结构、意义及应用，最后介绍了GIS 的虚拟现实技术。

重点讲授：重点讲授虚拟现实技术系统结构及GIS 的虚拟现实技术。

第七章 地理信息系统的应用

第一节 地理信息系统与其它2S 的结合

内容：本节主要GIS 与RS 、GPS 的结合及应用。

重点讲授：重点讲授GIS 与RS 、GPS 的结合形式及应用。

第二节 地理信息系统在行业中的应用

内容：结合行业应用，本节主要介绍GIS 在规划、国土及信息管理中的应用。

重点讲授：重点讲授GIS 的应用领域及典型应用方法。

三、课程学时分配

四、主要教学方法

该课程信息量大，授课中应采取重点讲授与学生自学相结合的方法，通过学生预习、教师答疑和课程讨论等方式来进行，课堂授课中应采用CAI 课件或多媒体形式教学，加以适量应用实例，以加强学生的直观理解。

五、课程考核方式及成绩评定

考核方式：考试

成绩评定：平时成绩占30%，考试成绩占70%。