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1、成都理工大学工程技术学院地理信息系统-原理、方法和应用课程教学大纲王海军 计算机科学与技术系 地理信息教研室2010年9月1日课程性质：专业必修课时分配：44+16授课对象：08级地理信息系统专业（1-2）班授课层次：本科教学目标与教学主要内容 一、 教学目标 地理信息系统课程是本专业本科生的专业方向课程，通过课程的学习，使学生掌握地理信息系统的基本概念、空间数据的采集、处理与组织、GIS空间分析的原理方法、GIS设计的技术方法等内容，并掌握常用GIS软件的操作，为后续其它GIS课程的学习打下基础。二、课程主要内容 地理信息系统的主要内容包括：地理信息系统的基本概念、学科的基本特征与发展趋势；
2、空间信息数字化的原理与方法；空间数据库及其建立方法；GIS空间分析原理与方法；GIS系统设计；GIS学科的最新进展等部分。 课程教学方法以有利于课程内容的学习和取得良好的教学效果为原则，主要采用多媒体课件演示、自学和讨论、上机实习等形式。其中多媒体课件主要用于课程要点、难点的讲解，图形图像资料和模拟演示等，预制的课件条理清晰、利于更新，信息量大，效果远远超过传统授课方式，作为课堂授课辅助工具效果明显； 自学和讨论要求学生通过网络课件、资料阅读和习题完成非重点难点和描述性内容的学习，自学效果通过讨论、提问、批改作业等方式予以检查；上机实习广泛地采用了网络和计算机辅助教学等现代教育技术，在网上公布
3、所有教学资源，包括教学大纲、中英文教案、多媒体电子教材、网络课程教材、实习教材、实习指导书、习题集等，同时设计了“网上答疑”与“网上讨论”等栏目，为学生提供了多种可供选择的学习方式，充分体现“互动教学”的特点。教学资源上网很好地解决了学生课前预习、课后复习、自学、以及由于课堂信息量大给学生做笔记带来一定困难（可以下载打印后作为笔记底稿）等问题，并有助于形成教学过程和课程建设自我约束、自我管理、健康发展的机制。 为了培养学生的动手能力和创新精神，全面提高其综合素质，教学过程中要始终注重培养学生的动手能力，动脑能力，动口能力（提出和讨论问题以及辩论的能力），在学习过程中让学生自己不断发现问题，积累
4、问题，最终达到提高分析问题和解决问题能力的目的。除了专题讨论课之外，原则上每次课堂授课都要布置思考题和讨论题，每次上课正式授课前或在课间要组织1020分钟的课堂讨论，并注意让每个学生都发言。本课程教学的主要内容包括四个主要模块：模块一：基本概念和理论（总共9学时）要点1：概述（2学时）地理信息系统的基本概念：信息、数据、地理数据、地理信息；地理信息系统及其重要类型；地理信息功能概述；地理信息系统的研究内容；地理信息系统发展简史要点2：从现实世界到比特世界（1学时）对现实世界的地理认知：认知与认知模型；现实世界的抽象：现实世界概念世界地理空间世界纬度世界项目世界；比特世界要点3：空间数据模型（3
5、学时）空间数据模型基本概念；场模型；要素模型；基于要素的空间关系分析；网络结构模型；时空模型；三维模型要点4：空间参照系与地图投影（自学）（本部分系针对非地理专业学生设置，不是正式授课内容）地球椭球体；坐标系；地图投影基本问题；高斯-克吕格投影；地形图的分幅与编号要点5：GIS中数据（3学时）数据涵义与类型；数据的测量尺度：命名量次序量间隔量比率量；地理信息系统数据质量：数据质量来源与控制；空间数据元数据：元数据的基本概念元数据的应用元数据的获取元数据的存储与功能实现。模块二：地理信息系统的框架与功能（总共16学时）要点1：空间数据获取与处理（3学时）地图数字化：概述地图数据类型数字化仪数字化
6、扫描矢量化及常用算法；空间数据录入后处理：坐标变化图形拼结拓扑生成。要点2：空间数据管理（3学时）空间数据库：空间数据库GIS内部数据结构；栅格数据及其编码：栅格数据结构决定栅格单元代码的方式编码方法；矢量数据结构及其编码：矢量数据结构编码方法；矢量与栅格结构的比较与转换算法；空间索引机制；空间信息查询：基于属性特征的查询基于空间关系和属性特征的查询（SQL）空间扩展SQL查询语言（GSQL）。要点3：空间分析（3学时）空间查询与量算；空间变换；再分类；缓冲区分析；叠加分析；网络分析；空间插值；空间统计分类分析要点4：数字地形模型(DTM)与地形分析（2学时）概述：DEM与DTM；DEM的主要
7、表示方法：规则网格模型等高线模型TIN模型层次模型；DEM模型的相互转换：不规则点生成TIN-网格DEM转成TIN；等高线转为格网DEM利用格网DEM提取等高线TIN转为格网DEM；DEM建立：DEM数据采集方法数字摄影测量DEM数据质量控制；DEM的分析与应用：格网DEM应用TIN分析应用。要点5：空间建模与空间决策支持（3学时）空间分析过程及其模型；空间决策支持模型：空间分析决策的复杂性，基本理论与方法空间决策系统空间决策的模型管理；专家系统：专家系统的基本组成、知识处理与系统实例；数据仓库与空间数据挖掘：数据仓库数据挖掘空间数据挖掘；GIS空间分析与空间动态建模：GIS与空间动态模型的结
8、合方式元胞自动机简介元胞自动机模拟林火蔓延模型元胞自动机的局限性；空间相互作用与位置（分配模型）：空间优化模型的定义与分类静态离散空间优化模型的数学表达（线性规划）。要点6：空间数据表现与地图制图（2学时）地理信息系统数据表现与地图学：数学法则符号制图综合；地图的符号；专题信息表现：分类与内容表现方法表现手段；专题地图设计：图幅基本轮廓设计区域范围的确定专题地图数学基础的设计图面设计；制图综合：概念影响因素基本方法；地理信息的可视化：基本概念地学可视化类型虚拟地理环境。模块三：地理信息系统应用（总共11学时）要点1：3S集成技术（2学时）遥感简介；GPS简介；GIS/RS的集成及具体技术；GI
9、S/GPS的集成及具体技术；GIS/RS/GPS的集成。要点2：网络地理信息系统（3学时）网络的基本概念；分布式地理信息系统：分布式系统和C/S模型网络地理信息系统的组合方式网络地理信息系统的概念设计；WebGIS：简介与实现技术。要点3：地理信息系统应用实例（2学时）城市规划、建设管理；农业气候区划；大气污染监测管理；道路交通管理；地震灾害和损失估算；地貌研究；医疗卫生；军事应用。要点4：地理信息系统应用项目组织与管理（2学时）地理信息系统应用项目简介：模式与分类开发方式；应用项目策略规划；应用项目合同；应用项目软硬件规划；子项目划分与管理；项目预算；人员管理；开发与数据管理；项目控制与评估
10、；软件研制与开发质量管理：ISO9000CMM模型。要点5：地理信息系统软件工程技术（2学时）软件工程简介；GIS领域的体系结构与构件；GIS需求分析；数据管理设计；界面设计；GIS设计模式；使用CASE工具。模块四：地理信息系统的前沿问题与发展趋势（总共5学时）要点1：地理信息系统标准（2学时）地理信息系统标准简介；ISO/TC211；OpenGIS。要点2：地理信息系统与社会（2学时）GIS的社会化；GIS的社会化的相关问题：产业政策法律教育与评估认证；社会对GIS发展的影响。要点3：地球信息科学和数字地球（1学时）地球信息科学的概念与研究内容；数字地球的产生背景与概念；数字地球核心技术综
11、述；国家信息基础设施和国家空间数据基础设施。其它(总共4学时)本课程教学的主要内容包括四个主要模块,其重点、难点和解决方法分别是：模块一：基本概念和理论本模块介绍了GIS的基本概念和基本知识，其重点内容包括1）地理信息系统的基本概念和类型2）认知与认知模型3）空间数据模型4）数据的测量尺度与元数据其难点及解决方法：1）部分学生不具备充分的地理知识。解决方法是在教材中专门设了介绍地理学及地图学基础知识的一章供学生自学。2）空间数据模型和元数据较为抽象。解决方法是在课堂上用GIS软件进行演示，增强其直观性。模块二：地理信息系统的框架与功能本模块主要介绍GIS的系统流程、数据组织、软件框架及常用功能
12、。其重点内容包括：1）空间数据获取与处理过程2）空间数据结构、编码及管理3）常见的空间分析模型4）数字地形模型(DTM)与地形分析5）空间建模与空间决策支持6）空间数据表现与地图制图其难点及解决方法：1）空间数据结构及其特点分析比较抽象，难以掌握。解决方法是采用动画等多媒体教学手段对有关数据结构进行形象的解释，并布置有针对性的上机实习作业。2）GIS软件中分析模型的条件设置和操作比较复杂。解决方法是课堂上由学生现场操作，教师予以指导，提高学生的主动性。3）TIN模型的结构及调整比较复杂。解决方法是利用专门的动画课件和较多的实践予以阐述。模块三：地理信息系统应用本模块主要介绍GIS的常见应用技术
13、和典型应用领域。其重点内容包括：1）3S集成2）网络地理信息系统3）地理信息系统应用实例4）地理信息系统应用项目组织与管理及地理信息系统软件工程技术其难点及解决方法：1）部分学生没有接触过RS,GPS。解决方法是利用生动的多媒体资料，如教学影片等予以简单但正确的说明。2）部分学生没有学习过软件工程，对部分术语很陌生。解决方法是在讲授中采用更为形象的描述方法，帮助其理解软件工程术语。模块四：地理信息系统的前沿问题与发展趋势本模块主要介绍地理信息系统领域的前沿研究与发展趋势。其要点是：1）地理信息系统标准2）地理信息系统的社会化与产业化3）地球信息科学和数字地球其难点和解决方法是：1）大部分学生对
14、于ISO, IEEE等标准缺乏了解，对其术语非常困惑。解决方法是课下提供部分入门的阅读材料，并在课上进行适当讲解。2）地理信息科学是一门新兴的交叉学科，新知识量很大，难于理解。解决方法是一方面提供课外学习资料，并采用形象的动画等手段进行讲解，另一方面积极阐述其内涵和意义，以激发学生的兴趣。教学内容提纲 第一章 绪论主要阐述了地理信息系统的定义、其发展历史和现状及发展展望；其组成及功能，与相关学科的关系。重点：GIS概念的理解、GIS的组成、GIS与相关学科的关系第一节 地理信息系统基础1. 地理信息系统的萌芽2. 地理信息的特征3. 信息系统的主要类型4. 地理信息系统的主要类型第二节 地理信
15、息系统组成及其功能1. 地理信息系统的组成2. 地理信息系统的功能第三节 地理信息系统与相关学科的关系1. 地理信息系统与地理学及地学数据处理系统2. 地理信息系统与地图学及电子地图3. 地理信息系统与计算机科学4. 地理信息系统与遥感5. 地理信息系统与管理信息系统第四节 地理信息系统的发展1. 地理信息系统发展的科学背景2. 地理信息系统发展简史3. 地理信息系统理解的发展趋势第二章 地理空间与空间数据基础主要内容有地理空间定义、类型、构造组织及空间表达，空间数据模型与结构，空间数据质量的评价与控制，空间数据元数据理论。重点：地理信息的数字化表达、空间数据的拓扑关系、空间数据的元数据难点：空间数据的拓扑关系的建立、空间数据质量的控制、元数据的标准化问题第一节 地理空间1. 地理空间的定义2. 地理空间的数学构建3. 地理空间坐标系的建立4. 地理空间的距离度量第二节 地理空间信息描述法1. 地图对地理空间
