《GIS原理与设计》课程教学大纲

1、GIS原理与设计 课程教学大纲课程编码：CH020005 课程名称（中文）：GIS原理与设计课程名称（英文）：Theory and Design of Geography Information System先修课程：地图制图基础、数字地形测量学总 学 时：56 （授课学时：40 上机学时：16 实验学时：0） 一、 课程简介人类所接触的信息中，80%是与空间位置相关的。近年来，随着卫星定位、遥感、移动测量、传感网、智能终端等现代观测技术的发展及广泛应用，地理空间数据的海量积累和地理信息资源的日益多源化，使得测绘地理信息相关领域运用地理信息技术从事科研、生产、管理成为必然。本课程是为测绘工程专

2、业本科生开设的一门专业基础必修课，教学时数为56学时，其中理论教学40学时，实验教学16学时。本课程是在学习了数字测图原理、地图学、计算机地图制图原理与方法等专业基础课程之后开设的。本课程的开设，有利于学生理解地理信息背后隐含的地理意义、掌握地理信息技术基本原理及其应用。二、 课程的性质和任务本课程以地球科学的理论为基础，介绍运用系统科学和信息科学的理论与方法，进行地理数据的采集，处理和科学管理地理信息的空间分析和地学建模以及地理信息系统的建立和运用，并结合工程实例，初步介绍地理信息系统工程项目的设计方法。学生学习本课程的目的为：1对地理信息系统的有关理论、构成、功能、特点、任务和发展的一般了

3、解。2基本掌握地理信息系统的有关技术方法，包括地理数据采集、处理和科学管理；数据结构；地理信息的数值分析方法，以及地理信息系统产品的一般设计等。3通过学习，初步具有应用地理信息系统方法开展地学综合分析框架构筑能力，包括搜集和评价现有的软件、分析和配置现有的硬件、组织信息流，输出对管理、规划和决策有用的信息，最后运用所学知识进行一个小型、专用的地理信息系统分析框架的构筑。三、课程教学目标（一）课程目标通过本课程教学，应达到以下目标： 课程目标1:该课程主要阐述数据的采集、管理、表达、分析与应用的基本原理与方法，培养学生数据处理与管理的基本能力。通过学习，使学生能够应用地理空间描述、表达的专业知识

4、解决复杂测绘工程应用中的相关问题。（对应毕业要求1-3）课程目标2:该课程使学生了解和掌握不同数据模型和空间分析方法的应用背景和特点，能够认识到解决问题有多种方案可选择，会通过文献研究寻求可替代的解决方案。（对应毕业要求2-3）课程目标3:该课程主要基于不同的应用模型解算行业需求，以培养学生解决复杂测绘工程问题中的数据管理、处理与分析能力。（对应毕业要求4-1）课程目标4:基于软件工程的思想介绍地理信息系统的设计、评价及其产品输出模式。通过以上内容，使学生能够针对实际行业问题中的信息需求，选择合适的设计方法，并能够给出系统的设计、评价方案。（对应毕业要求5-2）（二）课程目标对毕业要求的支撑毕

5、业要求指标点课程目标1.工程知识指标点1-3：能够将相关知识和数学模型方法用于推演、分析测绘工程问题。 课程目标12问题分析指标点2-3：能够认识到解决问题有多种方案可选择，会通过文献研究寻求可替代的解决方案。课程目标24研究指标点4-1：能够基于科学原理及测绘知识和技术，通过文献研究或相关方法，调研和分析复杂测绘工程问题的解决方案。课程目标35使用现代工具指标点5-2：能够选择与使用恰当的现代测绘仪器及工具、信息资源和专业软件，对复杂测绘工程问题进行分析、计算与设计。课程目标4四、课程教学内容的基本要求、重点和难点及学时分配1.导论 (2学时)基本要求：了解GIS的基本概念、组成、特点、功能

6、，地理信息系统的发展与应用。（支撑课程目标1）。重点：GIS的概念、组成。难点：对GIS特点、功能的理解。2. 地理信息系统数据结构 (6学时)基本要求：了解地理信息系统的数据源，矢量、栅格数据模型及数据结构，掌握简单要素模型、拓扑关系模型编码方法和图像常见压缩格式。（支撑课程目标2）。重点：矢量、栅格数据模型的原理及数据结构。难点：理解模型的特点和区别，掌握相关编码算法。3. 空间数据的处理 (8学时)基本要求：了解数据处理的概念, 掌握空间数据的编辑处理、图幅数据处理、空间数据的压缩处理。（支撑课程目标1）。重点：空间数据类型的转换难点：空间拓扑关系的理解及应用。4. 地理信息系统空间数据

7、库 (4学时)基本要求：了解数据库的基本概念、数据与文件组织，掌握数据模型、地理数据库设计。（支撑课程目标2）重点：数据库模型、地理编码难点：空间数据库模型。5空间分析原理与方法 （8学时）基本要求：掌握数字地形模型的分析方法，空间特征的几何分析方法。（支撑课程目标2）。重点：DEM分析、叠合分析、缓冲区分析、空间统计分析、空间查询分析难点：DEM地学分析及应用。6. 地理信息系统应用模型 （4学时）基本要求：掌握适宜分析模型、区域规划模型、发展预测模型、位址选择模型和地学模拟模型。（支撑课程目标3）。重点：应用分析模型的建立难点：针对具体问题，设计、分析应用模型的思路。7. 地理信息系统的设

8、计与评价 （6学时）基本要求：掌握地理信息系统设计模型、软件工程设计方法的应用，了解地理信息系统的评价体系。（支撑课程目标4）。重点：了解GIS系统设计的内容和步骤难点：生命周期模型的理解。8. 地理信息系统产品的输出设计 （2学时）基本要求：了解矢量绘图机输出设计，掌握屏幕地图显示设计，地图绘图仪输出设计。（支撑课程目标4）。重点与难点：重点是屏幕地图显示设计，地图绘图仪输出设计。9上机教学（16学时）基本要求：通过上机，使学生掌握ARCGIS软件操作。（支撑课程目标1、2、3、4）。重点与难点：ARCGIS软件操作本课程安排16学时的实验，包括空间数据处理、空间分析实验、空间建模实验。上机

9、名称、内容与学时分配表序号实验名称实验内容学时1空间数据处理ArcGIS认识、空间数据矢量化及属性编辑42空间分析实验空间插值、地形分析、叠加分析、缓冲区分析83空间建模实验Model Builder空间建模4实验一：空间数据处理基本要求：通过实验，使学生认识空间数据采集、编辑的基本过程、空间拓扑检查的相应方法；了解空间数据裁剪、拼接、融合等常用的数据编辑方法；学习克里格插值方法；并能够独立撰写实验报告。（支撑课程目标1、2、3、4）实验内容：（1）熟悉ArcGIS屏幕空间数据编辑工具；（2）熟悉空间数据属性编辑方法；（3）掌握空间数据拓扑检查、属性一致性检查等相应方法；（4） 练习空间数据裁

10、剪、拼接、融合等常用的数据编辑方法及参数设置；（5）练习练习普通克里格插值法，学习主要参数设置、调整，了解结果的精度评价方法；重点与难点：空间数据拓扑检查规则的制订；克里格插值方法理解；常用空间编辑分析工具的理解及应用。实验二：空间分析实验基本要求：通过实验，使学生认识各种空间分析方法的基本原理，掌握基于ArcGIS软件平台的工具使用方法，参数设置内容，结果分析方法；并能够独立撰写实验报告。（支撑课程目标2）实验内容：（1）熟练掌握ArcGIS中建立DEM、TIN的技术方法。（2） 结合实际问题，掌握应用DEM解决地学空间分析问题的能力。（3） 熟练掌握ArcGIS中合并、相交、擦除、识别、更

11、新各种空间叠加方法。（4） 熟练掌握距离制图创建缓冲区技术方法。（5） 掌握利用缓冲区分析方法解决地学空间分析问题的能力。重点与难点：各种空间叠加分析方法的区别及应用判别；矢量数据叠加与栅格数据叠加的区别；矢量数据与栅格数据缓冲区分析的区别。实验三： 空间建模实验基本要求：通过实验，使学生能够利用ModelBuilder进行空间数据建模分析，掌握建模方法与步骤，理解建模思路及其建模结果的分析、解释；并能够独立撰写实验报告。（支撑课程目标3）实验内容：（1）认识ModelBuilder操作界面；（2）加载实验所需空间数据图层，根据实验目的分析各数据在模型中的作用；确定各模型权重，并设计数据分类方

12、法。（3）利用Modelbuilder创建模型；（4）编辑模型中各模型属性，进行相应参数设置；（5）调试、运行模型，并检查、分析、解释实验结果。重点与难点： ModelBuilder空间建模的方法和步骤。（二）课程内容与学时分配教学内容学时分配总学时讲授实验上机习题课GIS的基本概念、组成、特点、功能，地理信息系统的发展与应用22地理信息系统的数据源，矢量、栅格数据模型及数据结构；简单要素模型、拓扑关系模型编码方法；图像常见压缩格式66空间数据的编辑处理、图幅数据处理、空间数据的压缩处理1284数据库的基本概念、数据与文件组织，掌握数据模型、地理数据库设计44DEM分析、叠合分析、缓冲区分析、

13、空间统计分析、空间查询分析1688适宜分析模型、区域规划模型、发展预测模型、位址选择模型和地学模拟模型844地理信息系统设计模型、软件工程设计方法的应用，了解地理信息系统的评价体系66矢量绘图机输出设计，掌握屏幕地图显示设计，地图绘图仪输出设计22合 计562812五、能力培养要求本课程主要培养学生在空间数据处理、编辑、分析、建模方面的能力以及利用GIS基本理论和技术方法解决复杂测绘工程问题的能力。通过本课程的学习和实践，学生应能利用一定数据模型表达复杂的地理空间及其属性；掌握空间数据分析的基本方法；能够利用不同的空间分析方法组合进行数据建模分析，从而分析、模拟、预测复杂的地理空间问题及事件。

14、六、建议教材与参考书目及网络资源（一）教材1. 黄杏元、汤勤.地理信息系统概论，北京：高等教育出版社，2008.4。（二）主要参考书1. 汤国安等，地理信息系统教程，北京：高等教育出版社，2007.4。2. Kang-tsung Chang（陈健飞等译），地理信息系统导论，北京：电子工业出版社，2014.8。3.汤国安、杨昕等，地理信息系统空间分析实验教程，北京：科学出版社，2012.4。（三）其他教学资源1. 精品课程及慕课网址(1) 南京师范大学地理信息系统精品课程网站/sCourse/course_2744.html (2) 中山大学地理信息系统概论精品课程网站/course/sysu-

15、10016270022.学科相关期刊 (1) 测绘学报、武汉大学学报(信息科学版)、测绘科学技术学报、测绘科学、测绘通报、测绘工程等。 (2) International Journal of Geographical Information Science、Computers & Geosciences、Transactions in GIS 七课程考核与成绩评定课程成绩评定以考核学生能力培养目标的达成为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握程度和应用能力为重要内容。课程成绩评定采取过程考核和期末考试相结合的方式综合评定，过程考核成绩、期末考试成绩及总评成绩均为百分制。（一）课程考核成绩构成过

16、程考核含平时作业（占总成绩的10%，包括一次课程综合训练）、课程实验（占总成绩的20%）。（二）过程考核过程考核含平时作业（占总成绩的10%）、课程实验（占总成绩的20%）。1. 平时作业成绩平时作业安排至少3次，最终成绩取各次作业成绩的平均值。作业成绩评价细则见下表：支撑课程目标作业成绩评价细则及得分10090898079706960590目标1-4作业内容全面；概念解释清晰，回答和分析问题条理清楚，计算过程层次清晰，结果正确率高于95%；表述合理。作业内容全面；概念解释、回答和分析问题、计算过程等比较清晰，结果正确率不低于85%；表述比较合理。作业内容全面；概念解释、回答和分析问题、计算过

17、程等基本清晰，结果正确率不低于75%；表述比较合理。作业内容不全；概念解释、回答和分析问题、计算过程等基本清晰，结果正确率不低于65%；表述基本合理。作业内容缺少较多；概念解释、分析问题、计算过程等不清晰，结果正确率低于50%；表述不合理。2. 课程实验成绩每次实验成绩的考核可通过出勤、实验表现及实验报告质量等综合评定，最终实验成绩取3次实验成绩的平均值。实验成绩评价细则见下表：实验项目 支撑课程目标实验成绩评价细则及得分10090898079706960590实验一：空间数据处理 课程目标1实验前能认真预习实验内容；实验过程中表现十分积极，能认真思考问题，熟练操作软件，并详实记录实验数据；实

18、验报告格式规范，内容完整，层次清晰，文字工整，实验结果可靠。实验前能认真预习实验内容；实验过程中表现比较积极，能熟练操作软件，并详实记录实验数据；实验报告格式规范，内容完整，层次清晰，文字工整，实验结果可靠。实验前能预习实验内容；实验过程中表现比较积极，能操作软件，并记录实验数据；实验报告格式规范，内容比较完整，层次比较清晰，文字比较工整，实验结果可靠。实验前没有预习实验内容；实验过程中表现一般；基本能操作软件；实验报告格式规范，内容比较完整，层次结构一般，有实验结果。 实验前没有预习实验内容；实验过程中呈被动状态；不能独立操作软件；实验报告格式不规范，内容不完整，字体潦草，缺少实验结果。 实

19、验二：空间分析实验 课程目标2实验前能认真预习实验内容；实验过程中表现十分积极，能够理解空间分析各种方法的原理及应用场景；能熟练操作仪器并记录和下载实验数据；实验报告格式规范，内容完整，层次清晰，文字工整，实验结果可靠。实验前能认真预习实验内容；实验过程中表现比较积极，能够理解空间分析各种方法的原理及应用场景；实验报告格式规范，内容完整，层次清晰，文字工整，实验结果可靠。实验前能预习实验内容；实验过程中表现比较积极；能独立操作软件；实验报告格式规范，内容完整，层次比较清晰，文字比较工整，实验结果可靠。实验前没有预习实验内容；实验过程中表现一般；基本能操作软件；实验报告格式规范，内容比较完整，层

20、次结构一般，有实验结果。 实验前没有预习实验内容；实验过程中呈被动状态；不能独立操作软件；实验报告格式不规范，内容不完整，字体潦草，缺少实验结果。 实验三：空间建模实验 课程目标3实验前能认真预习实验内容；实验过程中表现十分积极，能够独立设计合理的实验方案，了解影响技术方案和实验结果精度的各种因素；实验报告格式规范，内容完整，层次清晰，文字工整，实验结果可靠。实验前能认真预习实验内容；实验过程中表现比较积极，能够了解实验方案以及影响技术方案和实验结果精度的各种因素；实验报告格式规范，内容完整，层次清晰，文字工整，实验结果可靠。实验前能预习实验内容；实验过程中表现比较积极，能够了解实验方案；实验报告格式规范，内容比较完整，层次比较清晰，文字比较工整，实验结果可靠。实验前没有预习实验内容；实验过程中表现一般；基本了解实验方案；实验报告格式规范，内容比较完整，层次结构一般，有实验结果。 实验前没有预习实验内容；实验过程中呈被动状态；不了解实验方案，不能独立操作软件；实验报告格式不规范，内容不完整，字体潦草，缺少实验结果。 （三）期末考试考核形式：闭卷笔试。考试内容：覆盖支撑全部毕业要求指标的授课内容。试题类型：名词解释、简答题、综合分析题等多种形式。试题类型及其对应的考核目的见下