《地理信息系统技术应用》学习指南

地理信息系统技术应用课程学习指南目录TOC\o"1-2"\h\z\u一、前言 1二、各项目的重点、难点及学习方法 1（一）知识准备：认识GIS 11、重点 12、难点 13、学习方法 1（二）项目一：空间数据采集 11、重点 12、难点 23、学习方法 2（三）项目二：空间数据处理 21、重点 22、难点 33、学习方法 3（四）项目三：空间数据管理 41、重点 42、难点 53、学习方法 5（五）项目四：空间查询与分析 51、重点 52、难点 63、学习方法 6（六）项目五：GIS技术综合应用 71、重点 72、难点 73、学习方法 7（七）项目六：地理信息产品输出 81、重点 82、难点 83、学习方法 8三、参考书目 8四、网络资源 9一、前言为使学生更有效、更积极主动地学习地理信息系统技术应用课程，并且通过本课程的学习，达到“地理信息系统技术应用课程标准”所设定的知识目标、技能目标和素质目标，具备GIS数据生产岗位的从业能力，课程组编制了课程学习指南。按照认识GIS、空间数据采集、空间数据处理等一个知识准备单元和六个项目的教学实施过程，分别阐述重点、难点及学习方法，提供相关参考书目和网络学习资源，为学生的自主学习活动提供帮助和指导，及时解决学生学习过程中存在的问题。二、各项目的重点、难点及学习方法（一）知识准备：认识GIS1、重点本课程对应岗位的典型工作任务和工作内容；本课程对应岗位所应具备的职业能力和素质要求；GIS的基本概念；GIS的组成；GIS的基本功能；2、难点GIS基本概念的理解；3、学习方法通过到GIS企业的生产现场参观，企业技术员的讲解，首先对本课程所对应的岗位有直观的认识，了解GIS数据生产的工作环境、工作任务和工作内容，以及对从事相应岗位所应具备的职业能力和素质要求；通过教师讲授、网络课程学习平台自主学习，进一步理解GIS的基本概念、组成及功能；充分利用网络资源，查阅GIS技术的行业应用案例及相关文献，了解GIS技术在各行业中的应用情况，以及GIS的发展动态。学生在进行知识拓展的同时，要注重自学能力的培养。（二）项目一：空间数据采集1、重点GIS的数据特征；矢量数据结构的概念、存储形式和编码方法；栅格数据结构的概念、存储形式和编码方法；地形图数字化方法和工作步骤；GIS软件中图形输入编辑操作训练；GIS软件中矢量地形图的组织结构与管理方式；地理信息分类的目的和方法；GIS数据质量的内容和分析方法。2、难点矢量数据结构编码；栅格数据结构编码；地理信息分类和编码；读图、分层，以及不同地物地貌矢量化方法；GIS数据质量分析与评价。3、学习方法通过比较矢量数据和栅格数据的表现形式、组织结构及两种数据结构的优缺点，进一步理解矢量数据和栅格数据的基本概念；对于矢量数据结构和栅格数据结构的多种编码方法，相对抽象，除了上课认真听老师讲授和演示外，可上网进一步搜索计算机图形图像数据存储方面的知识，来加深对数据编码的实质以及编码方法的理解。地理信息分类和编码、空间数据采集的方法、工作步骤、数据质量分析与评价、GIS软件的操作等内容可结合具体的地图矢量化项目，在项目实施过程中，完成数据采集相关知识的掌握和技能的训练。（三）项目二：空间数据处理1、重点空间数据的几何纠正方法及适用条件；利用GIS软件对矢量地图和栅格地图进行校正的方法和步骤；地图投影方式及变形特点；投影变换的基本原理和方法；利用GIS软件对矢量地图和栅格地图进行投影变换；点、线、面栅格化的基本原理；多边形栅格数据的矢量化方法；常用数据格式间的转换方法；矢量数据压缩算法；伪节点、悬挂节点的含义及产生的原因分析；利用GIS软件编辑矢量图形；图形拼接的方法和工作步骤；拓扑关系所表达的实体关系；建立拓扑关系的目的和意义；建立多边形拓扑关系的基本原理和方法；建立网络拓扑关系的基本原理和方法；利用GIS软件建立拓扑关系。2、难点不同的几何纠正方法的原理及适用条件；投影变换的基本原理和方法；点、线、面栅格化的基本原理；双边界搜索算法的基本原理和步骤；基于图象的矢量化方法和基本原理；矢量数据压缩算法；逐点内插中移动拟合法、加权平均法和克里金插值法的基本原理；局部函数插值法中线性内插、双线性多项式内插的基本原理；建立多边形拓扑关系的基本原理；建立网络拓扑关系的基本原理；利用GIS软件建立图形拓扑。3、学习方法对于空间数据坐标变换内容，首先通过教师讲授，了解几何校正的目的、原理和方法，常见的地图投影方式及变形特点，以及投影变换的目的、原理和方法，然后结合教师所给的具体工作任务，在实际操作中通过对比分析不同校正方法或投影变换方法所得的成果，来进一步理解几何校正和投影变换的原理，总结不同方法的适用条件。对于空间数据结构转换内容，矢量和栅格数据结构相互转换的原理相对抽象，不易掌握，可在课后到课程网站上下载多媒体课件，通过课件上很直观的动画演示来加深对原理的理解。同时，结合教师所给的具体工作任务，在实际操作中进一步理解矢量和栅格数据结构相互转换的原理和算法。数据格式间的转换是GIS数据生产工作中一项经常性工作，也是一项必需掌握的最基本的技能。首先要熟悉CAD、ARCGIS、MAPGIS等几种软件所支持的数据格式，结合教师所给的具体数据转换任务，在实际操作中重点掌握CAD和MAPGIS、CAD和ARCGIS之间的数据格式转换方法和操作步骤。空间数据压缩包括矢量数据压缩和栅格数据压缩，矢量数据压缩原理相对简单，重点掌握道格拉斯-普克法和垂距法两种压缩算法，在课程网站上发布的多媒体课件中有很直观的动画演示，可下载配合学习。结合教师所给的矢量图压缩任务，设定不同的阀值，对图形进行压缩，对比压缩效果，总结经验，并在实际操作中进一步理解原理。对于栅格数据的压缩已在项目一中的栅格数据编码中介绍，学生在自行复习的同时，可利用Photoshop软件对一幅影像图采用不同的方式进行压缩，对压缩效果进行对比分析。空间数据插值中要清楚插值的目的和意义，其插值原理不作为重点，但却是难点。其中，逐点内插中移动拟合法、加权平均法和克里金插值法的基本原理，以及局部函数插值法中线性内插、双线性多项式内插的基本原理难理解，除了课堂听老师讲解外，可在课后到课程网站上下载多媒体课件配合学习。结合教师所给的具体数据插值任务，在实际操作中进一步理解原理。图形编辑、拼接和拓扑建立是矢量化工作的最后阶段，图形质量的好坏直接影响下一步的入库工作。这部分内容主要通过矢量化项目的实施，重点突出学生的图形编辑技能训练。在项目实施中，要多动手、动脑，认真分析伪节点、悬挂节点等问题产生的原因，提出解决办法。图形拼接时要考虑投影问题，保证不同图幅投影参数一致，同时，在处理图面上的拼接问题，还要注意处理属性拼接问题。要在操作中进一步理解多边形拓扑关系和网络拓扑关系建立的目的、作用及基本原理。（四）项目三：空间数据管理1、重点数据库和数据库系统的基本概念；普通关系数据库和空间数据库的区别；空间数据组织的基本方法；空间数据管理模式；空间数据库设计的基本原理、步骤和实现方法；农村土地调查数据库建设的工作内容。2、难点四种数据模型的原理及优缺点；面向对象数据库中的几个基本概念；空间数据库设计的基本原理及方法。3、学习方法本项目实施的前提是，学生事先要具备一定的数据库基础知识。学生可教师的引导下，先复习数据库相关知识，通过分析普通关系数据库和空间数据库的区别，来理解空间数据库的基本概念。空间数据组织的方法、空间数据管理模式、空间数据库设计的基本原理和方法、农村土地调查数据库建设等内容除了通过教师讲授、实际工程案例分析来学习外，充分利用网络资源，查阅相关文献资料，了解当前流行的空间数据库管理技术及相关软件。学生在进行知识拓展的同时，要注重自学能力的培养。结合教师所给的具体建库任务，在实际操作中掌握空间数据组织及建库工作的流程、要求和方法。（五）项目四：空间查询与分析1、重点空间特征查询和空间关系查询的方法；SQL查询的实质和查询方法；基于矢量数据的叠加分析原理和方法；基于栅格数据的叠加分析原理和方法；叠加分析在实际工程和生活中的应用；点、线、面缓冲区分析的基本原理、方法及应用；最短路径分析的经典算法——Dijkstra算法的基本原理；服务点最优区位选择的基本算法；构造最小生成树的基本算法；DEM与DTM的基本概念；DEM数据的常用采集方法及主要表示方法；DEM的主要表示模型及特点；DEM的应用领域；泰森多边形的概念及三个基本特性；Delaunay三角网的构建步骤；泰森多边形的建立方法；统计分析方法及应用；利用GIS软件进行空间查询和分析；结合实际问题，综合运用各种分析方法解决问题。2、难点SQL查询语句的编写；叠加分析所涉及的交、并、差等各种逻辑运算方法的实质；最短路径分析的经典算法——Dijkstra算法的基本原理；服务点最优区位选择的基本算法；构造最小生成树的基本算法；利用DEM进行通视分析的计算方法；利用DEM进行坡度、坡向计算的方法；Delaunay三角网的构建步骤；统计分析的基本原理；结合实际问题，综合运用各种分析方法解决问题。3、学习方法学生在教师的引导下回顾空间数据库图形数据和属性数据的存储模式，以及SQL语言的基本语法和编写规则，结合教师所给的具体查询任务，在实际操作中掌握各种空间查询的基本方法和操作步骤。叠加分析内容可结合教师所给的具体任务，按照任务书的要求，利用各种叠加方式完成指定条件的地图分析，归纳交、并、差等各种逻辑运算方法的实质。缓冲区分析原理相对简单，容易理解，在完成教师所给的分析任务外，可利用课余时间上网搜索资料，了解缓冲区分析在实际工程和生活中的应用。网络分析、泰森多边形分析和统计分析原理不易掌握，除了听教师讲授、实际案例分析外，可通过课程网站下载多媒体课件，利用课件中很直观的动画演示，加强对原理知识的理解。同时，结合教师所给的具体工作任务，在实际操作中掌握相关分析原理和方法。特别要指出，在路径分析任务的实施中，网络图的编辑很重要，要注意检查网络链是否连通；在建立属性表结构时，注意所定义的字段类型是否正确；在路径分析时，根据不同的条件，设置不同的权值，对所得到的路线进行比较，分析权在路径分析中所代表的意义，进一步理解路径分析原理。DEM分析重点结合教师所给的具体任务，按照任务书的要求，利用外业测绘数据建立DEM模型，生成三维地形图，完成通视分析及坡度坡向分析。在任务实施过程中，完成操作技能的训练，掌握DEM分析基本知识。（六）项目五：GIS技术综合应用1、重点GIS与RS的技术特点、优势及综合应用；GIS与GPS的技术特点、优势及综合应用；结合实际工程，综合运用3S技术，分析并解决问题。2、难点结合实际工程，综合运用3S技术，分析并解决问题。3、学习方法本项目实施的前提是，学生事先要对GPS、RS技术及相关知识有一定的了解，熟悉GIS技术及基本原理。通过教师讲授、案例分析、演示教学、任务驱动来引导学生学习，结合教师所给的案例分析任务，重点训练学生综合运用3S技术分析并解决实际问题的能力。另外，学生可充分利用网络资源，查阅3S技术结合应用的案例及相关文献，进一步了解GIS技术的应用情况，分析GIS在案例中所起的作用。学生在进行知识拓展的同时，要注重培养自学能力、综合运用所学知识分析解决实际问题的能力。（七）项目六：地理信息产品输出1、重点地理信息可视化的方式及产品输出方式；数字地图的基本概念和功能；专题地图的基本内容；专题信息的表示方法；专题地图设计的基本内容和方法；利用GIS软件制作地图符号库；利用GIS软件绘制专题图。2、难点利用GIS软件制作地图符号库；利用GIS软件绘制专题图。3、学习方法本项目所涉及的理论知识容易理解，但需要积累一定的制图经验，才能绘制出效果较好的专题地图。通过具体项目的实施，重点训练学生利用GIS软件制作地图符号库、绘制专题图的技能，并在实际操作中掌握专题地图设计与制作的工作流程、要求和方法。特别指出，编辑符号库必须根据实际工程要求，按照国家标准图式进行；专题图制作及图幅整饰也需按照行业要求及专题图制作方法、相关标准及规范进行。三、参考书目1、《地理信息系统原理》，张东明主编，黄河水利出版社2、《地理信息系统教程》，胡鹏、黄杏元、华一新编著，武汉大学出版社3、《地理信息系统》，张超等，高等教育出版社，第一版，19954、《地理信息系统导论》，陈述彭，鲁学军，周成虎．北京：科学出版社，1999．5、《地理信息系统基础》．龚健雅．北京：科学出版社，2001．6、《地理信息系统概论》（修订版）．黄杏元，马劲松，汤勤．北京：高等教育出版社，2001．7、《地理信息系统原理与方法》．吴信才等．北京：电子工业出版社，2002.8、《地理信息系统设计与实现》．吴信才等．北京：电子工业出版社，2002．9、《现代地图学》．廖克．北京：科学出版社，2003．10、《空间分析》（第二版）．郭仁忠．北京：高等教育出版社，2001．11、《地理信息系统数据库》，张新长、马林兵、张青年，科学出版社，第一版，200512、《地理信息系统实习教程》，张超主编，高等教育出版社，2001.713、《MAPGIS软件操作手册》，武汉中地公司14、《MAPGIS地理信息系统实用教程》，武汉中地公司15、《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》，汤国安、杨昕编著，科学工作者出版社，2006四、网络资源1、地理信息系统论坛，/2、GIS帝国，/bbs3、GIS空间站，4、地理信息系统情报站，/5、数字地球，/6、中国科学院资源与环境信息系统国家重点实验室，/index_c.html7、中国科学院地理科学与资源研究所，\t"_bla