武汉大学地理信息系统原理28讲视频由游涟 程雄 胡鹏主讲

“地理信息系统教程”是原武汉测绘科技大学最早开设的课程之一，至今具有27年的历史，其前身为制图系的“计算机制图”。由于计算机技术、现代通信技术等支撑技术拉动以及环境、资源、城市规划、资源等应用领域的需求拉动，起源于计算机地图制图的地理信息系统发展迅速，本院追随学科发展，针对人才培养的要求，于上个世纪九十年代中期率先将“计算机制图”演变为“地理信息系统”。由游涟 程雄 胡鹏主讲。

《地理信息系统原理》课程教学大纲

课程代码：214008

课程负责人：胡鹏教授  杜清运 教授

课程中文名称: 地理信息系统原理（以2004级培养方案中的课程名程为准）

课程英文名称：Principles of Geographic Information System

课程类别：必修

课程学分数：2.5

课程学时数：45

授课对象：地理信息系统专业学生

本课程的前导课程：数据库原理及应用，数字测图原理与方法，地图投影与变换，计算机图形学，数字地图制图原理，数字测图课程设计等。

一、教学目的和要求

要求通过本课程的学习，能够掌握地理信息系统的基本理论和技术方法，了解它的主要应用领域和发展方向，为从事地理信息系统的应用、开展和研究奠定理论与技术基础。

二、课程内容与学时分配

课程内容与学时分配表

第一章 GIS绪论

   第一节 GIS概念

   内容 GIS各种定义，分析GIS与其他信息系统的不同及关系，GIS相关学科介绍。

   重点讲授地理信息特征、GIS概念和特点。

第二节 GIS构成

   内容从GIS的系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员四方面介绍GIS的构成。

   重点讲授空间数据和GIS应用模型。

第三节 GIS的功能与应用

   内容  GIS基本功能和应用功能。

   重点讲授 GIS基本功能。

第四节 GIS发展动态

   内容 GIS发展简史和当代GIS发展动态，Web GIS原理和特点、意义。

   重点讲授当代GIS发展动态，Web GIS建立的大致方法。

第二章 GIS空间数据结构和数据模型

   第一节空间数据结构概述

   内容空间实体及其描述。

   重点讲授地理实体的特征和描述地理实体数据的类型。

第二节 矢量数据结构和栅格数据结构

   内容各种矢量数据结构和栅格数据结构。

   重点讲授拓扑矢量数据结构和四叉树栅格编码方式。

第三节 矢栅比较和矢栅一体化数据结构

   内容 矢量、栅格数据结构的各自优缺点和相互转换的方法，矢栅一体化数据结构的概念和组织数据的方法。

   重点讲授 矢栅数据结构的不同，相互转换方法，用矢栅一体化的概念组织数据的思想。

第四节 三维数据模型

   内容  常见的几种三维数据结构。

   重点讲授三维边界法和八叉树结构。

第五节 数据模型概述

   内容数据库概念，层次、网状、关系及对象数据模型和时空数据模型。

   重点讲授  数据模型含义及相关概念，对象数据模型组织数据的方法及相关概念。

第六节 GIS数据模型

   内容  GIS统一组织空间数据和属性数据的几种方法。

   重点讲授分析传统数据模型存在的问题关系，目前GIS解决该问题的方法。

第七节 GIS数据库的设计

   内容数据的管理模式，空间数据库的设计、建立和维护。

   重点讲授空间数据库的设计、建立和维护。

第三章 GIS数据采集和质量控制 

第一节 概述

   内容 GIS数据源，空间数据采集的任务，研究数据质量的意义。

   重点讲授　GIS数据源。

第二节 GIS地理基础

   内容  空间数据的地理参照系和控制基础。

   重点讲授空间数据的地理参照系和地图投影。

第三节 地理实体分类与数据编码

   内容地理实体的几种分类方法和编码方法。

   重点讲授属性数据的分类分级方法。

第四节 空间数据采集

   内容几何数据和属性数据的采集方法，和几种常用空间数据检核方法。

   重点讲授 地图跟踪数字化和扫描数字化方法，常见的空间数据输入误差和检核方法。

第五节 空间数据质量

   内容 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 GIS数据质量内容和类型和常用数据质量的评价方法。

第六节 空间数据标准

   内容空间数据标准的内容和空间元数据。

   重点讲授空间数据交换标准，元数据作用和内容。

第四章 空间数据处理

第一节 矢量拓扑的自动建立

   内容矢量拓扑的自动建立算法。

   重点讲授链的组织，结点匹配和建立多边形。

第二节 矢量数据的图形编辑

   内容矢量数据的图形编辑算法。

   重点讲授点、线、面的捕捉和图形编辑的数据组织。

第三节 空间数据坐标转换

   内容几何纠正和投影变换。

   重点讲授几何纠正和投影变换方法。

第四节 空间数据的压缩处理和数据结构转换

   内容空间数据的压缩目的、方法和数据结构转换内容。

   重点讲授矢量和栅格数据压缩方法及矢栅转换。

第五节 空间数据的插值方法

   内容外推、内插的概念，GIS常用的内插方法，内插生成DEM。

   重点讲授 DEM内插。

第六节 图像数据处理

   内容图像增强、二值图像处理、图像的特征提取和分析。

   重点讲授图像增强、二值图像处理、图像的特征提取和分析的基本方法。

第七节 空间数据的更新处理

   内容利用遥感（RS），全球定位系统GPS更新GIS数据的方法。

   重点讲授 3S集成和应用实例。

第五章 空间查询与空间分析

第一节 空间数据查询

   内容空间数据查询的含义、GIS空间查询方法和结果显示

   重点讲授 GIS空间查询方法。

第二节 空间数据的统计分析

   内容基本统计量的计算和常用的统计数据的分类分级算法

   重点讲授 属性数据的集中特征数和离散特征数，系统聚类法和最优分割分级法。

第三节 DTM分析

   内容基于DEM的信息提取和可视化分析。

   重点讲授坡度、坡向计算和剖面分析、通视分析。

第四节 叠置分析

   内容基于矢量数据和栅格数据的叠置分析

   重点讲授矢量数据叠置的内容和位置误差，单层和多层栅格数据的叠置分析

第五节 缓冲区分析和泰森多边形分析。

   内容基于矢量数据、栅格数据的缓冲区分析和泰森多边形分析含义及建立。

   重点讲授矢量数据的缓冲区分析和泰森多边形分析建立方法。

第六节 网络分析

   内容网络分析内容和基本算法。

   重点讲授路径分析和最小费用最大流分析算法。

第八节 空间分析模型

   内容模型概念、模型分析和GIS空间分析模型，空间决策支持。

   重点讲授 GIS常用空间分析模型和间决策支持步骤。

第六章 空间信息可视化

第一节 概述

   内容空间信息基本特征，可视化概念和空间信息可视化的形式。

   重点讲授空间信息与可视化的关系和空间信息可视化的形式。

第二节 地图语言与符号库（自学）

   内容地图色彩和地图符号和符号库、汉字库，色彩库。

   重点讲授地图符号的分类和点、线、面符号的建立。

第三节 空间数据的可视化

   内容空间数据可视化流程。

   重点讲授从地理数据库中检索图形数据，预处理和符号化。

第四节 电子地图、动态地图和VR技术

   内容电子地图、动态地图和VR技术的概念和相关技术。

   重点讲授电子地图系统结构和开发技术，动态地图的实现，VR的主要类型和主要功能。

第七章 地理信息系统的应用

 第一节 3S集成

  内容 3S集成的概述

  重点讲授 3S集成的意义

第二节 3S集成

  内容 GIS与全球定位系统和遥感的结合

  重点讲授 3S集成的途径和实例

第三节 WEBGIS的应用

  内容 WEBGIS的原理、特点意义和应用实例

  重点讲授 WEBGIS的原理和应用实例

第四节 GIS在管理、决策等方面的应用

  内容 GIS在管理、决策等方面的要求和应用实例

  重点讲授 GIS在管理、决策等方面的应用实例

第八章GIS开发与评价

第一节 GIS开发方法

   内容各种常见的软件工程开发方法。

   重点讲授 GIS工程开发的结构化周期法。

第二节 GIS开发过程

   内容 GIS开发过程的主要四个阶段：系统调查分析，系统设计和系统实施、系统运行和维护。

  重点讲授 GIS开发的各阶段内容和任务。

第三节 GIS系统的评价指标和方法

内容 GIS系统评价的目的、评价指标和评价报告。

重点讲授 GIS系统评价指标

课间实习（12学时）

 GIS软件：ARCGIS 9.0，主要掌握Arc/info Workstation模块。

实习1（3学时）：了解ARC/INFO的基本概念及ARCGIS系统体系，熟悉ARC/INFO空间数据、属性数据的输入。

实习2（3学时）：数据编辑与拓扑关系建立。

实习3（3学时）：了解ARC/INFO的空间分析功能，掌握缓冲区与叠置分析。

实习4（3学时）：综合操作及结果输出（符号化）。

三、教材与参考书

教材：《地理信息系统教程》第一版，胡鹏等，武汉大学出版社，2002；

参考书：[1]《地理信息系统原理与方法》第一版，吴信才，电子工业出版社，2002；

[2]《地理信息系统原理、方法和应用》第一版，邬伦等，科学出版社，2001。

[3] 地理信息系统原理与方法, 边馥苓 ,测绘出版社，1996。

四、作业和考核方式

三次大作业：1）矢量、栅格编码方法练习。

            2）练习用GIS技术解决具体空间问题的大致思路与步骤。

            3）查询资料，谈谈目前GIS在我国的应用现状。

考核方式：三次作业各15%+平时出勤10%+期末笔试45%。

一、课程发展的主要历史沿革

地理信息系统教程”是原武汉测绘科技大学最早开设的课程之一，至今具有27年的历史，其前身为制图系的“计算机制图”。由于计算机技术、现代通信技术等支撑技术拉动以及环境、资源、城市规划、资源等应用领域的需求拉动，地理信息系统发展迅速，本院追随学科发展，针对人才培养的要求，于上个世纪九十年代中期率先将“计算机制图”演变为“地理信息系统”，本课程的主要发展历程可总结为以下四个阶段：

1978-1986年：授课对象是测绘专业的本科生，主要教学目的是该专业培养学生的计算机自动制图和地图综合等方面技能。限于当时的学科发展水平，整个教学过程没有相对固定的教材，主要授课教师有徐庆荣、毋河海、黄伟、杜道生、胡鹏、费立凡等。

1986-1991年：随着计算机技术的兴起和地理空间学科的发展，“地理信息系统”作为一个学科才开始正式出现，并逐渐替代“计算机制图”成为一种更为综合性、理论基础更广的学科。当时主要授课学生为测绘、地理类专业的本科生，主要的教学目的是培养他们以计算机为手段，来采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息等方面的能力，主要授课教师有胡鹏、刘耀林、李霖、杜清运等，由于该课程是一门新学科，教材主要是各教师自己编写的讲义。

1991-2000：是本课程长足发展的时期，地理信息系统有关空间分析、推理等方面的理论和算法不断的出现和完善，为其在各行业中的应用奠定了坚实的理论基础，与此同时，该课程的教学也开始逐渐完善，此阶段主要授课对象是测绘类、信息类、地理类专业的本科生，主要目的是培养其具备计算机地图制图、地图学与地理信息系统的等方面系统而完备的知识，主要授课教师有胡鹏、刘耀林、郭庆胜、杜清运、游涟、程雄等，主要教材有黄杏元等编著的《地理信息系统概论》高等教育出版社。

2000年至今：是该课程走向成熟化和正规化的时期，针对该课程教学内容发展很快, 内容广泛、1996年,测绘教材委员会“九五重点学科”建设栏目决定编写全国通用的课程教材，由原武汉测绘科技大学、南京大学、郑州测绘学院等三校联合编写“地理信息系统教程”，该书2002年由武汉大学出版社出版，同时，还发布了新世纪网络教程----地理信息系统网络教程的网络版和光盘版（高等教育出版社）。实践教学方面，主要以最常用的GIS软件—ArcInfo和MapInfo进行实习，针对软件的不断升级，程雄等不断更新实习内容，编写了三版《GIS实习指导书》（97、99、2002）作为校内教材，并于2004年正式出版了该课程的配套实习教材--《GIS软件应用》。该课程于2003年获湖北省优质课程和2003年武汉大学精品课程光荣称号，GIS软件课程的授课对象除以前的一些专业的本科生外，城市规划、环境工程信息工程、测量工程等专业的本科生也开始学习该门课程。主要授课教师有胡鹏、刘耀林、杜清运、游涟、程雄、吴艳兰、蔡忠亮等。

二、教学内容

2.以国家级重点学科（地图学与地理信息系统）为依托；

3.以教育部地理信息系统重点实验室为课程教学和科研的基地；

4.以国家新世纪网络课程-地理信息系统教程为课外自学辅助；

5.具备以博士导师为主体、青年教师博士化的优化组合的教师队伍；

6.双语教学示范课程之一；

7.使用自己主编的理论与实践配套的教材、课件、实习辅助软件；

8.设置了《GIS原理与应用》的课间实习、《GIS软件应用》综合实习、GIS课程设计、大学生课外科研等多层次、多形式的实践环节，符合首先深入理解，然后再全面掌握、设计与创新，最后进行自主科研的自然过程，侧重培养学生自学能力和创新思维能力，提高了学生的综合素质，并涌现大量的优秀学生成果；

9.通过对课程的学习，学生的实践能力得到提高，并涌现大量的优秀学生成果；

10.不断搜集、整理与展示优秀学生实践成果，拓展学生思维，激发学生学习热情与兴趣。侧重于培养学生自学能力和创新思维能力，从而提高了学生的综合素质；

11.2003年湖北省高校优质课程之一。

四、课程自我评价

通过对《地理信息系统原理》课程的建设和改革，该课程在网络教材建设、网络课件建设、现代化手段教学、教学方法研究、实践教学环节改革、开展第二课堂活动等方面，形成了具有特色的、配套的有自主知识产权的教学资源和教学环境，并在校内外得到广泛应用。该课程建设在国内处于先进行列。

五、目前本课程还存在的不足之处

1. 授课课件、辅导课件、自学课件有待进一步完善；

2. 配套外语教材有待编写

3. 网上虚拟实验室有待建设。

六、课程建设目标、规划及步骤

建设目标

以现代教育思想为指导，根据GIS学科的发展，结合国内外科研和教学成果，不断更新和补充教学内容，进一步完善教材；根据教学内容灵活运用各种教学方法，充分运用现代教育技术和教学手段，使学生在掌握GIS基本理论和方法的基础上，具有应用GIS技术分析、解决实际问题的能力和一定的创新能力。同时提高课程组成员的教学质量和教学水平。把本课程建设成具有特色的、教学效果显著的国家精品课程。

实现上述目标采取的步骤和措施

积极开展学术研究活动，不断提高课程组成员的学术水平和科研能力；

1. 积极开展教学研究活动，不断提高课程组成员的教学水平，形成一支相对稳定、结构合理、治学严谨、教书育人的高素质教学队伍；

2. 根据GIS学科的发展，结合国内外科研和教学成果，不断更新和补充教学内容，进一步完善教材和教学课件；

3.进一步改革实践教学，设计具有综合性、研究性和创新性的实习内容，并配套的完善实习指导书和实习教学课件，以培养学生的实际动手与创新能力；

4．加强《GIS原理》课程的网络资源建设，在网上提供更丰富的网络教学资源。

课程资源上网计划

2005.9-2005.12 进一步完善和更新已经上网的教学资源 ，实现该课程的测试系统 ；

2006.1-2006.12实现该课程的全部网络教学课件和实践教学课件上网；

2007.1-2007.12更多的教学录像上网 和建立网上虚拟实验室。