地理信息系統(tǒng)入門(mén)課程概述課程目標(biāo)掌握GIS基本理論學(xué)習(xí)空間數(shù)據(jù)處理技術(shù)學(xué)習(xí)內(nèi)容十大章節(jié)全面覆蓋理論與實(shí)踐相結(jié)合考核方式理論考試占比60%第一章：地理信息系統(tǒng)概述1定義與特點(diǎn)空間數(shù)據(jù)采集、管理、分析的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2發(fā)展歷史從簡(jiǎn)單制圖到復(fù)雜空間分析3應(yīng)用領(lǐng)域幾乎覆蓋所有行業(yè)4基本功能1.1什么是地理信息系統(tǒng)（GIS）GIS的定義采集、存儲(chǔ)、管理、分析、輸出空間信息的技術(shù)系統(tǒng)集計(jì)算機(jī)科學(xué)與地理科學(xué)于一體GIS的特點(diǎn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)相結(jié)合強(qiáng)大的空間分析能力直觀的可視化表達(dá)1.2GIS的發(fā)展歷史20世紀(jì)60年代：起源加拿大地理信息系統(tǒng)誕生哈佛實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)SYMAP70-80年代：快速發(fā)展商業(yè)軟件出現(xiàn)數(shù)據(jù)模型理論突破90年代至今：成熟與普及互聯(lián)網(wǎng)GIS興起移動(dòng)GIS普及1.3GIS的應(yīng)用領(lǐng)域自然資源管理森林資源監(jiān)測(cè)、礦產(chǎn)資源規(guī)劃城市規(guī)劃土地利用規(guī)劃、城市設(shè)施布局環(huán)境保護(hù)污染監(jiān)測(cè)、生態(tài)評(píng)估交通運(yùn)輸1.4GIS的基本功能數(shù)據(jù)輸入各類空間數(shù)據(jù)采集與錄入數(shù)據(jù)管理空間數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)與維護(hù)數(shù)據(jù)分析空間查詢與復(fù)雜分析數(shù)據(jù)輸出地圖制圖與可視化表達(dá)第二章：地理數(shù)據(jù)模型矢量模型離散要素表達(dá)柵格模型連續(xù)現(xiàn)象表達(dá)TIN模型地形表面表達(dá)2.1空間數(shù)據(jù)模型概述矢量數(shù)據(jù)模型基于點(diǎn)、線、面幾何元素精確表達(dá)離散實(shí)體空間關(guān)系明確適合表達(dá)行政邊界等明確界限的現(xiàn)象柵格數(shù)據(jù)模型基于規(guī)則網(wǎng)格像元適合表達(dá)連續(xù)現(xiàn)象空間分析高效適合表達(dá)高程、溫度等連續(xù)變化的現(xiàn)象2.2矢量數(shù)據(jù)模型面要素表示區(qū)域和多邊形線要素表示道路和河流點(diǎn)要素表示離散位置2.3柵格數(shù)據(jù)模型1像元概念最小空間單元2分辨率像元大小決定精度3數(shù)據(jù)量高分辨率意味著大數(shù)據(jù)量2.4TIN模型不規(guī)則三角網(wǎng)由三角面組成的不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)地形表達(dá)根據(jù)地形復(fù)雜度自適應(yīng)調(diào)整精度構(gòu)建方法德勞內(nèi)三角剖分算法應(yīng)用場(chǎng)景數(shù)字高程模型構(gòu)建三維地形可視化2.5數(shù)據(jù)模型的選擇應(yīng)用需求不同應(yīng)用場(chǎng)景需要不同模型數(shù)據(jù)特征離散現(xiàn)象選矢量，連續(xù)現(xiàn)象選柵格處理效率柵格計(jì)算快，矢量關(guān)系明確精度要求高精度邊界用矢量，大區(qū)域分析用柵格第三章：空間參照系統(tǒng)地理坐標(biāo)系統(tǒng)球面經(jīng)緯度定位投影坐標(biāo)系統(tǒng)平面定位轉(zhuǎn)換高程系統(tǒng)垂直定位基準(zhǔn)3.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)經(jīng)度和緯度經(jīng)度：東西方向，0°-180°東西緯度：南北方向，0°-90°南北本初子午線：0°經(jīng)線赤道：0°緯線球面坐標(biāo)地球橢球體表面定位常用大地基準(zhǔn)：WGS84地心直角坐標(biāo)系球面距離計(jì)算復(fù)雜3.2投影坐標(biāo)系統(tǒng)3.3高程系統(tǒng)大地高橢球面到地面點(diǎn)的距離GPS測(cè)量獲得純幾何高度正常高水準(zhǔn)面到地面點(diǎn)的距離水準(zhǔn)測(cè)量獲得考慮重力場(chǎng)影響中國(guó)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)3.4坐標(biāo)轉(zhuǎn)換源坐標(biāo)系確定原始坐標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)換方法七參數(shù)、布爾莎模型精度評(píng)估控制點(diǎn)誤差分析目標(biāo)坐標(biāo)系完成空間參照轉(zhuǎn)換第四章：數(shù)據(jù)獲取與輸入已有數(shù)據(jù)利用地圖數(shù)字化、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換遙感獲取衛(wèi)星影像、航空攝影定位測(cè)量GPS、全站儀測(cè)量實(shí)地調(diào)查問(wèn)卷、記錄表、移動(dòng)終端4.1數(shù)據(jù)來(lái)源已有地圖數(shù)字化紙質(zhì)地圖掃描轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換遙感影像衛(wèi)星影像獲取航空攝影測(cè)量無(wú)人機(jī)航拍GPS測(cè)量實(shí)地定位數(shù)據(jù)采集高精度工程測(cè)量實(shí)地調(diào)查社會(huì)經(jīng)濟(jì)調(diào)查生態(tài)環(huán)境調(diào)查4.2地圖數(shù)字化手工數(shù)字化數(shù)字化儀器描繪點(diǎn)對(duì)點(diǎn)追蹤拓?fù)潢P(guān)系構(gòu)建適合小區(qū)域高精度要求掃描矢量化地圖掃描柵格化自動(dòng)或半自動(dòng)描邊后期編輯處理適合大批量轉(zhuǎn)換4.3遙感數(shù)據(jù)處理圖像校正幾何校正去變形輻射校正調(diào)亮度圖像增強(qiáng)對(duì)比度調(diào)整濾波處理圖像解譯監(jiān)督分類非監(jiān)督分類結(jié)果轉(zhuǎn)換柵格轉(zhuǎn)矢量地物信息提取4.4GPS數(shù)據(jù)采集GPS原理衛(wèi)星定位測(cè)距設(shè)備選擇根據(jù)精度需求選擇外業(yè)采集現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位確定數(shù)據(jù)后處理差分處理提高精度4.5數(shù)據(jù)質(zhì)量控制精度評(píng)估位置精度、屬性精度檢驗(yàn)數(shù)據(jù)校驗(yàn)拓?fù)錂z查，消除懸掛點(diǎn)和重疊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式轉(zhuǎn)換、投影變換一致性記錄管理處理過(guò)程和質(zhì)量記錄完整保存第五章：空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理高級(jí)管理元數(shù)據(jù)管理空間數(shù)據(jù)庫(kù)特殊結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)關(guān)系數(shù)據(jù)管理基本表格管理5.1數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)表格結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)SQL查詢語(yǔ)言典型產(chǎn)品：Oracle,PostgreSQL良好的穩(wěn)定性和安全性面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象存儲(chǔ)方式適合復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)支持多媒體存儲(chǔ)適合復(fù)雜空間關(guān)系表達(dá)5.2空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間索引R樹(shù)索引結(jié)構(gòu)四叉樹(shù)索引格網(wǎng)索引數(shù)據(jù)壓縮矢量數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化柵格數(shù)據(jù)壓縮無(wú)損與有損壓縮分布式存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)分區(qū)負(fù)載均衡高可用架構(gòu)5.3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概念模型實(shí)體關(guān)系圖(E-R圖)邏輯模型表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物理模型存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)優(yōu)化驗(yàn)證與實(shí)施性能測(cè)試與調(diào)優(yōu)5.4元數(shù)據(jù)管理元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)FGDC、ISO19115元數(shù)據(jù)錄入自動(dòng)提取與手工編輯元數(shù)據(jù)檢索關(guān)鍵詞與空間范圍查詢?cè)獢?shù)據(jù)維護(hù)定期更新與審核第六章：空間分析6.1緩沖區(qū)分析單圈緩沖區(qū)單一距離緩沖均勻擴(kuò)展適用于簡(jiǎn)單影響范圍分析應(yīng)用：河流兩側(cè)保護(hù)帶多圈緩沖區(qū)多層距離緩沖層級(jí)影響分析適用于影響強(qiáng)度遞減場(chǎng)景應(yīng)用：噪聲衰減分區(qū)6.2疊加分析相交計(jì)算兩圖層共有區(qū)域合并合并多個(gè)要素為一個(gè)擦除從一個(gè)圖層中移除另一圖層區(qū)域裁剪用一個(gè)圖層邊界裁剪另一圖層6.3網(wǎng)絡(luò)分析最短路徑尋找兩點(diǎn)間最優(yōu)路線服務(wù)區(qū)分析設(shè)施覆蓋范圍計(jì)算配送路徑優(yōu)化多點(diǎn)配送順序規(guī)劃交通流量分析交通負(fù)荷預(yù)測(cè)與分析6.4地形分析25°坡度分析地表傾斜角度計(jì)算180°坡向分析地表傾斜方向計(jì)算85%可視域分析視點(diǎn)可見(jiàn)范圍計(jì)算6.5空間插值反距離權(quán)重法（IDW）就近取樣點(diǎn)加權(quán)平均距離越近權(quán)重越大計(jì)算簡(jiǎn)單高效僅考慮距離因素適合短距離變化顯著的數(shù)據(jù)克里金法基于空間自相關(guān)理論考慮方向和距離關(guān)系需要建立變異函數(shù)模型計(jì)算復(fù)雜但精度高適合較大范圍插值6.6柵格分析第七章：地圖制圖與可視化地圖設(shè)計(jì)地圖要素布局與符號(hào)設(shè)計(jì)專題地圖特定主題數(shù)據(jù)可視化表達(dá)三維可視化立體空間數(shù)據(jù)展示W(wǎng)eb地圖互聯(lián)網(wǎng)在線地圖服務(wù)7.1地圖設(shè)計(jì)原則地圖要素比例尺、指北針、圖例符號(hào)化點(diǎn)線面符號(hào)設(shè)計(jì)顏色設(shè)計(jì)色彩協(xié)調(diào)與視覺(jué)效果文字標(biāo)注注記布局與字體選擇7.2專題地圖制作等值線圖表達(dá)連續(xù)變化現(xiàn)象分級(jí)統(tǒng)計(jì)圖區(qū)域數(shù)值分級(jí)顯示點(diǎn)密度圖展示空間分布密度7.3三維可視化數(shù)字高程模型（DEM）地形表面三維表達(dá)高程數(shù)據(jù)柵格模型三維模型構(gòu)建建筑物三維建模貼圖與紋理處理三維場(chǎng)景集成地形與模型疊加場(chǎng)景渲染與光照交互式瀏覽視角控制與漫游查詢與分析功能7.4Web地圖服務(wù)在線地圖發(fā)布WMS服務(wù)瓦片地圖服務(wù)地圖緩存機(jī)制交互式地圖設(shè)計(jì)用戶界面設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)查詢功能響應(yīng)式布局移動(dòng)端適配移動(dòng)設(shè)備兼容觸屏操作優(yōu)化定位服務(wù)集成第八章：GIS軟件與開(kāi)發(fā)商業(yè)軟件功能全面的專業(yè)工具開(kāi)源平臺(tái)自由定制的開(kāi)放系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具二次開(kāi)發(fā)與擴(kuò)展框架8.1主流GIS軟件介紹ArcGISESRI公司產(chǎn)品功能最全面的商業(yè)軟件QGIS開(kāi)源免費(fèi)跨平臺(tái)兼容性好MapInfoPitneyBowes公司產(chǎn)品易用性強(qiáng)的桌面GIS8.2開(kāi)源GIS軟件名稱主要特點(diǎn)適用場(chǎng)景GRASSGIS強(qiáng)大的柵格分析科研與復(fù)雜分析GeoServerOGC服務(wù)發(fā)布Web地圖服務(wù)器PostGIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)展大型空間數(shù)據(jù)管理OpenLayersJavaScript前端庫(kù)Web地圖客戶端開(kāi)發(fā)8.3WebGIS開(kāi)發(fā)地圖API百度地圖API高德地圖APIOpenLayersLeafletMapboxGL空間數(shù)據(jù)服務(wù)WMS(網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù))WFS(網(wǎng)絡(luò)要素服務(wù))WCS(網(wǎng)絡(luò)覆蓋服務(wù))(網(wǎng)絡(luò)處理服務(wù))瓦片地圖服務(wù)8.4移動(dòng)GIS移動(dòng)數(shù)據(jù)采集外業(yè)調(diào)查工具位置服務(wù)基于位置的信息服務(wù)移動(dòng)導(dǎo)航實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)景疊加虛擬信息第九章：GIS項(xiàng)目管理需求分析明確目標(biāo)與需求系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案規(guī)劃與架構(gòu)數(shù)據(jù)建設(shè)數(shù)據(jù)獲取與處理系統(tǒng)實(shí)施開(kāi)發(fā)部署與培訓(xùn)維護(hù)更新持續(xù)運(yùn)營(yíng)與優(yōu)化9.1需求分析用戶需求調(diào)研明確目標(biāo)用戶群體功能需求分析確定系統(tǒng)核心功能業(yè)務(wù)流程梳理明確操作流程需求文檔編制形成正式需求規(guī)格9.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)用戶界面人機(jī)交互層業(yè)務(wù)邏輯功能實(shí)現(xiàn)層3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)管理層基礎(chǔ)設(shè)施硬件支撐層9.3數(shù)據(jù)建設(shè)數(shù)據(jù)采集計(jì)劃明確數(shù)據(jù)源與獲取方式制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)據(jù)獲取多源數(shù)據(jù)采集外業(yè)調(diào)查與內(nèi)業(yè)整理數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)清洗與轉(zhuǎn)換空間關(guān)系構(gòu)建質(zhì)量控制數(shù)據(jù)核驗(yàn)與糾錯(cuò)數(shù)據(jù)入庫(kù)與集成9.4系統(tǒng)實(shí)施硬件配置服務(wù)器選型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境建設(shè)存儲(chǔ)系統(tǒng)規(guī)劃軟件部署平臺(tái)安裝與配置功能模塊集成接口開(kāi)發(fā)與測(cè)試人員培訓(xùn)系統(tǒng)操作培訓(xùn)技術(shù)文檔編寫(xiě)使用手冊(cè)制作9.5系統(tǒng)維護(hù)與更新日常維護(hù)系統(tǒng)監(jiān)控性能優(yōu)化故障診斷備份恢復(fù)安全防護(hù)數(shù)據(jù)更新策略周期性數(shù)據(jù)更新增量數(shù)據(jù)處理歷史數(shù)據(jù)歸檔數(shù)據(jù)一致性檢查更新流程規(guī)范化第十章：GIS應(yīng)用案例10.1自然資源管理案例土地利用規(guī)劃土地適宜性評(píng)價(jià)用地變化監(jiān)測(cè)土地資源優(yōu)化配置規(guī)劃方案評(píng)估森林資源監(jiān)測(cè)林相解譯與分類森林蓄積量估算林火監(jiān)測(cè)與預(yù)警森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃10.2城市規(guī)劃案例城市擴(kuò)展分析歷史擴(kuò)張過(guò)程土地利用規(guī)劃功能區(qū)劃分公共設(shè)施選址最優(yōu)位置評(píng)估交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃道路系統(tǒng)優(yōu)化10.3環(huán)境保護(hù)案例距離(km)污染濃度10.4災(zāi)害管理案例風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃