地理信息系統入門課程概述課程目標掌握GIS基本理論學習空間數據處理技術學習內容十大章節全面覆蓋理論與實踐相結合考核方式理論考試占比60%第一章：地理信息系統概述1定義與特點空間數據采集、管理、分析的計算機系統2發展歷史從簡單制圖到復雜空間分析3應用領域幾乎覆蓋所有行業4基本功能1.1什么是地理信息系統（GIS）GIS的定義采集、存儲、管理、分析、輸出空間信息的技術系統集計算機科學與地理科學于一體GIS的特點空間數據與屬性數據相結合強大的空間分析能力直觀的可視化表達1.2GIS的發展歷史20世紀60年代：起源加拿大地理信息系統誕生哈佛實驗室開發SYMAP70-80年代：快速發展商業軟件出現數據模型理論突破90年代至今：成熟與普及互聯網GIS興起移動GIS普及1.3GIS的應用領域自然資源管理森林資源監測、礦產資源規劃城市規劃土地利用規劃、城市設施布局環境保護污染監測、生態評估交通運輸1.4GIS的基本功能數據輸入各類空間數據采集與錄入數據管理空間數據庫存儲與維護數據分析空間查詢與復雜分析數據輸出地圖制圖與可視化表達第二章：地理數據模型矢量模型離散要素表達柵格模型連續現象表達TIN模型地形表面表達2.1空間數據模型概述矢量數據模型基于點、線、面幾何元素精確表達離散實體空間關系明確適合表達行政邊界等明確界限的現象柵格數據模型基于規則網格像元適合表達連續現象空間分析高效適合表達高程、溫度等連續變化的現象2.2矢量數據模型面要素表示區域和多邊形線要素表示道路和河流點要素表示離散位置2.3柵格數據模型1像元概念最小空間單元2分辨率像元大小決定精度3數據量高分辨率意味著大數據量2.4TIN模型不規則三角網由三角面組成的不規則網絡地形表達根據地形復雜度自適應調整精度構建方法德勞內三角剖分算法應用場景數字高程模型構建三維地形可視化2.5數據模型的選擇應用需求不同應用場景需要不同模型數據特征離散現象選矢量，連續現象選柵格處理效率柵格計算快，矢量關系明確精度要求高精度邊界用矢量，大區域分析用柵格第三章：空間參照系統地理坐標系統球面經緯度定位投影坐標系統平面定位轉換高程系統垂直定位基準3.1地理坐標系統經度和緯度經度：東西方向，0°-180°東西緯度：南北方向，0°-90°南北本初子午線：0°經線赤道：0°緯線球面坐標地球橢球體表面定位常用大地基準：WGS84地心直角坐標系球面距離計算復雜3.2投影坐標系統3.3高程系統大地高橢球面到地面點的距離GPS測量獲得純幾何高度正常高水準面到地面點的距離水準測量獲得考慮重力場影響中國采用1985國家高程基準3.4坐標轉換源坐標系確定原始坐標系統參數轉換方法七參數、布爾莎模型精度評估控制點誤差分析目標坐標系完成空間參照轉換第四章：數據獲取與輸入已有數據利用地圖數字化、數據轉換遙感獲取衛星影像、航空攝影定位測量GPS、全站儀測量實地調查問卷、記錄表、移動終端4.1數據來源已有地圖數字化紙質地圖掃描轉換數據格式轉換遙感影像衛星影像獲取航空攝影測量無人機航拍GPS測量實地定位數據采集高精度工程測量實地調查社會經濟調查生態環境調查4.2地圖數字化手工數字化數字化儀器描繪點對點追蹤拓撲關系構建適合小區域高精度要求掃描矢量化地圖掃描柵格化自動或半自動描邊后期編輯處理適合大批量轉換4.3遙感數據處理圖像校正幾何校正去變形輻射校正調亮度圖像增強對比度調整濾波處理圖像解譯監督分類非監督分類結果轉換柵格轉矢量地物信息提取4.4GPS數據采集GPS原理衛星定位測距設備選擇根據精度需求選擇外業采集現場點位確定數據后處理差分處理提高精度4.5數據質量控制精度評估位置精度、屬性精度檢驗數據校驗拓撲檢查，消除懸掛點和重疊數據轉換格式轉換、投影變換一致性記錄管理處理過程和質量記錄完整保存第五章：空間數據庫管理高級管理元數據管理空間數據庫特殊結構存儲關系數據管理基本表格管理5.1數據庫管理系統（DBMS）關系型數據庫表格結構存儲SQL查詢語言典型產品：Oracle,PostgreSQL良好的穩定性和安全性面向對象數據庫對象存儲方式適合復雜數據結構支持多媒體存儲適合復雜空間關系表達5.2空間數據存儲空間索引R樹索引結構四叉樹索引格網索引數據壓縮矢量數據簡化柵格數據壓縮無損與有損壓縮分布式存儲海量數據分區負載均衡高可用架構5.3數據庫設計概念模型實體關系圖(E-R圖)邏輯模型表結構設計物理模型存儲結構優化驗證與實施性能測試與調優5.4元數據管理元數據標準FGDC、ISO19115元數據錄入自動提取與手工編輯元數據檢索關鍵詞與空間范圍查詢元數據維護定期更新與審核第六章：空間分析6.1緩沖區分析單圈緩沖區單一距離緩沖均勻擴展適用于簡單影響范圍分析應用：河流兩側保護帶多圈緩沖區多層距離緩沖層級影響分析適用于影響強度遞減場景應用：噪聲衰減分區6.2疊加分析相交計算兩圖層共有區域合并合并多個要素為一個擦除從一個圖層中移除另一圖層區域裁剪用一個圖層邊界裁剪另一圖層6.3網絡分析最短路徑尋找兩點間最優路線服務區分析設施覆蓋范圍計算配送路徑優化多點配送順序規劃交通流量分析交通負荷預測與分析6.4地形分析25°坡度分析地表傾斜角度計算180°坡向分析地表傾斜方向計算85%可視域分析視點可見范圍計算6.5空間插值反距離權重法（IDW）就近取樣點加權平均距離越近權重越大計算簡單高效僅考慮距離因素適合短距離變化顯著的數據克里金法基于空間自相關理論考慮方向和距離關系需要建立變異函數模型計算復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計地圖要素布局與符號設計專題地圖特定主題數據可視化表達三維可視化立體空間數據展示Web地圖互聯網在線地圖服務7.1地圖設計原則地圖要素比例尺、指北針、圖例符號化點線面符號設計顏色設計色彩協調與視覺效果文字標注注記布局與字體選擇7.2專題地圖制作等值線圖表達連續變化現象分級統計圖區域數值分級顯示點密度圖展示空間分布密度7.3三維可視化數字高程模型（DEM）地形表面三維表達高程數據柵格模型三維模型構建建筑物三維建模貼圖與紋理處理三維場景集成地形與模型疊加場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地圖服務在線地圖發布WMS服務瓦片地圖服務地圖緩存機制交互式地圖設計用戶界面設計動態查詢功能響應式布局移動端適配移動設備兼容觸屏操作優化定位服務集成第八章：GIS軟件與開發商業軟件功能全面的專業工具開源平臺自由定制的開放系統開發工具二次開發與擴展框架8.1主流GIS軟件介紹ArcGISESRI公司產品功能最全面的商業軟件QGIS開源免費跨平臺兼容性好MapInfoPitneyBowes公司產品易用性強的桌面GIS8.2開源GIS軟件名稱主要特點適用場景GRASSGIS強大的柵格分析科研與復雜分析GeoServerOGC服務發布Web地圖服務器PostGIS空間數據庫擴展大型空間數據管理OpenLayersJavaScript前端庫Web地圖客戶端開發8.3WebGIS開發地圖API百度地圖API高德地圖APIOpenLayersLeafletMapboxGL空間數據服務WMS(網絡地圖服務)WFS(網絡要素服務)WCS(網絡覆蓋服務)(網絡處理服務)瓦片地圖服務8.4移動GIS移動數據采集外業調查工具位置服務基于位置的信息服務移動導航實時路徑規劃增強現實實景疊加虛擬信息第九章：GIS項目管理需求分析明確目標與需求系統設計方案規劃與架構數據建設數據獲取與處理系統實施開發部署與培訓維護更新持續運營與優化9.1需求分析用戶需求調研明確目標用戶群體功能需求分析確定系統核心功能業務流程梳理明確操作流程需求文檔編制形成正式需求規格9.2系統設計用戶界面人機交互層業務邏輯功能實現層3數據存儲數據管理層基礎設施硬件支撐層9.3數據建設數據采集計劃明確數據源與獲取方式制定數據標準規范數據獲取多源數據采集外業調查與內業整理數據處理數據清洗與轉換空間關系構建質量控制數據核驗與糾錯數據入庫與集成9.4系統實施硬件配置服務器選型網絡環境建設存儲系統規劃軟件部署平臺安裝與配置功能模塊集成接口開發與測試人員培訓系統操作培訓技術文檔編寫使用手冊制作9.5系統維護與更新日常維護系統監控性能優化故障診斷備份恢復安全防護數據更新策略周期性數據更新增量數據處理歷史數據歸檔數據一致性檢查更新流程規范化第十章：GIS應用案例10.1自然資源管理案例土地利用規劃土地適宜性評價用地變化監測土地資源優化配置規劃方案評估森林資源監測林相解譯與分類森林蓄積量估算林火監測與預警森林經營規劃10.2城市規劃案例城市擴展分析歷史擴張過程土地利用規劃功能區劃分公共設施選址最優位置評估交通網絡規劃道路系統優化10.3環境保護案例距離(km)污染濃度10.4災害管理案例風險評估災害風險區劃