《地理信息系统实验》教学大纲

 

一、基本信息

课程名称	地理信息系统实验				课程编号		ARGE4112
英文名称	Experiments of  Geographical Information Systems				课程类型		本专业推荐选修课
总学时	36				学分		2
实验项目数	9	验证性实验个数	1	综合性实验个数		2	设计性实验个数	6
预修课程	《地理信息系统》				适用对象		农业资源与环境专业、环境科学专业、生态学专业
课程简介 （200字左右）	《地理信息系统实验》是农业资源、环境、生态类的信息技术学科方向的一门非常重要的专业技能课，它是通过在《地理信息系统》理论课基础知识讲授的同时，所进行的基本技能训练的一个重要的教学实践环节。运用桌面地理信息系统为实验平台，进行数据输入、转换、分析与应用一整套流程的实际操作与训练。通过课程学习，使学生掌握地理信息系统的基本技能与应用方法，培养学生利用地理信息系统这一新的科学技术手段进行专题应用和分析的能力。

二、教学目标及任务

《地理信息系统实验》是环境生态类的信息技术学科方向的一门极为重要的专业技能课，它是通过在《地理信息系统》理论课基础知识讲授的同时，所进行的基本技能训练的一个重要的教学实践环节。运用桌面地理信息系统为实验平台进行一整套流程的实际操作与训练。通过课程学习，使学生系统地掌握地理信息系统的基本技能与应用方法，培养学生利用地理信息系统这一新的科学技术手段进行专题应用和分析的能力，并了解国际上GIS最新发展的分析技术与方法。

1、教学目的：通过实验，加深学生对地理信息系统基本概念、基本原理的理解；同时结合实例数据和应用模型，掌握利用地理信息系统技术分析和解决资源、环境和生态科学领域中的具体问题。

2、教学要求：通过实验要求学生熟悉以ARC/INFO和MapInfo为选例的GIS软件的基本功能，掌握GIS的主要输入和输出设备的使用方法，掌握地理数据的输入、编辑和输出方法，掌握主要的空间分析方法，并能够分析一些简单的数据，通过实验使学生得到基本技能的系统训练。

3、教学任务：数据输入（手扶跟踪数字化输入、扫描输入），数据处理（数据转换、图形编辑、系统库编辑、误差校正、投影变换等），数据管理（图形库管理、属性库管理），空间分析（查询检索、属性分析、叠加分析、缓冲区分析等），DEM的生成和相关地形因子图的提取（坡度、坡向、地形图），成果图的设计和输出等内容。

三、学时分配

 

教学课时分配

序号	实验项目名称	项目类型	计划学时	备注
1	实验一  地理信息系统软件平台安装、功能、特点	演示性	2
2	实验二  数字化	验证性	6
3	实验三   空间数据编辑处理	验证性	4
4	实验四 属性数据输入与连接	验证性	2
5	实验五   空间数据格式转换和投影变换	验证性	4
6	实验六   数字地面模型（DEM）的建立与应用	设计性	4
7	实验七   空间分析1：叠置分析——土壤资源类型划分与制图	设计性	4
8	实验八   空间分析2：缓冲区分析——水资源保护地评价	设计性	2
9	实验九  空间分析3：基于栅格的空间分析——土壤质量评价	研究创新性	4
10	实验十   查询与检索：土壤与土地利用类型分类统计	验证性	2
11	实验十一  成果输出：土壤与土地利用类型图设计与制作	设计性	2
合计			36

 

四、教学内容及教学要求

实验一  地理信息系统软件平台安装、功能、特点（2学时）

        实验目的：了解国内外常见地理信息系统软件的功能、应用与特点

        实验内容：地理信息系统软件的安装方法、实验数据的准备、软件功能演示与介绍

1、ARCGIS、MAPINFO（1学时）；2、MAPGIS、SUPERMAP以及实验数据准备（1学时）

实验要求：重点掌握ARCGIS DESKTOP的功能与特点

 

实验二  数字化（6学时）

实验目的：数字化是地理信息系统数据采集的最为重要的来源，本实验目的让学生了解手扶跟踪数字化和扫描屏幕数字化两种方法的基本工作原理和工作步骤。

实验内容：

1、地图扫描与判读；（1学时）

2、地图的几何配准（包括定义投影与坐标系统）；（2学时）

3、新建数字化图层（1学时）

4、屏幕矢量化（2学时）（点要素、线要素、面要素）

实验要求：学生能独立完成地图的扫描屏幕数字化工作，并递交相应的数字化地图数据，以备后续实验使用。同时初步了解和掌握ARC/INFO和MapInfo软件的操作。

实验难点与重点：地图几何配准方法、ARCGIS中GEOREFFERENSING模块的使用

 

实验三  空间数据编辑处理（4学时）

实验目的：空间数据的编辑、修改与质量控制是地理信息系统的又一个重要环节。由于受底图本身精度和数字化过程人为因素的影响，利用数字化仪或工程扫描仪处理后的图形精度肯定不符合实际的需求，这就需要对数字化结果进行编辑与修改，提高数据质量的准确度、精确度，以满足地理信息系统对空间数据的要求。

实验内容：

1、数据简单编辑处理（2学时）：图形要素POINT、POLYLINE、POLYGON的在ARCGIS的生成方法

2、数据高级编辑处理（2学时）：批量点要素的数据导入、精确数字化点要素；线要素的分割、融合、结点的移动与修改；面状要素的分割、合并，多边形的各种操作；要素的镜像操作、定位操作、图形捕捉、数字化过程数据质量控制

实验要求：学生能够初步掌握使用Arc/Info和MapInfo软件对数字化图件进行空间数据的编辑、图幅拼接、修改等技能。

 

实验四 属性数据输入与连接（2学时）

实验目的：让学生初步了解常用GIS软件数据模型，以及如何在数字化后进行属性数据的创建和编辑，以及如何与外来属性数据的连接。

实验内容：

1、地理要素属性数据的查看、输入、修改；（1学时）

2、地理要素属性数据与图形数据的连接、公共识别符（1学时）

实验要求：掌握利用GIS软件（ARC/INFO、MapInfo）创建和编辑简单的土壤属性数据库，以及与外部土壤调查数据表的连接。

 

实验五  空间数据格式转换和投影变换（4学时）

实验目的：让学生了解各种常用GIS数据存储格式（包括矢量和栅格），文件的构成，以及如何实现它们之间的相互转换。

实验内容：

1、常用GIS数据格式（1学时）

2、不同GIS软件平台之间的数据转换（1学时）

3、同种GIS软件平台内部不同数据格式类型之间的转换（1学时）

4、不同投影与指标系统的定义与相互转换（1学时）

实验要求：要求学生掌握常用GIS软件ArcGIS、MapInfo等之间数据的转入和转出功能，掌握对交换格式文件的简单编辑，掌握矢量数据和栅格数据之间的转换。

 

实验六  数字地面模型（DEM）的建立与应用（4学时）

实验目的：让学生掌握建立数字地面模型（DEM）的方法，并利用DEM模型提取坡度、坡向专题图，同时了解DEM模型的作用，以及基于栅格高程数据的坡度、坡向计算和表达的方法。

实验内容：

1、DEM的创建：利用数字化的高程注记点、等高线、边界等要素，创建数字高程模型DEM的软件实现（2学时）

2、DEM的应用：利用创建的DEM，进行地形地貌图的制作；地形坡度的提取、坡向提取，并制作坡度图、坡向图；三维地貌图的晕渲操作；栅格地图的分级等（2学时）

实验要求：学生能够掌握利用GIS软件（本实验内容以ARC/INFO为例）从DEM数据提取坡度、坡向的方法，并对坡度进行分级后进行面积统计。

实验重点：掌握ARCGIS中3D Analyst模块的使用与操作。

 

实验七  空间分析1：叠置分析——土壤资源类型划分与制图（4学时）

实验目的：在土壤和土地科学研究中，经常涉及多要素的综合研究。如进行各类适宜性评价时，既要考虑各类评价因子数据的获取和模型计算，又要考虑评价单元的确定，这其中就涉及到空间图层的叠加分析技术。本实验的目的是让学生了解空间叠加技术的作用及如何与专业模型结合进行应用。

实验内容：

1、GIS空间叠置分析与软件操作（OVERLAY）（2学时）

2、GIS空间叠置分析应用实例分析——土壤资源类型划分与制图（2学时）

实验要求：学生掌握：①了解空间叠加技术的各类具体方法；②掌握利用ARC/INFO软件来实现空间叠加技术的操作。

 

实验八  空间分析2：缓冲区分析——水资源保护地评价（4学时）

实验目的：是让学生了解缓冲区分析的作用及如何与专业模型结合进行应用。

实验内容：

1、GIS缓冲区分析——BUFFER操作（1学时）

2、点、线、面的缓冲区分析——多重缓冲区分析（1学时）

3、缓冲区分析应用实例分析——水资源保护地评价（2学时）

实验要求：要求学生掌握：①了解缓冲区分析的各类具体方法；②掌握利用ARC/INFO和MapInfo软件来实现缓冲区分析技术的操作。

 

实验九  空间分析3：基于栅格的空间分析——土壤质量评价（4学时）

实的目的：是让学生了解基于栅格数据的空间分析技术的概念和基本方法，了解如何利用该分析技术来进行专业上的应用。

实验内容：

1、GIS栅格分析、软件ARCGIS的Spatial Analyst模块的使用（1学时）

2、指数和评价方法原理与GIS平台的集成（1学时）

3、GIS空间插值技术——距离加权平均插值IDW、样条插值SPRING、克里金插值KRIGING（1学时）

4、GIS栅格数据的空间分析实例分析——土壤质量评价的GIS软件实现技术（1学时）

实验要求：学生可以掌握：①如何进行基于栅格数据的各种叠加运算操作；②如何进行基于栅格的空间插值分析。

实验重点：栅格数据各种叠加运算操作、空间插值技术

 

实验十  查询与检索：土壤与土地利用类型分类统计（2学时）

实验目的：让学生了解地理信息系统的主要空间数据查询方式和实际的操作过程，以及如何利用空间数据查询来实现各种应用。

实验内容：

1、GIS的属性查询方法

2、GIS的空间查询方法

实验要求：要求学生掌握利用ARC/INFO和MapInfo软件实现开窗查询、综合属性查询、拓扑查询和SQL查询。

 

实验十一  成果输出：土壤与土地利用类型图设计与制作（2学时）

实验目的：是让学生初步了解制图的要素和基本规范，了解专题成果图件的设计方法和输出。

实验内容：

1、电子地图的制作规范与注意事项

2、专题成果图制作的GIS软件操作

实验要求：要求学生掌握：①如何进行专题图件基本要素，如图框、图例、比例尺、指北针等的规范设计；②如何利用GIS软件（ARC/INFO、MapInfo）进行专题图件的制作和输出。

 

五、考核方式及要求

采用平时实验成绩与实验报告评价相结合的方式考察学生本课程实践能力掌握的程度，其中实验报告占总成绩60％，平时成绩占总成绩40％。

 

六、推荐教材及教学参考书

教材：

讲义：《地理信息系统实验》（美高梅官网正网遥感与信息系统实验室，2002年）

 

教学参考书：

党安荣等，《ARCGIS DESKTOP教程》，清华大学出版社，2003；    

 

七、说明

地理信息系统实验是一门实践性、综合性、交叉性很强的边缘学科，在全国农业院校中面向本科生率先开设，要求学生在课堂做好实验和实践，掌握基本技能与方法的同时，应该加强课堂以外练习与实践，提高动手能力。

 

大纲修订人：姜小三

大纲审定人：李荣

修订日期：2015年4月28日