《遙感與GIS應(yīng)用》-教學(xué)大綱

《遙感與GIS應(yīng)用》教學(xué)大綱課程編號(hào)：012253A課程類(lèi)型：□通識(shí)教育必修課□通識(shí)教育選修課□學(xué)科基礎(chǔ)課R專(zhuān)業(yè)核心課□專(zhuān)業(yè)提升課□專(zhuān)業(yè)拓展課總學(xué)時(shí)：48講課學(xué)時(shí)：16實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）學(xué)時(shí)：32學(xué)分：3考試類(lèi)型：R考試□考查適用對(duì)象：城市管理專(zhuān)業(yè)R是□否適合作為其他專(zhuān)業(yè)學(xué)生的個(gè)性化選修課先修課程：城市管理學(xué)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用一、課程的教學(xué)目標(biāo)城市是一個(gè)空間對(duì)象，城市中的大量空間信息也是進(jìn)行城市管理和城市規(guī)劃的重要內(nèi)容。本課程作為城市管理專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)核心課程，目的是讓同學(xué)掌握遙感和地理信息系統(tǒng)等相關(guān)空間信息技術(shù)的基本理論和方法；了解空間數(shù)據(jù)及空間分析方法在城市管理以及社會(huì)日常生活中的作用及意義；了解在計(jì)算機(jī)支持下采集、管理、分析城市空間數(shù)據(jù)的技術(shù)和方法。本課程的學(xué)習(xí)可以為城市規(guī)劃與管理、區(qū)域經(jīng)濟(jì)分析等課程提供技術(shù)方法，也可以為相關(guān)課程提供空間基礎(chǔ)、空間分析原理等理論基礎(chǔ)。本課程在講述以上專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)，也加強(qiáng)課程思政建設(shè)，回歸教育初心，將“立德樹(shù)人”貫穿課程始終。將國(guó)家版圖意識(shí)、地理國(guó)情、測(cè)繪技術(shù)航天技術(shù)發(fā)展史等愛(ài)國(guó)主義元素以及嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的責(zé)任意識(shí)、鉆研創(chuàng)新等基本素質(zhì)融入到課程教學(xué)中。二、教學(xué)內(nèi)容及其與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系在人們的日常生活中，80%以上的信息都與空間有關(guān)，將空間信息與其它信息進(jìn)行集成與融合，可以提高數(shù)據(jù)挖掘、政務(wù)決策的有效性和直觀性。隨著數(shù)字城市、智慧城市等城市信息化建設(shè)的推進(jìn)，城市空間信息成為集成其他信息的基礎(chǔ)框架，因此，遙感和地理信息系統(tǒng)成為支持城市相關(guān)學(xué)科發(fā)展的一項(xiàng)重要技術(shù)。該課程注重遙感和地理信息系統(tǒng)等空間信息技術(shù)在城市管理領(lǐng)域的應(yīng)用，全面系統(tǒng)講述遙感和地理信息系統(tǒng)的學(xué)科基礎(chǔ)、技術(shù)體系，重點(diǎn)突出空間信息領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、各種類(lèi)型的空間數(shù)據(jù)分析以及空間分析功能在城市管理領(lǐng)域的應(yīng)用。該課程力求將空間信息技術(shù)基礎(chǔ)理論、技術(shù)方法和實(shí)踐融為一體，使學(xué)生在學(xué)習(xí)空間信息技術(shù)基本原理和方法的同時(shí)，系統(tǒng)掌握遙感與地理信息系統(tǒng)的技術(shù)的方法應(yīng)用，從而使學(xué)生能夠真正領(lǐng)會(huì)和把握作為現(xiàn)代高科技的空間信息技術(shù)的科學(xué)性、技術(shù)性和實(shí)踐性。因此，本門(mén)課程的內(nèi)容體系要以講述遙感和GIS的基本概念、原理為基礎(chǔ)，以介紹遙感和GIS在城市科學(xué)分析中的應(yīng)用為重點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)包括遙感信息的處理與分析、基于GIS的空間數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理、GIS的空間分析功能等，并結(jié)合專(zhuān)業(yè)典型應(yīng)用案例，介紹遙感和GIS在區(qū)域經(jīng)濟(jì)分析、區(qū)域規(guī)劃、城市管理、城市規(guī)劃等領(lǐng)域的具體應(yīng)用。同時(shí)，本課程還是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科，在教學(xué)方法上除進(jìn)行課堂授課，使學(xué)生掌握基本理論與方法外，還要求加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐，同學(xué)課程學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握簡(jiǎn)單的遙感和GIS軟件操作，通過(guò)兩方面的合理結(jié)合使學(xué)生對(duì)遙感和GIS這兩種先進(jìn)的空間信息技術(shù)有一整體認(rèn)知和掌握。三、各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分配教學(xué)課時(shí)分配序號(hào)章節(jié)內(nèi)容講課實(shí)驗(yàn)其他合計(jì)1城市中的空間信息及3S集成222遙感與GIS概述4263GIS空間數(shù)據(jù)模型與管理210124空間參照系統(tǒng)與地圖投影4485遙感圖像分類(lèi)及處理2466空間數(shù)據(jù)查詢(xún)與空間分析21214合計(jì)163248四、教學(xué)內(nèi)容第1章遙感與地理信息系統(tǒng)概論及3S集成第一節(jié)城市中的空間要素及空間信息的應(yīng)用城市的概念城市科學(xué)及城市科學(xué)研究中的空間信息空間信息在城市管理中的應(yīng)用及發(fā)展第二節(jié)3S技術(shù)集成RS、GPS、GIS的概念3S技術(shù)的集成我國(guó)測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展歷史教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：城市科學(xué)研究中的空間信息及其重要性、3S技術(shù)集成及在實(shí)際中的應(yīng)用課程的考核要求：能夠理出城市科學(xué)研究中的空間信息，能夠利用生活中的實(shí)例理解3S技術(shù)的集成及其實(shí)際應(yīng)用。思考題：請(qǐng)簡(jiǎn)單列舉城市的空間特征有哪些？有哪些城市管理問(wèn)題是必須考慮城市的空間特性的？空間測(cè)繪領(lǐng)域的3S是什么？請(qǐng)依托百度地圖或高德地圖試著解釋3S之間是如何相互支撐提供空間服務(wù)的？第2章空間信息技術(shù)在城市/區(qū)域領(lǐng)域的應(yīng)用第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的概念、組成、功能與發(fā)展GIS的概念GIS的系統(tǒng)組成GIS的系統(tǒng)功能GIS的發(fā)展遙感的概念、組成、特點(diǎn)及應(yīng)用RS的概念RS的系統(tǒng)組成及工作原理RS技術(shù)的特點(diǎn)RS的分類(lèi)RS技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：地理信息系統(tǒng)的概念、組成及功能；RS系統(tǒng)的組成、工作原理課程的考核要求：熟練掌握GIS、RS的概念；掌握GIS的組成及功能，掌握RS系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)；理解RS的工作原理及分類(lèi)；了解GIS、RS與其它相關(guān)學(xué)科的關(guān)系發(fā)展簡(jiǎn)史。課程思政切入點(diǎn)：在以上兩章分別為課程概述以及GIS、RS具體的概念介紹，這兩章中將會(huì)通過(guò)案例以及數(shù)據(jù)介紹我國(guó)測(cè)繪技術(shù)發(fā)展史以及我國(guó)測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展部分，包括我國(guó)古代在天文、制圖方面的貢獻(xiàn)，新中國(guó)成立后測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展成就如北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、風(fēng)云系列衛(wèi)星等內(nèi)容，這些內(nèi)容既有中國(guó)古代的璀璨文明與傳統(tǒng)文化，也有現(xiàn)代的巨大成就，有助于增強(qiáng)學(xué)生的民族榮譽(yù)感、自豪感與文化自信，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷。同時(shí)也應(yīng)認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)階段我國(guó)測(cè)繪事業(yè)與國(guó)際先進(jìn)水平相比還有一定的差距，因此也鼓勵(lì)年輕學(xué)子，發(fā)憤圖強(qiáng)，鉆研創(chuàng)新，努力趕超。復(fù)習(xí)思考題：GIS的概念及其含義GIS的組成包括哪些部分？GIS的功能及應(yīng)用主要體現(xiàn)在哪些方面？狹義RS的定義是什么？遙感技術(shù)系統(tǒng)的特點(diǎn)以及對(duì)城市研究的意義是什么？請(qǐng)用自己的語(yǔ)言梳理遙感技術(shù)系統(tǒng)的分類(lèi)。第3章GIS空間數(shù)據(jù)模型與管理第一節(jié)空間數(shù)據(jù)基本概念GIS的工作流程回顧數(shù)據(jù)的概念地理實(shí)體與地理目標(biāo)地理數(shù)據(jù)第二節(jié)數(shù)據(jù)的來(lái)源與組織空間數(shù)據(jù)的來(lái)源空間數(shù)據(jù)的組織與采集實(shí)驗(yàn)一：空間數(shù)據(jù)采集與錄入空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量結(jié)構(gòu)與柵格結(jié)構(gòu)的對(duì)比重點(diǎn)、難點(diǎn)：本章的重點(diǎn)是要求學(xué)生掌握空間數(shù)據(jù)的來(lái)源及采集，難點(diǎn)是空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。課程的考核要求：了解當(dāng)前空間數(shù)據(jù)的采集方式；掌握ArcGIS軟件支持下的空間數(shù)據(jù)采集功能，掌握一般的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)輸入過(guò)程和方法；理解柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的原理與差異。課程思政切入點(diǎn)：在本章中將會(huì)進(jìn)行本門(mén)課程非常重要、非?；A(chǔ)的一個(gè)上機(jī)操作實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解空間數(shù)據(jù)輸入與處理的過(guò)程和方法以及ArcGIS軟件的操作。在這一部分中，會(huì)反復(fù)要求學(xué)生的操作必須嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真，可以有誤差但絕對(duì)不能有錯(cuò)誤，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度，且希望在此基礎(chǔ)上能夠促進(jìn)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的人生態(tài)度的培養(yǎng)。另一方面可以讓學(xué)生以小組的形式，利用GIS工具講述“地圖故事”，通過(guò)制作“一帶一路GIS”、“紅色長(zhǎng)征GIS”、“北京歷史文化地圖”等案例向?qū)W生積極滲透革命理想信念、宣傳國(guó)家重大戰(zhàn)略舉措、強(qiáng)化學(xué)生“四個(gè)自信”、弘揚(yáng)科學(xué)家的探索追求精神以及合作創(chuàng)新意識(shí)。復(fù)習(xí)思考題：地理實(shí)體與地理目標(biāo)的關(guān)系是什么？什么是地理數(shù)據(jù)？地理數(shù)據(jù)主要描述的是地理實(shí)體哪幾方面的特征？空間數(shù)據(jù)采集的原則是什么？空間數(shù)據(jù)輸入的方法有哪些？什么是空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的區(qū)別于聯(lián)系有哪些？并舉例哪些實(shí)際應(yīng)用可以采用什么樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析？第4章空間參照系統(tǒng)和地圖投影第一節(jié)地球橢球體基本要素地球的形狀地球的大小高程我國(guó)的大地控制網(wǎng)地圖比例尺第二節(jié)坐標(biāo)系地理坐標(biāo)系平面上的坐標(biāo)系用戶(hù)自定義坐標(biāo)系第三節(jié)地圖投影的基本問(wèn)題地圖投影的概念地圖投影的變形分類(lèi)中國(guó)各種地圖投影第四節(jié)高斯-克呂格投影分帶投影的原理投影帶與中央經(jīng)線之間的關(guān)系換算重點(diǎn)、難點(diǎn)：地圖投影及坐標(biāo)系的原理課程的考核要求：掌握坐標(biāo)系和地圖投影的原理與算法，特別是高斯-克呂格投影的基本原理，了解中國(guó)各種地圖投影及其應(yīng)用。課程思政切入點(diǎn)：本章主要介紹測(cè)繪空間基礎(chǔ)，在本部分中將會(huì)介紹到國(guó)家坐標(biāo)控制網(wǎng)，涉及青島國(guó)家水準(zhǔn)原點(diǎn)、西安80坐標(biāo)系大地坐標(biāo)原點(diǎn)等內(nèi)容，可通過(guò)圖片、圖像或者實(shí)地考察等形式，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)我國(guó)測(cè)繪事業(yè)發(fā)展的了解，增強(qiáng)民族自豪感。其次在對(duì)不同坐標(biāo)系下我國(guó)地圖變形的展示過(guò)程中滲入國(guó)家版圖意識(shí)，普及測(cè)繪法律知識(shí)，維護(hù)國(guó)家版圖尊嚴(yán)。復(fù)習(xí)思考題：比例尺的概念及分類(lèi)地理坐標(biāo)系與平面坐標(biāo)系的區(qū)別與聯(lián)系是什么？高斯-克呂格分帶投影的特點(diǎn)簡(jiǎn)要介紹我國(guó)的大地控制網(wǎng)遙感圖像分類(lèi)及處理遙感圖像解譯概述遙感解譯的概念遙感解譯的原理遙感解譯的分類(lèi)遙感影像的選擇遙感目視解譯遙感目視解譯的概念及原則遙感圖像目標(biāo)地物的識(shí)別特征遙感目視解譯方法遙感目視解譯的過(guò)程不同地物目視解譯的綜合判讀第三節(jié)遙感圖像計(jì)算機(jī)分類(lèi)概述遙感影像分類(lèi)基本原理影像分類(lèi)的過(guò)程遙感影像分類(lèi)方法分類(lèi)后處理遙感影像分類(lèi)中存在的問(wèn)題影像解譯專(zhuān)家系統(tǒng)重點(diǎn)、難點(diǎn)：本章的重點(diǎn)是遙感圖像解譯的原理、方法和過(guò)程。難點(diǎn)是遙感圖像計(jì)算機(jī)解譯的方法與操作。課程的考核要求：掌握遙感圖像分類(lèi)解譯的概念、原理及分類(lèi)；理解遙感目視解譯的方法和過(guò)程；了解目視解譯目標(biāo)地物特征；理解遙感圖像計(jì)算機(jī)解譯的原理和方法，掌握基于軟件的遙感圖像解譯分類(lèi)基本操作。復(fù)習(xí)思考題：目視解譯原理遙感目視解譯的主要標(biāo)志有哪些？各自概念是什么？遙感目視解譯的原則和方法有哪些？遙感目視解譯的工作過(guò)程是怎么樣的？遙感影像計(jì)算機(jī)解譯的基本概念遙感影像計(jì)算機(jī)解譯的基本原理是什么？遙感影像計(jì)算機(jī)解譯的基本過(guò)程監(jiān)督分類(lèi)和非監(jiān)督分類(lèi)的優(yōu)缺點(diǎn)比較空間數(shù)據(jù)查詢(xún)與空間分析基于GIS的查詢(xún)功能基于圖形查屬性基于屬性查圖形基于空間關(guān)系的查詢(xún)綜合查詢(xún)基于GIS的計(jì)算與統(tǒng)計(jì)功能計(jì)算功能及其在城市管理的應(yīng)用統(tǒng)計(jì)功能及其在城市管理的應(yīng)用基于GIS的空間分析功能鄰域分析空間疊置分析網(wǎng)絡(luò)分析空間統(tǒng)計(jì)分析重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)是要掌握GIS空間分析的基本方法，難點(diǎn)是如何將GIS空間分析的基本方法應(yīng)用到城市管理的科研與實(shí)踐中。課程的考核要求：掌握空間查詢(xún)與量算、緩沖區(qū)分析、空間疊置分析、網(wǎng)絡(luò)分析的基本原理，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上掌握某一GIS軟件下以上空間分析基本的操作；了解以上分析方法在城市管理中的應(yīng)用。課程思政切入點(diǎn)：如有可能可帶領(lǐng)學(xué)生赴浙江德清地理信息小鎮(zhèn)參觀。德清作為首屆聯(lián)合國(guó)世界地理信息大會(huì)會(huì)址，已經(jīng)成為地理信息科學(xué)的先鋒小鎮(zhèn)。小鎮(zhèn)上的地理信息科技館作為國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的地理信息科學(xué)專(zhuān)題科技館，展館內(nèi)容豐富，展示了地理信息技術(shù)的發(fā)展史，地理信息在環(huán)境資源、管道監(jiān)測(cè)、智慧城市、極地科考、航天航空等領(lǐng)域的應(yīng)用，地理信息應(yīng)用產(chǎn)品，中國(guó)古今地圖的發(fā)展史，以及德清為可持續(xù)發(fā)展做出的實(shí)踐探索等，可通過(guò)實(shí)際案例的學(xué)習(xí)與考察，深切感受空間信息技術(shù)的應(yīng)用。復(fù)習(xí)思考題：1.考慮以下題目所需要的GIS數(shù)據(jù)和運(yùn)用到的GIS空間分析方法？（1）基于矢量數(shù)據(jù)的市區(qū)買(mǎi)房適宜地點(diǎn)選擇（2）基于柵格數(shù)據(jù)的學(xué)校建設(shè)選址分析（3）用已有的格網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行最小累積成本距離分析，并得到兩個(gè)計(jì)算單元的最短成本路徑（4）查找兩個(gè)城市之間的最佳（最短）路徑2.綜合考慮GIS空間分析方法在城市管理中的應(yīng)用。五、考核方式、成績(jī)?cè)u(píng)定 課程考核建議采用試卷考試和上機(jī)考核相結(jié)合的方式進(jìn)行，其中期末試卷成績(jī)與日常上機(jī)考核的比例可以為6:4或5:5，突出日常實(shí)驗(yàn)上機(jī)操作的重要性。六、主要參考書(shū)及其他內(nèi)容1.本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)：序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類(lèi)型備注1遙感圖像及其GIS平臺(tái)ArcGIS簡(jiǎn)介熟悉遙感圖像處理軟件和ArcGIS軟件基本結(jié)構(gòu)和功能2驗(yàn)證性必做2GIS數(shù)據(jù)采集與處理基于ArcGIS的空間與屬性信息采集、輸入、編輯與可視化表達(dá)8驗(yàn)證性必做3基于Envi軟件的遙感信息提取基于Envi軟件的城市遙感信息提?。ㄈ丝谛畔?、建筑信息等）4驗(yàn)證性3項(xiàng)內(nèi)容中選做其一基于遙感的土地利用信息提取及土地利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換研究4基于遙感的城市/區(qū)域擴(kuò)張變化研究44基于GIS的空間分析與決策支持（1）基于矢量數(shù)據(jù)的市區(qū)買(mǎi)房適宜地點(diǎn)選擇6驗(yàn)證性必做5項(xiàng)之中3項(xiàng)（2）基于柵格數(shù)據(jù)的學(xué)校建設(shè)選址分析6（3）城市/區(qū)域經(jīng)濟(jì)信息分析——人口密度分析、GDP密度空間插值、用于物流或城市管線管理的最短路徑分析、天然氣管網(wǎng)應(yīng)急分析等4（4）查找兩個(gè)城市之間的最佳（