地理信息系统与遥感Geographicinformationsystemand remotesensingtechnologies课程基本信息课程编号：02021639课程总学时：32实验学时：8学时课程性质：选修课程属性：专业拓展类开设学期：第5学期课程负责人：张秋玲课程团队：张秋玲授课语言：中文适用专业：环境工程对先修的要求：计算机基础与应用，高等数学等对后续的支撑：遥感影像和地理信息系统的空间数据以及数据的空间分析等方面为环境影响评价，环境规划与管理等课程提供了数据源和分析方面的支撑。大纲制定（修订）日期：2023.06主撰人：张秋玲审核人：杨建涛一、课程的教学理念、性质、自标和任务地理信息系统与遥感课程是环境工程专业的专业拓展课程，是一门具有广泛实用性的选修课程。该课程在地理信息系统和遥感技术体系理论阐述基础上，讲述该技术在水环境，土壤污、农林、城市等调查、监测及空间分析等方面的应用。通过本课程的学习，学生可以掌握地理信息系统和遥感的物理基础，认识并能判读航空航天图像和地理信息系统的基本原理，掌握用现代化技术管理和评价环境管理及环境规划管理的基本技能。本课程将采用讲授和上机实践相结合方式进行，穿插课程思政等内容，从地理信息系统和遥感的基本概念、特点及应用入手，介绍地理信息系统地理空间信息的获取，数据库建立、信息处理和空间分析应用，遥感的影像的产生、特点、认识和应用等内容。学生应该具有几个方面的能力：1、掌握地理信息系统的基本原理2、掌握地理信息系统的空间分析方法3、掌握遥感影像产生的基本原理4、能认识、判读、处理和应用遥感资料5、能综合利用地理信息系统和遥感知识进行问题分析二、课程目标及对毕业要求指标点的支撑支撑毕业要求指序号毕业要求课程目标标点通过课程学习，了解地理信息系统和遥感技术的发展历史及在11111其它多学科领域的应用价值和应用潜力。熟悉地理信息系统和遥感技术的相关概念和原理，具备两者单255独使用和结合使用的能力284
284 地理信息系统与遥感 Geographic information system and remote sensing technologies 课程基本信息 课程编号：02021639 课程总学时：32 实验学时： 8 学时 课程性质：选修 课程属性:专业拓展类 开设学期：第 5 学期 课程负责人：张秋玲 课程团队：张秋玲 授课语言：中文 适用专业：环境工程 对先修的要求：计算机基础与应用，高等数学等 对后续的支撑：遥感影像和地理信息系统的空间数据以及数据的空间分析等方面为环境影响评价，环境规划与管 理等课程提供了数据源和分析方面的支撑。 主撰人：张秋玲 审核人：杨建涛 大纲制定（修订）日期：2023.06 一、课程的教学理念、性质、目标和任务 地理信息系统与遥感课程是环境工程专业的专业拓展课程，是一门具有广泛实用性的选修课 程。该课程在地理信息系统和遥感技术体系理论阐述基础上，讲述该技术在水环境，土壤污、农 林、城市等调查、监测及空间分析等方面的应用。通过本课程的学习，学生可以掌握地理信息系 统和遥感的物理基础，认识并能判读航空航天图像和地理信息系统的基本原理，掌握用现代化技 术管理和评价环境管理及环境规划管理的基本技能。本课程将采用讲授和上机实践相结合方式进 行，穿插课程思政等内容，从地理信息系统和遥感的基本概念、特点及应用入手，介绍地理信息 系统地理空间信息的获取，数据库建立、信息处理和空间分析应用，遥感的影像的产生、特点、 认识和应用等内容。学生应该具有几个方面的能力： 1、掌握地理信息系统的基本原理 2、掌握地理信息系统的空间分析方法 3、掌握遥感影像产生的基本原理 4、能认识、判读、处理和应用遥感资料 5、能综合利用地理信息系统和遥感知识进行问题分析 二、课程目标及对毕业要求指标点的支撑 序号 课程目标 支撑毕业要求指 标点 毕业要求 1 通过课程学习，了解地理信息系统和遥感技术的发展历史及在 其它多学科领域的应用价值和应用潜力。 11 11 2 熟悉地理信息系统和遥感技术的相关概念和原理，具备两者单 独使用和结合使用的能力 5 5
通过课程的学习，使学生具备环境评价或环境规划管理等进行44遥感影像的识别和地理数据的空间分析能力。三、教学内容及进度安排支撑课内学生学习序号课程教学内容教学方式学时预期成果目标认知：了解遥感的发展绪论历史：地理信息系统的教学内容组成：主要的遥感影像遥感概念：遥感成像，影像处理及处理平台信息提取的一般过程，遥感的发展理解：遥感的概念：地讲授方式历史：主要的遥感影像处理平台。理信息系统的概念通过课堂讲授，使学生地理信息系统概念：地理信息系统掌握：遥感成像、影像认识到大数据背景下的目标1的组成和特征：提高学生对遥感技处理及信息提取的一般多源数据基础，并在信12术的认识，培养学生综合考虑问题过程：地理信息系统的息时代背景下，如何去的能力特征利用这些技术为环境领重点和难点：培养学生结合社会现域去解决问题遥感概念，遥感成像，地理信息系象，能够利用前沿技术统的特征；影像处理及信息提取的去研究，分析解决一些一般过程。实际问题，拓展创新思维认知：了解地物波谱特电磁波与地物光谱特征定的测定教学内容理解：电磁波及电磁波讲授和讨论相结合方式电磁波及电磁波谱的概念：物体的谱的概念通过讲授方式，对太阳发射辐射特征：地物的反射辐射特掌握：黑体辐射的特性；辐射和地球辐射的过程征。培养学生学习太阳辐射发出的光谱反射率及地物的反进行讲解，通过讨论，目标222射光谱特性。提问方式，理解黑体辐不同电磁波特性，从而理解遥感图像获取的过程。射特性和地物的反射光培养学生结合日常实重点和难点际，对太阳辐射和地球谱特性，加深学生基础黑体辐射的特性：光谱反射率及地辐射的理解，并能够掌知识的掌握握黑体辐射特性和地物物的反射光谱特性。反射波谱认知：了解遥感平台及通过讲授方式，让学生遥感成像原理与遥感图像特征运行特点了解遥感技术的核心技教学内容：遥感平台及运行特点：理解：遥感图像的表示术遥感器和遥感卫星，遥感传感器的类型及成像方式2目标23形式并能够掌握航空遥感和重点和难点：遥感传感器的类型掌握：遥感传感器的类航天遥感的特点，扩展及成像方式型及成像方式。信息技术的范围285
285 3 通过课程的学习，使学生具备环境评价或环境规划管理等进行 遥感影像的识别和地理数据的空间分析能力。 4 4 三、教学内容及进度安排 序号 教学内容 学生学习 预期成果 课内 学时 教学方式 支撑 课程 目标 1 绪论 教学内容 遥感概念：遥感成像，影像处理及 信息提取的一般过程，遥感的发展 历史；主要的遥感影像处理平台。 地理信息系统概念；地理信息系统 的组成和特征；提高学生对遥感技 术的认识，培养学生综合考虑问题 的能力 重点和难点： 遥感概念，遥感成像，地理信息系 统的特征；影像处理及信息提取的 一般过程。 认知：了解遥感的发展 历史；地理信息系统的 组成；主要的遥感影像 处理平台 理解：遥感的概念；地 理信息系统的概念 掌握：遥感成像、影像 处理及信息提取的一般 过程；地理信息系统的 特征 培养学生结合社会现 象，能够利用前沿技术 去研究，分析解决一些 实际问题，拓展创新思 维 2 讲授方式 通过课堂讲授，使学生 认识到大数据背景下的 多源数据基础，并在信 息时代背景下，如何去 利用这些技术为环境领 域去解决问题 目标 1 2 电磁波与地物光谱特征 教学内容 电磁波及电磁波谱的概念；物体的 发射辐射特征；地物的反射辐射特 征。培养学生学习太阳辐射发出的 不同电磁波特性，从而理解遥感图 像获取的过程。 重点和难点 黑体辐射的特性；光谱反射率及地 物的反射光谱特性。 认知：了解地物波谱特 定的测定 理解：电磁波及电磁波 谱的概念 掌握：黑体辐射的特性； 光谱反射率及地物的反 射光谱特性。 培养学生结合日常实 际，对太阳辐射和地球 辐射的理解，并能够掌 握黑体辐射特性和地物 反射波谱 2 讲授和讨论相结合方式 通过讲授方式，对太阳 辐射和地球辐射的过程 进行讲解，通过讨论， 提问方式，理解黑体辐 射特性和地物的反射光 谱特性，加深学生基础 知识的掌握 目标 2 3 遥感成像原理与遥感图像特征 教学内容：遥感平台及运行特点； 遥感传感器的类型及成像方式 重点和难点：遥感传感器的类型 及成像方式 认知：了解遥感平台及 运行特点 理解：遥感图像的表示 形式 掌握：遥感传感器的类 型及成像方式。 2 通过讲授方式，让学生 了解遥感技术的核心技 术遥感器和遥感卫星， 并能够掌握航空遥感和 航天遥感的特点，扩展 信息技术的范围 目标 2
培养学生具有空间想象能力，理解传感器和遥感卫星的不同类型，并掌握航天遥感和航空遥感的特点认知：了解遥感图像辐遥感图像处理射增强的方法教学内容：遥感图像几何变形的通过理论讲授以及实验理解：遥感图像几何校原因：遥感图像辐射误差产生的原演示，使学生能够了解正和辐射校正的流程因和理解遥感图像进行几目标2掌握：遥感图像产生几42目标3重点和难点：遥感图像几何变形何校正的原因和过程，何变形和辐射误差的原并掌握几何校正的操作的原因，遥感图像辐射误差产生的因原因方法培养学生掌握遥感软件的实践操作能力认知：了解计算机自动遥感图像解译分类的一些新方法理解：目视判读的一般通过图文并茂讲授方式教学内容：目视判读的一般过程和方法：特征变换及特征选择：监过程和方法以及实验演示，使学生督分类；非监督分类；分类后处理掌握：特征变换及特征对遥感图像分类的类型目标252和精度评价：计算机自动分类的新选择：监督分类和非监的掌握，并能够理解分目标3方法督分类的原理和方法类的原理，同时，熟练分类的上机操作步骤重点和难点：监督分类和非监督培养学生掌握遥感软件分类的原理和方法：分类精度评价中分类模块的实践操作能力认知：了解地理信息的地理信息系统空间基础相关概念：数据与信息通过讲授方式，对一些教学内容：地理空间信息描述法：的区别基本概念进行讲解，使地理信息数字化描述法：理解：地理信息数字化学生对地理信息系统中空间数据的类型类型和方法目标262过程的基础知识加以掌握，元数据扩展领域外的信息知掌握：空间数据的类型重点和难点：空间数据的类型和识。培养学生对信息技术的方法认识能力GIS空间数据结构认知；栅格数据的编码教学内容：栅格数据结构：矢量理解：矢量数据和栅格通过讲授和图文演示，数据结构：两种数据结构的比较和数据的相互转换使学生认识矢量数据和转换掌握：栅格和矢量数据目标272栅格数据的区别，并理重点和难点：栅格数据和矢量数两种格式的特点解栅格数据的编码以及据的压缩编码及相互转换培养学生对量和栅格两类数据的转换原理数据的GIS空间数据库认知：GIS的空间数据通过讲授和提问方式，教学内容：数据库概述：传统数库的数据库的组织形式使学生认识到GIS数据目标282据库系统的数据模型：GIS中空间理解：传统数据库和GIS库与传统数据库的区目标3数据库的组织形式：面向对象数据空间数据库的区别别，并能够利用ARCMAP286
286 培养学生具有空间想象 能力，理解传感器和遥 感卫星的不同类型，并 掌握航天遥感和航空遥 感的特点 4 遥感图像处理 教学内容：遥感图像几何变形的 原因；遥感图像辐射误差产生的原 因 重点和难点：遥感图像几何变形 的原因，遥感图像辐射误差产生的 原因 认知：了解遥感图像辐 射增强的方法 理解：遥感图像几何校 正和辐射校正的流程 掌握：遥感图像产生几 何变形和辐射误差的原 因 培养学生掌握遥感软件 的实践操作能力 2 通过理论讲授以及实验 演示，使学生能够了解 和理解遥感图像进行几 何校正的原因和过程， 并掌握几何校正的操作 方法 目标 2 目标 3 5 遥感图像解译 教学内容：目视判读的一般过程 和方法；特征变换及特征选择；监 督分类；非监督分类；分类后处理 和精度评价；计算机自动分类的新 方法 重点和难点：监督分类和非监督 分类的原理和方法；分类精度评价 认知：了解计算机自动 分类的一些新方法 理解：目视判读的一般 过程和方法 掌握：特征变换及特征 选择；监督分类和非监 督分类的原理和方法 培养学生掌握遥感软件 中分类模块的实践操作 能力 2 通过图文并茂讲授方式 以及实验演示，使学生 对遥感图像分类的类型 的掌握，并能够理解分 类的原理，同时，熟练 分类的上机操作步骤 目标 2 目标 3 6 地理信息系统空间基础 教学内容：地理空间信息描述法； 地理信息数字化描述法； 空间数据的类型类型和方法 元数据 重点和难点：空间数据的类型和 方法 认知：了解地理信息的 相关概念；数据与信息 的区别 理解：地理信息数字化 过程 掌握：空间数据的类型 培养学生对信息技术的 认识能力 2 通过讲授方式，对一些 基本概念进行讲解，使 学生对地理信息系统中 的基础知识加以掌握， 扩展领域外的信息知 识。 目标 2 7 GIS 空间数据结构 教学内容：栅格数据结构；矢量 数据结构；两种数据结构的比较和 转换 重点和难点：栅格数据和矢量数 据的压缩编码及相互转换 认知：栅格数据的编码 理解：矢量数据和栅格 数据的相互转换 掌握：栅格和矢量数据 两种格式的特点 培养学生对矢量和栅格 数据的 2 通过讲授和图文演示， 使学生认识矢量数据和 栅格数据的区别，并理 解栅格数据的编码以及 两类数据的转换原理 目标 2 8 GIS 空间数据库 教学内容：数据库概述；传统数 据库系统的数据模型；GIS 中空间 数据库的组织形式；面向对象数据 认知：GIS 的空间数据 库的数据库的组织形式 理解：传统数据库和 GIS 空间数据库的区别 2 通过讲授和提问方式， 使学生认识到 GIS 数据 库与传统数据库的区 别，并能够利用 ARCMAP 目标 2 目标 3
库系统掌握：GIS空间数据库软件进行GIS空间数据的建立过程的建立重点和难点：空间数据库的组织形式培养学生利用GIS技术进行空间数据库的建立，扩充了数据的空间数据源认知：数据源种类，地空间数据的采集和质量控制理参考系统通过讲授方式并穿插思教学内容：空间数据的地理参考理解：空间数据的分类政内容，使学生认识到与编码系和控制基础：空间数据的分类和空间数据和空间数据质目标29编码：数据质量的评价：空间数据掌握：空间数据的编辑量的关键所在，只有正2目标3标准与处理确的采集数据和处理数重点和难点：空间数据的分类和培养学生对数据处理的据，最终的信息处理才空间数据采集会有一定的意义能力，并能够对信息化的数据质量进行控制认知：栅格和失量数据的空间分析方法GIS空间分析及可视化分析理解：DEM的原理及应用和叠置分析功能和可教学内容：空间数据的基本查询通过讲授方式及提问方功能：空间数据的统计图表分析、视化分析式，使学生理解GIS的目标210叠置分析功能及应用模型、可视化2空间分析功能，并能够掌握：DEM及其应用目标3分析掌握DEM的数据分析和培养学生具有分析能重点和难点：DEM分析及空间数据力，并能够通过理论结多个数据的叠置分析的分析方法及模型合实践，对一些社会问题能够利用信息技术进行解决认知：GIS和遥感在地地理信息系统和遥感技术的应用质调查中的应用通过案例分析和分组讨教学内容：GIS和RS再环境和灾理解：GIS和遥感技术论，并穿插思政内容，如何在相关领域的应用害监测中的应用：在地质调查中的使学生熟练掌握地理信应用；在环境规划管理中的应用：掌握：GIS和遥感技术114目标3息新系统和遥感技术的在水污染等方面的应用如何在环境监测和水污基础概念和基本功能，重点和难点：染监测中发挥作用并能够在实践中独立的GIS和RS在环境监测和水污染方培养学生能够综合应用分析数据和解决问题面的应用遥感和地理信息系统到社会实践中认知：遥感影像的获取过程钟的影响因素通过上机实践，结合理实验1：遥感影像数据预处理理解：几何校正原理论基础，学生应该能够实验内容：几何校正，图像裁剪目标212和ROI的选择原则2独立对遥感影像进行几和图像增强目标3掌握：几何校正何校正和裁剪，并写出重点和难点：几何校正培养学生上机操作能实验报告力，对遥感影像有个初287
287 库系统 重点和难点：空间数据库的组织 形式 掌握：GIS 空间数据库 的建立过程 培养学生利用 GIS 技术 进行空间数据库的建 立，扩充了数据的空间 数据源 软件进行 GIS 空间数据 的建立 9 空间数据的采集和质量控制 教学内容：空间数据的地理参考 系和控制基础；空间数据的分类和 编码；数据质量的评价；空间数据 标准 重点和难点：空间数据的分类和 空间数据采集 认知：数据源种类，地 理参考系统 理解：空间数据的分类 与编码 掌握：空间数据的编辑 与处理 培养学生对数据处理的 能力，并能够对信息化 的数据质量进行控制 2 通过讲授方式并穿插思 政内容，使学生认识到 空间数据和空间数据质 量的关键所在，只有正 确的采集数据和处理数 据，最终的信息处理才 会有一定的意义 目标 2 目标 3 10 GIS 空间分析及可视化分析 教学内容：空间数据的基本查询 功能；空间数据的统计图表分析、 叠置分析功能及应用模型、可视化 分析 重点和难点：DEM 分析及空间数据 的分析方法及模型 认知：栅格和矢量数据 的空间分析方法 理解：DEM 的原理及应 用和叠置分析功能和可 视化分析 掌握：DEM 及其应用 培养学生具有分析能 力，并能够通过理论结 合实践，对一些社会问 题能够利用信息技术进 行解决 2 通过讲授方式及提问方 式，使学生理解 GIS 的 空间分析功能，并能够 掌握 DEM 的数据分析和 多个数据的叠置分析 目标 2 目标 3 11 地理信息系统和遥感技术的应用 教学内容：GIS 和 RS 再环境和灾 害监测中的应用；在地质调查中的 应用；在环境规划管理中的应用； 在水污染等方面的应用 重点和难点: GIS 和 RS 在环境监测和水污染方 面的应用 认知：GIS 和遥感在地 质调查中的应用 理解：GIS 和遥感技术 如何在相关领域的应用 掌握：GIS 和遥感技术 如何在环境监测和水污 染监测中发挥作用 培养学生能够综合应用 遥感和地理信息系统到 社会实践中 4 通过案例分析和分组讨 论，并穿插思政内容， 使学生熟练掌握地理信 息新系统和遥感技术的 基础概念和基本功能， 并能够在实践中独立的 分析数据和解决问题 目标 3 12 实验 1：遥感影像数据预处理 实验内容：几何校正，图像裁剪 和图像增强 重点和难点：几何校正 认知：遥感影像的获取 过程钟的影响因素 理解：几何校正原理 和 ROI 的选择原则 掌握：几何校正 培养学生上机操作能 力，对遥感影像有个初 2 通过上机实践，结合理 论基础，学生应该能够 独立对遥感影像进行几 何校正和裁剪，并写出 实验报告 目标 2 目标 3
步的认识，能利用遥感软件ENVI软件进行简单的裁剪和校正工作认知；遥感影像的分类方法理解：分类的基本过程通过上机实践，给定卫实验2：遥感影像分类掌握：上机操作遥感影星影像数据，学生能够实验内容：计算机监督分类像的计算机分类根据需要，设定几种地目标213重点和难点：分类结果的精度评培养学生通过上机操2物类型，对影像进行类目标3价作，能够结合所学学科别划分，并进行结果精领域进行地物类型的划度评价，最终提交实验分，并能够选取分类方报告法，获取不同类型的类型图。认知：物理地球到数字地球的投影类别理解：投影和几何校正的原理通过上机实践。给学生实验3：空间数据失量化掌握；数字化的具体操扫描图件，学会在实验内容：空间数据的投影和校作步骤目标2ARCMAP中进行图件的数142培养学生对地理信息系目标3正，进行数据的数字化字化工作。最终提交实重点和难点：数字化统空间数据概念的认验报告识，并能够利用ARCMAP软件对矢量数据进行投影和几何校正的简单操作15认知：空间数据的统计结合ARCMAP软件，通过目标22目标3分析和可视化分析原理案例分析，学生能够利理解：空间数据的分析用软件模块对数据进行功能如何应用操作，结合理论基础和实验4：空间分析掌握：利用ARCMAP如何社会现象做一些应用分实验内容：空间数据的查询功能，对空间数据进行空间处析，最终提交实验报告空间数据的统计分析以及叠置分理和分析析、缓冲区分析和可视化分析等培养学生利用ARCMAP重点和难点：叠置分析和可视化空间分析模块，进行失分析量化的数据栅格化工作，并能够结合社会实际，进行缓冲区和叠置分析。四、课程思政在设计课程教学内容时，让学生在掌握信息化处理的技能与方法同时，能更深入理解所学理288
288 步的认识，能利用遥感 软件 ENVI 软件进行简 单的裁剪和校正工作 13 实验 2：遥感影像分类 实验内容：计算机监督分类 重点和难点：分类结果的精度评 价 认知：遥感影像的分类 方法 理解：分类的基本过程 掌握：上机操作遥感影 像的计算机分类 培养学生通过上机操 作，能够结合所学学科 领域进行地物类型的划 分，并能够选取分类方 法，获取不同类型的类 型图。 2 通过上机实践，给定卫 星影像数据，学生能够 根据需要，设定几种地 物类型，对影像进行类 别划分，并进行结果精 度评价，最终提交实验 报告 目标 2 目标 3 14 实验 3：空间数据矢量化 实验内容：空间数据的投影和校 正，进行数据的数字化 重点和难点：数字化 认知：物理地球到数字 地球的投影类别 理解：投影和几何校正 的原理 掌握：数字化的具体操 作步骤 培养学生对地理信息系 统空间数据概念的认 识，并能够利用 ARCMAP 软件对矢量数据进行投 影和几何校正的简单操 作 2 通过上机实践。给学生 扫描图件，学会在 ARCMAP 中进行图件的数 字化工作。最终提交实 验报告 目标 2 目标 3 15 实验 4：空间分析 实验内容：空间数据的查询功能， 空间数据的统计分析以及叠置分 析、缓冲区分析和可视化分析等 重点和难点：叠置分析和可视化 分析 认知：空间数据的统计 分析和可视化分析原理 理解：空间数据的分析 功能如何应用 掌握：利用 ARCMAP 如何 对空间数据进行空间处 理和分析 培养学生利用 ARCMAP 空间分析模块，进行矢 量化的数据栅格化工 作，并能够结合社会实 际，进行缓冲区和叠置 分析。 2 结合 ARCMAP 软件，通过 案例分析，学生能够利 用软件模块对数据进行 操作，结合理论基础和 社会现象做一些应用分 析，最终提交实验报告 目标 2 目标 3 四、课程思政 在设计课程教学内容时，让学生在掌握信息化处理的技能与方法同时，能更深入理解所学理