1、资源与环境科学学院资源与环境科学学院集成实验教程与GIS专业知识体系建构初探资源与环境科学学院资源与环境科学学院为什么要做集成实验教程集成实验教程的设计体系帮助学生构建知识体系的路径集成实验教程与GIS专业知识体系建构资源与环境科学学院资源与环境科学学院学生层面：能力评价咋样会什么会Office、PS会学过的软件只会用过的功能不会什么不知专业学术先贤不知专业核心课不会没学过的软件不知道有其它功能不会解决问题资源与环境科学学院资源与环境科学学院教师层面：我只负责我的课很重要：同一内容重复讲太简单：同一内容没人讲有创新：同一内容矛盾讲最后一次才掌握从来没听说过只知道最后一版教师教师学生学生资源与环

2、境科学学院资源与环境科学学院专业(系)层面：课程名称思考VB语言/C语言C#语言/Java语言PythonArcGIS高级应用AutoCADPhotoshopGPS原理编程语言基础面向对象程序语言GIS脚本编程GIS空间分析与建模计算机地图制图图形图像处理技术全球导航定位系统原理资源与环境科学学院资源与环境科学学院上述奇怪现象引出的思考资源与环境科学学院资源与环境科学学院Naturgemlde资源与环境科学学院资源与环境科学学院McHarg的景观设计思想 Design with Nature(McHarg1969)Design with Nature(McHarg1969)提倡考虑周边自然环境

3、，利用多学科方法进行环境规划与景观设计的思想 提出了一种叠加分析的地理技术，通过查看叠加地理信息的专题层，评估某一种特定的土地用途的最佳(或最差)的位置。资源与环境科学学院资源与环境科学学院McHarg的千层饼案例资源与环境科学学院资源与环境科学学院McHarg的千层饼 完善以因子分层分析和地图叠加技术为核心的规划方法论完善以因子分层分析和地图叠加技术为核心的规划方法论 这种方法论也称为“千层饼这种方法论也称为“千层饼(Layer Cake)(Layer Cake)模式”模式”“千层饼模式”将专业知识和成果进行综合及筛选来实现问题的解决，该“千层饼模式”将专业知识和成果进行综合及筛选来实现问题

4、的解决，该模式为环境科学家与社会科学家和经济学家共同解决景观规划问题提供了模式为环境科学家与社会科学家和经济学家共同解决景观规划问题提供了途径，是规划方法论上的一次伟大革命。途径，是规划方法论上的一次伟大革命。“千层饼模式”制图的过程“千层饼模式”制图的过程 首先，将景观的单一因子逐一制图，用灰白两色区别其对某种土地利用方首先，将景观的单一因子逐一制图，用灰白两色区别其对某种土地利用方式的适宜性或有害性式的适宜性或有害性 然后，将这些单因子评价图层叠加；然后，将这些单因子评价图层叠加；第三，通过感光摄影技术得到综合的土地适宜性分布图，根据灰度来区别第三，通过感光摄影技术得到综合的土地适宜性分布

5、图，根据灰度来区别不同程度的适宜性。不同程度的适宜性。资源与环境科学学院资源与环境科学学院CGIS:Feasibility Report of Computer Mapping System The systems purpose was to enable analysis of geographic The systems purpose was to enable analysis of geographic data over any part of a continentdata over any part of a continent-wide area.wide area.Res

6、ults were to be provided in tabular or map form,or both.Results were to be provided in tabular or map form,or both.Many different kinds of maps needed to be put into the system.Many different kinds of maps needed to be put into the system.The report specified a seamless,nationwide data structure.The

7、 report specified a seamless,nationwide data structure.The recommended structure separated the descriptor data(attributes)from separated the descriptor data(attributes)from image data(points and polygon boundaries)image data(points and polygon boundaries).TheThe needneed forfor variousvarious datada

8、ta inputsinputs optimizedoptimized forfor differentdifferent datadata typestypes waswas anticipanticipated,ated,including automated scanning for polygon boundaries,digitizing for selected points as identifiers inside the polygons,and keypunching for descriptor and statistical data.These data types w

9、ere to be input separately and linked logically later.TheThe coordinatecoordinate systemsystem requirementsrequirements werewere examined,examined,the data conceptsdata concepts ofof errorerror in subsequent area calculation considered.ImageImage datadata compactioncompaction requirementsrequirement

10、s were identified to reduce data volumes tobe stored on magnetic tape.The need to combinecombine socioeconomicsocioeconomic datadata withwith mapped data mapped data was also prescribed.DataData analysisanalysis capabilitiescapabilities included area measurements and data multiple topological overla

11、ys.资源与环境科学学院资源与环境科学学院CGIS:Feasibility Report of Computer Mapping System MoreMore thanthan 4040 peoplepeople workedworked onon thethe developmentdevelopment teamsteams throughoutthroughout the the rest ofrest of thethe decadedecade Morton MatrixMorton Matrix,a brilliant tessellation schema that was f

12、undamental to the system,a brilliant tessellation schema that was fundamental to the system data structure;data structure;converting the scanner data to topologically coded map format;converting the scanner data to topologically coded map format;edgematchingedgematchingcapabilitycapability map data

13、compaction methods using the map data compaction methods using the eighteight-directional coding(Freeman codes)directional coding(Freeman codes)the reference coordinate system and error calculation algorithms;error correction the reference coordinate system and error calculation algorithms;error cor

14、rection and updating;data retrieval system and the polygon overlay processand updating;data retrieval system and the polygon overlay process map projection change,rubber sheeting,scale change,line smoothing and map projection change,rubber sheeting,scale change,line smoothing and generalization,auto

15、matic gap closing,area measurement,dissolve and merge,generalization,automatic gap closing,area measurement,dissolve and merge,buffer generation,and new polygon generation,buffer generation,and new polygon generation,all operating in the topological all operating in the topological domaindomain A ve

16、ry important part of the system was A very important part of the system was a computer command language a computer command language that that recognized geographic analysis terms that could be understood by a wide range of recognized geographic analysis terms that could be understood by a wide range

17、 of potential users.potential users.CGIS)gave rise to several developments in cartographic instrumentationCGIS)gave rise to several developments in cartographic instrumentationthe first cartographicthe first cartographic-size digital scanner size digital scanner specifically for the projectspecifica

18、lly for the project the first highthe first high-precision 48 x 48 inch freeprecision 48 x 48 inch free-cursor digitizing table cursor digitizing table ever produced.ever produced.资源与环境科学学院资源与环境科学学院资源与环境科学学院资源与环境科学学院专业(系)层面：实验课与理论课的关系 经验主义经验主义&理性主义理性主义 实验课与理论课的关系探讨实验课与理论课的关系探讨 实验课是理论的检验、验证和应用实验课是理论的

19、检验、验证和应用 实验课要基于某个软件（教材）实验课要基于某个软件（教材）实验课又相对独立于软件（教师与教案实验课又相对独立于软件（教师与教案）理论课实验课Buffer(邻近性)ArcMapMapInfoQGISWebGISCloudGIS资源与环境科学学院资源与环境科学学院地理科学类(GIS)集成实验教程设计体系课程集成理念集成数据集成功能集成概念集成软件集成资源与环境科学学院资源与环境科学学院为什么要做集成实验教程集成实验教程的设计体系帮助学生构建知识体系的路径集成实验教程与GIS专业知识体系建构资源与环境科学学院资源与环境科学学院地理科学类(GIS)集成实验教程的设计体系基础知识与技能

20、地图学与GIS集成实验 遥感类课程集成实验 测绘类课程集成实验 GIS专业实验设备与环境配置综合分析与模型 高级空间分析与地理建模实验 GIS类实验典型数据集解析开发与设计能力 高级语言及算法设计实验 软件开发工具及建模实验 GIS开发与设计实验资源与环境科学学院资源与环境科学学院地图学与GIS集成实验教程设计地图学原理 坐标系统与地图投影 地图概括方法 地图符号设计 普通地图与专题地图表示方法地形图野外实习 地图定向与位置判读 野外对照读图 路线读图 简易测量方法 野外填图空间数据管理与可视化空间数据组织模式配置与定义坐标系统矢量数据生产数据格式转换与集成数据处理与质量检测符号化与制图表达地

21、图标注与注记版面设计与成果输出地理信息系统原理空间数据结构空间数据库设计地理元数据空间数据查询与量算矢量与栅格数据分析数字表面模型空间建模移动与WebGIS观察资源与环境科学学院资源与环境科学学院高级语言及算法设计实验教程设计基础知识与技能 开发环境 数据类型 选择 循环 方法（函数）流程与异常处理 数组 字符串处理 类定义与应用高级语言深度开发 Windows窗体 文件访问应用 数据库访问 委托与事件 泛型与多线程 图形开发技术应用数据结构与算法 线性表设计与应用 栈的设计与应用 队列的设计与应用图形算法基础 矢量图形数据结构 矢量线的裁剪 矢量多边形裁剪与填充 栅格数据结构设计资源与环境科

22、学学院资源与环境科学学院 GIS专题开发与设计实验教程设计Dotspatial桌面GIS开发数据加载与地图浏览地理要素查询与检索专题地图渲染地理要素编辑空间分析与统计地图打印输出基于ArcGIS Engine的开发ArcGIS Engine控件使用地图文档及相关对象几何对象与空间参考参数传递与鹰眼地图命令封装与右键菜单空间可视化空间数据库空间数据查询空间数据编辑空间分析基于GeoServer的WebGIS开发系GeoServer安装与使用地图图层发布与管理地图浏览地图图层叠加显示屏幕交互操作基于ArcGIS的Android移动GIS开发地图工程创建数据显示与浏数据查询与检索数据采集与编数据实时

23、同步资源与环境科学学院资源与环境科学学院为什么要做集成实验教程集成实验教程的设计体系帮助学生构建知识体系的路径集成实验教程与GIS专业知识体系建构资源与环境科学学院资源与环境科学学院坐标系统符号化基于基于GIS的地图制图工程概念模式图的地图制图工程概念模式图地图文档工程/项目Map-1Map-2统计表统计图辅助要素地图输出Map-nMap-3Layer-1Layer-4Layer-2.Layer-13DataSource-4(矢量)DataSource-6(栅格)Layer-3DataSource-2(矢量)DataSource-9(矢量).DataSource-1(表)统计表工作视图数据视图

24、布局视图GeoDatabaseShapefileKML坐标系统记录(Record)像元(Grid)Online Map ServicesDataSource-7(栅格)DataSource-n(Other)选择集(Selection)子集(SubDataset)Layer-10虚拟数据模型DataSource-11(矢量)DataSource-10(TIN)Data Interoperability从用户处收集数据子集(SubDataset)Layer-14Layer-15DataSource-12(栅格)DataSource-8(矢量)Layer-9Map-2TIN fileOthers D

25、ataSource-5(矢量)Layer-11Layer-12DataSource-3(栅格)要素(Feature)Layer-16Layer-nLayer-5.GrouplayerLayer-6Layer-7Layer-8图例比例尺指北针图名辅助说明注记坐标网格图片PDFEMF出版印刷 地图包数据编辑拓扑关系空间分析 多层次概念化体系设计(课程层次)资源与环境科学学院资源与环境科学学院LayerFeatureClassSQL QuerySymbolizeLabelClass1Label ContentLabel StyleLabel FieldDisplacement PropertiesP

26、riority RankingExpressionPointLinePlacementLabelClass2LabelClass3PolygonConflict DetectionDuplicateLayer2SQL QuerySymbolizeLayer3FeatureClassSQL QuerySymbolizeLabelClass4LabelClass5LabelClass6Annotation ClassConvertGeoDBSaveMapDocumentSaveMap/DataFrameLayer files简单标注引擎Location At Best At Begin At En

27、dPosition Regular Placement Street Placement Contour Placement River PlacementDensity Repeat label Label Buffer Minimum feature size for labeling Connect featuresPosition Above On the line Below OffsetOrientation Horizontal Parallel Curved PerpendicularConflict Resolution Fitting Strategy 复杂标注引擎地图图层

28、标注与注记类管理地图图层标注与注记类管理多层次概念化体系设计(模块层次)资源与环境科学学院资源与环境科学学院ElementExtentLayerViewFeatureDataFrame(Map)SelectionGraphicCoordinate SystemScale Bar/TextNorth ArrowMap TitleLayout ViewLegendDataFrame(Map)Graphic/TextTable/GraphGrids/Graticules核心概念支撑下的地图布局与版面设计Dynamic TextNeatline备注1：指北针、比例尺和图例是与数据框（Map）相关图元备

29、注2：布局视图下插入Element对象时，菜单列表中有明确的分组非关联非关联Text Elements数据框关联数据框关联Elements文本信息文本信息来自文档来自文档文本信息来文本信息来自数据框自数据框Data View多层次概念化体系设计(模块层次)资源与环境科学学院资源与环境科学学院 多层次概念化体系设计(模块层次)资源与环境科学学院资源与环境科学学院数据库数据源LayerVisualization文本标注表格化SymbolizeChart空间信息符号化属性信息符号化类别渲染数量渲染（Quantitative）Colormap（Raster）Discrete Color（Raster）

30、Unique Value（Raster/Vector）Stretched ColorsQuantitative ColorsQuantitative SymbolsProportional Symbols数值对应数据分级（分类）Single Symbol数据对比与统计Chart点密度ManualEqual Geometrical IntervalDefined IntervalQuantileNatural BreaksStandard DeviationSymbol样式样式库（文件）表达规则其它地图数据可视化地图数据可视化概念模式概念模式多层次概念化体系设计(模块层次)资源与环境科学学院资源

31、与环境科学学院问题导向概念化设计Extent Indicator实现机制解析图区位表达目标地图Map Extent地理坐标描述信息屏幕坐标描述信息Outline of Features/Cells of target map基于参考地图绘制区位图形RectanglePolygonGraphic地图文档存储多层次概念化体系设计(功能层次)资源与环境科学学院资源与环境科学学院参考底图栅格地图(DRG)栅格底图遥感影像多软件合作模式的矢量数据生产多软件合作模式的矢量数据生产R2VArcMapArcScan交互式矢量化属性计算要素模板等高线多边形要素点要素线要素交互式矢量化多线追踪高程批量赋值等高线建

32、筑物点要素线要素坐标系统一致相同的TFW文件底图配准TFW共享地图集成二值化渲染图像分类图像阈值多层次概念化体系设计(功能层次)图 2-5-1 R2V 和 ArcMap 基于世界坐标文件合作生成矢量数据。左为 R2V 用 TFW 导出 shape 文件；右为导出结果加至 ArcMap 资源与环境科学学院资源与环境科学学院工具概念化模式工具/模型Input Data问题与目标ParametersOutput DataControl Parameters边界/范围控制参数几何计算拓扑计算栅格单元参数属性计算参数需求解析需求解析Factor1Factor2Factor3Factor4结果表达结果表达

33、参数控制1参数控制2参数控制3参数控制4学科根基学科根基地图学GIS测绘地图学GIS测绘Environments工作空间坐标系统精度与阈值分析与计算模式数据结构规则多层次概念化体系设计(功能层次)资源与环境科学学院资源与环境科学学院BufferInput Features目标要素的影响范围ParametersOutput Feature ClassControl ParametersDistance(Value or field)Side Type(Left/Right;Full/Out Side Only)End Type(Round/Flat)Method(Planar/Geodesic)

34、Dissolve Field(S)需求解析需求解析目标要素是谁影响多大范围边界如何处理是否匀质重叠区域结果表达结果表达特定半径的缓冲区距离计算方式是否多级缓冲单边、双边缓冲是否融合重叠区域地理学GIS测绘GIS测绘EnvironmentsWorkspaceOutput Coordinate SystemProcessing Extent工具概念化模式多层次概念化体系设计(功能层次)资源与环境科学学院资源与环境科学学院虚拟数据模型虚拟矢量数据模型FeatureClassFeatureDataset表FeatureBand1Band2Band3 镶嵌数据集栅格目录ArcGIS E00Mapinfo

35、 TableKml Tiff/JPG栅格Esri GridErdas Img虚拟栅格数据集文本数据CSV数据Excel数据影像产品激光点云虚拟CAD数据集模型Interoperability数据模型映射关系AutoCAD数据：DWG文件DXF文件映射关系虚拟栅格数据模型映射关系映射关系激光点云数据集遥感数据产品数据集栅格数据集Quickbird高分卫星栅格像元(Cell)虚拟虚拟数据模型数据模型多层次概念化体系设计(概念层次)资源与环境科学学院资源与环境科学学院坐标系统动态投影成果表达位置意义几何量算数据可视化多源数据集成比例尺比例尺坐标网格坐标网格Location Map数据框数据框要素数据

36、集要素数据集数据格式转换数据格式转换地图视图地图视图 容器坐标容器坐标符号比例符号比例距离量算距离量算面积量算面积量算形态量算形态量算坐标意义坐标意义空间关系空间关系多层次概念化体系设计(概念层次)资源与环境科学学院资源与环境科学学院选择高斯投影坐标系分组查看坐标系统参数选择3度分带114中央经线的高斯投影参数GIS坐标系与投影组织选择待变换数据输出路径文件名定义输出坐标系配置与定义坐标系统学习坐标系统与投影四部曲坐标系与投影原理地图布局的坐标网格线多层次概念化体系设计(概念层次)资源与环境科学学院资源与环境科学学院关键概念与GIS知识体系构建：LayerLayer数据源引用渲染方式(符号化)

37、标注显示与选择状态选择集按比例显示MapTips选择集符号化多层次概念化体系设计(概念层次)资源与环境科学学院资源与环境科学学院关键概念与GIS知识体系构建：Layer Layer的内涵：的内涵：数据角色多元呈现数据角色多元呈现 Layer：是：是ArcMap、ArcGlobe 和和ArcScene 中地理数据集的显示机制。中地理数据集的显示机制。Layer file：显示机制的单独文件化。：显示机制的单独文件化。所有所有GIS软件中：图层是“数据表现形式”的逻辑载体。软件中：图层是“数据表现形式”的逻辑载体。Layer的的GIS功能功能：地理数据与：地理数据与GIS的关键纽带的关键纽带 大部

38、分数据符号化都是图层化大部分数据符号化都是图层化 图层是工具模型的主导输入参数图层是工具模型的主导输入参数 图层是综合分析的基本逻辑单元图层是综合分析的基本逻辑单元 Layer专业价值专业价值：多课程关系建构的重要概念：多课程关系建构的重要概念 地图学：符号化地图学：符号化(数量分级数量分级)、标注、按比例显示、标注、按比例显示 GIS原理：选择集、标注、渲染方式原理：选择集、标注、渲染方式 GIS开发：显示、开发：显示、MapTips等各类状态控制等各类状态控制Layer数据源引用渲染方式(符号化)标注显示与选择状态选择集按比例显示MapTips选择集符号化多层次概念化体系设计(概念层次)资

39、源与环境科学学院资源与环境科学学院 大容量信息图：概念体系与功能组合 多层次概念化体系设计(描述层次)资源与环境科学学院资源与环境科学学院 多层次概念化体系设计(描述层次)大容量信息图：软件功能与效果描述组合资源与环境科学学院资源与环境科学学院 多层次概念化体系设计(描述层次)大容量信息图：软件功能与效果描述组合资源与环境科学学院资源与环境科学学院 多层次概念化体系设计(描述层次)大容量信息图：软件功能与效果描述组合资源与环境科学学院资源与环境科学学院ASTER GDEM/SRTM数据与文件组织数据结构(栅格)栅格数据符号化栅格计算数字地形分析空间建模Globeland30数据与文件组织数据结

40、构(栅格)栅格数据符号化栅格计算叠置分析空间建模中国100万基础地理数据集数据与文件组织数据结构(矢量)矢量数据符号化空间分析空间建模实验案例的多源数据集成设计资源与环境科学学院资源与环境科学学院数据准备与下载数据质量评估分幅栅格数据镶嵌数据投影变换研究区数据裁切与提取DEM重分类地表覆盖类型转移矩阵计算空间统计与栅格分析 综合实验案例集成设计基于基于Globaland30的地表覆盖特征及时空变化分析的地表覆盖特征及时空变化分析资源与环境科学学院资源与环境科学学院高级语言、空间数据结构、计算机图形学综合实验 实验内容 以单链表结构为基础，设计简单图形数据结构：以单链表结构为基础，设计简单图形数

41、据结构：点要素（点要素（PointFeaturePointFeature）；）；线要素（线要素（PolylineFeaturePolylineFeature）；面要素（）；面要素（PolygonFeaturePolygonFeature）实现三种图形简单样式设定实现三种图形简单样式设定 鼠标事件驱动的折线、多边形裁剪算法，多边形填充算法。鼠标事件驱动的折线、多边形裁剪算法，多边形填充算法。实验平台 MS Visual C#&GDI+MS Visual C#&GDI+（Graphics Device Interface PlusGraphics Device Interface Plus，微软图

42、形，微软图形开发平台，整合于开发平台，整合于.NET Framework.NET Framework 之中，是之中，是GDIGDI的升级版）的升级版）知识点及所属课程 图形要素单链表的设计图形要素单链表的设计空间数据结构（图形要素类设计与实现）空间数据结构（图形要素类设计与实现）委托结构实现窗体参数传递委托结构实现窗体参数传递高级语言（图形样式设计）高级语言（图形样式设计）计算机图形计算机图形2D2D算法算法计算机图形学（折线、多边形裁剪，多边形填充）计算机图形学（折线、多边形裁剪，多边形填充）综合实验案例集成设计资源与环境科学学院资源与环境科学学院图形要素链式结构概念图综合实验案例集成设计资

43、源与环境科学学院资源与环境科学学院图形要素类设计综合实验案例集成设计资源与环境科学学院资源与环境科学学院图形要素链表结构类设计综合实验案例集成设计资源与环境科学学院资源与环境科学学院高级语言、空间数据结构、计算机图形学综合实验范例程序结构范例运行界面综合实验案例集成设计资源与环境科学学院资源与环境科学学院不忘初心 集成实验集成实验教程具有操作手册的功能，但绝不是操作手册。教程具有操作手册的功能，但绝不是操作手册。理论与实验教程间应包含系统的教学设计：知识体系建构。理论与实验教程间应包含系统的教学设计：知识体系建构。理念集成课程集成数据集成功能集成概念集成软件集成资源与环境科学学院资源与环境科学学院谢谢各位同仁！期待合作与交流！期待合作与交流！