《空间数据库基础》课程教学大纲.docx

《空间数据库基础》课程教学大纲
课程英文名称：Fundmental of Spatial Database课程编号：HZ191800
课程类别：个性化教育课程课程性质：选修课
学分：3学时：32 （其中：讲课学时：32实验学时：0上机学时:0）
适用专业：测绘工程开课部门：环境与资源学院测绘与地理信息工程系
先修课程：大学计算机（理工A）、高等数学A1XA2、程序设计基础A （C语言）、数据结构与算法等
后续课程：测绘工程专业毕业实习、测绘工程专业毕业设计（论文）一、课程目标
通过本课程的学习，使学生具备以下能力：
1 .掌握数据库系统的基本概念和体系结构；掌握关系数据库的基本理论， 能够设计ER图并转化为关系模型；掌握数据库设计的基本方法。具备根据实际 情况，结合《空间数据库实验》课程，运用相关关系数据库软件，设计并构建满 足规范化要求的关系数据库的能力。
2 .掌握空间数据库的基本概念；掌握空间现象的数据表达模型；掌握空间 数据组织与管理、索引、查询的方法。具备运用相关理论知识，针对测绘工程问 题的实际情况，结合《空间数据库实验》课程，选择适当的空间数据模型，建立 个人空间地理数据库，进行空间数据管理和属性编辑、数据处理以及空间分析等 操作的能力。
二、课程目标与毕业要求的对应关系
课程目标
指标点
毕业要求
课程目标1
11.2具有工程经理应具备的规划、组织、 协调及管理等基础素质，能在多学科环 境下，在设计开发的过程中，运用工程 管理与经济决策方法。
11.工程管理：掌握测绘工程管理知识与决策方法，并将其 在多学科环境中正确应用在测绘实践工程管理中。
课程目标2
5.2能使用现代工具对复杂测绘工程方案 进行分析、计算与优化设计。
5.使用现代工具：能够针对复杂的测绘工程问题，合理地 选择、开发与使用现代测绘工具、技术与资源，包括对工程 问题的模拟与预测，并能够理解其局限性。
三、教学内容与教学方法和课程目标的对应关系、课程的主要内容及基本要求
单元
空间数据库基础
教学内容
教学方法
课程目标
教学环节
训练环节
1
数据库系统概论
授课4学时

课程目标1
2
关系数据库理论
授课4学时
作业1
课程目标1
3
数据库设计
授课4学时

课程目标1
4
空间数据库概述
授课2学时

课程目标2
5
空间现象的数据表达
授课4学时
作业2
课程目标2
6
空间数据模型
授课2学时
作业3
课程目标2
7
空间数据的组织与管理
授课4学时

课程目标2
8
空间数据库索引技术
授课4学时
作业4
课程目标2
9
空间数据的查询
授课4学时
作业5
课程目标2
Ui
第1单元数据库系统概论（4学时，支撑课程目标1）［知识点］
数据与信息；数据库；数据库系统；概念世界的表示；数据模型；层次模型； 网状模型；关系模型；数据库的三级模式和两级映射。
［重点］数据管理技术的开展过程；联系的类型；数据库的三级模式和两级映射。
［难点］ER图；现实世界到数据世界的转化。
［基本要求］.识记：数据；信息；数据库；数据库管理系统；数据库系统；模式;
外模式；内模式；外模式-模式映射；模式小模式映射。
1 .领会：数据库系统的组成；数据库技术的开展趋势；数据库系统与 数据库管理系统的区别。
2 .简单应用：能够分析联系的类型。
3 .综合应用：无第2单元关系数据库理论（4学时，支撑课程目标1）
［知识点］
关系数据结构；关系的操作；关系代数；关系的完整性；ER模型转换为关 系模型。
［重点］关系模式与关系的区别：集合运算：ER图的设计。
［难点］除运算；基于实例的关系运算；ER模型转换为关系模型。
［基本要求］
1 .识记：关系；关系模式；关系数据库；元组；属性；元数；主关键 字；外关键字。
2 .领会：二维表成为关系所具备的特征；关系的完整性规那么；ER图转 换为关系模型的原那么。
3 .简单应用：能够进行传统的集合运算和专门的关系运算。
4 .综合应用：根据要求设计ER图，并转化为对应的关系模式。
第3单元数据库设计（4学时，支撑课程目标1）［知识点］
工程化设计；软件生命周期；规划；需求分析；数据流图；概念设计；逻辑 设计；物理设计；系统实施；运行和维护；关系模式的规范化；数据库的平安风 险和平安技术。
［重点］概念设计到逻辑设计的转换；三个范式。
［难点］第二、三范式的分解。
［基本要求］
1 .识记：软件危机；软件工程；函数依赖；键；完全依赖；传递依赖； 静态备份；动态备份；海量备份；增量备份。
2 .领会：软件工程的三要素；数据库设计的基本步骤；数据库系统的 主要风险；数据库系统的平安特征；数据库加密技术；平安审计技术；故障 的种类；数据库的恢复机制。
3 .简单应用：能够分析数据流图。
4 .综合应用：判断一个关系是否满足三个范式，如不满足将其规范化。
第4单元空间数据库概述（2学时，支撑课程目标2）［知识点］
空间数据的特征；空间数据管理的开展过程；空间数据库的研究内容；空间 数据库的要素；分布式数据库；演绎数据库；时态数据库。
使点］空间数据的特点。
［难点］用关系数据库管理空间数据的困难。
［基本要求］.识记：空间数据；空间数据库；空间数据引擎。
1 .领会：文件与关系数据库混合管理系统的思想；研究空间数据库的 主体。
2 .简单应用：简述空间数据库与关系数据库的区别。
3 .综合应用：无。
第5单元空间现象的数据表达（4学时，支撑课程目标2）［知识点］
地理实体及数据表达；空间现象的栅格表达；数字地形模型；表示DEM的 主要模型；矢量数据模型；地理要素的空间关系表示。
［重点］栅格数据及其结构；矢量数据与栅格数据比拟。
［难点］线性四叉树编码过程；9交模型。
［基本要求］
1 .识记：欧式空间；0、1、2维对象；栅格；矢量；直接编码；游程编 码；四叉树编码；Morton码；M、T型金字塔；DTM;面条模型；拓扑模型； 拓扑关系。
2 .领会：地理实体的表达；基于实体的空间数据模型；DTM与DEM 的关系；拓扑变换与几何变换的区别。
3 .简单应用：判断点、线、面之间的拓扑关系。
4 .综合应用：对栅格数据进行游程、四叉树、线性四叉树编码。
第6单元空间数据模型（2学时，支撑课程目标2）［知识点］
面向对象空间数据模型；三维数据模型；时空数据模型；The Model ofESRL 使点］面向对象模型的抽象技术和抽象工具；八叉树模型。
［难点］Open GIS面向对象空间实体模型；八叉树的逻辑结构和存储结构。
［基本要求］
1 .识记：对象；封装；分类；概括；联合；聚集；继承；传播；OpenGIS; OGC; UML;灰、白、黑节点；序列快照模型；基态修正模型；地理相关模 型；GeoDatabase o
2 .领会：面向对象模型的抽象技术的含义；面向对象数据库系统实现 方式；关系模型与面向对象数据模型的比拟。
3 .简单应用：判断实例属于面向对象模型哪个各抽象技术。
4 .综合应用：无。
第7单元空间数据的组织与管理（4学时，支撑课程目标2）［知识点］
空间数据组织与管理的要求；空间数据的管理方式；矢量与栅格数据的管理; 空间数据的组织。
［重点］文件与关系数据库混合管理模式的特点；栅格数据的存储方式；
［难点］对象一关系空间数据管理模式的两种实现方式。
［基本要求］
1 .识记：结构化；非结构化；B/S构架；C/S构架；Shape文件；空间 数据引擎。
2 .领会：空间数据的组织策略；全关系型空间数据库管理模式的思想； 纵向分层组织；横向分块组织。
3 .简单应用：解释SDO_GEOMETRY语句；解释空间数据分层的目的。
4 .综合应用：能够阐述空间数据的各种管理方式的思想和特点。
第8单元空间数据库索引技术（4学时，支撑课程目标2）［知识点］
空间数据索引概述；网格空间索引；R树空间索引；四叉树空间索引；填充 曲线空间索引；BSP空间索引。
［重点］网格创立步骤；R树索引的优缺点。
［难点］四叉树索引构建的步骤；Hilbert曲线的构造过程。
［基本要求］
1 .识记：索引；空间索引；网格索引；R树索引；最小边界矩形；R+ 树；Z曲线；Hilbert曲线。
2 .领会：多级索引结构；空间索引的作用；网格索引的思想；R-树索 引特点；四叉树索引优缺点。
3 .简单应用：根据实例计算空间对象的Z值和H值。
4 .综合应用：根据空间对象的分布画出相应的R树结构。
第9单元空间数据的查询（4学时，支撑课程目标2）［知识点］
结构化查询语言SQL; SQL的数据定义功能；SQL的数据操纵功能；空间 查询语言；对象关系SQL;空间查询处理与优化。
使点］
查询与检索记录的语句SELECT ; OGIS的操作分类；强调空间的查询语 句。
［难点］子查询的嵌套；8个拓扑谓语关键词的使用。
［基本要求］
1 .识记：SQL;条件查询；Order by子句；GROUP BY子句；谓语关 键词；抽象数据类型ADT;行类型；I/O代价。
2 .领会：SQL的构成；SQL语句的一般格式；带排序条件Order by子 句的查询；GROUP BY子句在查询语句中的使用；基于属性特征的查询优化 方法；基于空间特征的查询处理与优化。
3 .简单应用：能够根据要求使用SQL创立、修改、删除对象；能够根 据要求使用SQL编写查询语句。
4 .综合应用：根据空间数据库例如和查询要求，写出包含空间操作的 SQL语句。
【学时分配】
知识单元
理论学时
第1单元数据库系统概论
4
第2单元关系数据库理论
4
第3单元数据库设计
4
第4单元空间数据库概述
2
第5单元空间现象的数据表达
4
第6单元空间数据模型
2
第7单元空间数据的组织与管理
4
第8单元空间数据库索引技术
4
第9单元空间数据的查询
4
合计
32
五、教学方法与手段
1、坚持理论联系实际的教学方法，配合《空间数据库实验》课程，培养学 生的理论联系实际与动手能力。
2、坚持传统教学手段与现代教学手段相结合，教学内容安排要突出重点和 难点，积极应用多媒体教学技术和网络教学平台，如慕课和雨课堂等，采用混合 式教学，尽可能把抽象的理论具体化，使复杂的理论变得简单、直观，力求化难 为易，努力提高学生的学习兴趣。
3、注重应用启发式教学、开展课堂问答、讨论等教学方法，引导学生积极 思考问题、分析问题，拓展学生的思维。
4、注重课前预习和课后练习，大力培养学生动脑、动手、独立解决问题的 能力，提高学生的计算能力。
六、考核要求、方式与成绩评定考核要求：需覆盖大纲中各知识单元全部教学内容，主要是教材中重要的基 本原理和基本方法的应用，亦会少量涉及到补充的内容或布置的参考资料内容。
考核形式：考试+考查。
成绩评定：课程考核选择百分制模式，平时考查与期末考试相结合。课程考 核总评成绩由期末考试成绩和平时成绩两局部构成，具体计算为总评成绩二期末 考试成绩x50%+平时成绩x50%,课程考核的评价环节以及与课程目标和毕业要 求的对应关系参考下表：
课程考核构成
评价环节
评估课程目标
对应毕业要求
平时成绩（50%）
作业1
课程目标1
11.2
作业2
课程目标2
5.2

作业3
课程目标2
5.2
作业4
课程目标2
5.2
作业5
课程目标2
5.2
课堂表现
课程目标1、2
11.2、5.2
期末考试（50%）
填空、选择、简答、 计算等题型
课程目标1、2
11.2、5.2
期末考试统一命题，统一评分标准，统一考试时间。考试范围不超过大纲的 内容，考试时间为100分钟，成绩定为百分制。
平时成绩由作业成绩和课堂表现成绩构成，每项都按百分制评分，最后分别 按80%和20%的比重计算平时成绩，即平时成绩=作业成绩x80%+课堂表现成绩 x20%o
作业会随教学进度屡次上交评分，每次评分在作业总成绩中所占比重由授课 教师根据作业量和难度确定，每次作业均为百分制，最后按比重计入作业成绩, 作业评分标准参考下表：
考核内容
90-100 分
75-89 分
60-74 分
低于60分
按时提交作业 （权重0.2）
按时完成并提交
按时提交，有个别题 目未计算出结果
按时提交，有题目未 完成
补交作业
方法正确性，训 练完成度。
（权重0.5）
采用方法正确，步
骤正确、完整
采用方法正确，步骤 有完整，顺序有误
采用方法正确，步骤 缺失、不完整
采用方法错误， 步骤不正确、不 完整
结果正确性 （权重0.3）
计算结果正确，结 果表述清晰明了
计算结果正确，结果 未总结表述，个别结 果未算出
计算结果有些未完 成，其他结果正确
计算结果错误 或未算出
课堂表现成绩由出勤和主动回答课堂问题构成，每项均为百分制，最后按权 重计入课堂表现成绩，评分标准参考下表：
考核内容
90-100 分
75-89 分
60-74 分
低于60分
出勤 （权重0.4）
满勤，没有无故旷 课或迟到
出现1次无故旷课或
迟到
出现2次无故旷课或
迟到
出现3次及以
上无故缺勤
主动回答课堂 问题 （权重0.6）
上课积极与老师互 动，课堂问题经常 主动回答且回答正 确
上课偶尔主动回答课 堂问题且回答基本正 确
上课几乎不主动回答 课堂问题，但被点名 回答基本能够回答正 确
上课不主动回 答课堂问题，被 点名回答错误 或答不上来
七、选用教材、讲义和主要参考书
1 .推荐教材：
《空间数据库原理》，武芳等编著，武汉大学出版社，2017年5月。
2 .推荐参考书：
《空间数据库教程》，毕硕本等编，科学出版社，2016年11月。
《地理空间数据库原理（第2版）》，崔铁军等编，科学出版社，2017年5月。
八、大纲说明
本大纲根据【西南科技大学＜＜本科人才培养方案＞＞2019版（修订）】中测绘 科学专业培养方案制订。
在教学中提倡特色教学，应精选内容，打好基础，培养学生的管理思维。教 材中有些内容在授课时可做必要的取舍。