《空间数据库》课程教学大纲.docx

空间数据库课程教学大纲课程英文名称：Spatial Database课程编号：HZ161870课程类别：专业教育平台课程性质：必修学分：3学时：48 （其中：讲课学时：40实验学时：8上机学时：8）适用专业：地理信息科学开课部门：环境与资源学院测绘与地理信息工程系先修课程：地理信息系统基础A、地图学、数据库基础、C#程序设计语言A 后续课程：GIS软件工程、时态GIS原理与应用、移动GIS开发技术、GIS二次 开发、WebGIS技术、空间分析等一、课程目标空间数据库是地理信息系统的重要组成局部，内容涉及地理学、测绘学和计 算机科学等多学科的交叉。通过本课程的学习，学生应当具备以下能力：1 .本课程旨在通过对空间数据库的理论、建库流程的学习，了解国内外数 据库理论的起源、开展与主要内容。2 .使学生掌握建立地理信息系统空间数据库的方法，具备对空间数据库的 设计与实现理论与方法体系全面地理解和应用能力。3.能够应用空间数据库的相关背景知识，分析、评价具体工程实践和复杂 工程问题，为将来从事GIS应用系统及其数据库的设计和开发打下基础。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11.4掌握地球空间信息数据处理软件 的使用与操作、数据的处理与分析等 相关技能，能够分析、归纳、整理相 关数据，并建立空间数据库。1 .工程知识：掌握数学、自然科学、地理信息基 础和专业知识，具备地球空间数据采集、获得应 用能力、地球空间信息数据处理与建库能力。课程目标22.2具有一定的地理信息软件工程专 业知识和管理能力，初步具备比拟大 型的地理信息平台的架构能力。2.问题分析：能够应用数学、自然科学和地理信 息科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研 究分析地理信息专业问题，具备地理信息系统的 架构能力。课程目标33.1具备一定的地理空间数据综合处3.设计/开发解决方案：能够设计针对地理信息领理分析、并将分析结果应用于各相关领域的能力域的工程问题的解决方案，具备地理空间数据的 综合处理分析和应用能力、数字地图设计与编制 能力和地理信息系统的开发能力；能够在设计和 开发环节中表达创新意识。3.3具肩较扎实的地理信息系统开发 的专业知识，能进行实用型地理信息 系统的设计与二次开发。三、课程目标与教学内容和教学方法的对应关系空间数据库空间数据库基础实验教学内容教学方法课程目标实验工程课程目标教学环节训练环节1绪论授课2学时习题12空间现象的数据表达授课2学时习题13空间数学模型授课2学时习题14空间数据的组织与管理授课6学时习题25空间数据库索引技术授课4学时习题2基于 PostgreSQL 建立索引（1学时）2、36空间数据库查询与优化授课8学时习题2、3基于 PostgreSQL 查 询处理、查询优化、 数据库恢复、并发控 制等操作（2学时）2、37空间数据库设计授课2学时习题2、38ArcSDE与数据授课4学时2、3数据库连接实验（12、3库的连接学时）9开发空间数据库管理系统授课10学时1、2、3开发简单空间数据库管理系统（4学时）2、3、课程的主要内容及基本要求Ui（一）理论学时局部第1单元绪论（2学时）（支撑课程目标1）知识点空间数据库基本概念；空间数据库的作用和特征；空间数据库的模型；面向 对象。重点空间数据库基本概念。难点基本要求 1.2.模型。3.4.空间数据库的模型。识记：空间数据库、地理空间、空间信息、空间数据。简单应用：无 综合应用：无领会：空间数据的特征、面向对象的模型、三维数据模型、时态GIS第2单元空间现象的数据表达（2学时）（支撑课程目标1）知识点地理实体；地理实体的表达；矢量；栅格；直接编码；游程长度编码；四叉 树编码；数字地形模型；空间现象的矢量表达；最基本的拓扑关系；空间关系模 型。重点地理实体的表达；拓扑关系；空间关系模型。难点空间关系模型。基本要求1 .识记：矢量、栅格、直接编码、游程长度编码、四叉树编码、数字 地形模型、拓扑关系。2 .领会：地理实体的表达、空间数据模型、空间关系模型。3 .简单应用：建立空间拓扑关系。4 .综合应用：无。第3单元空间数据模型（2学时）（支撑课程目标1）知识点数据模型；数据模型的层次；层次模型；网络模型；关系模型；对象模型； 面向对象空间数据模型；三维数据模型；三维边界表示方法；时空数据模型。 重点数据模型；面向对象空间数据模型。难点面向对象空间数据模型。基本要求1 .识记：数据模型、数据模型的层次、层次模型、网络模型、关系模 型、对象模型、三维数据模型、时空数据模型。2 .领会：面向对象空间数据模型。3 .简单应用：构建OpenGIS面向对象空间实体模型。4 .综合应用：无。第4单元空间数据的组织与管理（6学时）（支撑课程目标1）知识点空间数据的组织策略；文件管理模式；文件和数据库混合管理模式；全关系 型数据库管理模式；对象-关系数据库管理模式；面型对象数据库管理模式；空 间数据库引擎；矢量数据的管理；栅格数据的管理；空间数据的分层组织；空间 数据的分块组织；多比例尺空间按数据的组织；多媒体数据的组织。重点文件与数据库系统；空间数据库引擎；空间数据的管理；空间数据的组织。难点空间数据库引擎；空间数据的管理；空间数据的组织。基本要求1 .识记：空间数据的组织策略、文件管理模式、文件和数据库混合管 理模式、全关系型数据库管理模式、对象-关系数据库管理模式、面型对象数 据库管理模式。2 .领会：空间数据库引擎、矢量数据的管理、栅格数据的管理、空间 数据的分层组织、空间数据的分块组织、多比例尺空间按数据的组织、多媒 体数据的组织。3 .简单应用：无。4 .综合应用：无。第5单元空间数据库索引技术（6学时）（支撑课程目标2）知识点空间索引；网格索引；R-树索引；四叉树空间索引；填充曲线空间索引；B 树;BSP树。重点网格索引；R-树索引；四叉树空间索引；填充曲线空间索引。难点R-树索引；四叉树空间索引。基本要求.识记：空间索引的定义、常见的空间索引。1 .领会：常见的空间索引及其构建步骤与应用。2 .简单应用：根据R-树索引和四叉树索引，构建查询。3 .综合应用：无。第6单元空间数据库查询与优化（10学时）（支撑课程目标2、3） 知识点SQL;表；空间查询语言；基于SQL扩展的空间查询语言；自然空间查询 语言；基于属性特征的查询处理与优化；基于空间特征的查询处理和优化。 重点空间查询语言；基于属性特征的查询处理与优化；基于空间特征的查询处理 和优化。难点基于属性特征的查询处理与优化；基于空间特征的查询处理和优化。 基本要求.识记：SQL、表以及表的基本操作。1 .领会：空间查询语言、基于SQL扩展的空间查询语言、自然空间查 询语言、基于属性特征的查询处理与优化、基于空间特征的查询处理和优化。2 .简单应用：使用SQL进行表的基本操作以及构建空间查询。3 .综合应用：基于PostgreSQL创立表，并实现空间数据库查询与优化。 第7单元空间数据库设计（2学时）（支撑课程目标2、3） 知识点空间数据库设计思路；空间数据库设计的基本步骤；需求分析；概念结构设 计；E-R模型；逻辑结构设计；物理结构设计；空间数据库的运行和维护；空间 数据库建设。重点空间数据库设计的基本步骤；空间数据库建设的内容。难点概念结构设计、逻辑结构设计。基本要求1 .识记：需求分析、概念结构设计、E-R模型、逻辑结构设计、物理 结构设计。2 .领会：空间数据库设计思路、空间数据库的运行和维护、空间数据 库建设。3 .简单应用：无。4 .综合应用：根据空间数据库设计思路和基本步骤，开展空间数据库 设计。第8单元ArcSDE与数据库的连接（5学时）（支撑课程目标2）知识点空间数据库引擎、ArcSDE的安装和配置、版本管理；ADO.NET数据访问 对象;DataSet对象；数据绑定;Data View对象;DataGridView控件。重点ArcSDE的安装和配置、版本管理；DataSet对象；数据绑定；Data View对 象。难点版本管理；使用AD0.NET访问数据库。基本要求1 .识记：空间数据库引擎ArcSDE、数据绑定、DataSet对象、DataView 对象。2 .领会：版本管理的原理和思路、AD0.NET访问数据库的思路。3 .简单应用：会配置ArcSDE并进行空间数据库中数据的版本管理；会使用AD0.NET访问关系数据库。4 .综合应用：设计建立一个数据库管理系统。第9单元开发空间数据库管理系统（14学时）（支撑课程目标1、2、3） 知识点C#开发环境;窗体；常用控件；对话框的设计，菜单、工具栏和状态条； GeoDatabase对象模型；GeoDatabase的访问；空间数据库前端应用开发；空间 数据库设计；系统设计；系统实现；系统测试；系统运行。重点空间数据库前端应用开发；空间数据库建设。难点空间数据库前端应用开发；空间数据库建设。基本要求1 .识记：窗体、常用控件、菜单、工具栏、状态条、对话框设计、常 用空间GeoDatabase类库、GeoDatabase对象模型。2 .领会：GeoDatabase的访问的方法和原理。3 .简单应用：能够使用C#和PostgreSQL对GeoDatabase空间数据库进 行访问。4 .综合应用：设计开发一个空间数据库管理系统。学时分配知识单元理论学时第1章绪论第2章空间现象的数据表达2第3章空间数据模型2第4章空间数据的组织与管理6第5章空间数据库索引技术4第6章空间数据查询与优化8第7章空间数据库设计2第8章ArcSDE与数据库的连接4第9章开发空间数据库管理系统10合计40（二）实验学时局部实验总共8学时:知识单元学时基于PostgreSQL建立索引1基于PostgreSQL查询处理、查询优化、数据库恢复、并发控制等操作2数据库连接实验1开发简单空间数据库管理系统4合计8实验教学环节作用及目的“空间数据库”实验课是课堂教学的一个重要组成局部。本着以培养学生理 论与实践能力相结合为目标，本课程实验主要开设了验证性实验、综合性实验及 设计性实验。通过实验教学活动，使学生初步了解空间数据库的原理；熟悉常用 空间数据库软件的使用；了解空间数据处理方法；巩固、验证课堂教学所学的理 论知识。实验课程注重实际操作技能，培养求实的科学实验素养。实验教学环节培养学生能力标准本实验主要利用PostgreSQLArcGIS 10.2和Visual Studio C#软件进行实验, 在实验教学过程中培养学生的实践动手能力和实验设计能力，使学生运用空间数 据库所学的理论知识，根据空间数据的实际情况，按照不同的GIS要求，设计 空间数据库方案，运用数据库管理系统软件、空间数据处理软件以及程序开发语 言软件完成不同的实验任务，使学生能够真正的做到理论与实践相结合的能力标 准。实验工程、内容、学时分配及实验类型1、必开实验序号实验工程实验内容学时实验类型(演示、验 证、综合、设计研究)组数每组学生 人数1基于PostgreSQL 建立索引利用PostgreSQl创立索引1脸证12基于PostgreSQL 空间数据查 询与优化基于PostgreSQL查询处理、 查询优化、数据库恢复、并发 控制等操作2验证13数据库连接 实验利用 PostgreSQL 与 ArcSDE 建立空间数据库连接1验证14开发简单空 间数据库管 理系统开发一个空间数据库管理系 统。4综合342、选开实验无O3、主要仪器设备计算机、ArcGIS 10.2 软件、PostgreSQL 软件、Visual Studio (C#)开发工具等。 五、教学方法与手段1 .坚持教师理论讲解与学生实践相结合，不断地吸收先进理论知识和 最新管理学研究动态。理论教学要结合学生的创业大赛、课堂讨论、案例分 析、角色扮演等展开，努力降低学生接受知识的难度，不断提高学生发现、 分析和解决问题的能力。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，尽可能把抽象的理论转化为具体的案 例、图表，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 .注重撰写案例分析报告、可行性分析、系统设计方案等，大力培养 学生实际操作的能力。六、考核要求、方式与成绩评定期末考试统一命题，统一评分标准，统一考试时间。考试范围不超过大纲的内容。笔试考试，考试时间为100分钟。成绩定为百分制。实行结构评分，平时 成绩占50%,期末考试成绩占50%。评价环节评估课程目标对应毕业要求平时成绩（50分）课程实验（50%）课程目标11.4作业成绩（30%）课堂表现（20%）期末考试（50分）填空题、选择题、简 答题、综合题等课程目标11.4课程目标25.2课程目标36.1七、选用教材、讲义和主要参考书推荐教材：1武芳等空间数据库原理M .武汉大学出版社.2017.SheKhar.S.空间数据库M.机械工业出版社.2004.推荐参考书：1王珊.数据库系统概论M.第四版.高等教育出版社.2006.Michael Zeiler.为我们的世界建模M.人民邮电出版社.2004.八、大纲说明本课程大纲依据2019版本科培养方案的要求进行编写。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。教材中有些内容不合我们的要求，在授课时，对教材要有取舍，讲授时要给 学生说明。教学中注意结合地理信息科学专业学生的专业特点，适当安排教学内容，以 到达巩固所学内容之目的。