《空間數(shù)據(jù)庫》課程教學(xué)大綱

《空間數(shù)據(jù)庫》課程教學(xué)大綱課程英文名稱：SpatialDatabase課程編號：HZ161870課程類別：專業(yè)教育平臺課程性質(zhì)：必修學(xué)分：3學(xué)時：48（其中：講課學(xué)時：40實驗學(xué)時：8上機學(xué)時：8）適用專業(yè)：地理信息科學(xué)開課部門：環(huán)境與資源學(xué)院測繪與地理信息工程系先修課程：地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)A、地圖學(xué)、數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)、C#程序設(shè)計語言A后續(xù)課程：GIS軟件工程、時態(tài)GIS原理與應(yīng)用、移動GIS開發(fā)技術(shù)、GIS二次開發(fā)、WebGIS技術(shù)、空間分析等一、課程目標(biāo)空間數(shù)據(jù)庫是地理信息系統(tǒng)的重要組成局部，內(nèi)容涉及地理學(xué)、測繪學(xué)和計算機科學(xué)等多學(xué)科的交叉。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備以下能力：.本課程旨在通過對空間數(shù)據(jù)庫的理論、建庫流程的學(xué)習(xí)，了解國內(nèi)外數(shù)據(jù)庫理論的起源、開展與主要內(nèi)容。.使學(xué)生掌握建立地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫的方法，具備對空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)理論與方法體系全面地理解和應(yīng)用能力。3.能夠應(yīng)用空間數(shù)據(jù)庫的相關(guān)背景知識，分析、評價具體工程實踐和復(fù)雜工程問題，為將來從事GIS應(yīng)用系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和開發(fā)打下基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系

課程目標(biāo)指標(biāo)點畢業(yè)要求課程目標(biāo)11.4掌握地球空間信息數(shù)據(jù)處理軟件的使用與操作、數(shù)據(jù)的處理與分析等相關(guān)技能，能夠分析、歸納、整理相關(guān)數(shù)據(jù)，并建立空間數(shù)據(jù)庫。1.工程知識：掌握數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、地理信息基礎(chǔ)和專業(yè)知識，具備地球空間數(shù)據(jù)采集、獲得應(yīng)用能力、地球空間信息數(shù)據(jù)處理與建庫能力。課程目標(biāo)22.2具有一定的地理信息軟件工程專業(yè)知識和管理能力，初步具備比擬大型的地理信息平臺的架構(gòu)能力。2.問題分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和地理信息科學(xué)的基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析地理信息專業(yè)問題，具備地理信息系統(tǒng)的架構(gòu)能力。課程目標(biāo)33.1具備一定的地理空間數(shù)據(jù)綜合處3.設(shè)計/開發(fā)解決方案：能夠設(shè)計針對地理信息領(lǐng)理分析、并將分析結(jié)果應(yīng)用于各相關(guān)領(lǐng)域的能力域的工程問題的解決方案，具備地理空間數(shù)據(jù)的綜合處理分析和應(yīng)用能力、數(shù)字地圖設(shè)計與編制能力和地理信息系統(tǒng)的開發(fā)能力；能夠在設(shè)計和開發(fā)環(huán)節(jié)中表達(dá)創(chuàng)新意識。3.3具肩較扎實的地理信息系統(tǒng)開發(fā)的專業(yè)知識，能進行實用型地理信息系統(tǒng)的設(shè)計與二次開發(fā)。三、課程目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的對應(yīng)關(guān)系

空間數(shù)據(jù)庫空間數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)實驗教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法課程目標(biāo)實驗工程課程目標(biāo)教學(xué)環(huán)節(jié)訓(xùn)練環(huán)節(jié)1緒論授課2學(xué)時習(xí)題12空間現(xiàn)象的數(shù)據(jù)表達(dá)授課2學(xué)時習(xí)題13空間數(shù)學(xué)模型授課2學(xué)時習(xí)題14空間數(shù)據(jù)的組織與管理授課6學(xué)時習(xí)題25空間數(shù)據(jù)庫索引技術(shù)授課4學(xué)時習(xí)題2基于PostgreSQL建立索引（1學(xué)時）2、36空間數(shù)據(jù)庫查詢與優(yōu)化授課8學(xué)時習(xí)題2、3基于PostgreSQL查詢處理、查詢優(yōu)化、數(shù)據(jù)庫恢復(fù)、并發(fā)控制等操作（2學(xué)時）2、37空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計授課2學(xué)時習(xí)題2、38ArcSDE與數(shù)據(jù)授課4學(xué)時2、3數(shù)據(jù)庫連接實驗（12、3庫的連接學(xué)時）9開發(fā)空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)授課10學(xué)時1、2、3開發(fā)簡單空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（4學(xué)時）2、3、課程的主要內(nèi)容及基本要求Ui（一）理論學(xué)時局部第1單元緒論（2學(xué)時）（支撐課程目標(biāo)1）［知識點］空間數(shù)據(jù)庫基本概念；空間數(shù)據(jù)庫的作用和特征；空間數(shù)據(jù)庫的模型；面向?qū)ο?。［重點］空間數(shù)據(jù)庫基本概念。［難點］［基本要求］1.［基本要求］1.2.模型。3.4.識記：空間數(shù)據(jù)庫、地理空間、空間信息、空間數(shù)據(jù)。簡單應(yīng)用：無綜合應(yīng)用：無領(lǐng)會：空間數(shù)據(jù)的特征、面向?qū)ο蟮哪Ｐ?、三維數(shù)據(jù)模型、時態(tài)GIS第2單元空間現(xiàn)象的數(shù)據(jù)表達(dá)（2學(xué)時）（支撐課程目標(biāo)1）簡單應(yīng)用：無綜合應(yīng)用：無［知識點］地理實體；地理實體的表達(dá)；矢量；柵格；直接編碼；游程長度編碼；四叉樹編碼；數(shù)字地形模型；空間現(xiàn)象的矢量表達(dá)；最基本的拓?fù)潢P(guān)系；空間關(guān)系模型。重點］地理實體的表達(dá)；拓?fù)潢P(guān)系；空間關(guān)系模型。［難點］空間關(guān)系模型。［基本要求］.識記：矢量、柵格、直接編碼、游程長度編碼、四叉樹編碼、數(shù)字地形模型、拓?fù)潢P(guān)系。.領(lǐng)會：地理實體的表達(dá)、空間數(shù)據(jù)模型、空間關(guān)系模型。.簡單應(yīng)用：建立空間拓?fù)潢P(guān)系。.綜合應(yīng)用：無。第3單元空間數(shù)據(jù)模型（2學(xué)時）（支撐課程目標(biāo)1）［知識點］數(shù)據(jù)模型；數(shù)據(jù)模型的層次；層次模型；網(wǎng)絡(luò)模型；關(guān)系模型；對象模型；面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)模型；三維數(shù)據(jù)模型；三維邊界表示方法；時空數(shù)據(jù)模型。［重點］數(shù)據(jù)模型；面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)模型。［難點］面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)模型。［基本要求］.識記：數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)模型的層次、層次模型、網(wǎng)絡(luò)模型、關(guān)系模型、對象模型、三維數(shù)據(jù)模型、時空數(shù)據(jù)模型。.領(lǐng)會：面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)模型。.簡單應(yīng)用：構(gòu)建OpenGIS面向?qū)ο罂臻g實體模型。.綜合應(yīng)用：無。第4單元空間數(shù)據(jù)的組織與管理（6學(xué)時）（支撐課程目標(biāo)1）［知識點］空間數(shù)據(jù)的組織策略；文件管理模式；文件和數(shù)據(jù)庫混合管理模式；全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理模式；對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理模式；面型對象數(shù)據(jù)庫管理模式；空間數(shù)據(jù)庫引擎；矢量數(shù)據(jù)的管理；柵格數(shù)據(jù)的管理；空間數(shù)據(jù)的分層組織；空間數(shù)據(jù)的分塊組織；多比例尺空間按數(shù)據(jù)的組織；多媒體數(shù)據(jù)的組織。［重點］文件與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；空間數(shù)據(jù)庫引擎；空間數(shù)據(jù)的管理；空間數(shù)據(jù)的組織。［難點］空間數(shù)據(jù)庫引擎；空間數(shù)據(jù)的管理；空間數(shù)據(jù)的組織。［基本要求］.識記：空間數(shù)據(jù)的組織策略、文件管理模式、文件和數(shù)據(jù)庫混合管理模式、全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理模式、對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理模式、面型對象數(shù)據(jù)庫管理模式。.領(lǐng)會：空間數(shù)據(jù)庫引擎、矢量數(shù)據(jù)的管理、柵格數(shù)據(jù)的管理、空間數(shù)據(jù)的分層組織、空間數(shù)據(jù)的分塊組織、多比例尺空間按數(shù)據(jù)的組織、多媒體數(shù)據(jù)的組織。.簡單應(yīng)用：無。.綜合應(yīng)用：無。第5單元空間數(shù)據(jù)庫索引技術(shù)（6學(xué)時）（支撐課程目標(biāo)2）［知識點］空間索引；網(wǎng)格索引；R-樹索引；四叉樹空間索引；填充曲線空間索引；B樹;BSP樹。［重點］網(wǎng)格索引；R-樹索引；四叉樹空間索引；填充曲線空間索引。［難點］R-樹索引；四叉樹空間索引。［基本要求］.識記：空間索引的定義、常見的空間索引。.領(lǐng)會：常見的空間索引及其構(gòu)建步驟與應(yīng)用。.簡單應(yīng)用：根據(jù)R-樹索引和四叉樹索引，構(gòu)建查詢。.綜合應(yīng)用：無。第6單元空間數(shù)據(jù)庫查詢與優(yōu)化（10學(xué)時）（支撐課程目標(biāo)2、3）［知識點］SQL;表；空間查詢語言；基于SQL擴展的空間查詢語言；自然空間查詢語言；基于屬性特征的查詢處理與優(yōu)化；基于空間特征的查詢處理和優(yōu)化。［重點］空間查詢語言；基于屬性特征的查詢處理與優(yōu)化；基于空間特征的查詢處理和優(yōu)化。［難點］基于屬性特征的查詢處理與優(yōu)化；基于空間特征的查詢處理和優(yōu)化。［基本要求］.識記：SQL、表以及表的基本操作。.領(lǐng)會：空間查詢語言、基于SQL擴展的空間查詢語言、自然空間查詢語言、基于屬性特征的查詢處理與優(yōu)化、基于空間特征的查詢處理和優(yōu)化。.簡單應(yīng)用：使用SQL進行表的基本操作以及構(gòu)建空間查詢。.綜合應(yīng)用：基于PostgreSQL創(chuàng)立表，并實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫查詢與優(yōu)化。第7單元空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計（2學(xué)時）（支撐課程目標(biāo)2、3）［知識點］空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計思路；空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟；需求分析；概念結(jié)構(gòu)設(shè)計；E-R模型；邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計；物理結(jié)構(gòu)設(shè)計；空間數(shù)據(jù)庫的運行和維護；空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)。［重點］空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟；空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)的內(nèi)容。［難點］概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計。［基本要求］.識記：需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、E-R模型、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計。.領(lǐng)會：空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計思路、空間數(shù)據(jù)庫的運行和維護、空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)。.簡單應(yīng)用：無。.綜合應(yīng)用：根據(jù)空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計思路和基本步驟，開展空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計。第8單元ArcSDE與數(shù)據(jù)庫的連接（5學(xué)時）（支撐課程目標(biāo)2）［知識點］空間數(shù)據(jù)庫引擎、ArcSDE的安裝和配置、版本管理；ADO.NET數(shù)據(jù)訪問對象;DataSet對象；數(shù)據(jù)綁定;DataView對象;DataGridView控件。［重點］ArcSDE的安裝和配置、版本管理；DataSet對象；數(shù)據(jù)綁定；DataView對象。［難點］版本管理；使用AD0.NET訪問數(shù)據(jù)庫。［基本要求］.識記：空間數(shù)據(jù)庫引擎ArcSDE、數(shù)據(jù)綁定、DataSet對象、DataView對象。.領(lǐng)會：版本管理的原理和思路、AD0.NET訪問數(shù)據(jù)庫的思路。.簡單應(yīng)用：會配置ArcSDE并進行空間數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的版本管理；會使用AD0.NET訪問關(guān)系數(shù)據(jù)庫。.綜合應(yīng)用：設(shè)計建立一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。第9單元開發(fā)空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（14學(xué)時）（支撐課程目標(biāo)1、2、3）［知識點］C#開發(fā)環(huán)境;窗體；常用控件；對話框的設(shè)計，菜單、工具欄和狀態(tài)條；GeoDatabase對象模型；GeoDatabase的訪問；空間數(shù)據(jù)庫前端應(yīng)用開發(fā)；空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計；系統(tǒng)設(shè)計；系統(tǒng)實現(xiàn)；系統(tǒng)測試；系統(tǒng)運行。［重點］空間數(shù)據(jù)庫前端應(yīng)用開發(fā)；空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)。［難點］空間數(shù)據(jù)庫前端應(yīng)用開發(fā)；空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)。［基本要求］.識記：窗體、常用控件、菜單、工具欄、狀態(tài)條、對話框設(shè)計、常用空間GeoDatabase類庫、GeoDatabase對象模型。.領(lǐng)會：GeoDatabase的訪問的方法和原理。.簡單應(yīng)用：能夠使用C#和PostgreSQL對GeoDatabase空間數(shù)據(jù)庫進行訪問。.綜合應(yīng)用：設(shè)計開發(fā)一個空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。［學(xué)時分配］知識單元理論學(xué)時第1章緒論

第2章空間現(xiàn)象的數(shù)據(jù)表達(dá)2第3章空間數(shù)據(jù)模型2第4章空間數(shù)據(jù)的組織與管理6第5章空間數(shù)據(jù)庫索引技術(shù)4第6章空間數(shù)據(jù)查詢與優(yōu)化8第7章空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計2第8章ArcSDE與數(shù)據(jù)庫的連接4第9章開發(fā)空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)10合計40（二）實驗學(xué)時局部實驗總共8學(xué)時:知識單元學(xué)時基于PostgreSQL建立索引1基于PostgreSQL查詢處理、查詢優(yōu)化、數(shù)據(jù)庫恢復(fù)、并發(fā)控制等操作2數(shù)據(jù)庫連接實驗1開發(fā)簡單空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)4合計8［實驗教學(xué)環(huán)節(jié)作用及目的］“空間數(shù)據(jù)庫”實驗課是課堂教學(xué)的一個重要組成局部。本著以培養(yǎng)學(xué)生理論與實踐能力相結(jié)合為目標(biāo)，本課程實驗主要開設(shè)了驗證性實驗、綜合性實驗及設(shè)計性實驗。通過實驗教學(xué)活動，使學(xué)生初步了解空間數(shù)據(jù)庫的原理；熟悉常用空間數(shù)據(jù)庫軟件的使用；了解空間數(shù)據(jù)處理方法；鞏固、驗證課堂教學(xué)所學(xué)的理論知識。實驗課程注重實際操作技能，培養(yǎng)求實的科學(xué)實驗素養(yǎng)。［實驗教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生能力標(biāo)準(zhǔn)］本實驗主要利用PostgreSQL>ArcGIS10.2和VisualStudioC#軟件進行實驗,在實驗教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力和實驗設(shè)計能力，使學(xué)生運用空間數(shù)據(jù)庫所學(xué)的理論知識，根據(jù)空間數(shù)據(jù)的實際情況，按照不同的GIS要求，設(shè)計空間數(shù)據(jù)庫方案，運用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件、空間數(shù)據(jù)處理軟件以及程序開發(fā)語言軟件完成不同的實驗任務(wù)，使學(xué)生能夠真正的做到理論與實踐相結(jié)合的能力標(biāo)準(zhǔn)。［實驗工程、內(nèi)容、學(xué)時分配及實驗類型］1、必開實驗序號實驗工程實驗內(nèi)容學(xué)時實驗類型(演示、驗證、綜合、設(shè)計研究)組數(shù)每組學(xué)生人數(shù)1基于PostgreSQL建立索引利用PostgreSQl創(chuàng)立索引1臉證12基于PostgreSQL空間數(shù)據(jù)查詢與優(yōu)化基于PostgreSQL查詢處理、查詢優(yōu)化、數(shù)據(jù)庫恢復(fù)、并發(fā)控制等操作2驗證13數(shù)據(jù)庫連接實驗利用PostgreSQL與ArcSDE建立空間數(shù)據(jù)庫連接1驗證14開發(fā)簡單空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)開發(fā)一個空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。4綜合3?42、選開實驗無O3、主要儀器設(shè)備計算機、ArcGIS10.2軟件、PostgreSQL軟件、VisualStudio(C#)開發(fā)工具等。五、教學(xué)方法與手段.堅持教師理論講解與學(xué)生實踐相結(jié)合，不斷地吸收先進理論知識和最新管理學(xué)研究動態(tài)。理論教學(xué)要結(jié)合學(xué)生的創(chuàng)業(yè)大賽、課堂討論、案例分析、角色扮演等展開，努力降低學(xué)生接受知識的難度，不斷提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力。.堅持傳統(tǒng)教學(xué)手段與現(xiàn)代教學(xué)手段相結(jié)合，教學(xué)內(nèi)容安排要突出重點和難點，積極應(yīng)用多媒體教學(xué)技術(shù)，盡可能把抽象的理論轉(zhuǎn)化為具體的案例、圖表，使復(fù)雜的理論變得簡單、直觀，力求化難為易，努力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。.注重應(yīng)用啟發(fā)式教學(xué)、開展課堂討論等教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生積極思考問題、分析問題，拓展學(xué)生的思維。.注重撰寫案例分析報告、可行性分析、系統(tǒng)設(shè)計方案等，大力培養(yǎng)學(xué)生實際操作的能力。六、考核要求、方式與成績評定期末考試統(tǒng)一命題，統(tǒng)一評分標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一考試時間?？荚嚪秶怀^大綱的內(nèi)容。筆試考試，考試時間為100分鐘。成績定為百分制。實行結(jié)構(gòu)評分，平時成績占50%,期末考試成績占50%。評價環(huán)節(jié)評估課程目標(biāo)對應(yīng)畢業(yè)要求平時成績（50分）課程實驗（50%）課程目標(biāo)11.4作業(yè)成績（30%）課堂表現(xiàn)（20%）期末考試（50分）填空題、選擇題、簡答題、綜合題等課程目標(biāo)11.4課程目標(biāo)25.2課程目標(biāo)36.1七、選用教材、講義和主要參考書推薦教材：[1]武芳等?空間數(shù)據(jù)庫原理