1、空間數據庫課程教學大綱課程英文名稱：Spatial Database課程編號：HZ161870課程類別：專業教育平臺課程性質：必修學分：3學時：48（其中：講課學時：40實驗學時：8上機學時: 8）適用專業：地理信息科學開課部門：環境與資源學院測繪與地理信息工程系先修課程：地理信息系統基礎A、地圖學、數據庫基礎、C#程序設計語言A后續課程：GIS軟件工程、時態GIS原理與應用、移動GIS開發技術、GIS二次開發、WebGIS技術、空間分析等一、課程目標空間數據庫是地理信息系統的重要組成部分，內容涉及地理學、測繪學和計算機科學等多學科的交叉。通過本課程的學習，學生應當具備以下能力：本課程旨在通過

2、對空間數據庫的理論、建庫流程的學習，了解國內外數據庫理論的起源、發展與主要內容。使學生掌握建立地理信息系統空間數據庫的方法，具備對空間數據庫的設計與實現理論與方法體系全面地理解和應用能力。能夠應用空間數據庫的相關背景知識，分析、評價具體工程實踐和復雜工程問題，為將來從事GIS應用系統及其數據庫的設計和開發打下基礎。二、課程目標與畢業要求的對應關系課程目標指標點畢業要求課程目標11.4掌握地球空間信息數據處理軟件的使用與操作、數據的處理與分析等相關技能，能夠分析、歸納、整理相關數據，并建立空間數據庫。1.工程知識：掌握數學、自然科學、地理信息基礎和專業知識，具備地球空間數據采集、獲得應用能力、地

3、球空間信息數據處理與建庫能力。課程目標22.2具有一定的地理信息軟件工程專業知識和管理能力，初步具備比較大型的地理信息平臺的架構能力。2.問題分析：能夠應用數學、自然科學和地理信息科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析地理信息專業問題，具備地理信息系統的架構能力。課程目標33.1具備一定的地理空間數據綜合處理分析、并將分析結果應用于各相關領域的能力3.設計/開發解決方案：能夠設計針對地理信息領域的工程問題的解決方案，具備地理空間數據的綜合處理分析和應用能力、數字地圖設計與編制能力和地理信息系統的開發能力；能夠在設計和開發環節中體現創新意識。3.3具有較扎實的地理信息系統開發的專業知識，

4、能進行實用型地理信息系統的設計與二次開發。三、課程目標與教學內容和教學方法的對應關系空間數據庫空間數據庫基礎實驗教學內容教學方法課程目標實驗項目課程目標教學環節訓練環節1緒論授課2學時習題12空間現象的數據表達授課2學時習題13空間數學模型授課2學時習題14空間數據的組織與管理授課6學時習題25空間數據庫索引技術授課4學時習題2基于PostgreSQL建立索引（1學時）2、36空間數據庫查詢與優化授課8學時習題2、3基于PostgreSQL查詢處理、查詢優化、數據庫恢復、并發控制等操作（2學時）2、37空間數據庫設計授課2學時習題2、38ArcSDE與數據庫的連接授課4學時2、3數據庫連接實驗

5、（1學時）2、39開發空間數據庫管理系統授課10學時1、2、3開發簡單空間數據庫管理系統（4學時）2、3四、課程的主要內容及基本要求（一）理論學時部分第1單元緒論（2學時）（支撐課程目標1)知識點 空間數據庫基本概念；空間數據庫的作用和特征；空間數據庫的模型；面向對象。重點 空間數據庫基本概念。難點 空間數據庫的模型。基本要求識記：空間數據庫、地理空間、空間信息、空間數據。領會：空間數據的特征、面向對象的模型、三維數據模型、時態GIS模型。簡單應用：無綜合應用：無第2單元空間現象的數據表達（2學時）（支撐課程目標1)知識點 地理實體；地理實體的表達；矢量；柵格；直接編碼；游程長度編碼；四叉樹編

6、碼；數字地形模型；空間現象的矢量表達；最基本的拓撲關系；空間關系模型。重點 地理實體的表達；拓撲關系；空間關系模型。難點 空間關系模型。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、數字地形模型、拓撲關系。領會：地理實體的表達、空間數據模型、空間關系模型。簡單應用：建立空間拓撲關系。綜合應用：無。第3單元空間數據模型（2學時）（支撐課程目標1)知識點 數據模型；數據模型的層次；層次模型；網絡模型；關系模型；對象模型；面向對象空間數據模型；三維數據模型；三維邊界表示方法；時空數據模型。重點 數據模型；面向對象空間數據模型。難點 面向對象空間數據模型。基本要求識記：數據模型、數據模

7、型的層次、層次模型、網絡模型、關系模型、對象模型、三維數據模型、時空數據模型。領會：面向對象空間數據模型。簡單應用：構建Open GIS面向對象空間實體模型。綜合應用：無。第4單元空間數據的組織與管理（6學時）（支撐課程目標1)知識點 空間數據的組織策略；文件管理模式；文件和數據庫混合管理模式；全關系型數據庫管理模式；對象-關系數據庫管理模式；面型對象數據庫管理模式；空間數據庫引擎；矢量數據的管理；柵格數據的管理；空間數據的分層組織；空間數據的分塊組織；多比例尺空間按數據的組織；多媒體數據的組織。重點 文件與數據庫系統；空間數據庫引擎；空間數據的管理；空間數據的組織。難點 空間數據庫引擎；空間

8、數據的管理；空間數據的組織。基本要求識記：空間數據的組織策略、文件管理模式、文件和數據庫混合管理模式、全關系型數據庫管理模式、對象-關系數據庫管理模式、面型對象數據庫管理模式。領會：空間數據庫引擎、矢量數據的管理、柵格數據的管理、空間數據的分層組織、空間數據的分塊組織、多比例尺空間按數據的組織、多媒體數據的組織。簡單應用：無。綜合應用：無。第5單元空間數據庫索引技術（6學時）（支撐課程目標2)知識點 空間索引；網格索引；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

9、索引的定義、常見的空間索引。領會：常見的空間索引及其構建步驟與應用。簡單應用：根據R-樹索引和四叉樹索引，構建查詢。綜合應用：無。第6單元空間數據庫查詢與優化（10學時）（支撐課程目標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化；基于空間特征的查詢處理和優化。重點 空間查詢語言；基于屬性特征的查詢處理與優化；基于空間特征的查詢處理和優化。難點 基于屬性特征的查詢處理與優化；基于空間特征的查詢處理和優化。基本要求識記：SQL、表以及表的基本操作。領會：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

10、征的查詢處理與優化、基于空間特征的查詢處理和優化。簡單應用：使用SQL進行表的基本操作以及構建空間查詢。綜合應用：基于PostgreSQL創建表，并實現空間數據庫查詢與優化。第7單元空間數據庫設計（2學時）（支撐課程目標2、3)知識點 空間數據庫設計思路；空間數據庫設計的基本步驟；需求分析；概念結構設計；E-R模型；邏輯結構設計；物理結構設計；空間數據庫的運行和維護；空間數據庫建設。重點 空間數據庫設計的基本步驟；空間數據庫建設的內容。難點 概念結構設計、邏輯結構設計。基本要求識記：需求分析、概念結構設計、E-R模型、邏輯結構設計、物理結構設計。領會：空間數據庫設計思路、空間數據庫的運行和維護

11、、空間數據庫建設。簡單應用：無。綜合應用：根據空間數據庫設計思路和基本步驟，開展空間數據庫設計。第8單元ArcSDE與數據庫的連接（5學時）（支撐課程目標2)知識點 空間數據庫引擎、ArcSDE的安裝和配置、版本管理；ADO.NET數據訪問對象；DataSet對象；數據綁定；DataView對象；DataGridView控件。重點 ArcSDE的安裝和配置、版本管理；DataSet對象；數據綁定；DataView對象。難點 版本管理；使用ADO.NET訪問數據庫。基本要求識記：空間數據庫引擎ArcSDE、數據綁定、DataSet對象、DataView對象。領會：版本管理的原理和思路、ADO.N

12、ET訪問數據庫的思路。簡單應用：會配置ArcSDE并進行空間數據庫中數據的版本管理；會使用ADO.NET訪問關系數據庫。綜合應用：設計建立一個數據庫管理系統。第9單元開發空間數據庫管理系統（14學時）（支撐課程目標1、2、3)知識點 C#開發環境;窗體；常用控件；對話框的設計，菜單、工具欄和狀態條；GeoDatabase對象模型；GeoDatabase的訪問；空間數據庫前端應用開發；空間數據庫設計；系統設計；系統實現；系統測試；系統運行。重點 空間數據庫前端應用開發；空間數據庫建設。難點 空間數據庫前端應用開發；空間數據庫建設。基本要求識記：窗體、常用控件、菜單、工具欄、狀態條、對話框設計、常

13、用空間GeoDatabase類庫、GeoDatabase對象模型。領會：GeoDatabase的訪問的方法和原理。簡單應用：能夠使用C#和PostgreSQL對GeoDatabase空間數據庫進行訪問。綜合應用：設計開發一個空間數據庫管理系統。【學時分配】知識單元理論學時第1章 緒論2第2章 空間現象的數據表達2第3章 空間數據模型2第4章空間數據的組織與管理6第5章 空間數據庫索引技術4第6章 空間數據查詢與優化8第7章 空間數據庫設計2第8章ArcSDE與數據庫的連接4第9章開發空間數據庫管理系統10合計40（二）實驗學時部分實驗總共8學時：知識單元學時基于PostgreSQL建立索引1基

14、于PostgreSQL查詢處理、查詢優化、數據庫恢復、并發控制等操作2數據庫連接實驗1開發簡單空間數據庫管理系統4合計8實驗教學環節作用及目的“空間數據庫”實驗課是課堂教學的一個重要組成部分。本著以培養學生理論與實踐能力相結合為目標，本課程實驗主要開設了驗證性實驗、綜合性實驗及設計性實驗。通過實驗教學活動，使學生初步了解空間數據庫的原理；熟悉常用空間數據庫軟件的使用；了解空間數據處理方法；鞏固、驗證課堂教學所學的理論知識。實驗課程注重實際操作技能，培養求實的科學實驗素養。實驗教學環節培養學生能力標準 本實驗主要利用PostgreSQL、ArcGIS 10.2和Visual Studio C#軟

15、件進行實驗，在實驗教學過程中培養學生的實踐動手能力和實驗設計能力，使學生運用空間數據庫所學的理論知識，根據空間數據的實際情況，按照不同的GIS要求，設計空間數據庫方案，運用數據庫管理系統軟件、空間數據處理軟件以及程序開發語言軟件完成不同的實驗任務，使學生能夠真正的做到理論與實踐相結合的能力標準。 實驗項目、內容、學時分配及實驗類型1、必開實驗序號實驗項目實驗內容學時實驗類型(演示、驗證、綜合、設計研究)組數每組學生人數1基于PostgreSQL建立索引利用PostgreSQl創建索引1驗證12基于PostgreSQL空間數據查詢與優化基于PostgreSQL查詢處理、查詢優化、數據庫恢復、并發

16、控制等操作2驗證13數據庫連接實驗利用PostgreSQL與ArcSDE建立空間數據庫連接1驗證14開發簡單空間數據庫管理系統開發一個空間數據庫管理系統。4綜合342、選開實驗無。3、主要儀器設備計算機、ArcGIS 10.2軟件、PostgreSQL軟件、Visual Studio (C#)開發工具等。五、教學方法與手段堅持教師理論講解與學生實踐相結合，不斷地吸收先進理論知識和最新管理學研究動態。理論教學要結合學生的創業大賽、課堂討論、案例分析、角色扮演等展開，努力降低學生接受知識的難度，不斷提高學生發現、分析和解決問題的能力。堅持傳統教學手段與現代教學手段相結合，教學內容安排要突出重點和難

17、點，積極應用多媒體教學技術，盡可能把抽象的理論轉化為具體的案例、圖表，使復雜的理論變得簡單、直觀，力求化難為易，努力提高學生的學習興趣。注重應用啟發式教學、開展課堂討論等教學方法，引導學生積極思考問題、分析問題，拓展學生的思維。注重撰寫案例分析報告、可行性分析、系統設計方案等，大力培養學生實際操作的能力。六、考核要求、方式與成績評定期末考試統一命題，統一評分標準，統一考試時間。考試范圍不超過大綱的內容。筆試考試，考試時間為100分鐘。成績定為百分制。實行結構評分，平時成績占50%，期末考試成績占50%。評價環節評估課程目標對應畢業要求平時成績（50分）課程實驗（50%）課程目標11.4作業成績（30%）課堂表現（20%）期末考試（50分）填空題、選擇題、簡答題、綜合題等課程目標11.4課程目標25.2課程目標36.1七、選用教材、講義和主要參考書推薦教材：1武芳等.空間數據