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《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1
1.4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2
2.2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3
3.1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
1

2
空间现象的数
据表达
授课2学时
习题
1

3
空间数学模型
授课2学时
习题
1

4
空间数据的组
织与管理
授课6学时
习题
2

5
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、3
6
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、3
7
空间数据库设
计
授课2学时
习题
2、3

8
ArcSDE与数据
授课4学时

2、3
数据库连接实验（1
2、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PostgreSQL>ArcGIS 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

1
2
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

1
3
数据库连接 实验
利用 PostgreSQL 与 ArcSDE 建立空间数据库连接
1
验证

1
4
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

3〜4
2、选开实验无O
3、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1
1.4
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1
1.4
课程目标2
5.2
课程目标3
6.1
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.
⑵SheKhar.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.
⑵Michael 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。