《空间数据库技术》-授课计划

空间数据库原理IPrinciples of Spatial Database Systems I一、课程基本情况课程类别：专业主干课课程学分：4学分课程总学时：64学时，其中讲课：48学时，实验(含上机)：16学时，课外学时课程性质：必修开课学期：第3学期先修课程：空间数据结构适用专业：地理信息科学教材：毕硕本，空间数据库教程，科学出版社，2013年。

开课单位：地理与遥感学院地理信息科学系二、课程性质、教学目标和任务空间数据库原理课程为地理信息科学专业的专业主干课程，为专业必修课。

该课程的教学目标是，以一般数据库系统原理为基础，同时介绍空间数据库的知识，培养综合性交叉学科人才。

该课程的任务是，通过对本课程的学习，使学生能够对数据库的基本概念、关系数据模型、关系数据库的基本理论有一个较好的理解，掌握SQL语言的使用，了解数据库设计与实施；同时，使学生理解空间数据库的基本概念和构建方法，掌握空间数据模型、空间数据查询、空间存储和空间数据索引等主要内容。

该课程的主要内容为，数据库系统概述、空间数据库、数据模型与空间信息模型、关系数据库模型、结构化查询语言、空间查询语言、关系模式的规范化理论、数据库的设计与实施、空间数据存储与索引、数据查询优化、空间查询处理与优化等。

该课程的重点是，一般数据库系统的基本原理；空间数据和空间数据库的特征；基于场的模型、基于对象的模型；空间对象的操作；基于属性与基于空间关系的空间数据查询方法; 2种类型的空间数据组织；格数据管理中的2种组织形式和3种存储结构；四组空间操作；空间连接操作算法等。

三、教学内容和要求第1章数据库系统概述(4学时)(1)了解数据库技术的基本概念，了解数据库的由来和开展；⑵掌握数据描述，理解实体间的联系；⑶掌握数据模型的定义，了解层次模型和网状模型，深刻理解关系模型；(4)理解和掌握数据库的三级体系结构、二级映象；（5）了解数据库管理系统的功能及组成；（6）了解数据库系统的组成及全局结构；（7）了解单机系统、主从式、分布式和客户/服务器的数据库结构。

课程设计课程名称：空间数据库设计题目：行政区划空间数据库学院：国土资源专业：地理信息系统年级： 08级学生姓名：指导教师：日期：教务处制课程设计任务书国土资源工程学院地信专业 08 年级学生姓名：课程设计题目：行政区划空间数据库课程设计主要内容：1．进行GeoDatabase类的设计2．进行GeoDatabase子类的设计3．进行GeoDatabase域的设计4．进行GeoDatabase关联类的设计5．进行GeoDatabase几何网络的设计6．对GeoDatabase进行模型重用和数据加载设计指导教师（签字）：教学基层组织负责人（签字）：年月日一、课程设计目的理解空间数据库的一般原理、方法，空间数据库管理系统的系统结构和实现技术；熟练掌握Geodatabase数据模型和面向对象技术；利用建模工具进行Geodatabase的分析、设计、建立和运行维护全过程及其技术和方法；培养学生编制软件设计文档和分析系统的能力。

二、课程设计内容1．ArcGIS Desktop软件的初步认识ArcGIG软件的安装方法；ArcGIG软件的主要功能模块及其基本操作方法，重点是ArcCatalog和ArcMap两个模块的学习和使用。

2．UML工具（Visio）的初步认识Visio软件的安装方法；Visio软件的基本功能及使用方法，重点是掌握类图的设计过程。

3．进行GeoDatabase类的设计利用ArcGIS提供的Visio模板，进行简单的空间数据库的对象类、要素类和网络要素类的设计，利用ArcCatalog导入向导建立GeoDatabase。

4．进行GeoDatabase子类的设计在前面实现的基础上，进行空间数据库的子类设计，并在ArcMap中进行简单的空间数据输入、编辑等操作。

5．进行GeoDatabase域的设计在前面实现的基础上，进行空间数据库的代码域和范围域设计，并在ArcMap 中进行域的有效性验证操作。

空间数据库课程实践教学设计及案例展示数据库课程是计算机科学及信息技术相关专业方向的核心课程，主要研究数据库系统的基本概念、原理、方法及其应用，包括数据库系统、数据模型、数据库查询语言、关系数据库设计、事务处理等核心内容．通过数据库系统课程的学习，使学生能够正确理解数据库的基本原理，熟练掌握数据库设计方法和应用技术，掌握科学研究的方法和软件开发的基础规律，增强学生实际动手能力和创新能力．目前，数据库产品市场９５％以上都是关系数据库产品．关系数据库理论是数据库设计的基础，掌握关系数据库课程理论是数据库课程设计的前提．数据库课程是研究数据处理技术的一门综合性学科，它是与离散数学、操作系统、数据结构、软件工程、计算机原理等学科及其他应用领域的知识和方法相结合的学科．数据库理论研究的核心内容是数据建模、数据规范化理论、数据库系统、数据库的安全性、完整性、数据恢复技术、模式分解理论和方法．只有掌握了数据库理论才能做好数据库设计［１］２２－４９．全国大部分院校都将数据库理论和应用作为两门课程开设，一门是数据库系统概论（主讲数据原理），另一门是数据库应用（主讲程序设计）．对于绝大多数学习者来讲，学习数据库的最终目的是掌握数据库应用方法和技术，在现有ｄｂｍｓ的基础上二次开发数据库产品，而不是开发新的ｄｂｍｓ，所以大多数高校往往在数据理论之前先开设数据应用课程，如ｖｉｓｕａｌｆｏｘｐｒｏ６．０、ｄｅｌｐｈｉ、ｏｒａｃｌｅ、ｓｑｌｓｅｒｖｅｒ、ａｃｃｅｓｓ等程序设计课程是关系数据库的产品，它们属于原理的具体应用部分．学习数据库应用课程后，便于掌握和应用数据库理论；反之，也只有学习了数据库理论才能更好地掌握和应用数据库技术．２数据库设计理论就是数据库理论的应用领域和延展２．１数据库理论在数据库设计中的指导应用按照规范设计的方法，将数据库设计分成６个阶段：需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库的实行、数据库运行和维护．在数据库设计的每一个阶段，都相同程度地使用了数据库理论与方法，同时对数据库理论展开了多样的扩展．在概念结构设计中，核心内容就是数据建模，即为根据实体类型设计ｅ－ｒ（实体－联系）图．在ｅ－ｒ图中必须搞清楚哪些就是实体，哪些就是属性．从理论的角度来说，实体就是客观存在的，并可以相互区别的事物，属性就是对实体特征的叙述，但是它们之间既有必然区别，也存有一定联系．实体和属性不是绝对的，如果须要对属性进一步叙述，则属性就做为实体，反之，如果不须要对实体进一步叙述，则实体也可以做为另一实体的属性．比如，在设计职工档案管理数据库时，实体类型“职工”的属性：档案号，姓名，性别，出生日期，出席工作时间，学历，职称，职务，工资．如果只考量现在的工资，则工资就是职工实体的属性，但是如果考量职工的工资历史，则工资就是一个实体．在逻辑结构设计时，使用规范化理论、谋极小集和码的方法、模式水解理论和方法．２．２数据库设计理论是对数据库理论的延伸数据库设计理论对数据库理论在很多方面展开了延展和拓展，使数据库理论更加简便、便利和直观．在逻辑结构设计中，将概念模型的产品基本ｅ－ｒ图切换为逻辑结构的关系模型，就是模式水解理论的轻易应用领域，就是在数据库理论基础上的抽象化和延展，实体内和实体间的切换，实体间的每一个实体切换为一个关系，实体内的属性就是关系的属性，实体内属性的码就是关系的码．按照关系理论的函数倚赖，每一个实体中，码同意每一个属性，而模式水解中，码相同的分拆，左右两端的属性分拆做为一个水解，从操作方式方面增加了复杂性，所以设计理论与数据理论全然相符；数据库实体之间的.联系分成一对一、一对多、多对多和多实体之间的联系４种情况，这些切换在逻辑结构设计中都得出了转换规则，也全然满足用户模式水解理论，在模型优化时，使用极小集方法与设计理论的融合．３．１处理好数据库设计经验和数据库设计理论的关系数据库设计理论尽管比较完善，按照规范化理论，在函数倚赖领域，如果关系满足用户ｂｃｎｆ，不能存有数据缓存、填入异常、删除异常和更新异常，实际上关系规范化不一定必须达至ｂｃｎｆ；如果达至ｂｃｎｆ，不能发生缓存和各种异常，但可以发生查阅效率减少．这就要根据实际情况综合权衡．下面以规范化后的学生成绩管理系统为基准表明．学生成绩管理系统涵盖以下３个关系：学生（学号，姓名，性别，出生年月）；课程（课号，课名，学时，学分）；成绩（学号，课号，成绩）．我们经常查阅“某同学自学某课程的成绩”，这就须要３个关系的相连接，如果学生人数较多（数据库很大），可能将须要较长时间，但如果就是第１范式，则不须要相连接，如果就是第２范式，可能将相连接的次数较太少，也可以增加花费．在实际应用领域中，我们可能将不须要把关系分割至ｂｃｎｆ，也许只须要达至２ｎｆ，甚至１ｎｆ，也就是逆规范化，到底规范化至什么程度，必须结合实际问题和具体内容设计经验［２］３－３９．数据库课程是理论与应用结合较为紧密的一门课程．学习数据库课程的主要目的是为了应用．因此，为了深入浅出地讲授数据库理论，在每一章都设计一些课程实验，以便通过实践验证理论，同时掌握其应用方法，为后续的课程设计打下基础．在大部分教科书中，都是以ｓｑｌｓｅｒｖｅｒ为例，讲授ｓｑｌ语言、数据的安全性、完整性．在讲授ｓｑｌ语言时，可以让学生先建立数据库，结合所学内容对数据库进行查询、插入、删除、修改等实践操作，在实践的过程中真正理解并掌握ｓｑｌ语言的应用环境．在讲授数据库安全性和完整性时，利用数据库系统的实际应用让学生对系统做数据控制．提高学生对数据库课程的认识，激发学生的学习兴趣和欲望．３．３课程设计就是提高学生综合应用领域能力的关键课程设计是课程内容的展示，是对所学知识的延伸，是学生掌握学习内容、方法和技巧的综合体现．数据库设计理论主要是为了指导数据库的应用和实践，通过系统的理论学习和部分单元（如创建用户、创建视图、用户管理、权限管理等）的应用实践训练，充分认识到ｄｂａ在数据库系统中的作用．通过课程设计让学生在掌握数据库设计理论的同时掌握数据库课程设计的全过程，可以采取将学生分组的方式，为每组同学拟定相关题目，如学生档案管理系统、财务管理系统、售票管理系统等，设计可以采取集中设计和分散设计相结合的方式，如果条件允许可以集中７～１０天时间做课程设计，否则，可以利用周末时间集中设计，学生自己找业余时间，教师加强指导，题目在期中布置，期末老师验收．让每一位同学独立完成或者协助完成数据库设计的过程，同时，使每一组同学进行上机运行并调试，完成所有功能进行程序实现，最后组织设计答辩．教课评价方面，可将学生平时的课程设计和期末考试相结合，作为学期期末成绩．通过课程设计和设计答辩，学生不仅巩固了理论知识，丰富了课程实践，掌握了如何运用理论指导实践应用，也对今后其他课程设计以及毕业设计打下坚实的基础，取得较好的效果．３．４数据库课程设计的具体内容数据库设计是在指定的应用环境下，构建最优的数据库逻辑模式和物理结构，建立数据库及其应用系统，满足各种用户的各种需求（信息、管理和操作需求），并能够有效地存储和管理数据．数据库设计要按照需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施、数据库的运行和维护各个阶段突出特点严格进行结构设计是与行为设计的有机结合．每一个阶段都有具体的技术要求，教师提出要求让学生深入图书馆、学生管理部门或者企业进行系统调查，通过需求分析设计出数据流图，编写数据字典．概念结构设计是从数据流图和数据字典中提炼出ｅ－ｒ图，对ｅ－ｒ图优化后获得基本ｅ－ｒ图．按照转换规则和ｄｂｍｓ的转换功能将概念结构的产品基本ｅ－ｒ图转换为逻辑结构设计的关系模型．物理结构设计主要根据ｄｂｍｓ的详细特征设计存储结构和存取技术，最后经过优化、评价满足用户的效率要求．数据库实施和运行维护主要考虑代码的编写、调试、试运行和维护，涉及数据转储、安全性、完整性、数据组等问题．整个设计都是在数据库理论的指导下进行［３］－．４结语数据库课程设计是理论和实践的有机结合，随着计算机应用的深入，数据库应用在社会生活中越来越重要，应用范围也越来越广，如何使数据库理论和设计更好的结合是值得高校教师深入探讨的问题．只有不断的探索数据库课程设计理论，才能在实际应用中得到创新．。

《空间数据库》课程设计指导书一、课程设计目的理解空间数据库的一般原理、方法，空间数据库管理系统的系统结构和实现技术；熟练掌握Geodatabase数据模型和面向对象技术；利用建模工具进行Geodatabase的分析、设计、建立和运行维护全过程及其技术和方法；培养学生编制软件设计文档和分析系统的能力。

二、课程设计内容1．ArcGIS Desktop软件的初步认识ArcGIG软件的安装方法；ArcGIG软件的主要功能模块及其基本操作方法，重点是ArcCatalog和ArcMap两个模块的学习和使用。

2．UML工具（Visio）的初步认识Visio软件的安装方法；Visio软件的基本功能及使用方法，重点是掌握类图的设计过程。

3．进行GeoDatabase类的设计利用ArcGIS提供的Visio模板，进行简单的空间数据库的对象类、要素类和网络要素类的设计，利用ArcCatalog导入向导建立GeoDatabase。

4．进行GeoDatabase子类的设计在前面实现的基础上，进行空间数据库的子类设计，并在ArcMap中进行简单的空间数据输入、编辑等操作。

5．进行GeoDatabase域的设计在前面实现的基础上，进行空间数据库的代码域和范围域设计，并在ArcMap 中进行域的有效性验证操作。

6．进行GeoDatabase关联类的设计在前面实现的基础上，进行空间数据库的关联规则和关联属性的设计，并在ArcMap中进行关联规则的有效性验证等操作。

7．进行GeoDatabase几何网络的设计在前面实现的基础上，进行空间数据库的简单交汇点和简单边的设计，并在ArcMap中进行网络的连通性验证等操作。

8．对GeoDatabase进行模型重用和数据加载在前面实现的基础上，对GeoDatabase模型进行修改和重用，利用ArcCatalog 和ArcMap进行数据的导入。

三、课程设计地点和单位学院GIS实验室，课程设计时间2011年6月27日至7月1日。

《空间数据库》课程设计指导书（地理信息科学专业用）董有福编南京工业大学测绘科学与技术学院二○一五年目录一、课程设计目的 (1)二、课程设计内容 (1)三、课程设计步骤 (1)四、课程设计要求 (2)五、课程设计进度安排 (3)六、主要关键技术分析及相应解决方案 (3)《空间数据库》课程设计指导书一、课程设计目的运用Geodatabase数据库设计理论知识，完成南京工业大学江浦校区空间数据库的设计与建立。

二、课程设计内容（1）根据面向对象Geodatabase数据库模型结构，对南京工业大学江浦校区空间数据库结构进行设计；（2）应用Visio软件创建南京工业大学江浦校区空间数据库UML对象模型图，通过CASE工具转换建立南京工业大学江浦校区空间数据库;（3）使用南京工业大学DWG数据源，参照基础地理数据建库流程，完成南京工业大学江浦校区空间数据入库。

三、课程设计步骤准备工作：认真复习Geodatabase数据库设计理论知识与相关操作，并查阅相关资料。

1、数据分析与调查：对南京工业大学江浦校区DWG数据源包含的空间对象类型及特征进行综合分析；2、Geodatabase模型结构设计：在数据分析与调查的基础上，对江浦校区Geodatabase 模型结构进行整体设计；3、Geodatabase对象模型图建立：在Geodatabase模型结构初步设计的基础上，应用Visio 软件创建江浦校区空间数据库UML对象模型图；4、Geodatabase数据库建立：在创建Geodatabase对象模型图的基础上，通过CASE工具转换建立江浦校区Geodatabase数据库；5、Geodatabase数据库入库：使用南京工业大学DWG数据源，参照基础地理数据建库流程，完成南京工业大学江浦校区Geodatabase空间数据入库。

四、课程设计要求1、统一安排上机时间不得无故迟到、旷课、早退，否则违背一次课程设计成绩不能评良及其以上档次，二次不能评中及其以上档次；三次课程设计作不及格处理；上机时不得随意玩游戏或与课程设计无关的操作。

空间数据库一、课程说明课程编号：010516Z10课程名称：空间数据库/ Spatial Database课程类别：专业核心课程学时/学分：32/2先修课程：地理信息系统导论、数据库原理与技术、数据结构与算法适用专业：地理信息科学教材、教学参考书：1. 张新长、马林兵等编著. 地理信息系统数据库（第二版）,科学出版社，2010.32. 崔铁军. 地理空间数据库原理, 科学出版社, 2007.43. 谢昆青,马修军,杨冬青等译. 空间数据库，机械工业出版社，2004.1二、课程设置的目的意义《空间数据库》是地理信息科学专业的一门专业核心课程。

空间数据库是地理信息系统领域理论性和技术性都很强的分支，它全面、系统的阐述了空间数据库的体系结构，相应的方法与技术，对空间数据库的具体应用做了介绍。

主要内容包括空间数据库的基本概念、空间数据建模与数据模型、空间数据库模型、空间查询语言SQL、空间存储与索引、空间查询与优化、空间数据库管理系统等理论、技术和方法，以及地理信息分类编码、空间数据库设计方法与步骤等。

该课程旨在让学生掌握空间数据库的理论基础、关键技术、设计与实现方法及学科发展的前沿问题等，并了解空间数据管理的相关软件的应用，为后续《GIS工程与应用》、《地理信息系统二次开发》、《空间数据库实习》等课程学习提供空间数据管理与组织的相关知识与能力。

三、课程的基本要求知识：掌握空间数据库的基本原理，数据模型的概念、分类及相关理论；了解常用GIS空间数据库的数据模型、数据结构、体系结构及工作原理；掌握地理空间数据库建设的基本流程、数据库设计的基本方法与实施流程；掌握1-2种常用空间数据库管理软件；了解地理信息工程技术有关的国家及行业标准；了解本学科的前沿技术、应用前景和最新发展动态；能力：掌握当前GIS数据采集和更新的主要方法和技术规范，具备设计和建立空间数据库的能力；掌握空间数据采集、处理、建库、分析、表示和服务的主要方法和技术，具备地理信息系统工程设计、软件开发、服务应用以及项目管理的能力；素质：既能独立工作，又具有团队合作精神，适应竞争学会合作；了解与工程建设有关的法律规定，学会在法律和制度的框架下工作。