Ссылка на резервное размещение материала

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Саратовский государственный университет имени

Геологический факультет

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебно-методической работе

профессор___________________

"__" __________________20__ г.

Рабочая программа дисциплины

Моделирование геосистем

Направление подготовки

020700 Геология

Профиль подготовки

Экологическая геология

Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр

Форма обучения

очная

Саратов,

2011

1. Цели освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины «Моделирование геосистем» является формирование у студентов знаний о процессах построения, представления и модельного замещения объекта исследований – геосистем различной природы и рангов.

Основные задачи дисциплины связаны с получением студентами теоретических знаний и практических навыков по:

– видам и принципам построения моделей геосистем;

– функциональным возможностям моделирования геосистем;

– созданию геологических и экологических моделей;

Освоение обозначенных задач дисциплины «Моделирование геосистем» позволит студентам приобрести знания о процессах построения, представления и модельного замещения геосистем различной природы и рангов. Реализация этих знаний позволяет изучать экологические и геологические системы при помощи математических, физических методов и натурного моделирования; осуществлять представление пространственной и структурной информации о геосистемах на высококачественном уровне.

Главным результатом изучения дисциплины «Моделирование геосистем» является получение навыков в области создания постоянно-действующих моделей природных и природно-антропогенных объектов и процессов.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина «Моделирование геосистем» относится к математическому и естественнонаучному циклу профессионального учебного цикла ООП.

Особое внимание в курсе «Моделирование геосистем» уделяется методам создания и использования моделей реальных объектов и процессов.

Основные представления курса основаны на теоретических и практических знаниях, приобретенных при изучении предшествующих курсов – «Физика», «Математика», «Химия», «Концепции современного естествознания», «ГИС в экологической геологии», «Коэволюция геосфер».

Знания и навыки, полученные при изучении дисциплины «ГИС в экологической геологии» в 3 семестре, необходимы для успешного освоения дисциплин «Статистические методы в геологии» (8 семестр), «Синергетика в науках о Земле» (8 семестр), «Мониторинг опасных геологических процессов» (7, 8 семестры), а также для подготовки к итоговой аттестации.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины.

Общекультурные компетенции:

– владение культурой мышления, способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);

– умение логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);

– способность находить организационно-управленческие решения в нестандартных ситуациях и готовность нести за них ответственность (ОК-4);

– умеет критически оценивать свои достоинства и недостатки, наметить пути и выбрать средства развития достоинств и устранения недостатков (ОК-7);

– осознает социальную значимость своей будущей профессии, обладает высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК-8);

– способен анализировать социально-значимые проблемы и процессы (ОК-10);

– владение основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютерами как средством управления информацией (ОК-12);

– готов соблюдать нравственные обязательства по отношению к природе (ОК-19).

Профессиональные компетенции:

– способен использовать в профессиональной деятельности базовые знания естественных наук, математики, информатики, геологических наук (ПК-2);

способен использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания основ гуманитарных наук и экономики, приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ПК-3);

– готов использовать профессиональные базы данных, работать с распределенными базами знаний (ПК-4);

– готов к работе на полевых и лабораторных геологических, геофизических, геохимических приборах, установках и оборудовании (ПК-5);

– способен использовать информацию из различных источников для решения профессиональных и социальных задач (ПК-6);

– способен самостоятельно осуществлять сбор геологической информации, использовать в научно-исследовательской деятельности навыки полевых и лабораторных геологических, геофизической, геохимических, гидрогеологических, инженерно-геологических, нефтегазовых и эколого-геологических исследований (ПК-7).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

• Знать: базовый материал о применении моделирования в геологических и экологических геосистемах;

• Уметь: применять знания в области моделирования геосистем для изучения экологических и геологических объектов и процессов, в научно-исследовательской, просветительской, организационно-управленческой и других видах деятельности.

• Владеть методами моделирования геосистем; функциональными возможностями моделей; способами применения моделей геосистем для изучения эколого-геологических объектов и процессов.

4. Структура и содержание дисциплины «Моделирование геосистем»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 академических часов.

№

п/п

Раздел дисциплины

Семестр

Неделя семестра

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)

Формы промежуточной аттестации (по семестрам)

Всего

Лекции

Лабораторные работы

Самостоятельная работа

КСР

1.

Введение в моделирование

7

1

10

2

2

4

2

Контрольные вопросы

1.1.

Понятие модели и моделирования. Аксиомы моделирования

1

1.2.

Системный подход к моделированию. Уровни моделирования.

1

2.

Виды и уровни моделирования геосистем

7

2-3

22

4

4

12

2

Контрольные вопросы

2.1.

Виды моделей. Уровни моделирования.

2

2.2.

Виды моделей геосистем. Модели в геологии и экологии.

3

3.

Модели пространственной организации территорий

7

4-6

26

6

6

12

2

Контрольные вопросы

3.1.

Моделирование территориальных систем. Районирование.

4

3.2.

Компьютерные технологии обработки статистических, картографических, аэро - и космических материалов.

5

3.3.

Модели взаимосвязей явлений. Модели пространственной динамики.

7

6

4.

Компьютерное моделирование

7-8

8

4

4

Контрольные вопросы, активность и результаты работы на занятиях

4.2

Математико-картографическое моделирование.

7

4.3.

Интеллектуализация компьютерного моделирования.

8

5.

Моделирование геопроцессов

7

9-12

34

8

8

16

2

Контрольные вопросы, активность и результаты работы на занятиях

5.1.

Геопроцессы и нелинейность

9

5.2.

Геодинамические модели

10

5.3

Геофизическая модель геологической среды

11

5.4.

Климатические модели

12

6.

Прикладное значение геосистемного моделирования

7

13-14

8

4

4

Контрольные вопросы, активность и результаты работы на занятиях

6.1.

Глобальные модели для устойчивого развития

13

6.2.

Региональные и локальные модели природопользования

14

Форма аттестации

7

зачет

Итого:

14

108

28

28

44

8

Содержание учебной дисциплины

Введение в моделирование геосистем

Понятие модели. Объекты моделирования. Процесс создания модели – моделирование. Аксиомы моделирования. Объект как система. Синтез знаний об объекте. Уровни моделирования.

Лабораторная работа №1. Разработка алгоритма моделирования гидрологических процессов (2ч.)

Виды и уровни моделирования геосистем

Математическое, физическое, натурное моделирование. Высокоуровневое моделирование. Низкоуровневое моделирование. Моделирование природных и природно-антропогенных объектов и процессов. Геологические модели. Экологические модели.

Лабораторная работа №2. Физическое моделирование импактных событий (4ч.).

Модели пространственной организации территорий

Территориальные системы. Ситуационный подход. Понятие структуры. Геоситуационное моделирование. Пространственная классификация и районирование. Факторы, принципы, показатели районирования. Типы и способы районирования. Кластерный анализ. «Гравитационные» модели структуры явлений. Компьютерные технологии обработки статистических, картографических, аэро - и космических материалов. Моделирование с целью прогноза. Анализ временного ряда. Выделение тренда и периодических составляющих. Моделирование с целью прогноза. Анализ временного ряда. Выделение тренда и периодических составляющих.

Лабораторная работа №3. Кластеризация городской территории по типам функционального использования (6ч.).

Компьютерное моделирование

Средства визуализации результатов компьютерного моделирования. Изображения в неевклидовой метрике, анимации, виртуально-реальностные изображения. Возможности мультимедиа в организации компьютерной среды для целей моделирования. Распределенные базы геоданных. ГИС и Интернет. Интеллектуализация компьютерного моделирования в экологии и природопользовании. Технологии искусственного интеллекта, базы знаний и экспертные системы. Системы поддержки принятия решений.

Лабораторная работа №4. Дешифрирование оползневого объекта и моделирование развития процесса (4ч.)

Моделирование геопроцессов

Нелинейность природных и природно-антропогенных процессов. Синергетика. Геотектонические модели. Геофизические модели. Модели взаимосвязей природных и социальных явлений. Модели геосфер. Примеры моделей опасных геопроцессов. Климатические модели.

Лабораторная работа №5. Натурное моделирование системы трещиноватости в породах различного гранулометрического состава (8ч.).

Прикладное значение геосистемного моделирования

Моделирование устойчивого развития. Параметры устойчивого развития. Глобально-климатические модели. Модели развития природных и природно-антропогенных геосистем. Прогноз изменений окружающей среды.

Лабораторная работа №6. Линейное и нелинейное моделирование численности населения на плане и в России (4ч.).

5. Образовательные технологии

В учебном процессе предусмотрено широкое применение интерактивных форм проведения занятий с использованием мультимедийного оборудования. Лекционные занятия иллюстрируются презентациями, включающими материалы учебных пособий, справочников и Интернет-ресурсов, фрагменты учебных и научно-популярных фильмов, схемы и таблицы данных, слайды и др. Ряд тем дисциплины раскрывается при помощи ведомой (управляемой) дискуссии или беседы.

В лабораторных работах используется компьютерный класс геологического факультета и лаборатория геоэкологии кафедры геоэкологии СГУ. Приветствуются подготовка студентами результатов лабораторных работ с использованием составленных ими презентаций (выполненных с помощью программного обеспечения Power Point или других) по теме исследований. Проведение лабораторных занятий в компьютерном классе и лаборатории геоэкологии предполагает соблюдение техники безопасности.

Текущий контроль и самоконтроль знаний студентов проводится во время семинарского занятия при помощи мультимедийных технологий. При самоконтроле проверочные задания выводятся на общий экран, студенты отвечают на поставленные вопросы, а затем на экране демонстрируется правильный ответ. Сравнивая собственные ответы с правильными вариантами, обучающиеся сразу узнают о верном выполнении задания или допущенных ошибках.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

Для закрепления полученных знаний и приобретения навыков и умений в отношении проблем данной дисциплины, а также с целью промежуточного контроля знаний каждому студенту предлагается ответить на контрольные вопросы по изученным темам дисциплины.

Вопросы к курсу

1. Определение модели и моделирования.

2. Возможности мультимедиа в организации компьютерной среды для моделирования пространственно распределенных явлений.

3. Аксиомы моделирования.

4. Техническое, программное и организационное обеспечение компьютерных технологий в экологии и природопользовании.

5. Виртуально-реальностные изображения.

6. Средства визуализации результатов компьютерного моделирования.

7. Геоинформационные системы и технологии моделирования в экологии и природопользовании.

8. Определение и характеристика баз знаний.

9. Особенности компьютерных технологий обработки статистических материалов.

10. Создание специализированных баз данных.

11. Уровни моделирования геосистем.

12. Особенности компьютерных технологий обработки картографических материалов.

13. Интеллектуализация компьютерного моделирования.

14. Изображения в неевклидовой метрике.

15. Корреляционные модели.

16. Многовариантность моделирования, способы ее реализации.

17. Модели пространственной организации территорий. Анимации

18. Ситуационный подход.

19. Технологии искусственного интеллекта

20. Пространственная классификация и районирование.

21. Геостатистика – возможности применения в экологических исследованиях.

22. Геофизическая модель геологической среды.

23. Модели динамики пространственного распространения явлений.

24. Моделирование с целью прогноза.

25. Понятие о геоситуационном моделировании.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля) «Моделирование геосистем»

а) основная литература:

1.  Моделирование нелинейной динамики глобальных процессов /под ред. , . – М.: изд-во МГУ, 2010. – 412 с.

2.  Чупрынин  явления в геосистемах. – М.: Наука, 2008. – 197 с.

б) дополнительная литература:

1.  Черкашин моделирование. – Новосибирск: Наука, 2005. – 279 с.

2.  Кузнецов колебательных систем в природных средах. – Новосибирск: изд-во ИВМиМГ СО РАН, 2008. – 230 с.

3.  Моделирование полей напряжений в инженерно-геологических массивах /под общ. ред. . – М.: изд-во Моск. ун-та, 2003. – 261 с.

4.  Моделирование и оценка состояния медико-эколого-экономических систем /под ред. . – Новосибирск : изд-во СО РАН, 2005. – 245 с.

5.  Новаковский Б. А., Прасолов С. В., Прасолова  модели рельефа реальных и абстрактных геополей. – М.: Науч. мир, 2003. – 61 с.

6.  , Бобров в геофизике: учеб. пособие. – СПб.: изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. – 135 с.

7.  Фролов  многолетних колебаний уровня Каспийского моря: теория и приложения. – М.: ГЕОС, 2003. – 171 с.

8.  Зотов  моделирование геосистем: учеб. пособ. – Калининград, 1993. – 85 с.

9.  , , Левит-Гуревич моделирование в управлении водными ресурсами. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. – 493 с.

10.  , Крапивин глобального круговорота углерода. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. – 335 с.

11.  Катков моделирование ветрового переноса загрязнений: конспект лекций. – Минск : изд-во Белорус. ун-та, 2003. – 87 с.

12.  Иноземцев В. К., Редков  модель деформирования геомассивов применительно к деформационным процессам в основаниях сооружений. – Саратов: СГТУ, 2005. – 412 с.

13.  Кондратьев внешней нагрузки на водоемы: проблемы моделирования. – СПб.: Наука, 2007. – 252 с.

14.  Трофимов А. М., Игонин основы моделирования в географии: (Развитие основных идей и путей математизации и формализации в географии). – Казань: Матбугат йорты, 2001. – 339 с.

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

1. Иванов А. В., Яшков И. А.. Экологические опасности Саратовского Поволжья. Интерактивный атлас Саратова и области. М.: МАКС-ПРЕСС. 2007. [электронное издание].

2. Нелинейные феномены, хаос, критические явления и методы их исследования с помощью вейвлетного, кластерного и спектрального анализа в геоэкологических процессах //Материалы Всероссийской научной школы для молодежи. – Саратов: изд-во «Новый ветер», 2009. [электронное издание].

3. Габдуллин Р. Р., Иванов А. В., Кошелев А. В., Копаевич  по секвентной стратиграфии. Учебное пособие для повышения квалификации специалистов. – М.: изд-во МГУ, 2010. . [электронное издание].

4. Интернет-сайты:

http://www. *****/ – Геоинформационный портал ГИС-ассоциации

http://www. *****/index. php/journal. html – Журнал «Геоинформатика»

http://www. *****/ – Геоинформационные системы Дата+.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Ноутбук, видеопроектор, звуковые колонки, съемные носители информации (DVD-, CD - диски, флеш-карта).

Программные комплексы MapInfo, AutoCAD, Arcview.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки 020700 «Геология».

Авторы: ассистент Шешнёв А. С.

Программа одобрена на заседании кафедры геоэкологии СГУ от 01.01.2001 года, протокол

Подписи:

Зав. кафедрой, профессор ____________ Иванов А. В.

Декан геологического факультета, доцент ____________ Волкова Е. Н.