Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение
высшего профессионального образования
«Сыктывкарский государственный университет»
Институт естественных наук
Кафедра « Экологии»
УТВЕРЖДЕНО
На заседании
учебно-методической комиссии
Института естественных наук
«___»____________2012 г.
Протокол №_____
Председатель УМК
________
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
Дисциплины «Геоинформационные системы»
Блок дисциплин (М2.Б.3)
Направление 022000.68 – «Экология и природопользование» профиль «Охрана окружающей среды и здоровье человека»
Квалификация - магистр
Институт естественных наук
Форма обучения очная
Семестр А
Всего часов: 72 часа
В том числе:
Аудиторных 32 часа, из них:
Лекций - 16 часов;
Практических — 16 часов;
КСР — 4 часа
В интерактивной форме – 16 часов
Самостоятельных – 36 часов;
Итоговый контроль – экзамен
Сыктывкар, 2012
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение
высшего профессионального образования
«Сыктывкарский государственный университет»
Институт естественных наук
Кафедра « Экологии»
Учебно-методический комплекс
Дисциплины «Геоинформационные системы»
Блок дисциплин (М2.Б.3)
Направление 022000.68 – «Экология и природопользование» профиль «Охрана окружающей среды и здоровье человека»
Квалификация - магистр
Институт естественных наук
Форма обучения очная
Сыктывкар, 2012
«ОБСУЖДЕНО» на заседании кафедры экологии _________________________ Зав. кафедрой «____»_____________200___г. | «УТВЕРЖДЕНО» на заседании УМК химико-биологического факультета _________________________ Председатель УМК «____»_____________200___г. |
ПРОГРАММА дисциплины "ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ"
Задачи и место курса в комплексе наук о Земле. Взаимосвязь с базовыми дисциплинами, в том числе курсами "Высшая математика", применение математических методов в различных сферах геоэкологии, картография, дистанционное зондирование, общие географо-экологические дисциплины.
Раздел I. Геоинформационные системы: общие вопросы
Место экоинформатики в системе наук. Взаимосвязи с картографией, дистанционным зондированием и информатикой. Основные термины экоинформатики. Данные, информация, знания: различия между ними. Понятие об измерениях, наблюдениях, мониторинге.
Источники данных и их типы, в том числе литературные, статистические, картографические, аэрокосмические, геофизические, геохимические и др. Понятие об информационных и информационно-поисковых системах, банках данных, географических информационных системах (ГИС) и информационно-геоэкологических системах. Классификации ГИС по территориальному охвату, по целям, по тематике. Структура ГИС. Понятие о базах данных и их разновидностях. Позиционные, тематические, выходные характеристики в базах данных. История развития ГИС Основные черты развития экоинформатики в России.
Функциональные возможности ГИС.
Регистрация, ввод и хранение данных. Измерительно-наблюдательные системы и сети. Технологии ввода данных. Структурирование пространственных данных. Разновидности растрового представления данных (пирамидальное, квадратомическое дерево и др.), векторного представления (бесструктурные, топологические, гиперграфовые, решетчатые модели) и комбинированного. Преобразования типа "pacтр-вeктор и "вектор-растр".
Хранение данных и их защита. Системы управления базами данных. Понятие об интегративных системах. "Интеллектуализация" ГИС: Создание экспертных систем.
Понятие о базах знаний, машине вывода, системе накопления знаний, системе объяснений и общения, с пользователем. Диализ данных и моделирование. Операции предпроцессорной обработки. Оверлейные операции. Операции вычислительной геометрии. Операции с трехмерными объектами. Блок моделирования ГИС. Понятие о методах математического моделирования сценариев развития экосистем. OLE-технологии. Нейронные сети. Вывод и визуализация данных. Технические средства машинной графики.
Методы и средства визуализации данных. Особенности создания компьютерных карт и атласов. Роль картографического и аэрокосмического методов для отображения антропогенно-природных систем Визуализация результатов моделирования.
Отображение динамики географических объектов. Анимации. Отображение пространственно-временных характеристик систем с помощью комплекса компьютерных карт, снимков, слайд-фильмов, кинофильмов Возможности голографии и мультипликации. Понятие о мультимедиа Сетевые технологии и Интернет. Системы поддержи принятия решений.
Раздел III. Прикладные аспекты экоинформатики
Требования к ГИС и этапы проектирования. Примеры реализации ГИС. Глобальные проекты (Global Database Planning Project, GRID и др).. Международные программы (CORINE и др.). Национальные программы. Региональные ГИС. Локальные ГИС. Краткий обзор программных средств, используемых в России. Коммерческие пакеты программ (ARC/INFO, ArcView, MicroStation, MapInfo, IDRISI, GeoGraf\GeoDraw и др). Опыт применения ГИС для изучения окружающей среды (вопросы мониторинга и моделирования окружающей среды, экологических экспертиз хозяйственных проектов, моделирования миграции тяжелых металлов и радионуклидов в геосистемах и др.). Роль геоинформатики в экологических аспектах перехода регионов к устойчивому развитию. Научная и учебная литература, периодика и библиография, информационно-справочные издания. Перспективы развития экоинформатики.
ЛИТЕРАТУРА
Картография. M., 1991. (Итоги науки и техники / ВИНИТИ.; T. 14: Геоинформационные системы и картография).
, Капралов в ГИС: Учеб. пособие. M., 19с.
,Каракин геоинформационные системы. M.: Наука, 1987.
,Тикунов B. C. Геоинформатика. M.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 1993.
, Никитин M.: Недра, 1992.
Линник геоинформационных систем в физической географии. M.: Изд-во Моск. ун-та, 1990.
Лурье . Учебные геоинформационные системы: Учебно-метод. пособие. M.: Изд-во Моск. ун-та, 1997.114 с.
Тикунов B. C. Моделирование в картографии. M.: Изд-во Моск. ун-та, 1997.
, Пакасюк системы и проблемы управления окружающей средой. Казань, 1984.
Шайтура системы и методы их создания. Калуга, Изд-во H Бочкаревоя, 1998.252 с.
Экоинформатика. Теория, практика, методы и системы. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992.
программу составил B. C. Тикунов, проф. (Московский государственный университет)
Рецензенты: OJI. Кузнецов, проф. (Московский государственный университет)
A. M. Трофимов, проф. (Казанский государственный университет)
План лекций по курсу «Геоинформационные системы»
Введение
Основные этапы информатизации общества. Информационные системы. Определение и структура ГИС. История развития ГИС. Особенности ГИС и их классификация. Применение ГИС в различных областях.
1. Математическая основа карты
Земной эллипсоид. Масштабы карты. Картографические проекции. Классификация проекций. Распознавание проекций. Координатные сетки. Номенклатура карт. Компоновка карт.
2. Географические данные в компьютере
Концептуальные модели пространства. Векторные и растровые модели данных. Типы данных. Структура БД. Типы систем управления базами данных.
3. Базы данных
Структура БД. Типы БД. Системы управления базами данных.
4. Организация данных в векторных структурах
Точечные объекты. Дуга. Сети. Полигоны со списками точек. Полигональные системы с явной топологической структурой. Полная топологическая структура полигональной сети. Редактирование и обновление полигональной сети.
5. Статистические поверхности
Изображение поверхностей на карте. Выборка и интерполяция поверхности. Методы интерполяции. Кригинг. Нарезка статистических поверхностей.
6. Ввод пространственных данных
Устройства ввода графической информации. Сканеры и дигитайзеры. Векторизация карты. Ввод атрибутивных данных. Проверка и редактирование данных. Связывание данных.
7. Обнаружение и устранение ошибок разных типов
Графические ошибки в векторных системах. Висячие узлы. Псевдоузлы. Метки полигонов. Полигоны – щепки. Ошибки атрибутов в растровых и векторных системах.
8. Измерения в ГИС
Измерение длины линейных объектов. Измерение полигонов. Меры формы. Измерение извилистости. Измерение расстояний. Простое и функциональное расстояние. Маршрут наименьших затрат.
9. Пространственные распределения
Распределения точек: Анализ квадратов, анализ ближайшего соседства. Полигоны Тиссена. Распределение полигонов. Распределение линий. Плотность линий. Ближайшие соседи и пересечения. Направленность площадных и линейных объектов.
10. Пространственный анализ
Анализ дискретных объектов в пространстве. Основные классы операций для пространственного анализа. Операции с атрибутами. Перекрытие и пересечение слоев. Буферизация. Операции с топологически связанными объектами.
11. Пространственный анализ растровых моделей
Алгебра карт и картографическое моделирование. Интерполяция. Пространственная фильтрация. Математические производные поверхности. Поверхностная топология и дренажные сети. Трехмерная визуализация поверхности.
12. Дистанционное зондирование Земли
Методы съемок. Физические основы дистанционного зондирования. Процесс анализа ДДЗ. Формирование массива данных. Обработка эталонных участков.
13. Основные сведения о некоторых инструментальных средствах ГИС.
ARC/INFO, Arc View GIS, ERDAS IMAGINE, GeoGraph, Easy Trace.
14. Проектирование ГИС
Необходимость проектирования ГИС. Внешние и внутренние вопросы проектирования ГИС. Принципы проектирования систем. Организационное окружение ГИС. Техническое проектирование. Концептуальное проектирование. Информационные продукты ГИС.
15. Система глобального позиционирования
Принцип действия GPS. Наземный и космический сегменты. Методы и погрешности определения координат. Примеры применения.
План лабораторных занятий:
1. Знакомство с ГИС ARCVIEW (2 часа).
2. Подготовка растровых карт для векторизации (2 часа).
3-4. Векторизация карт по растровому изображению (4 часа).
5. Редактирование цифровой карты и исправление ошибок (2 часа).
6. Подготовка и ввод атрибутивных данных. (2 часа).
7. Визуализация и составление проекта (2 часа).
8. Пространственные операции на основе атрибутов (2 часа).
Экзаменационные вопросы:
ГИС. Структура и области применения. Программные средства. Математическая основа карт. Земной эллипсоид. Масштабы карт. Математическая основа карт. Картографические проекции. Распознавание проекций. Данные в компьютере. Компьютерное представление чисел и текста. Организация данных в векторных структурах данных. Точечные объекты. Линейные объекты. Полигоны. Топологическая структура. Редактирование и обновление полигональной сети. Организация данных в растровых структурах данных. Компактные методы для хранения растровых данных Структура БД. Типы организация данных в компьютере. Системы управления базами данных. Типы СУБД. Создание непрерывных поверхностей из точечных данных. Интерполяция. Измерения в ГИС. Измерение длины линейных объектов. Измерение полигонов. Меры формы. Пространственный анализ дискретных объектов. Основные классы операций для пространственного анализа. Пространственный анализ дискретных объектов. Операции с атрибутами географических объектов. Пространственный анализ дискретных объектов. Перекрытие объектов и их пересечение. Буферизация. Пространственный анализ дискретных объектов. Оверлейные операции в ARCVIEW. Пространственный анализ непрерывных полей. Алгебра карт и картографическое моделирование. Операции с точкой. Пространственный анализ непрерывных полей. Отображение уклона и экспозиции на карте. Карты линий видимости. Пространственный анализ непрерывных полей. Фильтрация. Типы фильтров. Пространственный анализ непрерывных полей. Интерполяция. Использование квадратных окон. Пространственный анализ непрерывных полей. Определение пути. Распространение с трением или без него. Дистанционное зондирование. Физические принципы ДЗЗ. Типы сканеров. Космический мониторинг экосистем. Оптические и радиационные свойства экосистем. Космический мониторинг экосистем. Спектральные характеристики растительности и почв. Система глобального позиционирования. Методы определения координат.