ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Департамент «Науки о Земле»
Геолого-географический факультет
 |  |
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
«Основы компьютерных технологий решения геологических задач»
вузовского компонента цикла ОПД
по специальности 08.05.00 ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА
Составитель доцент кафедры геологии нефти и газа
Ростов-на-Дону
2008
Пояснительная записка
Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
Целью является изучение современных компьютерных технологий, используемых для решения геологических задач; овладение понятиями информационных технологий – база данных, банк данных, операции с данными, системы управления данными, вычислительные процедуры, пространственные данные, географические информационные системы; овладеть методами логического и физического моделирования данных, приемами работы с СУБДами и ГИС-системами. Для изучения дисциплины студенты должны усвоить предметы: «Математика», «Информатика и вычислительная техника», «Геология и геохимия нефти и газа», «Нефтегазоносные провинции России и зарубежных стран», «Нефтегазопромысловая геология».
Программа составлена в соответствии с положениями Стандарта на прикладные геологические дисциплины
Общая схема положения и продолжительности учебного курса
Таблица 1
Специальность | 08.05.00 | ||
Курс | IV | ||
Семестр | 5-6 | 5 | 6 |
Всего часов | 160 | 86 | 74 |
В т. ч. лекций | 52 | 28 | 24 |
лабораторных занятий | 26 | 14 | 12 |
консультаций | 4 | 2 | 2 |
Самостоятельная работа | 78 | 42 | 36 |
Зачет | 12 | 6 | 6 |
ПРОГРАММА УЧЕБНОГО КУРСА
Таблица 2
Информационные блоки | Темы лекций | Темы Самостоятельной работы | Формы контроля | Лаборат. Работа (идентификатор) | Рекомендованная литература |
1 | 1. Введение. Основные определения и обзор современного состояния компьютерных технологий в геологии – 2 час | 1 | |||
2.1. | 2. Базы данных2.1.Сбор, формализация, накопление геологических фактографических данных на ЭВМ. Данные, типы данных, модели данных. Информационные технологии создания и ведения геологических баз данных фактографического содержания. Этапы проектирования БД – 2 часа | 1, 2 | |||
2.2. | 2.2. Системы управления базами данных (СУБДы) – MS Access 2000 (XP), Oracle 9i, MS SQL Server 7. История и перспективы развития систем управления базами данных. Архитектура СУБД. Сервер баз данных; модели серверов. – 2 часа | Архитектура, функции, объекты MS Access 2000 (XP), Oracle 9i, MS SQL Server 7– 16 час. | Создание объектов СУБДа: Таблиц, экранных форм, отчетов, макросов | Л_2.2. | 1, 2 |
2.3. | 2.3. Предметная область нефтегазовой геологии и освоении нефтяных и газовых месторождений. Логические модели предметной области геологии. Классификация моделей данных. Реляционная модель данных. Содержание и структура модели данных «Сущность-связь» (ER - модели - Entitity-Relashinship) –2 часа | 1 2 | |||
2.4. | 2.4. Физическая модель БД; структура модели; программные средства построения модели Технологии ER-моделирования. - 2 часа | Структура и функции Системы ER Win – 8 час. | Разработка объектов системы: вариантов логической, физической модели | Л-2.4. | 1 2 |
2.5. | 2.5. Запросы информации из БД. Типы запросов. Языки запросов СУБД – 2 час. | 1 2 | |||
2.6. | 2.6. Структурированный язык запросов SQL; основные операторы языка. Международные стандарты SQL. Структура SQL: операторы данных; операторы манипулирования данными; операторы администрирования данных. Обработка и анализ данных на SQL - 2 час. | 1 2 | |||
2.7. | 2.7. Метаданные базы данных. Стандарты на создание БД и метаданных БД - 2 час. | Л_2.7. | 1,2 | ||
2.8. | 2.8. Использование информационных технологий электронных таблиц, математических пакетов для обработки и преобразования информации - . 2 часа | ||||
2.9. | 2.9. Текстовые редакторы и графические пакеты для выдачи и оформления информации – 2 час. | Контрольная работа | |||
3.1. | 3. Геоинформационное картографирование 3.1. Компьютерное представление и накопление геологических графических материалов. Методы и технологии создания электронных цифровых векторных карт (электронное картографирование) - 2 часа. | 3 4 5 | |||
3.2. | 3.2. Основные графические векторные пакеты, ГИС-системы:Arc GIS 9.2; Geo Draw Win, GeoGraf Win, AutoCAD Map, WIN GIS – 2 час | Модули и функции Arc GIS 9.2; Geo Draw Win, GeoGraf Win, AutoCad Map – 18 час | Разработка объектов GIS-систем: Объектов, слоев, покрытий | 3, 4, 5 | |
3.3. | 3.3. Принципы организации информации на векторных картах; системы координат и картографические проекции; cистема глобального позиционирования объектов наблюдения (GPS). Картографические слои.– 2 часа. | Л_3.3. | 3, 4, 5 | ||
3.4. | 3.4. Тематическое картографирование. Масштабирование карт. Система изобразительных средств векторных карт. Растровые изображения. Векторизация изображений, пакеты-векторизаторы Easy Trase, Vectory. Дигитайзеры под управлением AutoCAD – 2 часа. | Тестирование на усвоение теории | Л_3.4. | 3, 4, 5 | |
Всего 28 часов (осенний семестр) | Всего 42 часа управляемой самостоятельной работы (осенний семестр) | Рейтинговая оценка результатов самостоятельной работы за семестр Контрольная работа семестра | |||
4 | 4. Банки данных, информационно-аналитические системы – структура и функции обработки данных. Базы знаний. Базы моделей – 2 часа | Строение, функции базы знаний. Программные средства создания баз знаний – 10 час. | Разработка объектов баз знаний | 1 | |
5 | 5. Распределенные базы данных. Сетевые технологии создания и ведения баз данных. Технологии «Клиент-сервер» для управления базами данных – 2 часа. | Серверы баз данных; Серверы приложений – 8 час. | Реферат | Л_5 | 1 |
6.1. | 6. Географические информационные системы (GIS) 6.1. GIS– технологии как средства создания и управления пространственно-ориентированными геологическими объектами и их атрибутами.– 2 часа. | Л-6.1 | 3, 4, 5 | ||
6.2. | 6.2. Основные блоки и функции GIS-системы. Базы данных внутренние и внешние – 2 часа | Оверлейные процедуры с графическими объектами – 8 час | Создание объектов оверлейных процедур | 3, 4, 5 | |
6.3. | 6.3. Использование GIS– систем для решения геологических задач (анализа природной сырьевой базы горючих ископаемых, тектонического районирования и т. д.) – 2 часа | ||||
6.4. | 1. 6.4. Методы картографического моделирования объектов. цифровые модели гипсометрических планов пластов по данным скважин и сейсмики, рельефа древних и современных поверхностей; поверхностей границ залежей– 2 часа. | Цифровые модели структуры продуктивных пластов – 8 час | Построение фрагментов моделей | Л_6.4. | 3, 4, 5 |
6.5. | 2. 6.5.Использование методов моделирования для прогноза месторождений полезных ископаемых –2 часа | 1, 3, 4, 5 | |||
7 | 7. Формирование и использование технологических комплексов для решения геологических задач. Программные средства комплексирования (С++, Delphi и др.) – 2 часов. | 1 | |||
8.1. | 3. 8. Комплексное моделирование нефтегазогеологических объектов 4. 8.1.Концепции и информационные технологии моделирования нефтяных (газовых) залежей. Компьютерно-аналитические системы подсчета запасов полезных ископаемых. Создание электронных подсчетных планов. Выделение подсчетных блоков оверлейными процедурами с картографическими слоями. Использование ArcGIS и специальных программных блоков (Spathiel Analyst, 3D Analyst); пакета WinSerf для построения карт в изолиниях. Определение значений подсчетных параметров статистическими, аналитическими расчетами с показателями баз данных залежей и месторождений. Использование средств GIS – технологий для совместного управления и анализа электронных карт и баз данных и выполнения подсчета запасов –2 часа | Компьютерная система моделирования залежей DV SeisGeo – 10 час. | Построение элементов модели залежи | 1 | |
8.2. | 5. 8.2.Компьютерно-аналитические системы информационного обеспечения управления геолого-разведочными работами и разработкой нефтяных и газовых месторождений.– 2 часа. | Л_8.2. | 1 | ||
8.3. | 6. 8.3. Обоснование и представление управляющих показателей. Информационные модели геолого-разведочных работ – 2 часа | 1 | |||
8.4. | 8.4. Интерфейс информационно-поисковой системы. Основные направления развития компьютерных технологий и их применения в геологии - 2 часа | Л_8.4. | 1 | ||
Всего 24 часа (весенний семестр) | Всего 36 час. управляемой самостоятельной работы (весенний семестр) | Рейтинговая оценка результатов самостоятельной работы Контрольная Работа учебного года | |||
Итого 38 часов | Итого часов управляемой самостоятельной работы -78 | ||||
Дополнительные разделы Информационные системы менеджмента отраслей ТЭК – топливно-энергетического комплекса. Базы данных по нефти и газу Базы данных по углю Распределенные базы данных по нефти, газу, углю, ресурсам ТЭК. GIS – системы ТЭК Компьютерные системы моделирования объектов ТЭК Нормативно-правовые информационные системы ТЭК | |||||
Глоссарий
Основные понятия и определения
Алгоритм (algorithm) - дискретный набор конечного числа правил, точных предписаний, определяющих порядок выполнения операций над исходными данными для достижения искомого результата и позволяющих чисто механически решить некоторую задачу из класса однотипных задач. А. должен обладать свойствами конечности, однозначности (детерминированности), определенности, массовости и результативности. А., выраженный средствами языка программирования, именуется программой
Анализ и оценка карт и атласов (map and atlases analysis and evaluation) – исследование свойств и качества картографических произведений, их пригодности для решения каких-либо задач. Критериями при этом выступают: целесообразность избранного масштаба и картографической проекции, достоверность карты и ее научная обоснованность, полнота содержания, геометрическая точность планового и высотного положения объектов, логичность построения легенды, качество оформления карты, качество печати и т. п. Синтетическим критерием анализа является надежность карты.
Атрибут (attribute) - син. реквизит - свойство, качественный или количественный признак, характеризующий пространственный объект (но не связанный с его местоуказанием) и ассоциированный с его уникальным номером, или идентификатором; наборы значений А. (attribute value) обычно представляются в форме таблиц средствами реляционных СУБД;
Бит (bit) от англ. "binary digit" - "двоичная цифра" (син.) или (по другим данным) от "basic indissoluble information unit" (не делимая далее единица информации) или от "binary init" (бинарная единица) - одна из цифр: 0 или 1 - при представлении числа в двоичной системе счисления; минимальная единица количества информации в ЭВМ, равная одному двоичному разряду; набор из, как правило, восьми Б. носит название байта.
Вектор (vectorнаправленный сегмент; термин, служащий для образования производных терминов, связанных с векторными представлениями пространственных данных.2. величина, характеризуемая числовым значением и направлением;
Векторное представление (vector data structure, vector data model) - син. векторная модель данных - цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар, с описанием только геометрии объектов, что соответствует нетопологическому В. п. линейных и полигональных объектов (см. модель "спагетти") или геометрию и топологические отношения (топологию) в виде векторно-топологического представления; в машинной реализации В. п. соответствует векторный формат пространственных данных (vector data format).
Визуализация (visualization, visualisation, viewing, display, displaying) - син. графическое воспроизведение, отображение - 1. в ГИС, компьютерной графике и картографии - проектирование и генерация изображений, в том числе геоизображений, картографических изображений и иной графики на устройствах отображения (преимущественно на экране дисплея) на основе исходных цифровых данных и правил и алгоритмов их преобразования. Различают также плоские, или двухмерные, или планиметрические (planimetric images, 2-D view, 2-D images) и трехмерные (volumetric images, 3-D view, 3-dimensional view, perspective view) изображения; последние из них строятся в аксонометрической, ортогональной или перспективной (центральной) или иной проекции из центра (центров) проецирования.
Геоинформатика (GIS technology, geo-informatics) - наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем, по разработке геоинформационных технологий, по прикладным аспектам, или приложениям ГИС (GIS application) для практических или геонаучных целей. Входит составной частью в геоматику (по одной из точек зрения) или предметно и методически пересекается с ней.
Данные (datum, pl. dataзарегистрированные факты, описания явлений реального мира или идей, которые представляются достаточно ценными для того, чтобы их сформулировать и точно зафиксировать; - 2. информация, представленная в виде, пригодном для обработки автоматическими средствами при возможном участии человека (ГОСТ . Системы обработки данных. Термины и определения); факты, понятия или команды, представленные в формализованном виде, позволяющем осуществить их передачу, интерпретацию или обработку как вручную, так и с помощью систем автоматизации (СТ ИСО 2382/1-84).
Дигитайзер (digitizer, digitiser, tablet, table digitizer, digitizer tablet, digital tablet, graphic tablet) - син.цифрователь, графический планшет, графическое устройство ввода данных, графоповторитель, жарг. сколка, таблетка - 1. устройство для аналого-цифрового преобразования сигналов, источников и данных; 2. в геоинформатике, компьютерной графике и картографии: устройство для ручного цифрования картографической и графической документации в виде множества или последовательности точек, положение которых описывается прямоугольными декартовыми координатами плоскости Д.
Запрос (query, request) - задание на поиск (retrieval) данных в базе данных, удовлетворяющих некоторым условиям.
SQL. - Стандартный язык Запросов реляционных СУБД
Картографические проекции (map projection, projection) – математически определенный способ изображения поверхности Земного шара или эллипсоида (или др. планеты) на плоскости. Общее уравнение К. п. связывает геодезические широты (В) и долготы ( L ) c прямоугольными координатами x и y на плоскости: x = f1(B, L); y = f2(B, L), где f1 и f2 – независимые, однозначные и конечные функции.)
Качество карт (map quality) – совокупность свойств, обеспечивающих способность карты удовлетворять определенным потребностям пользователей. Оценивается набором (комплексом) показателей, характеризующих отдельные свойства карты, напр., ее геометрическую точность, полноту и т. п. См. надежность карт, оценка карт и атласов.
Координаты (сoordinates) - числа, заданием которых определяется положение точки на плоскости, поверхности или в пространстве.
Прямоугольные, или декартовы координаты (grid сoordinates, rectangular сoordinates, right-angled сoordinates, Cartesian сoordinates) - прямоугольные координаты на плоскости (planimetric rectangular сoordinates, 2D сoordinates, two dimensional сoordinates) - снабженные знаками + или - расстояния х (абсцисса) и у (ордината) этой точки от двух взаимно перпендикулярных прямых Х и У, являющихся координатными осями (X-axis, Y-axis) и пересекающихся в некоторой точке - в начале К. (сoordinates origin) и прямоугольные координаты в пространстве (rectangular space coordinates, spatial coordinates, 3D сoordinates, three dimensional сoordinates) - три числа x, y и z (аппликата), определяющие положение точки относительно трех взаимно перпендикулярных плоскостей. Плоскости пересекаются в начале К. и по координатным осям Х, У и Z (Z-axis).
Полярные координаты (polar сoordinates) - полярные координаты на плоскости (на поверхности) - два числа: полярное расстояние точки от фиксированного начала (polar distance) и полярный угол между выбранной полярной осью и направлением на точку (polar angle, polar bearing, position angle). В качестве полярной оси на плоскости часто принимают направление, параллельное оси абсцисс, а на эллипсоиде - северное направление меридиана. В первом случае полярным углом будет дирекционный угол, во втором - азимут. В пространстве в качестве полярных К. используют радиус-вектор (расстояние от начала координат до заданной точки), вертикальный угол и азимут .
Сферические координаты (spherical сoordinates) - три числа: радиус-вектор, геоцентрические широта и долгота. Эллипсоидальные координаты (ellipsoidal сoordinates) - три числа: геодезические широта, долгота и высота; определяют положение точки земной поверхности относительного земного эллипсоида. Измерениями на физической поверхности определяют астрономические широты и долготы. Различия геодезических и астрономических координат обусловлены уклонениями отвесных линий, зависят от фигуры Земли, земного эллипсоида, от его расположения в теле Земли и являются особым предметом изучения геодезии. В мелкомасштабном картографировании различием геодезических и астрономических широт и долгот пренебрегают и их именуют
географическими координатами (geographic(al) сoordinates) - названием, исторически сложившимся по отношению к шарообразной и однородной по строению Земле. Часто ошибочно геодезические К. называют географическими. К. с началом на земной поверхности или в околоземном пространстве называют
топоцентрическими координатами (topocentric сoordinates), с началом в центре масс - геоцентрическими координатами (geocentric сoordinates), около центра масс Земли –
квазигеоцентрическими координатами (quasi-geocentric сoordinates). Различают: координаты экваториальные (equatorial сoordinates) - одной из координатных плоскостей является плоскость экватора , координаты горизонтные (horizontal сoordinates) - координатной плоскостью служит плоскость горизонта. На эллипсоиде, шаре и на картах применяют криволинейные координаты (curvilinear сoordinates) - сетку меридианов и параллелей . Трансформирование координат (transformation сoordinates) - преобразования, осуществляющие сдвиг, вращение и масштабирование К. при пересчете из одной системы в другую.
Координаты Гаусса-Крюгера (Gauss-Kruger сoordinates) - система плоских прямоугольных координат. Вводят при помощи равноугольной картографической проекции с тем же названием. Земной эллипсоид отображается на плоскости зонами, ограниченными меридианами с разностью долгот 6 0 . Зоны нумеруют с запада на восток, начиная от меридиана Гринвича. Осью X (абсцисс) является изображение среднего или осевого (central) меридиана зоны, осью Y (ординат) - изображение экватора. Восточная долгота осевого меридиана в первой шестиградусной зоне рана 3 0 , во второй 9 0 и т. д. Начало координат (map origin), точка пересечения экватора и осевого меридиана, имеет х=0 м, y=м. Номер зоны указывается перед y. Значение x на осевом меридиане равно длине дуги меридиана эллипсоида от экватора до заданной параллели. При топографических съемках масштабов 1:5000 и крупнее применяют трехградусные зоны, для которых осевые меридианы совпадают с осевыми и граничными меридианами шестиградусных зон.
Картографирование (mapping, map (atlas) compilation) - син . картирование , составление карт , картосоставление – совокупность процессов, методов и технологий создания карт , атласов и др. картографических произведений. По масштабу различают крупномасштабное картографирование (large scale mapping), среднемасштабное картографирование (medium scale mapping) и мелкомасштабное картографирование (small scale mapping); по объекту – астрономическое, планетное и земное К.; по методу – наземное, аэрокосмическое, подводное К. Наиболее разнообразны виды (отрасли ) тематического картографирования (branches of thematic mapping), которые постоянно возникают в ответ на запросы практики (напр., туристское К., электоральное К.), либо развиваются на стыке картографии с др. науками (геологическое, историческое, экономическое К. и т. п. ).
Метаданные (metadata) - данные о данных: каталоги, справочники, реестры, инвентории, базы матаданных (metadata base) и иные формы описания (метасопровождения) наборов цифровых и аналоговых данных, содержащие сведения об их составе, содержании, статусе (актуальности и обновляемости), происхождении (способах и условиях получения), местонахождении, качестве (полноте, непротиворечивости, достоверности), форматах и формах представления, условиях доступа, приобретения и использования, авторских, имущественных и смежных с ними правах на данные и об их иных датометрических характеристиках.
Базы Метаданных - средства инвентаризации информационных ресурсов, в том числе региональных и национальных, входить составной частью в существующие информационные системы и базы данных, составляя одну из целей их администрирования, использоваться при поиске и оценке источников пространственных данных
Тематическое картографирование (thematic mapping) – комплекс мероприятий и процессов по созданию тематических карт и атласов.
Разделы Тематического картографирования - природа (геологическое, климатическое, почвенное, геоботаническое и др.); общество (населения, хозяйства, историческое и т. п.) и их взаимодействия (инженерно-геологическое, экологическое, природоохранное и др.).; системное картографирование.
Топографическая карта (topographic map) – общегеографическая карта универсального назначения, подробно изображающая местность. Т. к. подразделяют на крупномасштабные (1 :и крупнее), среднемасштабные (1 :1– 1 : и мелкомасштабные или обзорно-топографические (мельче 1 : В каждой стране существует официально принятая государственная система картографических проекций, масштабов, разграфки и номенклатуры карт и условных знаков для Т. к.
Точка (point, point feature) - син. точечный объект - 0-мерный объект, один из четырех основных типов пространственных объектов (наряду с линиями, полигонами и поверхностями), характеризуемый координатами и ассоциированными с ними атрибутами; совокупность точечных объектов образует точечный слой.
Оверлей (overlayоперация наложения друг на друга двух или более слоев, в результате которой образуется графическая композиция, или графический оверлей исходных слоев (graphic overlay) или один производный слой, содержащий композицию пространственных объектов исходных слоев, топологию этой композиции и атрибуты, арифметически или логически производные от значений атрибутов исходных объектов в топологическом О. (topological overlay) векторных представлений пространственных объектов.
Операционная система, ОС (operating system, OS) - программный комплекс, обеспечивающий поддержку работы всех программ и их взаимодействие с аппаратными средствами и пользователем. ОС управляет памятью, вводом-выводом, внешней памятью, взаимодействием процессов, осуществляет защиту, учет использования ресурсов, обработку командного языка.
Оценка карты и (или) атласа (map and/or atlas evaluation, map and/or atlas estimation) – заключение о качестве, надежности, пригодности картографического произведения для конкретного использования, сделанный на основе его изучения (анализа). О. к. и а. включает оценку всех элементов: правильности выбора картографической проекции, масштаба карты, компоновки карты, способов картографического изображения, качества оформления карт и др. Общая оценка складывается на основе изучения полноты содержания картографического произведения, степени его нагрузки графическими элементами, геометрической точности, достоверности и современности, а также анализа читаемости, общего эстетического впечатления и др. См. также надежность.
Пиксел (pixel, pel) - син. пэл, пиксель - сокращение от англ. "picture element" ("элемент изображения") - элемент изображения, наименьшая из его составляющих, получаемая в результате дискретизации изображения (разбиения на далее неделимые элементы - дикреты, ячейки или точки растра); характеризуется прямоугольной формой и размерами, определяющими пространственное разрешение изображения.
Воксел (voxel, от англ. "volume element" или "volume pixel", OBEL) - трехмерный аналог пиксела - "кубическая" ячейка
Миксел (mixel, от англ. "mixed element"). - маргинальный Пиксел., образованный смешением нескольких смежных с ним (соседних) П. с отличными от него значениями классов, а также П., не поддающийся отнесению ни к одному из классов заданного их набора, в технологии цифровой обработки изображений получил название
Полигон (polygon, area, area feature, region, face) - син. многоугольник (в вычислительной геометрии и компьютерной графике), полигональный объект, контур, контурный объект, область - 2-мерный (площадной) объект, один из четырех основных типов пространственных объектов (наряду с точками, линиями и поверхностями), внутренняя область, образованная замкнутой последовательностью дуг в векторно-топологических представлениях или сегментов в модели "спагетти" и идентифицируемая внутренней точкой (меткой) и ассоциированными с нею значениями атрибутов
Пространственные данные (spatial data, geographic(al) data, geospatial data, georeferenced data) - син. географические данные - цифровые данные о пространственных объектах, включающие сведения об их местоположении и свойствах, пространственных и непространственных атрибутах. Обычно состоят из двух взаимосвязанных частей: позиционной (spatial, locational) и непозиционной (aspatial) составляющей данных..
Система управления базами данных, СУБД (data base management system, DBMS) - комплекс программ и языковых средств, предназначенных для создания, ведения и использования баз данных. СУБД поддерживают, как правило, одну из трех наиболее распространенных моделей (схем) данных: реляционную (relational data model), иерархическую (hierarchical data model) или сетевую (network data model). Большинство современных коммерческих СУБД относится к реляционному типу. Наиболее распространенные СУБД - dBASE, Foxbase, Informix, Ingres, Oracle, Sybase и др.
Слой (layer, theme, coverage, overlay) - жарг. покрытие - совокупность однотипных (одной мерности) пространственных объектов, относящихся к одной теме (классу объектов) в пределах некоторой территории и в системе координат, общих для набора слоев. По типу объектов различают точечные, линейные и полигональные С., а также С. с трехмерными объектами (поверхностями). Послойное, или "слоистое" (layered), или многослойное (multi-layered) представление является наиболее распространенным способом организации пространственных данных в послойно-организованных ГИС (layer-based GIS).
Экспертная система, ЭС (expert system) - система искусственного интеллекта, включающая в себя базу знаний с набором правил и механизм, или машину вывода (inference engine), позволяющих на основании правил и предоставляемых пользователем фактов распознать ситуацию, поставить диагноз, сформулировать решение или дать рекомендацию.
Цифровая карта (digital map) –"цифровая модель земной поверхности, сформированная с учетом законов картографической генерализации в принятых для карт проекции, разграфке, системе координат и высот" (ГОСТ . Картография цифровая. Термины и определения. 1990; с. 1).
Электронная карта (electronic map) - "векторная или растровая карта, сформированная на машинном носителе (например, на оптическом диске) с использованием программных и технических средств в принятой проекции, системе координат, условных знаках, предназначенная для отображения, анализа и моделирования, а также решения информационных и расчетных задач по данным о местности и обстановке" [ГОСТ Р . Геоинформационное картографирование. Пространственные данные, цифровые и электронные карты. Общие требования. 1996; с.3].
База данных, БД (data base, database, DB) - совокупность данных, организованных по определенным правилам, устанавливающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными. Создание БД и обращение к ней (по запросам) осуществляются с помощью системы управления базами данных (СУБД).
БД может быть размещена на нескольких компьютерах сети; в этом случае она называется распределенной БД, РБД (distributed database), как и управляющая ею СУБД - системой управления распределенными базами данных, СУРБД (distributed database management system). БД ГИС содержат наборы данных о пространственных объектах, образуя пространственные БД (spatial database); цифровая картографическая информация может организовываться в картографические базы данных (map database), картографические банки данных.
Банк данных, БнД (databank, data bank) - информационная система централизованного хранения и коллективного использования данных. Содержит совокупность баз данных, СУБД и комплекс прикладных программ. БнД называют локальным (local databank), если он размещен в одном вычислительном центре (ВЦ) или на одном компьютере; распределенный БнД (distributed databank) - система объединенных под единым управлением и посредством компьютерной сети территориально разобщенных локальных БнД.
Геоинформационная система, ГИС - информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных пространственных данных). ГИС содержит данные о пространственных объектах в форме их цифровых представлений (векторных, растровых, квадротомических и иных
По территориальному охвату различают глобальные, или планетарные ГИС (global GIS), субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС (regional GIS), субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС (local GIS). ГИС различаются предметной областью информационного моделирования, к примеру, городские ГИС, или муниципальные ГИС, МГИС (urban GIS), природоохранные ГИС (environmental GIS) и т. п.; среди них особое наименование, как особо широко распространенные, получили земельные информационные системы. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС, ИГИС (integrated GIS, IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде. Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.
База знаний, БЗ (knowledge base) - совокупность знаний о некоторой предметной области, на основе которых можно производить рассуждения. Основная часть экспертных систем, где с помощью БЗ представляются навыки и опыт экспертов, разрабатывающих эвристические подходы в ходе решения проблем. Обычно БЗ представляет собой набор фактов и правил, формализующих опыт специалистов в конкретной предметной области и позволяющих давать на вопросы об этой предметной области ответы, которые в явном виде не содержатся в БЗ.
Автоматизированное рабочее место , АРМ (work station, workstation) син. рабочая станция - индивидуальный комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для автоматизации профессионального труда специалиста-картографа, проектировщика электронных схем, оператора системы дальнего радиолокационного обнаружения и пр. В АРМ входит персональный компьютер или рабочая станция с графическим и/или текстовым дисплеем, графопостроитель и др. периферийные устройства
2.2 Темы лабораторных занятий
Осенний семестр
Информационный блок | Тема лабораторной работы |
2.2. | Л_2.2.Обзор, анализ и разработка блок-схемы основных объектов и функций СУБДа MS Access: таблицы, структура таблиц, свойства таблицы и полей таблицы; запросы, формы, отчеты, макросы, модули (ActiveX компоненты); создание таблиц, создание запросов, виды запросов – 2 часа |
2.4 | Л_2.4. Построение логической и физической моделей раздела предметной области геологии средствами программ ER-моделирования – 2 часа |
2.7. | Л_2.7.Составление схемы метаданных базы данных месторождений нефти и газа - 2 часа |
3.3. | Л-3.3. Построение макета векторной электронной карты геологического содержания: карты полезных ископаемых площади геологической съемки или региона – 2 часа. |
3.4. | Л-3.4. Построение векторной электронной карты полезных ископаемых, карты нефтегазоносности на основе существующих графических баз данных (информационные ресурсы ГБЦГИ, Internet); векторизации сканированных карт– 6 часа. |
Всего 14 часов
Весенний семестр
5. | Л_5. Построение схемы ввода информации и запросов информации из распределенных баз данных по технологии «Клиент-сервер» - 2 часа |
6.1. | Л_6.1. Разработка блок-схемы ГИС-системы – 2 часа |
6.4. | Л_6.4. Построение блок-схемы технологического комплекса моделирования геологических объектов ее реализация: выполнение подготовки подсчетных параметров и подсчета запасов нефти и газа на базе компьютерных технологий – 2 часа. |
8.2. | Л_8.2.Разработка схемы структуры и функций информационного обеспечения управления поисково-оценочными работами– 4 часа. |
8.4. | Л_8.4. Построение блок-схемы и реализация элементов интерфейса банка данных по нефти и газу; построение схемы АРМов: анализа, моделирования и прогноза показателей нефтегазогеологических объектов, процессов изучения и разработки нефтяных и газовых месторождений – 2 часа |
Всего 12 часов
Перечень рекомендованной литературы
Основная:
1. Основы компьютерных технологий решения геологических задач. Учебное пособие./ . РГУ. Ростов-на-Дону.2005 г. Электронная версия.
Дополнительная:
2. Базы данных: модели, разработка, реализация. Учебное пособие для ВУЗов./ . – СПб. Питер. 2002. – 304 с. : ИЛ.
3. Введение в ГИС. Учебное пособие./ , . – Петрозаводск. 1995.170 с.
4. Пути создания и анализа электронных векторных карт угольной сырьевой базы. Обзор информации./ , . – М., Геоинформмарк. 20с.
5. Геоинформационные системы и технологии. / . – М., Финансы и статистика. 19с.
6. Системы баз данных. Полный курс./ Гектор Гарсиа-Молина, Джеффри Ульман, Дженнифер Ундом./ М., СПб., Киев. Питер. 2003. – 480 с.
7. Изучи сам. Access 97 / Перев. С англ. по изданию: Teach yourself…Access 97 for Windows by Charles Siegel. – MIS: Press, 1997; - Мн. : , 1998. – 352 с. : ил.
8. Системы обработки информации. Машинная графика. Термины и определения. // ГОСТ , 32 с.
9. Системы обработки информации. Машинная графика. Функциональное описание ядра графической системы (ЯГС). // ГОСТ , 287 с.
10. Стандартизация алгоритмов и программ компьютерной графики. // ГКВТИ ВМНУТЦ ВТИ. Учебное пособие. М.19c.-УДК 681.32.06
11. Геоинформационные системы и методы их создания. // Учебное пособие, М., МИИГАиК, 1995, 164 с.- УДК 528.9
12. Геоинформационное картографирование. Пространственные данные, цифровые и ЭК. Общие требования. // ГОСТ Р , M. 1995.20 с.
13. Технологии создания и использования учебных геоинформационных систем. На примере MapInfo // Учебное пособие по курсу «Геоинформационные технологии» – М. : 2001 – 90 с.
Статьи и доклады
14. Опыт обучения студентов, учителей и школьников по специальности геоинформатика//Доклад на 3-й Всеросийской конференции "Геоинформатика и образование", М.,1999 с.131-143. УДК 528.9 (Авторы: , и др.
15. Технология создания тематических и учебных цифровых карт в крупном масштабе.// В кн. IV Всероссийская конференция «Геоинформатика и образование», тезисы докладов, Москва, РАГС, 7-8 июня 2000 г. ,с. 30-31.
16. Разработка программного обеспечения для редактирования электронных кадастровых карт. // В кн. Дистанционное зондирование и геоинформатика – технологии и наука XXI века. 5-ая Международная конференция «Методы дистанционного зондирования и ГИС-технологии для контроля и диагностики состояния окружающей среды». М, 2000. с.45-46 ( и др.)
17. Базовое картографическое обеспечение для ГИС.// В кн. Материалы третьей конференции ГИС-Ассоциации «Геоинформатика в нефтегазовой и горной отраслях», М., 2000. ( и др.)
18. Проблемы создания геоинформационной продукции //Геодезия и картография., М., - 2001 - № 8, с.УДК 528.9.001.13:373
19. Обзор технологий создания геоинформационной продукции. // Информационные технологии., М. ,2001. № 9 с.
20. Разработка методических документов и технологий сертификации цифровых карт. // Материалы научн. конф. «Качество и ИПИ-технологии».М., 2002, с. 78-79. (Журкин В. П. и др.)
21. Геоинформационные системы и методы их создания. // Учебное пособие, М., МИИГАиК, 1995, 164 с.- УДК 528.9
Техническое описание и руководство пользователя MS Access 2000 (XP), Oracle 9i, MS SQL Server 2000, ArcView 3.2 (специальные блоки: Spathial Analyst, 3D Analyst), WinSerf 7.0, MapInfo 5.0, Easy Trase, Vectory, AutoCAD Map, MS Excel, Adobe Photoshop, ArcGis 9.
Контрольные вопросы
Привести определение понятию «база данных - БД»; как оно формулируется в законе о защите БД
Банк данных (БнД) – определение понятия и отличия от Базы данных
Модель данных – как определяется это понятие; примеры моделей данных
Что такое предметная область в практике построения баз данных
Определить инфологическую модель данных, привести примеры
Датологическая модель данных в сравнении с другими видами моделей
Структурированный язык запросов SQL – определение, основные операторы
Физическая модель базы данных – как она определяется и строится
Система управления базами данных – основное определение; архитектура; программные пакеты
Географическая информационная система – привести определение и структуру
Привести виды картографических проекций цифровых топооснов России
Что такое «Картографический слой»; какие группы картографических слоев обычно создаются на тематических электронных картах
Идентификация геометрических примитивов, поддерживаемых SDO_GEOMETRY.
Создание и использование секционированных и основанных на функциях пространственных индексов.
Как создавать пространственные запросы при помощи SQL и пространственных операторов.
Как публиковать карты в Интернет/Интранет при помощи Oracle9iAS MapViewer.
Выполнение пространственного анализа с помощью пространственных функций и процедур.
Индексирование пространственных данных.
Использование системы линейных координат (LRS).
Описание модели запросов Oracle Spatial.
Описание типа данных SDO_GEOMETRY. Объект SDO_GEOMETRY
Системы координат, поддерживаемые Oracle Spatial.
Основные концепции БД Oracle.
Язык SQL.
Язык PL/SQL.
Поддерживаемые геометрические примитивы Oracle Spatial.
Модель данных Oracle Spatial.
Модель запросов Oracle Spatial.
Пространственные запросы.
Пространственный анализ.
Системы линейных координат (Linear Referencing System)
Обзор Oracle9iAS MapViewer.
Публикация слоя в БД.
Географические и негеографические системы координат.
Геодезические системы координат.
Проектные системы координат.
Связь пространственных слоев с системами координат.
Ограничения в использовании геодезических систем координат.
Экспорт и импорт пространственных данных.
Использование PL/SQL для загрузки данных с большим количеством координат.
Проверка корректности пространственных данных.
Что такое пространственный индекс?
Что такое R-tree-пространственный индекс?
Что происходит во время создания R-tree-пространственного индекса?
Синтаксис команды для создания пространственного индекса.
Метаданные для пространственного индекса.
Создание пространственных индексов с помощью Oracle Enterprise Manager.
Модель запросов в Oracle Spatial.
Как используются пространственные индексы в запросах.
Пространственные операторы и пространственные функции.
Пространственные отношения между геометрическими объектами.
Пространственные запросы в SQL.
Контрольные тесты
Что такое геоид ("землеподобный")?
§ Шар,
· Эллипсоид вращения,
· Фигура Земли, ограниченная поверхностью, к которой отвесные линии всюду перпендикулярны, и которая проходит через точку начала отсчета высот, закрепленную на высоте среднего уровня моря.
§ Объемная фигура, поверхность которой совпадает с поверхностью морей и океанов в их спокойном состоянии и мысленно продолжается под материки.
§ Объемная фигура, поверхность которой проходит через начало счета высот и иногда называется отсчетной поверхностью;
§ Двухосный эллипсоид.
Каковы характеристики Эллипсоида Красовского стран Европы и Азии:
1. большая полуось (радиус экватора) а = 6 м;
малая полуось (расстояние от плоскости экватора до полюса)
b ==6 м;
2. большая полуось (радиус экватора) а = 6 м;
малая полуось (расстояние от плоскости экватора до полюса)
b ==6 м;
3. большая полуось (радиус экватора) а = 7 м;
малая полуось (расстояние от плоскости экватора до полюса)
b = 7 м.
Какие системы координат используются в настоящее время в России?
o СК-42 (СК-95),
o WGS-84 (World Geodetic System of 1984),
o ПЗ-90.
