Учебно-методический комплекс (стр. 2 )

Дисциплина «Геоинформационные системы» изучается студентами – экологами, как специальный курс общих профессиональных дисциплин (ОПД. Ф.14), входящий в состав федеральной компоненты, имеющий существенное значение для повышения квалификации специалистов.

Разработка учебно-методического комплекса (УМК) необходима для повышения уровня, т. к. в ходе усвоения материала дисциплины, по которой студенты должны выполнить практические работы в компьютерном классе по освоению пакетов прикладных программ: «Сток», «СБРОС», ПДВ «Эколог», УПРЗА «Эколог», «Кодекс» и одной из геоинформационных систем по выбору.

Для изучения курса выделяется 200 часов и в соответствии с государственным образовательным стандартом в нем должны изучаться следующие материалы:

- представление пространственной экологической информации в ЭВМ;

- векторное и растровое представление объектов;

- слои, ле­генда карты; пространственная и описательная (атрибутивная) информация об объектах;

- представление моделей поверхностей; способы ввода информации в ЭВМ;

- электронные карты и атла­сы;

- автоматизация создания тематических карт;

- поиск инфор­мации с учетом пространственной компоненты;

- геоинформационные системы;;

- геоинформаци­онные средства анализа и прогноза.

Результатом полученных знаний является возможность выполнять проекты и расчеты предельно-допустимых выбросов для предприятия, населенного пункта, района, сбросов и размещения отходов, а так же автоматизировать обоснование параметров разделов проектов «Охрана окружающей среды» строительства, реконструкции, модернизации, расширения, закрытия, консервации и ликвидации объектов.

Геоэколог по специальности 013600 - Геоэкология может занимать должности, тре­бующие высшего профессионального образования, согласно действующему законода­тельству Российской Федерации: эколога, младшего научного сотрудника (по рекомен­дации вуза), инженера (должность по Общероссийскому классификатору должностей служащих, разработанных Минтруда РФ по состоянию на 10.06.1999 г. /М., 1999 г./ № 000), инженера по охране окружающей среды (№ 000), стажера-исследователя в об­ласти экологии, геохимика (№ 000), экономиста-природопользователя, научного ре­дактора (№ 000), инженера-исследователя (№ 000) и другие.

При условии освоения соответствующей образовательно-профессиональной программы педагогического профиля геоэколог может занимать должности, относя­щиеся к педагогической деятельности в вузах, колледжах, общеобразовательных учреж­дениях и учреждениях среднего профессионального образования (должности преподава­теля - № 000, 25813, 25812).

Сферой профессиональной деятельности выпускника по специальности 013600 - Геоэкология являются: проектные, изыскательские, производственные, научно-исследовательские организации, бюро, фир­мы и др. Органы охраны природы и управления природопользованием (федеральные и ре­гиональные учреждения Министерства природных ресурсов РФ, Госкомэкологии РФ, Министерства сельского хозяйства РФ и других природоохранных ведомства и учреждений), общеобразовательные и специальные учебные заведения и др.

Объектами профессиональной деятельности геоэколога являются:

-геоинформационные системы отображающие процессы в литосфере, гидросфере, атмосфере и биосфере и их взаимодействие;

- геосистемы разных иерархических уровней, природно-территориальные и природно-хозяйственные комплексы;

- геоэкологический мониторинг; контроль загрязнений природной среды, менеджмент и маркетинг в геоэкологии; оценка воздействия на окружающую среду.

Выпускник по специальности 013600 - Геоэкология может быть подготовлен к одному из следующих видов профессиональной практической деятельности:

- научно-исследовательская; проектно-производственная;

- контрольно-экспертная;

- педагогическая (при условии освоения соответствующей образовательно-профессиональной программы педагогического профиля).

Конкретное содержание профессиональной подготовки определяется образовательной программой вуза.

1 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Рабочая программа дисциплины «Геоинформационные системы» сформирована на основе государственного образовательного стандарта (ГОС) и рекомендацией УМО по специальности 020«Геоэкология», которая имеет следующую структуру: введение, основная часть УМК, дополнительная часть УМК, приложение.

Цель курса – подготовить студентов к выполнению проектов и расчетов предельно допустимых выбросов, сбросов и размещения отходов, а так же разделов проектов «Охрана окружающей среды», с использованием экологических методов для решения прикладных задач и методических указаний и расчетов по геоэкологии.

Задачи учебной дисциплины: обеспечить уровень подготовки студентов по экологическим дисциплинам, которые должны уметь:

- ставить общие задачи геоэкологии и предлагать адекватные методы их решения;

- адаптировать экологические задачи к условиям региона;

- моделировать процессы и явления влияющие на экосистему;

- рассчитывать параметры экоконструкций и систем, обеспечивающих безопасность жизнедеятельности;

- решать конкретные задачи предприятий по проблемам информационного обеспечения;

- обосновывать прогнозы состояния атмосферы, почвы и вод в регионе;

- статистически обобщать и давать критический анализ результатов работы экологических учреждений по повышению эффективности их деятельности.

Для этого студенты должны знать:

- взаимосвязанность природных и социально-экономических факторов в глобальном экологическом кризисе и его отдельных проявлениях; иметь представление о путях выхода из глобального экологического кризиса;

- взаимосвязь абиотических факторов и биотической компоненты экосистемы, иметь представление о пределах толерантности организмов и популяций и об их экологической нише, как обобщенном выражении экологической индивидуальности вида;

- процессы формирования климата, классификацию климатов, тенденции изменения климата в глобальном и региональном аспектах, в том числе основные закономерности радиационного и теплового режима атмосферы Земли;

- основы алгоритмизации и моделирования объектов и процессов в геоинформационных системах;

- структуру водных объектов Земли, закономерности их формирования и трансформации, особенности гидрологического режима рек, озер, водохранилищ, грунтовых и подземных вод, морей и океана; механизмы протекания процессов в водных объектах суши;

- основные принципы, закономерности и законы пространственно-временной организации а геоинформационных системах локального и регионального уровней; динамику и функционирование ландшафта; основы типологии и классификации ландшафтов; иметь представление о природно-антропогенных геоинформационных системах; владеть навыками ландшафтно-картографического анализа и построения карт;

- геохимическую роль живого вещества как биотической компоненты биосферы, глобальный масштаб биогеохимических процессов в биосферных циклах важнейших химических элементов; биогенную миграцию химических элементов в ландшафтах; понимать особенности влияния химических загрязнений различной природы на отдельные организмы и на общество в целом;

- оценивать и моделировать факторы экологического риска, возможности экологической адаптации;

- оценивать и моделировать природно-ресурсный потенциал территории и отдельные виды природных ресурсов, их вещественно-энергетические характеристики; методические и экономические основы оценки воздействия на окружающую среду; основы планирования культурного ландшафта;

- представление о взаимовоздействии различных технических систем на природную среду и о методах оценки возникающего экологического риска; о мерах по предотвращению и ликвидации экологически опасных ситуаций или катастроф;

- математические и изобразительные свойства карт различных масштабов и тематики, способы изображения явлений, приемы генерализации, методы составления и оформления карт; уметь выполнять авторские разработки карт, анализировать карты с применением средств картометрии и математической статистики; владеть методами проектирования и составления геоэкологических карт, использовать их в практической деятельности;

- назначение и классификацию мониторинга природной среды и ее отдельных подразделений, методы наблюдений и наземного обеспечения; аналитические и синтетические направления, а так же средства автоматизации сбора накопления, передачи и обработки информации при мониторинге окружающей среды;

- методы разработки геоинформационных систем и владеть методами автоматизированного построения карт, знать основы машинной графики;

- принципы организации экологических экспертиз территорий, производств и технологических проектов; уметь осуществлять процедуру оценки воздействия хозяйственных проектов на окружающую среду, знать основы геоэкологических принципов проектирования и определения экологического риска реализации проектов;

- физические модели Земли, физические свойства пород, особенности их возникновения, распределения природных и техногенных полей; владеть физико-математическими основами геофизических методов исследований, основы методики полевых наблюдений и интерпретацию их результатов; основы комплексирования геофизических методов;

- роль почвенного покрова как компонента наземных и некоторых субаквальных экосистем; связь неоднородности почв с биоразнообразием; плодородие почв и продуктивность биоценозов; экологические функции почвы;

- методы гидрологических и водохозяйственных расчетов, ориентироваться в проблемах хозяйственного использования природных вод, организовывать мероприятия по предотвращению и ликвидации их загрязнения;

- основные закономерности формирования подземных вод и их классификацию; условия залегания и движения подземных вод, гидрогеологические свойства горных пород; основные особенности гидродинамического режима подземных вод; основы геохимии и геотермии; иметь представление о принципах поисков, эксплуатации и охраны подземных вод;

- современные представления о составе, строении и инженерно - геологических свойствах горных пород; о природных и антропогенных геологических процессах; владеть основами знаний о строении, составе и свойствах мерзлых пород и криогенных процессах;

- представление о динамике численности населения и его размещении на земном шаре, о глобальных и региональных закономерностях урбанизации и формирования трудовых ресурсов;

- математическую статистику;

- статистические методы обработки экспериментальных данных.

Методы обучения включают:

- лекции, на которых закладываются теоретическая база знаний по дисциплине «Геоинформационные системы;

- практические занятия, где студенты приобретают навыки работы с геоинформационными системами;

- самостоятельная работа студентов, которая осуществляется в двух формах: индивидуального выполнения контрольных работ и индивидуально-аудиторного – с консультацией у преподавателя;

- разбор сложных задач на занятиях и консультациях.

1.1 Структура, особенности изучения, трудоемкость курса, формы контроля

Курс «Геоинформационные системы» для данной специальности состоит из теоретических и практических занятий, выполнения курсовой работы.

Теоретические занятия проводятся в форме лекций. Практические занятия проводятся в аудиториях и лабораториях, на которых изучаются ГОСТы, СНиПы, методики проектирования различных природных объектов и решаются задания по темам курса. Самостоятельная работа студентов осуществляется в форме выполнения контрольных и решения индивидуальных заданий по основным темам курса.

Объем часов по видам занятий

Виды занятий	ДО (часов)
Всего по учебному плану	200
Лекции	68
Практические занятия	34
Внеаудиторная самостоятельная работа	92

График самостоятельной работы студентов по дисциплине «Геоинформационные системы».

Общее количество часов по учебному плану - 200, лекции – 68, лабораторные работы - 34 часов, самостоятельная работа – 92 часов, индивидуальная работа 10 часов, зачет 7 часов, консультации – 2 часа.

1.2 Средства обучения

Для дисциплины «Геоинформационные системы» необходимо следующее оборудование:

1. Компьютерный класс.

2. Пакеты прикладных программ для выпуска проектов ПДВ, ПДС, размещения отходов; «Автокад», ГИС.

3. Карты города, района, области, региона и др.

4. Демонстрационные плакаты.

5. ГОСТы ЕСПД «Единой системы программной документации».

6. Методические указания, руководства по освоению пакетов прикладных программ.

7. Проверочные тесты текущей успеваемости.

1.3 График самостоятельной работы студентов

В ходе изучения дисциплины «Геоинформационные системы» студенты выполняют контрольные работы.

Графики выполнения контрольных работ формируется исходя из следующих требований:

- к началу экзаменационной сессии каждый студент обязан выполнить контрольные работы, предусмотренную программой курса;

- к началу аттестации контрольной работы студент обязан выполнить требования предъявляемые к их оформлению, предусмотренные в темах по дисциплине.

Порядок контроля хода выполнения самостоятельных работ: каждый студент обязан в течение недели предъявлять материалы на консультациях преподавателю или ассистенту, а после изучения ошибок исправить их и во время еженедельных консультаций защитить работу.

График организации самостоятельной работы студентов представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - График выполнения заданий по самостоятельной работе студентов-геоэкологов по дисциплине «Геоинформационные системы»

Раздел, тема	Количество самостоят. заданий	Срок выполнения	Объем часов
1. Подготовка и согласование заданий по контрольной работе	1	1-я неделя
2. Подготовка и согласование содержания контрольной работы	1	2–я неделя
3. Анализ литературных источников, поиск и подготовка аналитического обзора. Выполнение самостоятельных работ № 1-7.	1	3-9–я недели
4. Работа над ошибками	1	10-я недели
5. Защита самостоятельных работ	1	11-я неделя

1.4 Темы самостоятельных работ

1.  Формирование инструции пользователя ППП УПРЗА «Эколог».

2.  Формирование инструции пользователя ППП ПДВ «Эколог».

3.  Формирование инструции пользователя ППП «Сток».

4.  Формирование инструции пользователя ППП «Сброс».

5.  Формирование инструции пользователя ППП «Кодекс».

6.  Формирование инструции пользователя ГИС «по выбору студента».

7.  Проект нормативов предельно допустимых выбросов и сбросов загрязняющих веществ в атмосферу и гидросферу.

1.5 Правила оформления контрольной работы

Контрольная работа является видом самостоятельной работой студента, посвященный какой-либо проблеме, где сопоставляются точки зрения разных авторов на поставленную проблему. Она не является конспектом, поэтому в нем не допускается прямая компиляция текстов из литературных источников. Если в контрольной работе приводятся дословные цитаты или выдержки из литературных источников, то обязательна ссылка на литературу.

Контрольная работа должен быть структурирована и иметь:

1. Введение с описанием цели литературного исследования и постановкой задачи;

2. Основную часть с главами (их количество не регламентируется);

3. Выводы или Заключение, где отражается результативная часть контрольной работы (заключение шире по материалу, чем выводы.

В заключении помимо объективных результатов литературного исследования часто указываются области их применения, высказывается мнение о путях дальнейшего развития рассматриваемой задачи, поэтому в заключении, как правило, более отчетливо выражена авторская позиция.

Выводы излагают утвердительной форме. Они могут содержать что-либо положительное или отрицательное, констатировать новое качество, явление и т. д.

Формулировать выводы необходимо без эмоциональной окраски, ясно, просто, кратко, и убедительно, которые следует пронумеровать.

Список литературы, в который может быть приведен в алфавитном порядке или в порядке расположения ссылок должен включать работы, имеющие прямое отношение к изложенному вопросу.

Список оформляют по библиографическим правилам.

При написании контрольной работы:

1) необходимо определить требования к размеру курсовой работы и установить глубину проработки темы;

2) рекомендуется писать без ненужных отступлений и отклонений от темы;

3) отдельные части контрольной работы логически связываются.

4) текст работы литературно обрабатывается, фразы строятся так, чтобы мысль выражалась ясно и точно;

5) число диаграмм, таблиц, рисунков, иллюстраций должно быть минимальным, но без ущерба для работы;

6) текст контрольной работы может быть написан от руки, четким почерком или напечатан;

7) текст на иностранных языках может быть целиком впечатан или вписан от руки;

8) формулы должны быть вписаны в текст тщательно и разборчиво, полностью от руки, размеры знаков для формул рекомендуются следующие: прописные буквы и цифры – 7-8 мм, строчные 4 мм, показатели степени и индексы - не менее 2 мм;

9) страницы работы должны иметь поля: левое – 30 мм, верхнее - 20 мм, правое - 10 мм, нижнее - 25 мм (примерно 60 знаков в строке, считая пробелы);

10) таблицы, рисунки, чертежи, схемы, графики, фотографии в тексте работы и в приложении, должны быть выполнены на стандартных листах или наклеены на стандартные листы белой бумаги, подписи и пояснения к фотографиям, рисункам должны быть с лицевой стороны;

11) все страницы работы, включая иллюстрации и приложения, нумеруются по порядку от титульного листа до последней страницы без пропусков, повторений, литерных добавлений. Первой страницей считается титульный лист. На нем номер страницы не ставится, на следующей странице ставится цифра 2 и т. д. Порядковый номер страницы пишется в верхнем или нижнем полях;

12) контрольная работа должна носить творческий характер. Быть итогом серьезного интеллектуального труда студента, а по оформлению приближаться к требованиям, предъявляемым к любой научной работе;

13) в работе обязательно должно быть оглавление, в котором приводятся: введение, главы (обычно 2-3); в каждой главе – параграфы; заключение; список литературы. Справа, напротив каждого параграфа или главы, указывается номер страницы;

14) весь собранный и обработанный студентами материал по выбранной теме должен быть логично распределен по главам (разделам) и параграфам, при изложении материала необходимо делать ссылки на литературные источники;

15) в процессе изложения материала следует избегать уходов от темы контрольной работы, нарушения логической последовательности в анализе фактов и идей, искажения мыслей авторов научных трудов, которые используются в работе.

16) не рекомендуется наклеивание на страницы, вырезанных из различных книг и журналов картинок, схем, иллюстраций.

17) Если фрагмент текста переписывается в курсовую работу без изменений, т. е. цитируется, он заключается в кавычки, а в конце цитаты обязательно указывается порядковый номер источника (в квадратных скобках), где эта мысль сформулирована;

18) в конце каждой главы желательно сделать краткие выводы, выделив основные факты и идеи;

19) в заключении необходимо подвести общие итоги, сформулировать краткие выводы, проанализировать степень успешности решения поставленной задачи. Рукопись должна быть подписана автором;

20) при составлении списка литературы печатные работы располагаются в алфавитном порядке или порядке их использования;

21) выполнение контрольной работы делает познание студентов по отдельным вопросам более углубленным, развивает их творческие способности по анализу процессов и явлений, происходящих в природе и обществе;

22) в качестве иллюстраций в работе могут быть использованы чертежи, рисунки, схемы, графики, карты и фотографии. Они помещаются в тексте работы или выделяются в отдельное приложение;

23) подписи к иллюстрациям даются с лицевой стороны и составляются в следующем порядке: условное сокращение названия иллюстрации - "рисунок"; порядковый номер арабскими цифрами (без знака "№", без точки ставится -); - подпись или название иллюстрации. Подпись всегда начинается с прописной буквы;

24) в конце подписи точку не ставят, например: Рисунок 5 - Детали строения;

25) подписи под иллюстрациями рекомендуется составлять так, чтобы их основное содержание было понятно без чтения текста;

26) нумерация иллюстраций допускается как сквозная, так и по главам. Во втором случае под порядковым номером иллюстрации в главе ставят номер самой главы, разделяя номер точкой, например:

В главе 4 – Рисунок 4.1; В главе 5 – Рисунок 5.1, 5.2, 5.3 и т. д.;

27) иллюстрации в приложениях нумеруются чаще всего римскими цифрами, в отличие от иллюстраций в основном тексте, где они даются арабскими цифрами. Не нумеруются единственная иллюстрация в работе. Если иллюстрация комментируется в тексте, на нее как правило дается ссылка, т. е. указывается порядковый номер, под которым она помещена в работе.

1.5.1 Образцы библиографического описания для списка литературы курсовой работы

Книги:

Алеев . - Киев: Наук, думка, 198с.

Статьи из энцикл. и словарей:

Даль словарь живого великорусского языка. - М.: ГИС, 1955. - Т.2. - М. : Море. - С. 236-347.

Тезисы докладов, материалы совещаний и др.:

Адамович как часть целостной экологической системы // X конф. украинского общества паразитологов. : Матер, конф. (Одесса, 1986) - Киев: Наук, думка, 19С.11.

Статья из препринтных сборников:

О возможных причинах исчезновения приводящего мускула второго пальца у тетеревиных птиц / //Материалы по экологической и функциональной морфологии некоторых представителей рукокрылых и тетеревиных. - Киев, 1988. - С.21-26. -(Препр. /АН УССР ; Ин-т зоологии; 88.6).

Статьи из журналов и периодических сборников:

Томкович изменчивость чернозобиков Дальнего Востока //Бюл. Моск. общ-ва испытателей природы. Отд. биол. - Т.91,вып,6.-С.3-15.

Препринтные сборники:

Материалы по экологической и функциональной морфологии некоторых представителей рукокрылых и тетеревиных: (Сб.). - Киев, 19с. (Препр./АН УССР. :Ин-т зоологии; 1988).

Тезисы доклов, материалы, конференций, съездов:

// X конференция Украинского общества паразитологов : Материалы конференции. 4.1. (Одесса, 1986). - Киев: Наук, думка. 19с.

Авторефераты диссертаций:

Шарпило грызунов фауны Украинской ССР: Автореф. дис. канд. биол. наук. - Киев, 19с.

Диссертации:

Лыскин полигамной организации размножения северных морских котиков: Дис. ... канд. биол. наук. - М., 19с.

Депонированные работы:

, Петрусенко особенности питания обыкновенной и малой бурозубок в Среднем Приднепровье /Редкол. журн. "Вестник зоологии". - Киев, 19с.- Деп. в ВИНИТИ 27.02.89, 89.

2 ОРГАНИЗАЦИЯ ОБУЧЕНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

2.1 Учебно-тематический план дисциплины

№	Название и содержание разделов, тем, модулей	Объем часов	Примечания, дополнительные указания, методические материалы, технические средства и др., необходимые для учебной работы
Общий	Аудиторная работа	Самостоятельная работа
Лекции	Практические (или семинарские) занятия	Лабораторные занятия
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Тема 1. Введение. Задачи и место дисциплины в комплексе наук о Земле. Взаимосвязь с базовыми дисциплинами. Применение математических методов в различных сферах геоэкологии, картографии, дистанционного зондирования, общих географо-экологических дисциплин. История развития ГИС. Основные черты развития геоинформатики в России.	6	2			2
2	Тема 2. Геоинформационные системы. Представление пространственной экологической информации в ЭВМ. Место геоинформатики в системе наук. Основные термины геоинформатики. Данные, информация, знания: различия между ними. Понятие об информационных и информационно-поисковых системах, банках данных, географических информационных системах (ГИС) и информационно-геоэкологических системах.	9	6			3
3	Тема 3. Векторное и растровое представление объектов, слои, ле­генда карты. Понятие об измерениях, наблюдениях, мониторинге. Источники данных и их типы; в том числе: литературные, статистические, картографические, аэрокосмические, геофизические, геохимические и др.	5	4			3
4	Тема 4. Пространственная и описательная (атрибутивная) информация об объектах. Понятие об информационно-измерительных геоэкологических системах. Классификации ГИС по территориальному охвату, по целям, по тематике. Структура ГИС. Понятие о базах данных и их разновидностях.	9	2			5
5	Тема 5. Способы ввода информации в ПЭВМ. Позиционные, тематические, входные и выходные характеристики информации в базах данных. 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 "растр-вектор", "вектор-растр". Хранение данных и их защита. Системы управления базами данных.	5	6			3
6	Тема 6. Понятие об интерактивных системах. "Интеллектуализация" ГИС. Создание экспертных систем. Понятие о базах знаний, машине вывода, системе накопления знаний, системе объяснений и общения с пользователем.	7	4			3
7	Тема 7. Представление моделей поверхностей. Анализ 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. Вывод, визуализация данных.	5	2			3
8	Тема 8. Электронные карты и атла­сы, автоматизация создания тематических карт. Поиск инфор­мации с учетом пространственной компоненты; методы и средства визуализации данных; особенности создания компьютерных карт, атласов; Роль картографического и аэрокосмического методов для отображения антропогенных природных систем. Визуализация результатов моделирования. Отображение динамики географических объектов. Отображение пространственно-временных характеристик систем с помощью комплекса компьютерных карт, снимков, слайд - фильмов, кинофильмов. Возможности голографии и мультипликации. Понятие о мультимедиа.	5	6			3
9	Тема 9. Геоинформаци­онные средства анализа и прогноза. Инструментальные средства ГИС. Технические средства машинной графики.	7	4			3
ИТОГО	79	39			40

2.2 Практические задания