Геоинформационное обеспечение агроландшафтного земледелия

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Тюменский государственный университет»

Институт математики, естественных наук и информационных технологий

Кафедра картографии и геоинформационных систем

Геоинформационное оБЕСПЕЧЕНИЕ АГРОЛАНДШАФТНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для студентов специальности 80801.65 «Прикладная информатика в географии» очной формы обучения

Тюменский государственный университет

2011

Геоинформационное обеспечение аэроландшафтного земледелия. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов специальности 80801.65 «Прикладная информатика в географии» очной формы обучения. Тюмень, 2011г., 13 стр.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по специальности и профилю подготовки.

Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Геоинформационное обеспечение аэроландшафтного земледелия [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. umk. *****., свободный.

Рекомендовано к изданию кафедрой картографии и геоинформационных систем. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой картографии и геоинформационных систем, д. т.н.

© Тюменский государственный университет, 2011.

© , 2011.

1. Пояснительная записка

Программа курса рассчитана 70 часов. Из них: 16 ч. – лекционный курс, 16 ч. – практические занятия, 38 часов – самостоятельная работа студентов. Читается курс студентам дневного отделения, обучающихся по специальности «Прикладная информатика в географии» и разработан в соответствии:

- требованиям государственного образовательного стандарта высшего и профессионального образования к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки специалистов;

- учебным планам специальности «Прикладная информатика в географии».

Требования ГОС к содержанию курса

Дисциплина «Геоинформационное обеспечение аэроландшафтного земледелия» является необходимой в общей профессиональной подготовке специалистов в области картографии и геоинформатики. Понимание общих положений, владение навыками технологий ландшафтного картографирования в ГИС необходимо будущим специалистам для выполнения комплекса картосоставительских и научно-исследовательских работ по разработке и актуализации топографических и тематических карт, формированию картографических баз данных и специализированных геоинформационных продуктов, решению прикладных географических и экологических задач. Дисциплина дает фундаментальные знания и умения по ландшафтному картографированию и работе в ГИС. Курс является одним из ведущих в подготовке картографов в современных условиях.

Для освоения материала дисциплины необходимы знания основ географии, ландшафтоведения, геоинформатики, картографии, владение информационными технологиями.

Цель и задачи освоения дисциплины

Цель дисциплины «Геоинформационное картографирование ландшафтов», как одного из основных курсов в системе подготовки по направлению бакалавриата «Картография и геоинформатика», состоит в том, чтобы дать общие и специальные знания о картографировании природной и антропогенной среды на ландшафтной основе, с использованием ГИС, возможностях применения их для решения прикладных географических задач, выработать методические и практические навыки ландшафтного картографирования в среде ГИС.

Задачи дисциплины:

- познакомить с теорией и технологией применения географических информационных систем в ландшафтном картографировании, с использованием аэрокосмических снимков;

- сформировать представление о существующих методических приемах ландшафтного картографирования, обучить навыкам работы в географических информационных системах;

- научить конкретным практическим приемам дешифрирования изображений при решении задач ландшафтного картографирования;

- познакомить студентов с программными комплексами ГИС, наиболее подходящими для целей ландшафтного картографирования;

- научить студентов использовать приемы ландшафтного картографирования для создания и обновления топографических и тематических карт.

Перечень необходимых навыков, приобретенных студентами при усвоении дисциплины.

В результате освоения дисциплин модуля обучающийся должен:

Знать:

* виды современных ГИС программ;

* технологию картографических работ в ГИС;

* методические приемы ландшафтного картографирования;

* различные подходы, классификации ландшафтов;

Уметь:

* создавать ландшафтные цифровые модели местности и использовать их для создания и обновления топографических и тематических карт;

* выполнять картографические работы в наиболее популярных и востребованных ГИС-пакетах;

* «разворачивать» ландшафтную основу в разнообразных тематических направлениях;

Владеть:

* навыками аналитической обработки материалов дистанционного зондирования для создания ландшафтных карт;

* методическими приемами геоинформационного картографирования;

* методами оценки пригодности ландшафтных карт для решения конкретных проектных задач.

3. Тематический план

Таблица 1.

N п/п	Раздел дисциплины	Лекции	Практические работы	Самостоятельная работа	Форма контроля	Итого кол-во баллов
	Модуль 1
1.	Введение.	2	-	9	Опрос	0 - 10
2.	Геоинформационные системы и геоинформационное картографирование.	5	5	9	Контрольная работа	0 - 20
	Всего	7	5	18		0 - 30
	Модуль 2
3.	Морфология ландшафтов.	5	6	10	Опрос	0 - 30
	Всего	5	6	10		0 - 30
	Модуль 3
4.	Геоинформационное ландшафтное картографирование.	4	5	10	Контрольная работа	0 - 15
	Всего	4	5	10		0 - 40
	Итого	16	16	38	ЗАЧЕТ	0 -100

Таблица 2.

Планирование самостоятельной работы студентов

№	Модули и темы	Виды СРС	Объем часов	Кол-во баллов
обязательные	дополнительные
Модуль 1
1.	Введение.	собеседование	подготовка сообщений к докладу	9	0-2
2.	Геоинформационные системы и геоинформационное картографирование.	исследовательская работа	решение примеров	9	0-2
	Всего по модулю 1:			18	0-4
Модуль 2
3.	Морфология ландшафтов.	исследовательская работа	решение примеров	10	0-2
	Всего по модулю 2:			10	0-4
Модуль 3
4.	Геоинформационное ландшафтное картографирование.	исследовательская работа	решение примеров	10	0-3
	Всего по модулю 3:			10	0-8
	ИТОГО:			38	0-24

3. Структура и содержание дисциплины

Модуль 1.

1. ВВЕДЕНИЕ.

Термины и определения, цель и задачи курса, связь с другими дисциплинами картографического профиля, краткий исторический обзор.

2. Геоинформационные системы и геоинформационное картографирование.

Структура ГИС (слои, пространственная и атрибутивная информация). Модели описания пространственного положения явлений: растр и вектор. Топологическая и семантическая согласованность слоев. Функциональные возможности ГИС. Источники пространственной информации (карты, аэрокосмические снимки, полевые описания). Географические проекции. Организация данных, привязка карт, снимков, материалов полевых описаний, преобразование форматов. Требования к ГИС. Анализ данных и математико-картографическое моделирование. Базовые операции ГИС. Запросы, расчет площадей, измерение расстояний, оверлейные операции, построение буферных зон и др. Визуализация данных. Построение тематических карт. Этапы разработки геоинформационной системы.

Модуль 2.

3. Морфология ландшафтов.

Геосистемная концепция – методологическая основа изучения ландшафтов. Сущность геосистемной концепции. Общенаучные представления о системах (целостность, составные части, взаимосвязи, структура). Разные представления о структуре систем. Организованность систем, их иерархия, устойчивость, смена состояний, эмерджентность. Системы и геосистемы, их типы (материальные, абстрактные, статические, динамические, закрытые, открытые).

Природные компоненты географической оболочки. Понятие «природный компонент». Основные и производные компоненты. Взаимосвязи между компонентами, их взаимозависимость и взаимообусловленность. Взаимосвязь как процесс перемещения вещества и энергии. Радиальные и латеральные потоки вещества и энергии. Катены. Факторы обособления, дифференциации и факторы развития ландшафтов. Простые и сложные факторы. Космические, геолого-геоморфологические, гидро-климатические, биогенные, антропогенные группы факторов. Неравнозначность взаимодействующих факторов (ряд ). Геокомпонентные подсистемы – геома и биота. Физиономические и критические компоненты. Понятие «природный территориальный комплекс» (ПТК) (геокомплекс, геосистема). Теория природных комплексов (неполные и полные комплексы). Разная сложность устройства ПТК, их однородность-разнородность. Иерархия ПТК (фации, подурочища, урочища, местности, ландшафты, единицы физико-географического районирования). Обязательные и необязательные ПТК. Отличие ПТК от других видов систем. Понятие «внутренняя и внешняя среда ПТК», структура ПТК. Вертикальная и горизонтальная структура ПТК. Границы ПТК (ядро и экотон). Понятие «морфологическая структура» и «морфологические единицы».

Ландшафт как основная единица геосистемной иерархии. Понятие «ландшафт». Причины обособления ландшафтов. Структура и морфологическая структура ландшафта. Диагностические признаки ландшафта. Основные (доминантные и субдоминантные) и второстепенные (редкие, уникальные) урочища. Монодоминантные, бидоминантные, полидоминантные ландшафты. Ярусность ландшафтов. Рисунок ландшафта. Типы рисунков. Размеры ландшафтов. Оптимальные масштабы их картографирования. Региональное, общее и типологическое понимание ландшафтов. Морфологические единицы ландшафта.

Элементарные природные геосистемы – фации. Определение, диагностические признаки. Предельные структурные элементы ландшафта. Соотношение фаций, парцелл, биогеоценозов. Экотопы и эдафотопы. Коренные и производные фации. Размеры фаций, оптимальные масштабы их картографирования.

Подурочища. Определение. «Необязательность» этой единицы. Диагностические признаки. Связь с элементами форм мезорельефа. Размеры. Оптимальные масштабы картографирования.

Урочища. Определение. Диагностические признаки. Связь с формами мезорельефа. Цепи урочищ. Простые и сложные урочища. Звено как этап зарождения урочища. Размеры урочищ. Оптимальные масштабы картографирования.

Местности. Определение. Причины обособления. Диагностические признаки. Размеры. Оптимальные масштабы картографирования.

Общие свойства ландшафтов и их морфологических частей. Возрастание сложности устройства от фации к ландшафту. Ярусность морфологических единиц. Явление останцовости. Равнинные и горные ПТК. Сходство и различия в таксономических системах равнин и гор. Диагностические признаки ландшафтов и их морфологических частей в горах. Оптимальные масштабы картографирования.

Антропогенный фактор и его влияние на морфологическую структуру ПТК.  Этапы воздействия человека на ландшафты, связанные с изменением самой природы и появлением новых орудий труда. Коренные и модифицированные ПТК. Обратимые и необратимые изменения ПТК. Понятия «природно-антропогенный» и «антропогенный» ландшафт. Соотношение понятий «хозяйственное угодье» и ПТК разных рангов. Антропогенные смены состояний ПТК и антропогенные смены одних ПТК другими. Современные и восстановленные ландшафты. Усложнение и упрощение морфологической структуры ПТК под воздействием антропогенных воздействий. Диагностические признаки современных и былых воздействий человека на природу.

Значение изучения морфологической структуры ландшафтов для создания ГИС, земельных кадастров, экспертных оценок, прогнозирования, мониторинга, охраны ландшафтов, создания оптимальной экологической обстановки.

Модуль 3.

4. Геоинформационное ландшафтное картографирование.

Разнообразие методов, применяемых в ландшафтных исследованиях. Методы других наук. Собственные методы (ландшафтное картографирование и профилирование, выявление состояний ПТК). Зависимость набора методов от цели исследования. Главная цель ландшафтных исследований – познание генезиса, структурных частей ПТК, их функционирования и развития.

Связь развития картографирования с теоретическими достижениями ландшафтоведения.  Первые комплексные карты , , . Первые ландшафтные карты 20-30 гг. ХХ в.  , , . Крупномасштабное ландшафтное картографирование 40-60-ых годов в центре Русской равнины с целью уточнения системы таксономических единиц и их диагностических признаков (). Разработка классификации ландшафтов (, ) и создание на ее основе средне - и  мелкомасштабных ландшафтных карт.

Типы ландшафтных карт – морфологические, динамические, палеоландшафтные. Естественно-научные ландшафтные и ландшафтно-прикладные карты.  Ландшафтные карты в атласах и сериях природных карт. Опыт использования ландшафтных карт в России и за рубежом. 

Объекты ландшафтного картографирования и их связь с масштабами карт. Возможность одновременного отображения на картах ПТК разных рангов.  Классификация, систематика, типология ландшафтов. Оценка информативности и особенностей использования ландшафтных карт разных масштабов. Возможность экстраполяции данных.

Способы оформления карт (границы, качественный фон, индексы, внемасштабные знаки, текстовые и табличные легенды). Аналитические и синтетические карты.

Методика составления ландшафтных карт. Факторы, влияющие на сложность изучения и картографирования ПТК, Этапы работы по созданию детальных и крупномасштабных ландшафтных карт (сбор фондовых и опубликованных материалов, баз данных; анализ их качества; составление картографической основы; создание предварительной ландшафтной карты; разработка программы полевых работ; содержание полевых работ; оформление ландшафтной карты). Этапы и особенности методики составления средне - и мелкомасштабных ландшафтных карт. Возможности автоматизации ландшафтного картографирования на основе компьютерных технологий.

Принципы составления ландшафтно-прикладных карт крупных и средних масштабов.

4. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

ТЕМА: Геоинформационные системы и геоинформационное картографирование.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

Задание: Разобрать на примерах тематическое картографирование в ГИС.

ТеМА: Морфология ландшафтов

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2

Задание: Построить ландшафтную карту на предложенную территорию (в пределах Тюменской области).

ТЕМА: Геоинформационное ландшафтное картографирование

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3

Задание: построить ГИС-модель на ландшафтной основе с использованием аэрокосмических снимков.

5. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ

1. ГИС-моделирование на ландшафтной основе.

2. Автоматическое дешифрирование данных дистанционного зондирования Земли для ландшафтного картографирования.

3. Ландшафтно-компонентный синтез.

4. Возвратный ландшафтный анализ.

6. ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ

1. Определение пространственного анализа. Соотношение с геоинформатикой.

2. Определение ГИС. История ГИС.

3. Отличия ГИС от других информационных систем.

4. Принципы интеграции разнородных данных в ГИС.

5. Базовые операции ГИС. Запросы, расчет площадей, измерение расстояний, оверлейные операции, построение буферных зон и др.

6. Организация и форматы данных ГИС. Преобразование данных.

7. Структура ГИС для целей ландшафтного картографирования.

7. ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ

1. Физические основы использования ДДЗ и ЦМР для целей ландшафтного картографирования.

2. Принципы и методы координатной привязки и трансформирования снимков в ГИС-пакетах.

3. Типы цифровых моделей рельефа и методы их построения.

4. Построение и анализ ЦМР для целей ландшафтного картографирования.

5. Роль ГИС в организации полевых исследований.

6. Принципы работы систем глобального позиционирования и их использование в ландшафтном картографировании.

7. Дешифрирование антропогенных объектов по данным дистанционного зондирования.

8. Индикационное дешифрирование и его применение при изучении природных и антропогенных объектов.

9. Роль аэрокосмических снимков в комплексных исследованиях природной среды и социально-экономической сферы.

10. Роль аэрокосмических снимков в геоэкологических исследованиях.

11. Дистанционные исследования динамики атмосферы.

12. Дистанционные исследования динамики вод океанов.

13. Исследования динамики дельт рек по космическим снимкам.

14. Дистанционные исследования изменений ледового покрова Земли.

15. Исследование динамики процессов рельефообразования по космическим снимкам.

16. Исследование и картографирование динамики лесов по космическим снимкам.

17. Аэрокосмические исследования динамики использования земель.

18. Синтезированные космические фотоизображения и фотокарты.

19. Сочетание свойств карты и космического фотоснимка при создании и использовании космических фотокарт.

8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

8.1 ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Лурье картографирование [Электронный ресурс] : методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков : учебник / . - 2-е изд., испр. - Электрон. текстовые дан. - Москва : КДУ, 20эл. опт. Диск (CD-ROM) : цв Раклов и ГИС: - М.: АКАДЕМИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ; Киров: Константа, 2011.-214 с. Берлянт . Москва: КДУ, 20с.

8.2 ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Берлянт : Учебник для вузов. – М.: Аспект Пресс, 20с. Берлянт A. M. Картография и телекоммуникация. М., 20с. Востокова карт. Компьютерный дизайн. М.: Аспект-Пресс, 20с. Геоинформатика / Под ред. . Учеб. для студ. вузов. – М.: Издательский центр «Академия», 20с. Литинский моделирование структуры и динамики таежных ландшафтов.- Карельский научный центр РАН, Петрозаводск, 2007 г., 113 стр. (электронная версия) Серапинас картография. Москва : Академия, 20с.

8.3 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ

Программе обеспечение

- ArcGIS 9.3.

- ERDAS Imagine, ESRI. Лицензионный продукт для обработки аэрокосмических материалов и оформления результатов

- MapInfo 10.

- ILWIS (Integrated Land and Water Information System) http://52north.org/downloads/ilwis свободно распространяемый программный пакет для обработки растровых изображений и создания векторных карт

- Графические программы (CorelDraw, Adobe Illustrator и т. п.)

Интернет-ресурсы

- Каталог Геологической службы США (http://earthexplorer.usgs.gov),

- Каталог портал центров НАСА (https://wist.echo.nasa.gov/~wist/api/imswelcome/)

- Каталог Совзонда (http://www.sovzond.ru)

- Генеральный каталог российского Научного центра оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ) (http://sun.ntsomz.ru/data_new/)

- Геопортал GoogleEarth (http://www. )

- Геопортал Космоснимки (http://www. kosmosnimki, ru)

10. Технические средства и материально-техническоеобеспечение дисциплины

-  Учебная аудитория с мультимедийным проектором для проведения лекционных занятий.

-  Компьютерный класс с доступом в Интернет.

-  Учебная аудитория, оснащенная оборудованием для ведения компьютерных практикумов, включая работу в стереорежиме.

-  Компьютеры: ОЗУ не менее 1 Гб, объем жесткого диска от 100 Гб, экран монитора с минимальным размером 17" и разрешением от 1024x768.

-  Лицензионные программы и материалы на электронных носителях информации;

-  Комплект аэро - и космических снимков на территорию Российской Федерации и мира разного пространственного охвата и разрешения.

-  Комплект средне - и мелкомасштабных географических карт для территориальной привязки снимков.

-  Комплект стереоскопических пар аэрофотоснимков.

-  Стереоскопы. Стереокомпараторы.

Банк цифровых снимков, пополняемый и обновляемый по мере появления материалов новых съемочных экспериментов.