МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Астраханский государственный университет»
(Астраханский государственный университет)
УТВЕРЖДЕНО |
Ученым советом Университета |
от «22» сентября 2014 г., протокол № 1 |
ПРОГРАММА КАНДИДАТСКОГО ЭКЗАМЕНА
ПО СПЕЦИАЛЬНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
в соответствии с темой диссертации на соискание ученой степени кандидата наук
Направление подготовки 05.06.01 «Науки о Земле»
Профиль подготовки «Геоинформатика»
РАЗРАБОТАНА |
кафедрой экологии, природопользования, землеустройства и БЖД |
заседание кафедры от «30» августа 2014 г., протокол № 1 |
Астрахань – 2014 г.
Программа кандидатского экзамена составлена в соответствии с приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 8 октября 2007 г. № 000 (зарегистрирован Минюстом России 19 октября 2007 г., регистрационный № 000); паспортом научной специальности, разработанным экспертным советом Высшей аттестационной комиссии Министерства в связи с утверждением приказом Минобрнауки России от 01.01.01 г. № 59 Номенклатуры специальностей научных работников (редакция от 01.01.01 года).
Программа кандидатского экзамена и список основной и дополнительной литературы обновлен с учетом развития науки, культуры, экономики, техники, технологий и социальной сферы (выписка из протокола заседания кафедры прилагается).
Форма контроля: кандидатский экзамен
Трудоемкость в ЗЕ – в соответствии с учебным планом: 36 ч.
Программу разработал:
д. г.н., профессор ____________________
СТРУКТУРА ПРОГРАММЫ
1. Пояснительная записка
Программа предназначена для подготовки и сдачи кандидатского минимума аспирантами по специальности 25.00.35 «Геоинформатика».
Цель кандидатского экзамена – установить глубину профессиональных знаний соискателя ученой степени, уровень подготовленности к самостоятельной научно-исследовательской работе.
Кандидатский экзамен по специальности 25.00.35 «Геоинформатика» сдается по программе, состоящей из двух частей: типовой программы – минимум по специальности и дополнительной программы, разрабатываемой кафедрой с учётом направления научных исследований кафедры и с учётом тем диссертаций аспирантов.
Тематический и структурный формат программы, развернутый список основной и дополнительной литературы, перечень вопросов к кандидатскому экзамену призваны способствовать освоению аспирантами и соискателями информационного состава данной специальности. Авторы программы попытались охватить все многообразие материала в его ключевых проблемах и представлениях.
2. Основные критерии оценивания
Основные критерии оценивания:
- умение продемонстрировать знание основных научных подходов, теорий и концепций в области изучения проблем геоинформатики. владение научной терминологией, методами математико-картографического моделирования, алгоритмами программирования. знание основных теоретических концепций в геоинформатике.. ответы на поставленные вопросы должны отражать знания аспиранта, полученные им не только из лекционных курсов и одного (основного, рекомендованного курсом) учебника или учебного пособия, но и более глубокие знания, которые аспирант может и должен был почерпнуть из дополнительных источников в ходе предыдущего обучения и при подготовке к вступительному собеседованию.
Ответ должен содержать конкретные содержательные выводы, в которых кратко, лаконично обобщается и «кристаллизуется» суть рассмотренного вопроса.
Уровень знаний экзаменуемого оценивается экзаменационными комиссиями по пятибалльной системе («отлично», «хорошо», «удовлетворительно», «неудовлетворительно»).
Критерии оценки за устный ответ при приеме кандидатского экзамена
устанавливаются следующие:
«Отлично» – если экзаменуемый глубоко и исчерпывающе, последовательно, грамотно и логически стройно излагает ответы на вопросы, тесно связывает с научной деятельностью и задачами своей диссертации; не затрудняется с ответом при видоизменении вопроса (задания); правильно обосновывает принятые решения, умеет самостоятельно обобщать материал, не допускает ошибок;
«Хорошо» – если экзаменуемый грамотно, уверенно и по существу излагает ответы на вопросы, не допускает существенных неточностей в ответе, может правильно соотнести теоретические знания с практическими умениями и навыками;
«Удовлетворительно» – если экзаменуемый отвечает на вопросы общими фразами, но не знает отдельных деталей, допускает неточности, недостаточно правильные формулировки, нарушает последовательность в изложении;
«Неудовлетворительно» – если экзаменуемый не знает ответ на вопрос, допускает существенные ошибки, отказывается отвечать на вопросы.
3. Содержание
1. Теория информатики
Определение информатики. Базовые понятия: информация, данные, знания. Алгоритмы и языки программирования. Теоретические и практические вопросы передачи, получения и хранения информации. Информационные системы. Информационные сети.
2. Теория геоинформатики
Место геоинформатики в системе наук. Геоинформатика как наука, технология, производственная деятельность. История геоинформатики. Определения, особенности и задачи геоинформатики. Основные теоретические концепции в геоинформатике: научно-познавательный и инженерно-технологический подходы; объект, предмет и метод исследования геоинформатики. Взаимосвязи геоинформатики, картографии и дистанционного зондирования. Пространственная, временная, непространственная геоинформация. Пространственные отношения.: объектно-ориентированная; географического поля; сетевая. Растровая и векторная дискретизация. Понятие пространственного объекта. Географическая информация и информационное моделирование геопространства. Геоизображения.
3. Теория баз данных (БД)
Структура БД, системы управления базами данных (СУБД) и форматы данных. Способы представления пространственных данных в цифровой форме; преобразования форматов данных. Представление географической информации в базах данных ГИС.
Построение модели пространственных данных; позиционная и семантическая информация. Понятия объекта и слоя в БД. Тематические слои. Аэро - и космические снимки в ГИС. Назначение и использование данных систем спутникового позиционирования. Понятие качества данных и контроль ошибок: точность данных и типы ошибок, позиционная точность, точность атрибутов, логическая непротиворечивость, полнота, происхождение. Метаданные. Хранение и обновление данных в БД. Оценка надежности и особенности интеграции разнотипных данных. Организация защиты информации. Стандарты данных.
4. Теория ГИС
Общее представление о ГИС: история развития, сущность, структура, функции. Объектно-ориентированные ГИС. Географическое обоснование ГИС. Структура ГИС. Характеристика технических средств ГИС (устройства ввода-вывода и обработки данных). Технологии цифрования и визуализации графической информации. Графические стандарты. Информационное обеспечение ГИС. Типы источников данных. Карты как основа ГИС. Назначение и характеристика программного обеспечения ГИС. Основные стандартные ГИС-пакеты: структура и особенности функционирования. Требования к информационному, техническому и программному обеспечению ГИС. Элементы ГИС-технологий. Особенности использования растровых и векторных данных. Способы хранения и преобразования векторных данных (вычисление длин, площадей, определение взаимоположения точек, линий и полигонов). Представление топологии (связи в сетях и между полигонами). Хранение и преобразования растровых данных (кодирование, порядок сканирования и декодирование; иерархические структуры данных, дерево квадрантов). Использование и методы обработки аэро - и космических снимков в ГИС. Методы преобразования систем координат при известных и неопределенных проекциях. Операции оверлея и буферизации. Анализ атрибутивной информации и построение запросов.
Создание и применение ГИС. Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС. Классификация ГИС по масштабам исследований и сферам приложения. Проектирование и создание проблемно-ориентированных ГИС. Оптимизация выбора используемой модели данных. Географическая информационная система как информационная модель территории. Интерфейс пользователя в ГИС. Использование телекоммуникационных сетей. Системы спутникового позиционирования и ГИС; ГИС-инфраструктура, ГИС-центры.
5. Геоинформационное картографирование
Понятие о геоинформационном картографировании. Цифровые, электронные и компьютерные карты и ГИС-технологии их создания. Способы автоматизированной генерализации линий. Фракталы. Методы математико-картографического моделирования. Геоинформационные технологии создания тематических карт на основе аэро - и космических снимков.
6. Географический анализ и пространственное моделирование
Географическая привязка данных и геокодирование. Методы тематического согласования слоев информации в ГИС. Семантическая и геометрическая генерализация информации. Выделение объектов по пространственным критериям. Построение буферных зон. Сетевой анализ. Пространственное моделирование и пространственная интерполяция: задачи пространственного моделирования; подготовка исходных данных для создания модели; методы интерполяции по дискретно расположенным точкам; TIN-модели, методы интерполяции по ареалам. Блок моделирования ГИС: операции с цифровой моделью рельефа, создание производных слоев, построение математико-картографических моделей в ГИС, использование мультимедийных средств. Понятие нечетких множеств, их использование в ГИС. Экспертные подсистемы. ГИС как средство принятия решений: структура подсистемы принятия решений в ГИС и технологии ее функционирования.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА КАНДИДАТСКОГО ЭКЗАМЕНА
кандидатского экзамена по специальности
25.00.35 «Геоинформатика»
Дополнительная программа кандидатского экзамена разработана с учётом направления научных исследований кафедры и с учётом тем диссертаций аспирантов.
1. Аппаратное и программное обеспечение
Аппаратное обеспечение персональных компьютеров. Микропроцессоры. Внешние запоминающие устройства. Печатающие устройства. Устройства ввода графической информации (дигитайзеры, сканеры). Информационные сети. Коммуникации и технические средства коммуникаций. Системы электронной почты. Локальные и глобальные вычислительные сети. Сетевые протоколы передачи данных. Операционные системы персональных компьютеров и рабочих станций (МS DOS, ОS\2, Unix, Windows 95/NT). Разработка программного обеспечения. Технологии программирования. структурное и объектно-ориентированное программирование. Визуальное программирование. Языки программирования высокого и низкого уровня. Иерархические, реляционные и сетевые структуры данных. Списки, стеки, деревья поиска. Графы. Связность и расстояния. Методы поиска в глубину и ширину. Поиск маршрутов (путей) в графах (орграфах). Алгоритм нахождения кратчайшего пути. Транспортные сети. Системы управления базами данных. Современные реляционные системы управления базами данных. Язык запросов SQL. SQL - сервера. Информационно-поисковые системы.
2. Вычислительная геометрия
Структуры геометрических данных: точки, полигоны, ребра. Геометрический поиск: задачи локализации точек и задачи регионального поиска. Выпуклые оболочки: основные алгоритмы на плоскости и в пространствах размерности больше двух. Расширения и приложения. Триангуляция Делоне. Близость: основные алгоритмы, метод «разделяй и властвуй», диаграммы Вороного. Пересечения на плоскости и в пространствах большей размерности и их приложения. Геометрия прямоугольников. Приложения геометрии прямоугольников. Объединение прямоугольников: мера и периметр, контур, замыкание. Пересечение прямоугольников и связанные с этим задачи. Квадротомические и октотомические деревья. Область применения.
3. Цифровое картографирование
Классификация, виды и типы географических карт и атласов. Основные картографические источники. Тематические карты и атласы. Содержание топографических карт. Координатные сетки. Математическая основа карт. Номенклатура. Масштабы, рамки, компоновка и ориентирование карт. Искажения на карте углов и длин. Понятие о картографических проекциях. Классификация проекций по характеру искажений. Проекция Гаусса-Крюгера. Содержание цифровых карт и требования к ним. Принципы кодирования и классификации картографической информации. Технологические основы создания цифровых карт и атласов. Методы и алгоритмы преобразования картографической информации в цифровую форму. Основные этапы преобразований и требования к алгоритмам. Алгоритмы предварительной обработки цифровой картографической информации. Контроль качества цифровых картографических материалов. Автоматизация картографии. Системы автоматизированного картографирования. Банки картографических данных. Обновление карт. Использование аэро - и космоснимков в процессе обновления карт. Картографическая генерализация. Сущность, факторы и виды генерализации. Проблема формализации.
4. Дистанционное зондирование, распознавание образов и обработка изображений
Аэро - и космические системы дистанционного зондирования. Программное обеспечение для обработки данных дистанционного зондирования. Распознавание образов. Байесовская классификация. Средний риск и потери от принятия ошибочных решений. Нульединичная функция потерь. Максимально правдоподобная классификация. Многомерное нормальное распределение вероятностей. Обучение с учителем. Самообучение. Кластерный анализ. Алгоритм «V –средних». Обработка изображений. Традиционные алгоритмы фильтрации. Линейные и нелинейные фильтры. Рекурсивные и нерекурсивные фильтры. Медианная фильтрация. Традиционные алгоритмы сегментации. Сегментация по порогу. МП – классификация. Специфика распознавания изображений. Локальные характеристики 1-го и 2-го порядка. Текстура. Марковское случайное поле. Теорема Хаммерсли-Клиффорда. Гиббсовское случайное поле. Иерархические модели изображений. Модель кусочно-постоянного изображения Модель кусочно-текстурного изображения. Простое и составное байесовское решение задачи сегментации. Стохастическая релаксация (Gibbs Sampier). Моделируемый отжиг (Simulated Annealing). Оценки маргинальных апостериорных вероятностей.
5. Программирование в ГИС
Системы и средства построения современных ГИС. Языковые средства ГИС. Средства пользовательского интерфейса. Средства обработки запросов. Технология обмена с внешними базами данных. Клиент-серверная технология.
6. Анализ и программирование в ГИС
Общие аналитические операции с точечными, линейными и площадными объектами: операции переструктуризации данных, трансформация проекций и изменение систем координат, оверлейные операции. Создание и использование цифровых моделей рельефа. Конструирование моделей структуры и взаимосвязей явлений. Конструирование моделей пространственного распространения и содержательного развития явлений. Создание анаморфированных картографических изображений. Создание баз знаний и экспертные системы. Их применение в ГИС.
4. Литература
а) основная
1. Геоинформатика: В 2 кн. Кн.1 : доп. М-вом образования и наука РФ в качестве учеб. для студентов вузов, обучающихся по специальностям 012500 "География", 013100 "Экология", 013400 "Природопользование", 013600 "Геоэкология", 351400 "Прикладная информатика" / [ и др.]; Под ред. . - 2-е изд. ; перераб. и доп. - М. : Академия, 2008. - 384 с. - (Высшее профессиональное образование). - ISBN 978-5-7695-4197-1 : 277-20.ЕИ-1.
2. Компьютерное геоэкологическое картографирование/ , , .- М.:Научный мир, 1999. С.14-22, 67-72, 74-80.
3. Основы геоинформатики. В 2-х кн. Кн. 1 : Доп. М-вом образования РФ в качестве учеб. пособия для вузов / под ред. . - М. : Академия, 2004. - 352 с. - (Высшее профессиональное образование). - ISBN 5-7695-1443-4 : 186-12, 210-00. ЕИ-39; ЗН-5.
4. Экодиагностика и сбалансированное развитие. _М.; Смоленск: Малжента, 2003.- С.53-75, 84-90.
5. Экологическое картографирование.- ,-.: Аспект Пресс, 2003. –С.6-14, 24-29.
6. Эколого - гидрологические карты. Теоретические основы и методика составления/ (и др.).
7. Эколого - ггеологические карты. Теоретические основы и методика составления/ (и др.)., Под ред. .-М.: высшая школа 2007.-407с.
8. Эколого-географическое картографирование городов/, , .- М.: Научный мир, 2002.-С.25-34,35-36.
9. Эколого-географический анализ территории. – , М.:МНЭПУ,2001.- С.65-78.
б) дополнительная
Геоинформатика в недропользовании : доп. УМО по образованию в области прикладной геологии в качестве учебного пособия для вузов. горно-геологическим специальностям / , Петин, А. Н., Яницкий, Е. Б. - Белгород : Белгород. ГУ, 2008. - 232 с. - (Федеральное агентство по образованию. ГОУ ВПО Белгородский гос. ун-т). - ISBN 978-5-9571-0344-8 : 127-00.ЕИ-1;2. Геоинформационное картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков : доп. УМО по классич. унив. образованию РФ в качестве учеб. для студ. вузов, ... по спец. 020501 - Картография, направления 020500 - География и картография / . - М. : КДУ, 2008. - 424 с. : ил., табл. - (МГУ им. . Географический факультет). - ISBN 978-5-98227-270-6 : 250-00.ЕИ-1;
3. Компьютерное экологическое картографирование/ , , .-М.:Научный мир, 1999.С.10-13.
4. Компьютерные геоэкологические карты - современное направление в тематической картографии/ , , // Университетская школа географической картографии/ Под ред. .-М.: Аспект Пресс, 2005.-С.190-197.
5. Основы геоинформатики в 2х книгах/ Под ред. .-М.: Академия. Кн.2, 2004.-С.352-372.
6. Применение ГИС технологий при оценке факторов природного риска на нефтяных месторождениях Нижнего Поволжья/ (и др.)// Проблемы региональной экологии.-2004,-№3,-С.89-98.
7. Принципы и подходы к составлению геоэкологических карт/ (и др.) //Экологические системы и приборы.-2003.-№8.-С.22-27.
8. Экологическое картографирование на основе космической информации/ , , .-М.:Недра,-223с.
5. Перечень вопросов к кандидатскому экзамену
1. Теория информатики
2. Алгоритмы и языки программирования
3. Теория геоинформатики
4. Основные теоретические концепции в геоинформатике
5. Географическая информация и информационное моделирование геопространства
6. Геоинформатика как наука, технология, производственная деятельность
7. Теория баз данных
8. Системы управления базами данных
9. Оценка надежности и особенности интеграции разнотипных данных
10. Теория ГИС
11. Операции оверлея и буферизации
12. Объектно-ориентированные ГИС
13. Технологии цифрования и визуализации графической информации
14. Особенности использования растровых и векторных данных
15. Геоинформационное картографирование
16. Способы автоматизированной генерализации линий
17. Фракталы
18. Географический анализ и пространственное моделирование
19. Географическая привязка данных и геокодирование
20. Построение буферных зон
21. Пространственное моделирование и пространственная интерполяция
22. Аппаратное и программное обеспечение
23. Информационные сети
24. Технологии программирования. структурное и объектно-ориентированное программирование
25. Иерархические, реляционные и сетевые структуры данных
26. Язык запросов SQL. SQL - сервера
27. Вычислительная геометрия
28. Структуры геометрических данных: точки, полигоны, ребра
29. Триангуляция Делоне
30. Квадротомические и октотомические деревья
31. Цифровое картографирование
32. Системы автоматизированного картографирования
33. Координатные сетки.
34. Математическая основа карт.
35. Масштабы, рамки, компоновка и ориентирование карт
36. Сущность, факторы и виды генерализации
37. Дистанционное зондирование, распознавание образов и обработка изображений
38. Аэро - и космические системы дистанционного зондирования
39. Нульединичная функция потерь
40. Рекурсивные и нерекурсивные фильтры
41. Модель кусочно-постоянного изображения
42. Модель кусочно-текстурного изображения
43. Программирование в ГИС
44. Клиент-серверная технология.
45. Анализ и программирование в ГИС
46. Конструирование моделей структуры и взаимосвязей явлений.
47. Конструирование моделей пространственного распространения и содержательного развития явлений
