ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА
Наименование дисциплины - ГИС-технологии
Рекомендуется для направления подготовки
110100 «Агрохимия и агропочвоведение»
Квалификация (степень) выпускника - магистр
Цель и задачи дисциплины
Цель: формирование знаний, умений и навыков по геоинформационным технологиям, начиная от истории и методологии геоинформатики и заканчивая формированием пространственных объектов, созданием тематических карт и выполнением пространственного анализа в популярных геоинформационных платформах (MapInfo и ArcGIS) – c подготовкой отчета и приложением эффективных средств визуализации и прикладной интерпретацией конечных результатов в области почвоведения, агрохимии, землепользования, экологии и агроэкологии.
Задачи: дисциплина «ГИС-технологии» призвана обучить будущего магистра методам геоинформационного анализа проблемных экологических и агроэкологических ситуаций, почвенного покрова, параметров плодородия, технологического, агрохимического и экологического состояния почв, источников и закономерностей пространственного распределения загрязнения, экологических и агроэкологических факторов и рисков, ресурсно-экологического потенциала земель; дать представление об основных моделях пространственных объектов и данных, их организации и управления ими, основных видах, структуре и этапах создания геоинформационных систем (ГИС); привить базовые знания и навыки представления геопространственных данных в ГИС, их пространственной привязки и векторизации, редактирования проекций картографических изображений и интеграции разнотипных данных, проведения аналитических операций и математико-картографического моделирования, цифрового моделирования рельефа и использования данных дистанционного зондирования, глобального позиционирования и ресурсов внешнего картографического и информационно-аналитического сервиса.
Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «ГИС-технологии» относится к базовой части профессионального цикла. Для успешной реализации программы необходимо соблюдение структурно-логических межпредметных связей, предусмотренных учебным планом подготовки магистров в рамках соответствующих программ.
Для изучения дисциплины необходимы базовые знания в области: информационных технологий, математического моделирование и проектирования, геостатистики в экологии и почвоведении – включая функционально-аппаратные и программные средства, многоуровневую организацию информационных потоков, операционные среды и программные взаимодействия, системное и прикладное программное обеспечение и условия их успешной реализации, возможности применения информационных технологий в почвоведении, агрохимии, землепользовании, экологии и агроэкологии, понятия о моделировании, классификацию моделей, этапы моделирования.
Дисциплина «ГИС-технологии» тесно взаимосвязана с последующими дисциплинами профессионального цикла: инновационные технологии в почвоведении, агрохимии и экологии, автоматизированные системы агроэкологической оценки земель, экологическое моделирование и проектирование, агроэкологическое моделирование и проектирование, ландшафтное планирование и проектирование агроландшафтов, экологическая экспертиза, экологическая оценка проектов землепользования, агроэкологический аудит технологий земледелия, кадастровая оценка, учет и регистрация земель, оценка экологических рисков и страхование посевов.
Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
- способности самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности;
- готовности использовать агроэкологические геоинформационные системы при разработке технологий оптимизации плодородия почв и производства продукции растениеводства;
- способности обосновать оптимальный способ использования земли, средств химизации и механизации для получения наибольшей экономической и экологической эффективности;
- готовности составлять практические рекомендации по использованию результатов научных исследований.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: основные модели пространственных объектов и данных, их организации и управления ими, основные виды, структуру и этапы создания геоинформационных систем (ГИС).
уметь: представлять геопространственные данные в ГИС, проводить их пространственную привязку и векторизацию, редактировать проекции и масштаб картографических изображений, интегрировать разнотипные данные в рамках одних объектов и тематических слоев, проводить логические и аналитические операции, математико-картографическое моделирование и цифровое моделирование рельефа, использовать данные дистанционного зондирования, глобального позиционирования и ресурсы внешнего картографического и информационно-аналитического сервиса.
владеть: методами геоинформационного анализа проблемных экологических и агроэкологических ситуаций, почвенного покрова, параметров плодородия, технологического, агрохимического и экологического состояния почв, источников и закономерностей пространственного распределения загрязнения, экологических и агроэкологических факторов и рисков, ресурсно-экологического потенциала земель.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
| Всего часов
| Семестр
| 2
| Аудиторные занятия (всего)
| 28
| 28
| Лекции (Л)
| 6
| 6
| Семинары (С)
| 8
| 8
| Лабораторные работы (ЛР)
| 14
| 14
| Самостоятельная работа (всего)
| 80
| 80
| в том числе: курсовой проект
| 30
| 30
| расчетно-графические работы
| 9
| 9
| реферат
| 10
| 10
| подготовка к промежуточному контролю (тесты)
| 9
| 9
| консультации
| 2
| 2
| подготовка к экзамену
| 20
| 20
| Вид промежуточной аттестации
| экзамен
| экзамен
| Общая трудоемкость: часы
| 108
| 108
| зачетные единицы
| 3
| 3
|
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п
| Наименование
раздела дисциплины
| Содержание раздела
| 1.
| Методологические и технологические основы геоинформатики
| Предпосылки развития геоинформатики. Предмет и методы геоинформатики. Взаимодействие геоинформатики, картографии и дистанционного зондирования. Определение геоинформационной системы. Модели пространственных объектов и пространственных данных. Организация пространственных данных. Модели СУБД и геопространства. Определение геоинформационной системы и краткая история развития ГИС. Современное состояние ГИС в России и в мире.
| 1.
|
| Классификации и территориальные уровни, базовые компоненты и структура ГИС. Этапы создания и преимущества ГИС. Классификация ГИС по ИХ функциональным возможностям. Сравнительный анализ программ фирмы ESRI и пакета MapInfo.
| 2.
| Основные источники и типы данных в ГИС, системы их представления и обработки.
| Типы и форматы данных в ГИС. Базы данных и СУБД в ГИС. Представление геопространственных данных и проекции картографических изображений в ГИС. Анализ позиционной точности данных и основных типов ошибок. Особенности интеграции разнотипных данных. Начало работы в среде разработки геоинформационных систем. Пространственная привязка данных и системы координат. Векторизация данных. Формирование пространственных объектов. Логические и аналитические операции в ГИС. Математико-картографическое моделирование. Цифровое моделирование рельефа. ГИС и дистанционное зондирование. Работа с системами глобального позиционирования. Создание цифровой карты рельефа.
| 3.
| Особенности применения ГИС в экологии, агроэкологии, почвоведении и агрохимии
| Отраслевое использование ГИС в экологии и агроэкологии. Создание тематических экологических и агроэкологических слоев в ГИС. Отраслевое использование ГИС в почвоведении и агрохимии. Создание тематических почвенных и агрохимических слоев в локальных ГИС. Выполнение пространственного анализа в ArcGIS.
|
5.2. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п
| Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин
| №№ разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
| 1
| 2
| 3
| 1.
| Инновационные технологии в почвоведении, агрохимии и экологии
| +
|
| +
| 2.
| Автоматизированные системы агроэкологической оценки земель
|
| +
| +
| 3.
| Экологическое моделирование и проектирование
| +
| +
| +
| 4.
| Агроэкологическое моделирование и проектирование
| +
| +
| +
| 5.
| Ландшафтное планирование и проектирование агроландшафтов
| +
| +
| +
| 6.
| Экологическая экспертиза
|
| +
| +
| 7.
| Экологическая оценка проектов землепользования
| +
| +
| +
| 8.
| Агроэкологический аудит технологий земледелия
|
| +
| +
| 9.
| Кадастровая оценка, учет и регистрация земель
| +
| +
| +
| 10.
| Оценка экологических рисков и страхование посевов
|
| +
| +
|
5.3. Разделы дисциплины и виды занятий
№ п/п
| Наименование раздела дисциплины
| Лекции
| ЛР
| С
| СРС
| Всего
| 1.
| Методологические и технологические основы геоинформатики
| 2
|
| 8
| 23
| 33
| 2.
| Основные источники и типы данных в ГИС, системы их представления и обработки
| 2
| 8
|
| 29
| 39
| 3.
| Особенности применения ГИС в экологии, агроэкологии, почвоведении и агрохимии
| 2
| 6
|
| 28
| 36
| ВСЕГО:
| 6
| 14
| 8
| 80
| 108
|
6. Лабораторный практикум
№ п/п
| № раздела дисциплины
| Наименование лабораторных работ
| Трудоемкость, часы
| 1.
| 2
| Начало работы в среде разработки геоинформационных систем.
| 2
| 2.
| 2
| Пространственная привязка данных и системы координат.
| 2
| 3.
| 2
| Векторизация данных. Формирование пространственных объектов.
| 2
| 4.
| 2
| Создание цифровой карты рельефа.
| 2
| 5.
| 3
| Создание тематических экологических и агроэкологических слоев в ГИС.
| 2
| 6.
| 3
| Создание тематических почвенных и агрохимических слоев в локальных ГИС.
| 2
| 7.
| 3
| Выполнение пространственного анализа в ArcGIS
| 2
| ВСЕГО:
| 14
|
7. Примерная тематика курсовых проектов
№ п/п
| Примерные темы курсовых проектов
| 1.
| Разработка локальной ГИС для агроэкологического анализа почвенного покрова (конкретного хозяйства)
| 2.
| Разработка локальной ГИС для агроэкологического анализа микроклимата рабочих участков (конкретного хозяйства)
| 3.
| Разработка локальной ГИС для агроэкологического анализа мезо- и микрорельефа рабочих участков (конкретного хозяйства)
| 4.
| Разработка локальной ГИС для агроэкологического анализа и контроля за развитием эрозионных процессов на землях (конкретного хозяйства)
| 5.
| Разработка локальной ГИС для планирования систем обработки почв на территории (конкретного хозяйства)
| 6.
| Разработка локальной ГИС для планирования систем удобрения на территории (конкретного хозяйства)
| 7.
| Разработка локальной ГИС для планирования систем защиты растений на территории (конкретного хозяйства)
| 8.
| Разработка локальной ГИС для планирования мероприятий по мелиорации земель на территории (конкретного хозяйства)
| 9.
| Разработка локальной ГИС для ведения производственного агроэкологического мониторинга на территории (конкретного хозяйства)
| 10.
| Разработка локальной ГИС для агроэкологической типизации земель (конкретного хозяйства)
| 11.
| Разработка локальной ГИС для экологической оценки загрязнения почвенного покрова (конкретного участка)
| 12.
| Разработка локальной ГИС для прогноза загрязнения почвенного покрова (конкретного участка) от точечного источника загрязнения
| 13.
| Разработка локальной ГИС для прогноза загрязнения почвенного покрова (конкретного участка) от линейного источника загрязнения
| 14.
| Разработка локальной ГИС для прогноза экологического качества грунтовых вод на территории (конкретного участка)
| 15.
| Разработка локальной ГИС для прогноза экологического качества воды (конкретного замкнутого водоема)
| 16.
| Разработка локальной ГИС для прогноза угрозы подтопления на территории (конкретного участка)
| 17.
| Разработка локальной ГИС для прогноза уровня загрязнения приземного слоя атмосферы от точечного источника загрязнения
| 18.
| Разработка локальной ГИС для прогноза уровня загрязнения приземного слоя атмосферы от линейного источника загрязнения
| 19.
| Разработка локальной ГИС для планирования мероприятий по рекультивации земель на территории (конкретного участка)
| 20.
| Разработка локальной ГИС для планирования мероприятий по экологически безопасному использованию загрязненных земель на территории (конкретного участка)
| 8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература:
Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий ( под ред. В.И.Кирюшина и А.Л. Иванова). М.: Росинформагротех, 2005. - 784 с.
Геоинформационные системы в почвоведении и экологии. Интерактивный курс / Васенев И. И., Мешалкина Ю.Л., Грачев Д.А. (под ред. И.И. Васенева) – М.: РГАУ-МСХА, 2010. 212 с.
Дьяконов К.Н., Дончева А.В. Экологическое проектирование и экспертиза: Учебник для вузов. – М.: Аспект Пресс, 2002. – 384 с.
Информационно-справочные системы по оптимизации землепользования в условиях ЦЧЗ (под ред. И.И. Васенёва и Г.Н. Черкасова). – Курск. 2002.
Методика агроэкологической типизации земель в агроландшафте / Васенёв И.И., Руднев Н.И., Хахулин В.Г. (под ред. И.И. Васенёва). М.: Россельхозакадемия. 2004. 80 с.
Методология составления крупномасштабных агроэкологически ориентированных почвенных карт (подгот. Н.П. Сорокиной). М.2006. 159 с.
Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и географических исследованиях. – М.: Академия. 2004.
Садовникова Л.К., Орлов Д.С, Лозановская И.Н. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении. М., 2006. - 336 с.
Экологическое картографирование (Стурман В.И.) М.: Аспект Пресс, 2003.-251 с.
б) дополнительная литература:
Агроэкология. (Под ред. В.А. Черникова и А.И. Чекереса).M: Колос, 2000. -536 с.
Агроэкология. Методология, технология, экономика (Под ред. В.А. Черникова и А.И. Чекереса).M.: КолосС, 2004.
Агроэкологическая оптимизация земледелия. – Курск, 2004.
Васильев С.А., Фомин С.А. Экологическая экспертиза и оценка воздействия на окружающую среду. Учебно-методическое пособие. М. Изд-во МНЭПУ, 2003. – 192 с.
Глобальные проявления изменения климата в агропромышленной сфере (под ред. А.Л. Иванова). – М., 2004.
Дубенок Н.Н. и др. Агроэкология техногенно загрязненных ландшафтов. М. 2006.
Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв. – М.: МГУ, 2003.
Комплексный эколого-экономический анализ оценки воздействия на окружающую среду (Постников Д.А. и др.) М.:МСХА, 2003.-84 с.
Методическое пособие и нормативные материалы для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия. – Курск, 2001.
Милащенко Н.З., Соколов О.А., Брайсон Т., Черников В.А. Устойчивое развитие агроландшафтов. Т. 1, 2. – Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2000.
Минеев В.Г. Агрохимия. – М.: МГУ, 2004.
Научные основы оптимизации питания и фитосанитарного состояния посевов в ландшафтном земледелии. (Под ред. В.Г.Сычева). М.: РАСХН, 2005. 94 с.
Основы ландшафтоведения (эколого-геохимические аспекты) / под ред. И.М. Яшина. – М., 2004.
Основы экологического аудита (Под ред. А.Т. Никитина, С.А. Степанова). M.: Изд-во МНЭПУ, 2006. - 392 с.
Основы экологического нормирования (Сластя И.В. и др.) М.:МСХА, 2004.-120 с.
Охрана окружающей среды (Титова В.И., Дабахова Е.В.) Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2003. -213 с.
Системы земледелия (Сафонов А.Ф., Гатаулин A.M., Платонов И.Г. и др.) М: КолосС, 2006. -447 с.
Тетиор А.Н. Экологическая инфраструктура. М.: КолосС. 2005. – 272 с.
Черников В.А., Милащенко Н.З., Соколов О.А. Экологическая безопасность и устойчивое развитие. Книга 3. Устойчивость почв к антропогенному воздействию. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2001.
Черников В.А., Соколов О.А. Экологически безопасная продукция. М. КолосС, 2008. – 450 с.
Экологическая экспертиза и оценка воздействия на окружающую среду. Под ред. Н.Н. Гришина.- М.: Изд-во Центрэкопроект., № 4, 2004.-164 с.
Экологический аудит (Сергеева Т.А.). М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2005.-207 с.
Экономический анализ воздействий на окружающую среду / Диксон Д., Скура Л., Карпентер Р., Шерман П. – М.: Вита-Пресс. 2000.
Эрозия и охрана почв (Кузнецов М.С., Глазунов Г.П.). 2 изд. М.: КолосС, 2006. -352 с.
Якушев В.П. На пути к точному земледелию. С.-П., 2002. 457 с.
в) программное обеспечение:
1. ArcGIS.
2. MapInfo.
3. SURFER.
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы:
Локальная информационно-справочная система по оптимизации земледелия в хозяйстве – ЛИССОЗ / Васенёв И.И., Руднев Н.И., Хахулин В.Г., Бузылев А.В. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005610898.
Региональная автоматизированная система комплексной агроэкологической оценки земель – РАСКАЗ / Васенёв И.И., Хахулин В.Г., Бузылев А.В. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005610897.
Аннотированное ссылки на сайты ГИС-тематики: http://www.gis.report.ru
Гис-Ассоциация. Последние новости в мире геоинформационных технологий, конференции, библиотека, статьи, и даже предложение/поиск работы: http://gisa.ru/assoc.html
Единое хранилище ГИС программ и данных: http://www.geocomm.com/
Дата+ - официальный дистрибьютор компаний ESRI, LEICA Geosystem. Информация и руководства по ArcView, ArcGIS, ERDAS Imagine. Литература, статьи, форумы: http://www.dataplus.ru/
Сайт для профессионалов и любителей в области Геоинформационных систем (ГИС) и Дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ): http://www.gis-lab.info
Словари картографической терминологии (ГИС, ЦМР, оверлей, и др.): http://www.gisa.ru/wbuch.html
Эсти-Мар - официальный российский представитель MapInfo (описания всего семейства продуктов MapInfo, последние новости, цены и др.): http://www.esti-map.ru/
Clark M. Advanced Geographic Information Systems [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.sonoma.edu/users/c/clamatth/geog487/ gis.jpg. – Англ. – Редакция от 31.12. 2010.
Krygier J.B. Geography 353:Cartography and Visualization. [Электронный ресурс]–Режим доступа: http://krygier.owu.edu/krygier_html/geog_353/geog_353_lo/ geog_353_lo04.html. – Англ. – Редакция от февраля 2010.
Riesterer J. Introduction to Topographic Map. [Электронный ресурс] / – GEOSTAC/ – Режим доступа: http://geology.isu.edu/geostac/ Field_Exercise/topomaps/ distortion.htm. – Англ. – Редакция от 07.04.2008.
www.earth.google.com
http://geoengine.nima.mil/- Geospatial Engine. Каталог покрытий космической съемки системы SPOT с 10 м разрешением на местности.
http://www.spot-vegetation.com - в рамках программы Vegetation каждые 10 дней на основе съемки SPOT на весь мир создаются трехканальные сцены с разрешением 1 км.
http://edcsns17.cr.usgs.gov/EarthExplorer/- EarthExplorer - Официальный каталог снимков системы Landsat всех поколений.
http://www.landsat.org/worldclickmap.html - Landsat.org - Наиболее удобный каталог для поиска нужного снимка. Нужно выбрать сцену на карте
https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid/mrsid.pl- - GeoCover™ - каталог трехканальных покрытий LANDSAT 5/7 с разрешением 28,5-30 м на весь мир
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Для проведения лекционных занятий по дисциплине «ГИС-технологии» необходима аудитория с интерактивной доской и подключением к Интернет. Для проведения лабораторных работ и практических занятий по дисциплине «ГИС-технологии» необходимы компьютерный класс со специализированным программным обеспечением (ArcGIS, MapInfo, SURFER, ЛИССОЗ, РАСКАЗ) и доступом к Интернет, и компьютерная лаборатория, оснащенная широкоформатными сканерами и плоттерами – для векторизации основы, новых тематических слоев ГИС и распечатки подготовленных при выполнении курсовых проектов рабочих наборов из локальных ГИС.
10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
10.1. Структурно-логическая схема изучения учебной модульной дисциплины «ГИС-технологии» 1 год обучения: 2 семестр
| Учебный модуль I. «История и методология геоинформатики. Определение и модели ГИС»
Общее количество баллов – 25
1-10 Неуд. 11-15 Удовл. 16-21 Хор. 22-25 Отл.
Учебный модуль II. «Структура и классификация ГИС. Система представления картографических данных в ГИС»
Общее количество баллов – 29
1-13 Неуд. 14-20 Удовл. 21-25 Хор. 26-29 Отл.
Учебный модуль III. «ГИС-моделирование, дистанционное зондирование и глобальное позиционирование. Применения в почвоведении, агрохимии и экологии»
Общее количество баллов – 46
1-17 Неуд. 18-30 Удовл. 31-40 Хор. 41-46 Отл.
Условные обозначения
|
| связь учебных модулей
|
| промежуточный контроль
|
| итоговый контроль
|
10.2. Критерии оценки знаний, умений, навыков
Общее количество баллов
Кол-во кредитов
| Максимальная сумма
баллов
| Оценка
| Неудовлетворит.
| Удовлетворит.
| Хорошо
| Отлично
| Оценка ECTS
| F (2)
| FX (2+)
| E (3)
| D (3+)
| C (4)
| B (5)
| A (5+)
| 3
| 100 – до экзамена
| менее 31
| 31-40
| 41-50
| 51-65
| 66-85
| 86-93
| 94-100
| 125 – после экзамена
| менее 41
| 41-50
| 51-60
| 61-80
| 81-105
| 106-114
| 115-125
| Балльная структура оценки и шкала оценок (при 3 кредитах)
Посещение занятий – 1 балл → 14 баллов
Активная работа на семинаре – 5 → 3 балла · 4 → 12 баллов
Внутрисеместровые аттестации:
Реферат – 5 → 5 баллов
Расчетно-графические работы – 5 → 3 балла · 3 → 9 баллов
Лабораторные работы – 5 → 3 балла · 7 → 21 балл
Контрольные работы (тесты) – 5 → 3 балла · 3 → 9 баллов
Творческая работа:
Курсовой проект – 5 → 30 баллов
Итоговое испытание (экзамен) – 5 → 30 баллов
Всего – до 100 баллов (до экзамена) или 125 баллов (после экзамена)
Максимальная сумма баллов: S max = 14 + 12 + 5 + 9 + 21 + 9 +30 + (30)
Система оценок:
A
| Отлично - блестящие результаты с незначительными недочётами
| B
| Очень хорошо - выше среднего уровня, с некоторыми недочётами
| C
| Хорошо - в целом серьёзная работа, но с рядом замечаний
| D
| Удовлетворительно - неплохо, однако имеются серьёзные недочёты
| E
| Посредственно - результаты удовлетворяют минимальным требованиям (проходной балл)
| FX
| Условно неудовлетворительно - для присвоения кредита требуется выполнение некоторой дополнительной работы
| F
| Безусловно неудовлетворительно - требуется выполнение значительного объёма работы (либо повтор курса в установленном порядке, либо основание для отчисления)
|
Разработчики:
РГАУ-МСХА
имени К.А. Тимирязева
| зав. кафедрой
экологии
| И.И. Васенев
| РГАУ-МСХА
имени К.А. Тимирязева
| доцент кафедры
экологии
| Ю.Л. Мешалкина
|
Эксперты:
МГУ имени М.В. Ломоносова
| декан факультета почвоведения
| С.А. Шоба
| РГАУ-МСХА
имени К.А. Тимирязева
| зав. кафедры земледелия и МОД
| М.А. Мазиров
|
|