ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Наименование дисциплины
«ОСНОВЫ ГЕОИНФОРМАТИКИ»
Рекомендуется для направления подготовки
022000 Экология и природопользование
Квалификация выпускника _бакалавр
1. Цели освоения дисциплины
Курс "Основы геоинформатики" является основополагающей дисциплиной, знакомящей студентов – экологов и природопользователей с базовыми положениями геоинформатики как науки, технологии и производственной деятельности. Студенты должны овладеть знаниями об истории становления геоинформатики и ее связи с картографией, информатикой, математикой и науками о Земле и обществе; теоретическими основами; структурой географических информационных систем; областями и опытом их применения. Целью курса является также овладение практическими навыками работы с основными геоинформационными пакетами и возможностями их применения в экологических исследованиях.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина «Основы геоинформатики» входит в «Математический и естественнонаучный цикл» базовой части ООП бакалавриата по направлению подготовки «Экология и природопользование». Курс предполагает знание основных дисциплин естественнонаучного цикла, а также некоторых курсов профессиональной направленности (информатика, картография, дистанционное зондирование, математика и др.).
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Курс ориентирован на формирование у студентов компетенций в применения геоинформатики в экологических исследованиях. В результате изучения данного курса студенты должны:
получить системное представление о роли и месте геоинформатики в экологических исследованиях; о функциях географических информационных систем (ГИС);
усвоить основные идеи, принципы и методы использования ГИС в естественных и общественных науках;
научиться понимать и определять экономическую эффективность ГИС в решении пространственных задач, а также пределы их возможностей;
овладеть навыками практической работы с геоинформационными пакетами.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать: теоретические основы геоинформатики как научной дисциплины, технологии и сферы производственной деятельности; функциональные возможности ГИС, их интеграции с другими технологиями и методами практического применения в различных областях экологии и природопользования.
Уметь: применять ГИС в своей профессиональной деятельности, обладать навыками работы с основными геоинформационными пакетами и уметь их правильно использовать при решении пространственных задач.
Владеть: навыками работы с основными профессиональными ГИС-пакетами, технологиями и особенностями их применения в различных отраслях экологии и природопользования, возможностями адаптации новых технологий и методов в среду ГИС.
4. Структура и содержание дисциплины «Основы геоинформатики»
Общая трудоемкость дисциплины составляет __3_ зачетных единицы 108 час
№
п/п
|
Раздел
Дисциплины
|
Семестр
|
Неделя семестра
|
Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)
|
Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)
Форма промежуточной аттестации (по семестрам)
|
Лек-ции
|
Семинары
и прак-тич. работы
|
Самостоят.
работа
|
Общ. Трудо-емк.
|
1
|
Введение
|
4
|
|
2
|
|
|
2
|
-
|
2
|
Общие вопросы геоинформатики
|
4
|
|
2
|
|
4
|
6
|
|
3
|
Функциональные возможности ГИС
|
4
|
|
8
|
12
|
24
|
44
|
|
4
|
ГИС как основа интеграции пространственных данных и технологий
|
4
|
|
4
|
4
|
6
|
14
|
|
5
|
Интеллектуализация и поддержка принятия решений в геоинформатике
|
4
|
|
2
|
|
6
|
8
|
|
6
|
Проектирование и реализация ГИС
|
4
|
|
4
|
12
|
10
|
26
|
|
|
Литература по геоинформатике
|
4
|
|
2
|
|
6
|
8
|
|
|
Всего
|
|
|
24
|
28
|
56
|
108
|
Экзамен
|
Краткое содержание курса
Введение. Задачи и место курса в комплексе наук о Земле. Взаимосвязь с базовыми дисциплинами, в том числе курсами "Высшая математика", применение математических методов в различных науках, картография, дистанционное зондирование, общие экологические дисциплины.
Раздел I. ГЕОИНФОРМАТИКА: ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
Геоинформатика как научная дисциплина, технология и сфера производственной деятельности. Место геоинформатики в системе наук. Взаимосвязи с картографией, дистанционным зондированием и информатикой. Основные понятия и термины геоинформатики. Данные, информация, знания: различия между ними. Источники данных и их типы. Способы получения данных. Оценки качества данных. Понятие об информационных и географических информационных системах (ГИС). Классификации ГИС: по пространственному охвату, предметной области, проблемной ориентации, функциональности и уровню управления. Понятие об открытых системах. История развития ГИС.
Раздел II. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ГИС
Информационное обеспечение ГИС. Источники данных: картографические, статистические, аэрокосмические материалы, полевые исследования и съемки, литературные (текстовые) источники. Регистрация и ввод данных. Измерительно-наблюдательные системы и сети. Технологии ввода данных. Модели пространственных данных. Растровая модель. Регулярно-ячеистая (матричная) модель. Квадротомическая модель. Векторная - топологическая (линейно-узловая) и нетопологическая модели. Преобразования типа "растр-вектор" и "вектор-растр". Базы географических данных. Системы управления базами данных. СУБД в архитектуре "клиент-сервер". Хранение данных и их защита.
Анализ данных и моделирование. Общие аналитические операции и методы пространственно-временного моделирования. Функции - организации выбора объектов по тем или иным условиям, редактирования структуры и информации в базах данных, картометрические функции, построения буферных зон, анализа наложений (оверлея), сетевого анализа. Цифровое моделирование рельефа. Классификации. Специализированный анализ - метод размытых (нечетких) множеств, метод нейронных сетей, теория хаоса, катастроф, фрактальный анализ. Методы моделирования геосистем. Многовариантность моделирования. Способы оценки достоверности моделирования. Математико-картографическое моделирование: элементарные (структуры, взаимосвязей, динамики) и сложные (цепочкообразные, сетевые, древовидные) модели.
Визуализация данных. Вывод и визуализация данных. Технические средства машинной графики. Методы и средства визуализации данных. Картографическая визуализация. Особенности создания компьютерных и электронных карт и атласов. Изображения в неевклидовой метрике Анаморфированные изображения, картоиды, мысленные карты. Виртуально-реальностные изображения. Отображение динамики географических объектов. Анимации. Отображение пространственно-временных характеристик систем с помощью комплекса карт, снимков, слайд-фильмов, кинофильмов. Возможности голографии и мультипликации.
Раздел III. ГИС как основа интеграции Пространственных данных и технологий
ГИС и дистанционное зондирование. Характеристика данных дистанционного зондирования. Тематическая обработка данных дистанционного зондирования. Комплексная интерпретация результатов обработки данных дистанционного зондирования.
ГИС и глобальные системы позиционирования (ГСП). Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС). Главные подсистемы ГСП. Кодовый и фазовый методы определения дальностей. Навигационное сообщение. Координатное обеспечение. Целостность системы ГСП. Позиционирование. Автономное и дифференциальное местоопределение. Статическое и кинематическое позиционирование. Комплексирование спутниковых приемников с другими устройствами.
ГИС и Интернет. Интеграция ГИС- и Интернет-технологий. Технологические стратегии Web-ГИС серверов. "Клиентносторонние" и "серверосторонние" стратегии. Интерактивный картографический интернет-сервис. Интеграция интерактивного картографического сервиса в интернет-порталы. Мобильные системы.
Понятие о мультимедиа. Мультимедиа как идея, мультимедиа оборудование, мультимедиа продукт. Авторские средства разработки мультимедиа. Технологии реализации мультимедиа.
Раздел IV. Интеллектуализация и поддержка принятия решений в геоинформатике
Технологии искусственного интеллекта и экспертные системы. Базы знаний. Механизм логически выводов (машина вывода). Модуль приобретения знаний. Модуль советов и объяснений (система объяснений). Типы экспертных систем.
Нейронные сети и ГИС. Типы технических нейросетей. Нейросетевые алгоритмы. Имеющееся программное обеспечение. Области применения нейросетевых ГИС.
Системы поддержки принятия решений. Современное состояние и области использования систем поддержки принятия решений. Подготовка проектов управленческих решений. Атласные информационные системы для принятия решений.
Раздел V. Проектирование и реализация ГИС
Разработка системного проекта ГИС. Этапы и правила проектирования. Выбор программного обеспечения, определение входных и выходных данных системы. Подсистемы пространственного анализа и визуализации.
Инфраструктуры пространственных данных. Стандартизация пространственных данных. Глобальная инфраструктура пространственных данных и ее национальные реализации (NSDI).
Примеры реализации ГИС. Глобальные проекты (Global Database Planning Project, GRID и др.). Международные программы (CORINE и др.). Национальные программы. Региональные ГИС. Локальные ГИС. Реализация ГИС проектов в России – отраслевые и региональные проекты. ГИС и геология, земельный кадастр, лесная отрасль, экология, муниципальное управление, инженерные коммуникации, ГИС в силовых структурах.
Краткий обзор средств и областей применения геоинформатики, перспективы развития. Коммерческие пакеты программ. Аппаратное и организационное обеспечение. Нормативно-правовая база. Применение геоинформатики в научных исследованиях, практической деятельности и образовании. Основные черты развития геоинформатики в России. Рынок ГИС. Роль геоинформатики в обеспечении перехода регионов к устойчивому развитию. Научная и учебная литература, периодика и библиография, информационно-справочные издания. Перспективы развития геоинформатики.
5. Рекомендуемые образовательные технологии
В лекционном курсе должны применяться современные технические средства обучения – мультимедийная аппаратура, специальные фильмы и средства интерактивного моделирования на основе цифровых баз данных. Для модуля «Основы геоинформатики» очень важна составляющая, связанная с проведением практических занятий и с самостоятельной работой. В этом плане необходима организация мастер-классов и разработка обучающих программ, позволяющих самостоятельно осваивать работу с основными программными продуктами.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Освоение содержания курса предполагает проведение промежуточного и итогового контроля знаний. Промежуточный контроль осуществляется при помощи оценки выполнения практических работ, а также включает подготовку рефератов. Итоговая оценка формируется в бальной системе, которая состоит из баллов, полученных студентами за практические работы, реферат и текущую работу в семестре. Итоговый контроль - зачет по бальной системе оценки за работу в семестре и по итогам устного ответа по всему курсу.
Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы
Проанализируйте разницу в понятиях “геоинформатика” и “геоматика”.
В чем отличия между данными, информацией и знаниями?
Что такое “базы данных” и “системы управления базами данных”?
Как классифицируют ГИС?
Что такое “модели данных»?
В чем особенности разных моделей данных?
Что включается в понятие «Анализ данных и моделирование»?
Какова роль «моделирования» в среде ГИС?
Как проявляется многовариантность моделирования?
Каковы способы оценки достоверности моделирования?
Что входит в понятие «цифровое моделирование рельефа»?
Проанализируйте особенности «математико-картографического моделирования».
Объясните сущность элементарных и сложных математико-картографических моделей
Каковы методы и средства визуализации данных?
В чем заключаются особенности создания компьютерных и электронных карт и атласов?
Что такое «анаморфированные изображения»?
Как отображается динамика географических объектов?
Поясните сущность виртуально-реальностных изображений.
Что такое «анимации»?
В чем особенности интеграции ГИС и дистанционное зондирования?
Охарактеризуйте глобальные системы позиционирования (ГСП).
Каковы возможности интеграции ГИС- и Интернет-технологий?
В чем суть мультимедиа?
Какова структура экспертных систем?
В чем сущность и особенности применения нейронных сетей?
Что такое «Системы поддержи принятия решений»?
Каковы основные этапы проектирования ГИС?
Что такое «инфраструктуры пространственных данных»?
Поясните особенности создания глобальных, международных, национальных, региональных и локальных ГИС-проектов.
В чем заключается роль геоинформатики в обеспечении перехода регионов к устойчивому развитию.
В чем Вы видите перспективы развития геоинформатики?
Примерная тематика рефератов
Особенности создания баз данных в географических науках.
Проблема оптимизации представления пространственных данных в среде ГИС.
Моделирование географических систем.
Модели структуры, взаимосвязей и динамики географических явлений.
Сложные математико-картографические модели.
Современные методы визуализации пространственных данных.
Серии компьютерных карт – как модели геосистем.
Атласные информационные системы.
Возможности применения анаморфоз в географических исследованиях.
Опыт и перспективы создания мультимедийных географических систем.
Глобальные системы позиционирования.
Перспективы «интеллектуализации» ГИС.
Возможности анимации изображений в географии.
Интеграция сетевых и ГИС технологий.
Структура систем поддержки принятия решений.
Полезный и негативный опыт реализации глобальных, международных, национальных, региональных и локальных ГИС-проектов.
Проблемы перехода России к устойчивому развитию и роль геоинформатики.
Виртуально-реальностные изображения.
Перспективы геоинформатики: расширение возможностей, новые технологии, области применения.
Примерный перечень вопросов к экзамену (зачет)у по всему курсу
Классификация ГИС.
Модели данных. Основные понятия.
Глобальные ГИС.
Понятие о географических информационных системах.
Характеристика экспертных систем.
Источники данных и их типы.
Данные, информация и знания в геоинформатике.
Структура ГИС.
Понятие о мультимедиа.
Методы и средства визуализации в геоинформатике.
Международный проект GRID.
Место геоинформатики в системе наук.
Базы данных и их организация.
Географические информационные системы - их структура.
Понятие о моделях данных.
Понятие о системах управления базами данных.
Понятие об оверлейных операциях.
Векторные формы структурирования пространственных данных.
Растровые формы структурирования пространственных данных.
Экспертные системы - их структура.
Определение, структура и функции ГИС.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля)
а) Основная литература
ДеМерс М.Н. Географические информационные системы. Основы/пер. с англ. – М., Дата+, 1999, 491с.
Капралов Е.Г., Кошкарев А.В., Тикунов В.С. и др. Геоинформатика. В 2-х кн. Учебн. для вузов. Под ред. В.С.Тикунова. 3-е изд., перер. и доп. М.: Академия, 2010. Кн. 1, 400 с., с цв. ил.; Кн. 2, 432 с.
Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. Учебное пособие. М., ГИС-Ассоциация, 1997, 160 с.
Королев Ю.К. Общая геоинформатика. Часть 1 «Теоретическая геоинформатика», вып. 1. – М., Дата+, 1998, 118с.
Линник В.Г. Построение геоинформационных систем в физической географии. М., МГУ, 1990, 80с.
Лурье И.К. Геоинформационное картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков: учебник. М.: КДУ, 2008, 424 с.
Сербенюк С.Н. Картография и геоинформатика - их взаимодействие. М., 1990, 159 с.
Тикунов В.С. Моделирование в картографии. М., МГУ, 1997, 405с
Тикунов В.С., Капралов Е.Г., Заварзин А.В. и др. Сборник задач и упражнений по геоинформатике. Учебн. пособие. 2-е изд. Под ред. В.С.Тикунова, М., Академия, 2009, 512с.
б) Дополнительнаялитература
Баранов Ю.Б. и др. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов. М.:ГИС-Ассоциация, 1999, 204 с.
Блюменау Д.И. Информация и информационный сервис. Л., Наука, 1989, 192 с.
Бриллюен Л. Наука и теория информации. М., Изд-во физ.-мат. лит-ры, 1960, 392 с.
Гарелик И.С. Географические информационные системы и истанцион-
ное зондирование. - Исследование Земли из космоса. Итоги науки и техники, т.3, ВИНИТИ АН СССР, М., 1989, с.3-80.
Гармиз И.В., Кошкарев А.В., Межеловский Н.В., Рамм Н.С. Геоинформационные технологии: принципы, международный опыт, перспективы развития. М., ВИЭМС, 1989, 55 с.
Геоинформационные системы с дистанционным потоком информации. Географическое обеспечение управления народным хозяйством/ Под. ред. Ю.Г.Симонова. М., изд-во Моск. ун-та, 1990, 182 с.
Геоинформационные технологии в решении региональных проблем, Тула, 2000, 124с.
Итоги науки и техники. Исследование Земли из космоса, том 3. Географические информационные системы, дистанционное зондирование и их практическое использование. М., ВИНИТИ АН СССР, 1989.
Итоги науки и техники. Картография, том 14. Геоинформационные системы и картография. М., ВИНИТИ АН СССР, 1991, 178с.
Капралов Е.Г., Кошкарев А.В., Тикунов В.С. и др. Основы геоинформатики. В 2-х кн., Учебн. пособ. для студ. вузов. Под ред. В.С.Тикунова. М., Академия, 2004, Кн. 1, 352 с.; Кн. 2, 480 с. с цв. ил.
Капралов Е.Г., Кошкарев А.В., Тикунов В.С. и др. Геоинформатика. Учебн. для студ. вузов. Под ред. В.С.Тикунова. М., Академия, 2005, 480 с. с цв. ил.
Кошкарев А.В. Понятия и термины геоинформатики и ее окружения: Учебно-справочное пособие, М.: ИГЕМ РАН, 2000, 76 с.
Кошкарев А.В.,Каракин В.П. Региональные геоинформационные системы. М., Наука, 1987, 127с.
Кошкарев А.В.,Тикунов В.С. Геоинформатика. М., Картгеоцентр-Геодезиздат, 1993, 213с.
Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах. М., Мир, 1980, 662 с.
Поспелов Г.С.,Поспелов Д.А. Искусственный интеллект – прикладные системы. М., Знание, 1985, 48 с.
Построение экспертных систем. Под ред. Ф.Хейеса-Рота, Д.Уотермана, Д.Лената. М., Мир, 1987, 441 с.
Принципы и методы экоинформатики. М., ИЭМЭЖ АН СССР, 1986, 241с.
Серапинас Б. Б. Основы спутникового позиционирования. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. 84 с.
Сербенюк С.Н., Тикунов В.С. Автоматизация в тематической картографии. М., Изд-во Моск. ун-та, 1984, 112 с.
Тикунов В.С. Географические информационные системы: сущность, структура, перспективы.- В кн.:Картография и геоинформатика. Итоги науки и техники, сер. Картография. М., ВИНИТИ АН СССР, 1991, т.14, с. 6 -79.
Трофимов А.М., Панасюк М.В. Геоинформационные системы и проблемы управления окружающей средой. Казань, изд-во Казанского ун-та, 1984, 142 с.
Экоинформатика. Теория. Практика. Методы и системы. Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, 1992, 520с.
Burrough P. A. and McDonnell R. A. Principles of Geographical Information Systems. Oxford University Press, 1998. 333 p.
в) Программное обеспечение и Интернет-ресурсы :
Информацию о современной литературе, программном и техническом обеспечении, конференциях и т.д. можно получить через Internet на сайте ГИС-Ассоциации, адрес: http\\www.gisa.ru.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Учебный класс, оборудованный средствами визуализации, компьютерами, объединенными в локальную сеть, основные зарубежные и отечественные ГИС-пакеты, доступ к базам картографической, статистической, аэрокосмической и др. информации.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПООП ВПО по направлениям подготовки 022000 Экология и природопользование Разработчики:
географический факультет МГУ профессор _ В.С. Тикунов
(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)
Эксперты (представители работодателей):
Казанский Государственный профессор А.М.Трофимов
университет
(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)
Санкт-Петербургский университет доцент Е.Г. Капралов
(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)
Программа дисциплины «Основы геоинформатики» одобрена на заседании УМС по экологии и устойчивому развитию УМО по классическому университетскому образованию от 18 февраля 2011 года, протокол № 1-эко/умо. |
