МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Майкопский государственный технологический университет» Факультет Кафедра Информационных систем в экономике и юриспруденции Информационной безопасности и прикладной информатики УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе __________Л. И. Задорожная «_____»__________ 20____г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по дисциплине В.2.2. ГИС –технологии в лесном хозяйстве по направлению подготовки бакалавров 250100.62. по профилю подготовки Лесомелиорация ландшафтов и инженерная биология Лесное дело Квалификация (степень) выпускника Бакалавр Форма обучения Очная, заочная Майкоп Рабочая программа составлена на основе ФГОС ВПО и учебного плана МГТУ по направлению (специальности) 250100.62. Лесное дело Составитель рабочей программы: Доцент кафедры ИБ и ПИ, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент (должность, учёное звание, степень) (подпись) Биганова С.Г. (Ф.И.О.) Рабочая программа утверждена на заседании кафедры Информационной безопасности и прикладной информатики (наименование кафедры) Заведующий кафедрой «___»________20__г. Чефранов С.Г. (подпись) Одобрено учебно-методической комиссией факультета (где осуществляется обучение) Председатель учебно-методического совета направления (специальности) (где осуществляется обучение) (Ф.И.О.) «___»_________20__г. (подпись) Варзарева В.В. (Ф.И.О.) (подпись) Сухоруких Ю.И. (Ф.И.О.) (подпись) Гук Г.А. (Ф.И.О.) (подпись) Варзарева В.В. (Ф.И.О.) Декан факультета (где осуществляется обучение) «___»_________20__г. СОГЛАСОВАНО: Начальник УМУ «___»_________20__г. Зав. выпускающей кафедрой по направлению (специальности) 1. Цели и задачи освоения дисциплины Целью освоения дисциплины является получение основных знаний, умений и навыков, необходимых для профессиональной деятельности по созданию и применению геоинформационных систем в области лесного хозяйства; формирование навыков владения современными инструментами ГИС и методами анализа пространственной информации. Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - ознакомить студента с особенностями организации данных, их анализа и моделирования в ГИС; - рассмотреть характеристики основных инструментальных систем ГИС; - способствовать формированию навыков работы с учебной, научной и научнометодической литературой в области геоинформатики; - дать представление о применении геоинформационных технологий для решения различных задач (лесного дела, таксации, лесомелиорации, ландшафтного строительства и т.д.); - дать представление о современном состоянии научных исследований в данной предметной области. 2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Дисциплина входит в перечень курсов вариативной части профессионального цикла ООП. Она имеет логические и содержательно-методические связи с дисциплинами «Информатика», «Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве», «Геодезия»». Дисциплина основана на знаниях фундаментальных и прикладных наук математики, информатики. Дисциплина направлена на изучение основных видов ГИСпродуктов, их применения для решения конкретных профессиональных задач, применение современных ГИС-технологий для обмена информацией. Освоению данной дисциплины должно предшествовать изучение дисциплины «Информатика». 3. Компетенции дисциплины обучающегося, формируемые в результате освоения В результате освоения дисциплины студент должен: понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны (ОК-9); владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ПК-2). участвовать в разработке проектов объектов лесного и лесопаркового хозяйства с учётом заданных технологических и экономических параметров с использованием новых информационных технологий (ПК-34). Знать: определние геоинформатики и географических информационных систем; базы данных и системы управления базами данных; классификацию ГИС, цели, основные компоненты (подсистемы), области применения и задачи, решаемые с помощью ГИС; модели пространственных данных, растровое, векторное представление данных в ГИС; методы и средства визуализация данных в ГИС; интеграция ГИС с технологиями дистанционного зондирования, системами спутникового позиционирования и Интернет. Уметь: применять сформированные знания для описания, формулирования, постановки и решения теоретических и практических задач ГИС в области лесного хозяйства; корректно выполнять процедуры ввода географической информации в ГИС; анализировать пространственную информацию с помощью инструментов ГИС; представлять результаты анализа информации для потенциального пользователя создаваемой ГИС. Владеть: навыками работы с программным обеспечением QGIS, используемым для формирования базы данных ГИС, проведения ГИС-анализа, визуализации растровых и векторных данных и тематического картографирования. 4. Объём дисциплины и виды учебной работы Общая трудоёмкость дисциплины составляет 5 зачётных единицы (180 часов). 4.1. Объём дисциплины и виды учебной работы по очной форме обучения. Общая трудоёмкость дисциплины составляет __5__зачетных единиц (180 часов). Семестры Всего Вид учебной работы часов/з.е. 8 7 Аудиторные занятия (всего) 70/1,94 70/1,94 В том числе: Лекции (Л) 28/0,78 28/0,78 Практические занятия (ПЗ) Семинары (С) Лабораторные работы (ЛР) 42/1,16 42/1,16 Самостоятельная работа студентов (СРС) 74/2,06 74/2,06 (всего) В том числе: Работа в прикладных программах Реферат Другие виды СРС (если предусматриваются, приводится перечень видов СРС) Форма промежуточной аттестации: Экзамен Общая трудоемкость 64/1,78 10/0,28 64/1,78 10/0,28 36/1 180/5 36/1 180/5 4.2. Объём дисциплины и виды учебной работы по заочной форме обучения. Общая трудоёмкость дисциплины составляет __5__зачётных единиц (_180_ часов). Вид учебной работы Аудиторные занятия (всего) В том числе: Лекции (Л) Практические занятия (ПЗ) Семинары (С) Лабораторные работы (ЛР) Самостоятельная работа студентов (СРС), (всего) В том числе: Работа в прикладных программах Другие виды СРС (если предусматриваются, приводится перечень видов СРС) Форма промежуточной аттестации: Экзамен Общая трудоемкость Всего часов/з.е. 18/0,5 Семестры 9 18/0,5 8/0,22 8/0,22 10/0,28 162/4,5 10/0,28 162/4,5 162/4,5 162/4,5 180/5 180/5 5. Структура и содержание дисциплины 5.1. Структура дисциплины № Неделя Раздел дисциплины п/п семестра Виды учебной работы, включая самостоятельную и трудоемкость (в часах) Л 1. Основные понятия общей геоинформатики 2. Географическая информация и ее представление в базах данных ГИС 3. Техническое и программное обеспечение ГИС 4. Базовые ГИСтехнологии. 5. Географический анализ и пространственное моделирование 6. Основы интеграции пространственных данных в ГИС. 7. Промежуточная аттестация. ИТОГО: С/ПЗ ЛР Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной СРС аттестации (по семестрам) 10 Опрос 4 10 Опрос 6 10 10 Опрос, контрольная 9-11 6 10 15 Опрос 12-14 4 10 15 Опрос 15-17 4 8 14 Опрос, контрольная 36 Экзамен 110 180 1-2 2 3-5 6 6-8 28 42 5.2. Структура дисциплины для заочной формы обучения № п/п Раздел дисциплины Неделя семестра Виды учебной работы, включая самостоятельную работу и трудоемкость (в часах) Л С/ПЗ ЛР СРС 1семестр 1. Основные понятия общей геоинформатики 2. Географическая информация и ее представление в базах данных ГИС 3. Техническое и программное обеспечение ГИС 4. Базовые ГИС-технологии. 5. Географический анализ и пространственное моделирование 6. Основы интеграции пространственных данных в ГИС. 7. Промежуточная аттестация. ИТОГО 12 2 4 25 20 2 2 35 2 2 35 2 2 35 8 Экзамен 10 162 5.3. Содержание разделов дисциплины «ГИС технологии в лесном хозяйстве», образовательные технологии № Наименование Трудоемкость п/ темы (часы / зач. ед.) п дисциплины 1. Основные понятия общей геоинформатики 2. Географическа я информация и ее представление в базах данных ГИС. Содержание ОФО ЗФО 2/0,06 Взаимосвязь информатики и геоинформатики. Взаимодействие геоинформатики с науками о Земле и обществе. Определение и задачи геоинформатики. Основные теоретические концепции в геоинформатике. Понятие о геоинформатике как научной дисциплине, технологии и сфере производственной деятельности. Взаимосвязи с картографией и дистанционным зондированием. Основные понятия и термины геоинформатики: пространственные объекты, пространственные данные, географические информационные системы (ГИС). Общее представление о ГИС. Основные этапы развития ГИС. Типы ГИС. Проблемно-ориентированные ГИС. 6/0,17 2/0,0 Источники пространственных данных и их 6 типы. Способы получения данных. Модели представления данных в ГИС. Пространственный объект как цифровое представление (цифровая модель) объекта реальности. Типы пространственных объектов: точки, линии, полигоны, поверхности (рельеф). Позиционная и семантическая составляющая пространственных данных. Модели Образовател ьные технологии Формируемые компетенции Результаты освоения (знать, уметь, владеть) ОК-9 ПК-2 ПК-34 Знать: Понятия геоинформатики, её значение. Основные теоретические концепции. Законы логики, лежащие в фундаменте понятий и методов информатики. Уметь: организовать свою самостоятельную работу по изучению основной и дополнительной литературы. Владеть: навыками работы с персональным компьютером Лекция ОК-9 ПК-2 ПК-34 Знать: Способы получения данных. Модели пространственных данных. Элементы векторной топологической модели. Уметь: Проектировать географические базы данных. Владеть: навыками оценки качества данных и контроля ошибок. Представлением пространственных данных в БД и цифровой карте. Лекция пространственных данных: векторная, векторно-топологическая, растровая. Элементы векторной топологической модели (узел, дуга, линейный сегмент и др.). Проектирование географических баз данных (БД). Системы управления БД ГИС (СУБД ГИС). Организация и форматы данных (растровый, векторный). Понятие слоя в БД. Оценка качества данных и контроль ошибок. Представление пространственных данных в БД и цифровой карте. 3. Техническое и 6/0,17 Структура ГИС. Особенности программное технического и программного обеспечения обеспечение ГИС. Функции ГИС. Технологии ввода ГИС. графической пространственно определенной информации. Импорт готовых цифровых данных, форматы экспорта/импорта. Преобразования форматов данных. Графическая визуализация информации: электронные и компьютерные карты. Общая характеристика программных коммерческих ГИС-пакетов. 4. Базовые ГИС- 6/0,17 2/0,0 Регистрация и ввод данных. технологии 6 Преобразование систем координат и геокодирование. Дискретная географическая привязка данных. Операции с данными в векторном формате: представление пространственных объектов и взаимосвязей. Определение пересечения линий. Подсчет площадей замкнутых контуров. Алгоритм―точка в полигоне. ОК-9 ПК-2 ПК-34 Знать: Структуру и функции ГИС. Уметь: Импортировать готовые цифровые данные, форматы экспорта/импорта. Владеть: Преобразованием форматов данных. Графической визуализацией информации Лекция ОК-9 ПК-2 ПК-34 Знать: Операции с данными. Уметь: Хранить и преобразовывать растровые данные. Владеть: Регистрацией и вводом данных. Преобразованием систем координат и геокодированием. Лекция Оверлей слоев в БД. Оверлей полигонов (географический, булев). Хранение и преобразование растровых данных. Операции с растровыми слоями БД. Оверлей растровых слоев. Построение запросов: пространственных, атрибутивных, запрос по шаблону. 5. Географический 4/0,11 2/0,0 Операции с атрибутами множества анализ и 6 объектов, перекрывающихся в пространственное пространстве. Выбор объектов по моделирование пространственным критериям. Анализ близости. Анализ видимости/невидимости. Анализ сетей (сетевой анализ). Расчет и построение буферных зон. Задачи пространственного моделирования. Подготовка исходных данных для создания модели. Интерполяция по дискретно расположенным точкам. Интерполяция по ареалам. Цифровое моделирование рельефа и анализ поверхностей. Применение пространственных моделей. 6. Основы 4/0,11 2/0,0 Понятие об открытых системах. Проблемы интеграции 6 интеграции пространственных данных и пространствен технологий. ГИС и дистанционное ных данных в зондирование. Инфраструктуры ГИС. пространственных данных. ГИС и системы спутникового позиционирования. Сетевые технологии и Интернет. Итого 28/0,78 8/0,22 ОК-9 ПК-2 ПК-34 Знать: Задачи пространственного Лекция моделирования. Уметь: Подготавливать исходные данные для создания модели. Владеть: навыками применения пространственных моделей ОК-9 ПК-2 ПК-34 Знать Понятие об открытых системах. Уметь: интегрировать пространственные данные и технологии. Владеть: навыками работы с сетевыми технологиями и Интернет Лекция 5.4. Практические и семинарские занятия, их наименование, содержание и объем в часах Практические и семинарские занятия учебным планом не предусмотрены. 5.5 Лабораторные занятия, их наименование и объем в часах № п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. № раздела дисциплины Наименование практических работ Основные понятия общей Обзор базовых ГИС-концепций. геоинформатики Структуры данных в ГИС. Ввод и редактирование пространственных данных. Техническое и Геоинформационная система программное Quantum GIS. Основные обеспечение ГИС возможности, характеристики и особенности системы. Базовые ГИС-технологии Работа со слоями. Их создание и структура. Географическая Ввод и редактирование объектов. информация и ее Ввод геометрических представление в базах примитивов, полилиний, текстовых данных ГИС объектов. Работа с картами. Операции с картами, настройка карт. Географическая 5 Растры. Задание растрового информация и ее объекта. Привязка растров. представление в базах Корректировка растровых файлов. данных ГИС Векторизация по растровой подложке Географический анализ и Модель рельефа. Создание слоя пространственное рельефа. моделирование Техническое и Создание карты-схемы пром. программное площадки предприятия с обеспечение ГИС. источниками выбросов загрязняющих веществ в атмосферу Итого 5.6. Примерная тематика курсовых проектов (работ) Курсовой проект (работа) учебным планом не предусмотрены. Объем в часах / трудоемкость в з.е. ОФО ЗФО 4/0,11 10/0,28 2/0,06 5/0,14 2/0,06 5/0,14 2/0,06 10/0,28 2/0,06 8/0,22 2/0,06 42/1,17 10/0,28 5.7. Самостоятельная работа студентов Содержание и объем самостоятельной работы студентов Разделы и темы рабочей № программы п/п самостоятельного изучения 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. Перечень домашних заданий и других вопросов для самостоятельного изучения Сроки Объем в часах выполнени / трудоемкость я в з.е. Введение в геоинформационные 1 неделя Основные понятия технологии общей Геоинформатика. Основные геоинформатики 2 неделя понятия и определения Техническое и Источники данных для ГИС программное 3 неделя обеспечение ГИС. Аналого-цифровое 4-5 неделя преобразование данных Модели пространственных Базовые ГИСданных: векторная, растровая, 6 неделя технологии векторно-топологическая. Структура ГИС 7 неделя Форматы геопространственных 8-9неделя Географическая данных информация и ее Методы визуализации представление в 10 -11неделя базах данных ГИС Структурные элементы ГИС Базы данных и управление ими Географический Общие аналитические операции и методы пространственноанализ и 12-13 временного моделирования пространственное неделя моделирование Цифровое моделирование рельефа Основы интеграции ГИС и глобальные системы 14 неделя пространственных позиционирования данных в ГИС ГИС и Интернет Итого ОФО ЗФО 5/0,14 6/0,17 5/0,14 6/0,17 10/0,28 25/0,69 4/0,11 10/0,28 4/0,11 5/0,14 2/0,06 5/0,14 10/0,28 4/0,11 6/0,17 10/0,28 2/0,06 5/0,14 3/0,08 10/0,28 8/0,22 10/0,28 7/0,19 25/0,69 7/0,19 25/0,69 7/0,19 10/0,28 74/2,06 162/4,5 6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения 6.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля 1. Является ли слово географический в наименовании ГИС признаком их принадлежности к предметной области профессиональной географии? 2. Что представляет собой пространственный объект? 3. Какие критерии используются при классификации ГИС? 4. Когда появились первые геоинформационные системы? 5. Укажите основные причины и предпосылки, способствовавшие появлению геоинформатики. 6. Какие основные функциональные группы выделяют в технологической схеме обработки данных в ГИС? 7. В чем отличие баз данных ГИС от баз данных других информационных систем? 8. Опишите функции и задачи СУБД в ГИС. 9. Какие свойства реляционной модели обусловили ее широкое распространение? 10. Какие технологические процедуры относятся к базовым геоинформационным технологиям? 11. Определите, что входит в понятие источники пространственных данных. 12. В чем суть трансформирования пространственных прямоугольных координат. 13. В каких случаях прибегают к трансформированию высот и плоских прямоугольных координат по опорным точкам? 14. Какие математические модели используются чаще других для трансформирования координат по опорным точкам? 15. Почему идентификатор пространственного объекта должен быть уникален, а его наименование и адрес — нет? 16. Каковы мотивы отнесения пространственных данных к базовым? 17. В чем суть растровой модели данных в ГИС? 18. Перечислите основные типы форматов пространственных данных. 19. Является ли картой цифровая карта? 20. Перечислите основные операции при работе в ГИС с базами данных атрибутивной информации. 21. Что понимается под операцией геокодирования в ГИС? 22. Приведите примеры географических задач, для решения которых применима технология оверлея слоев БД? 23. Приведите примеры применения функций наложения двух слоев БД, демонстрирующие разные результаты. 24. Чем отличаются запросы по координатам и атрибутам? 25. Почему для представления рельефа требуются особые модели данных? 26. Служит ли множество данных оцифрованных горизонталей полноценной цифровой моделью рельефа? 27. Каковы основные источники данных для создания ЦМР суши и дна акваторий? 28. Какие математические методы применяются для создания ЦМР? 29. Каковы преимущества применения спутниковых методов позиционирования при проектировании ГИС? 30. Как используются космические снимки в ГИС? 6.2. Контрольные вопросы и задания для проведения промежуточной аттестации Примерный перечень вопросов к экзамену по дисциплине «ГИС технологии в лесном хозяйстве» 1. Геоинформатика и ее взаимосвязи с другими научными дисциплинами (информатика, география, картография). 2. Определения и задачи геоинформатики. 3. Определение и толкование базовых понятий геоинформатики. 4. Понятия: данные, информация, знания. 5. Общее представление о ГИС: история развития, сущность, структура, функции. 6. Взаимодействие геоинформатики, картографии и дистанционного зондирования. 7. Типы ГИС. 8. Проблемно-ориентированные ГИС. 9. Географические основы ГИС. 10. Карты как основа ГИС. Понятие геоинформационного картографирования. 11. Информационное обеспечение ГИС. Типы источников данных. 12. Проектирование географических баз и банков данных. 13. Представление географической информации в базах данных. 14. Концептуальная модель пространственной информации. 15. Модели данных. 16. Выбор модели пространственной информации. 17. Структура баз данных и модели СУБД. 18. Задачи и функции СУБД в ГИС. 19. Базовые понятия реляционных баз данных. Геореляционные модели БД. 20. Требования к базе данных. 21. ГИС как информационная модель территории. 22. Оценка качества и особенности интеграции разнотипных данных. 23. Техническое и программное обеспечение ГИС. 24. Графическая визуализация информации. 25. Географическая привязка данных (прямая и косвенная). 26. Алгоритмы трансформирования геоизображений. 27. Интерфейс пользователя в ГИС. 28. Особенности представления и хранения пространственной и атрибутивной информации о географических объектах. 29. Преобразования форматов данных (конвертирование). 30. Способы хранения и преобразования векторных данных. Вычисление длин, площадей, определение взаимоположения точек, линий и полигонов. 31. Представление топологии (связи в сетях и между полигонами). 32. Базовые ГИС-технологии пространственного анализа. 33. Особенности применения операций оверлея полигонов. 34. Хранение и преобразования растровых данных. 35. Технологии анализа данных, основанные на ячейках растра. 36. Операции с растровыми слоями БД. 6.3. Тематика контрольных работ для студентов ЗФО 1. Общая технологическая схема создания тематических карт. (нарисовать схему и дать краткие комментарии) 2. Концептуальная модель отображения пространственной информации (понятие, назначение) 3. Три типа практического применения концептуальной модели пространственной информации (схема и краткое пояснение) 4. Отличительные особенности программного пакета ГИС QGIS 5. Создание тематических карт средствами ГИС (дать общую схему последовательности с краткими пояснениями) 6. Работа с растровым изображением 7. Формирование и редактирование слоёв карты 8. Создание базы данных тематической карты. 9. Форматы хранения графической и атрибутивной информации. 10. Способы изображения тематического содержания электронной карты 11. Создание тематических слоёв в ГИС QGIS 12. Разработка числовых шкал легенды 13. Создание отчета (макета) электронной карты. 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины а) основная литература 1. ЭБС «Znanium. сom.» Блиновская, Я.Ю. Введение в геоинформационные системы: учебное пособие / Я.Ю. Блиновская, Д.С. Задоя. - М.: Форум: ИНФРА-М, 2014. - 112 с.л. - Режим доступа: http://www.znanium/com/. 2. ЭБС «Znanium. сom.» Географические и земельно-информационные системы: учеб. пособие /. сост. Л.П. Карчагина. - Майкоп: Магарин О.Г., 2012. – 156 с. - Режим доступа: http://www.znanium/com/. б) дополнительная литература 1. ЭБС «Znanium. сom.» Геоинформатика : учебник для студентов вузов / [Е.Г. Капралов и др.] ; под ред. В.С. Тикунов. - М. : Академия, 2005. - 480 с. - Режим доступа: http://www.znanium/com/ 2. Геодезия. Картография. Геоинформатика. Кадастр. В 2-х т. Т.1: А-М: энциклопедия/ под общ. ред. А.В. Бородко, В.П. Савиных. – М.: Геодезкартиздат, 2008. - 496 с. 3. Геодезия. Картография. Геоинформатика. Кадастр. В 2-х т. Т.2: Н-Я: энциклопедия/ под общ. ред. А.В. Бородко, В.П. Савиных. – М.: Геодезкартиздат, 2008. – 464 с. в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы 3. Операционная система Windows XP и офис приложений; 4. QGIS; 5. http://ibooks.ru 6. http://www.znanium/com/ 7. http://www.gisa.ru 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Материально-техническое обеспечение дисциплины включает: 1) библиотечный фонд ФГБОУ ВПО «МГТУ»; 2) компьютерный класс; 3) мультимедийное оборудование для чтения лекций-презентаций; 4) периферийные устройства. Дополнения и изменения в рабочей программе за ________/________ учебный год В рабочую программу (наименование дисциплины) для направления (специальности) 250100.62. Лесное дело (номер направления (специальности) вносятся следующие дополнения и изменения: Дополнения и изменения внес (должность, Ф.И.О., подпись) Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры _ (наименование кафедры) «____»___________________20_г. Заведующий кафедрой __________________ (подпись) _____________