Создание геоинформационных систем - Учебно

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных технологий
«УТВЕРЖДАЮ»:
Проректор по учебной работе
___________ Волосникова Л.М.
__________ _____________ 2011г.
СОЗДАНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 021300.62 (Картография и геоинформатика)
очной формы обучения, профиль геоинформатика
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Авторы работы _______ Идрисов И.Р.
«______»___________2011 г.
Рассмотрено на заседании кафедры картографии и ГИС от
«______»___________ 2011г. протокол № _____
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем _________стр.
Зав. кафедрой ________ Новохатин В.В.
«______»___________ 2011г.
Рассмотрено на заседании УМК ИМЕНИТ от
«______»___________ 2011г. протокол № _____
Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК _______ Столярова О.А.
«______»_____________2011г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ______ Федорова С.А.
«______»_____________2011 г.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных технологий
Кафедра картографии и ГИС
Идрисов И.Р.
СОЗДАНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 021300.62 (Картография и геоинформатика)
очной формы обучения, профиль геоинформатика
Тюменский государственный университет
2011
Идрисов И.Р. СОЗДАНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ.
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов
направления 021300.62 «Картография и геоинформатика» очной формы
обучения, профиль геоинформатика. Тюмень, 2011г., 15 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями
ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и
профилю подготовки.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ:
Создание геоинформационных систем [электронный ресурс] / Режим
доступа: http://www.umk3.utmn.ru., 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. Новохатин В.В.
© Тюменский государственный университет, 2011.
© Идрисов И.Р., 2011.
1. Пояснительная записка
1.1 Цель и задачи освоения дисциплины
Цель дисциплины «Создание геоинформационных систем», как
одного
из
дополнительных курсов в системе
подготовки
по
направлению бакалавриата «Картография и геоинформатика»,
состоит
в том, чтобы освоить методы создания геоинформационных
систем
различной направленности в ходе географических исследований,
проектной и природоохранной деятельности .
Задачи дисциплины:
- изучить современные подходы к использованию ГИС-систем в
проектировании,
природопользовании
и
географических
исследованиях;
- изучить основные этапы создания ГИС, цели и задачи различных
этапов;
- рассмотреть
основные
возможности
создания
ГИС
с
с
использованием доступных программных средств.
Освоение дисциплины базируется на знании всего комплекса
основных предметов по направлению «Картография и геоинформатика».
1.2 Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Создание геоинформационных систем» в учебном
плане направления бакалавриата «Геоинформатика» относится к блоку
дисциплин
профессионального
цикла.
На
современном
этапе
информационного развития общества профессиональная деятельность
в области экологии и географии не возможна без создания и
дальнейшего использования ГИС- продукции.
Предмет
изучения
–
особенности
создания
современных
геоинформационных систем. С учетом сложности и многогранности
вопроса, основное внимание в рамках данного курса будет уделено
организации
процесса
проектирования
ГИС-систем,
требованиям к технической и географической составляющей.
основным
1.3 Компетенции выпускника ООП бакалавриата, формируемые
в результате освоения данной ООП ВПО
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций:
уметь использовать навыки работы с информацией из различных
источников для решения профессиональных и социальных задач,
способность понимать, излагать и критически анализировать базовую
информацию в географии и картографии, способность использовать
теоретические знания на практике (ПК-10);
уметь создавать системы цифровой Земли, страны, городов,
заповедных и охраняемых территорий (ПК-19)
владеть
технологией
Интернет-картографирования
и
уметь
развивать системы геотелекоммуникации (ПК-23)
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать:
* подходы к созданию ГИС систем различного уровня сложности.
Уметь:
* разрабатывать проект и создавать геоинформационные системы;
Владеть:
* основными программными средствами, используемыми при
создании ГИС систем.
2. Трудоемкость и структура дисциплины
Семестр 8. Форма промежуточной аттестации – экзамен. Общая
трудоёмкость дисциплины составляет 3 зачётных единицы 108 часов.
3. Тематический план
1.
2.
3.
1.
2.
3.
1.
2.
3.
Модуль 1
Введение.
Основные понятия
в ГИС
Принципы
функционирования
в ГИС
Применение ГИС
систем
Всего
Модуль 2
Анализ данных в
ГИС
Трехмерное
моделирование
Модели данных в
ГИС
Всего
Модуль 3
Этапы
создания
ГИС-проектов
Стандартизация и
защита
информации
в
ГИС
Новые
направления
в
ГИС
Всего
Итого
Из них в
интерактивной
форме
Виды учебной работы,
включая
самостоятельную
работу и трудоёмкость
(в часах)
Л*
Лаб*
СР*
ОТ*
Из них в
интерак
тивных
формах,
час.
Итого
количество
баллов
Раздел
дисциплины
Семестр
N
п/п
Неделя
семестра
Таблица 1.
8
1
2
2
2
6
2
0-2
8
2-3
2
2
8
12
2
0-9
8
4-5
4
4
6
14
4
0-9
5
8
8
16
32
8
0 - 20
8
6-7
4
4
4
12
4
0 – 12
8
8-9
4
4
2
10
4
0 – 12
8
10-12
2
2
10
14
2
0–6
7
10
10
16
36
10
0 - 30
8
13-15
4
4
4
12
4
0 - 10
8
16-17
4
4
8
16
4
0 - 25
8
18
2
2
8
12
2
0 - 15
6
10
10
20
40
10
0 - 50
18
28
28
52
108
28
0 -100
8
28
28
Л*- лекции; Лаб.*- лабораторные работы; СР* - самостоятельная работа студентов; ОТ*- общие часы
Таблица 2.
Виды и формы отдельных оценочных средств в период текущего
Итого
комплексные
ситуационные
задания
Модуль 3
Этапы
создания
ГИС-проектов
Стандартизация и
защита
информации в ГИС
Новые
направления в ГИС
Всего
программы
компьютерного
тестирования
Всего
реферат
Модуль 2
Анализ данных в
ГИС
Трехмерное
моделирование
Модели данных в
ГИС
Технические формы
контроля
контрольная
работа
Модуль 1
Введение.
Основные понятия
в ГИС
Принципы
функционирования
в ГИС
Применение
ГИС
систем
Всего
Письменные
работы
лабораторная
работа
№ темы
Информационные
системы и технологии
собеседование
Устный
опрос
Итого количество
баллов
контроля
-
0-1
-
0-1
-
-
0-2
0-3
0-5
-
0-1
-
-
0-9
0-1
0-4
-
0-2
-
0-2
0-9
0-5
0-11
-
0-2
-
0-2
0 - 20
0-4
0-6
-
0-2
-
-
0 - 12
0-2
0-6
-
0-2
-
0-2
0 - 12
0-1
0-3
-
0-2
-
-
0-6
0-7
0-15
-
0-6
-
0-2
0 - 30
0-2
0-3
0-1
0-1
-
0-3
0 - 10
0-4
0-8
0-2
0-2
0-2
0-7
0 - 25
0-3
0-3
0-2
0-2
0-2
0-3
0 - 15
0-9
0-14
0-5
0-5
0-4
0-13
0 - 50
0-21
0-40
0-5
0-13
0-4
0-17
0 -100
Таблица 3.
Планирование самостоятельной работы студентов
Виды СРС
Недел
я
семес
тра
Объе
м
часо
в
Колво
балл
ов
1
2
0-1
2-3
8
0-1
4-5
6
0-2
16
0-4
6-7
4
0-2
8-9
2
0-2
10-12
10
0-2
16
0-6
13-15
4
0-1
16-17
8
0-2
18
8
0-2
Всего по модулю 3:
20
0-5
ИТОГО:
52
0-15
№
Модули и темы
обязательн
ые
дополнитель
ные
реферат
-
Модуль 1
1.
2.
3.
Введение. Основные
понятия в ГИС
Принципы
функционирования в
ГИС
Применение ГИС
систем
реферат
реферат
подготовка
сообщений к
докладу
подготовка
сообщений к
докладу
Всего по модулю 1:
Модуль 2
1.
Анализ данных в ГИС
2.
Трехмерное
моделирование
3.
Модели данных в ГИС
расчётнографическая
расчётнографическая
расчётнографическая
исследовате
льская
исследовате
льская
подготовка
сообщений к
докладу
Всего по модулю 2:
Модуль 3
1.
Этапы создания ГИСпроектов
реферат
2.
Стандартизация и
защита информации в
ГИС
реферат
3.
Новые направления в
ГИС
реферат
исследовате
льская
работа
исследовате
льская
работа
подготовка
сообщений к
докладу
4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи
Таблица 4.
№
п/п
1.
Наименование
освоенных ранее
дисциплин
Основы
геоинформатики
2.
Геоинформационные
системы в географии
3.
Теория
геоизображений
4.
Темы
дисциплины,
опирающиеся
материал изученных ранее дисциплин
на
1.1.
1.2.
1.3.
2.1.
2.2.
2.3.
3.1.
3.2.
3.3.
+
+
+
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
+
-
-
+
-
-
+
-
+
+
-
-
-
-
+
+
-
+
+
+
+
+
-
+
-
-
+
-
-
-
+
-
+
+
+
+
-
+
+
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
+
-
+
+
-
-
Геоинформационное
картографирование
ландшафтов
5.
Аэрокосмическое
зондирование и
фотограмметрия
6.
Мультимедиа
технологии в
картографии и
геоинформатике
7.
Базы
пространственных
геоданных
8.
Математикокартографическое
моделирование
9.
Дешифрирование
аэрокосмических
снимков
5. Структура и содержание дисциплины
1. ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ В ГИС.
Предмет и задачи курса. Особенности
современного этапа
развития ГИС-систем. Классификация ГИС. Типы данных в ГИС
2. ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ В ГИС.
Функциональные задачи, решаемые в ГИС. Система сбора
геопространственных данных. Форматы геопространственных данных.
Пространственные отношения.
3. ПРИМЕНЕНИЕ ГИС СИСТЕМ.
Обзор программных средств. Использование ГИС в задачах
земельного кадастра, строительства, телекоммуникации.
4. АНАЛИЗ ДАННЫХ В ГИС.
Основные свойства атрибутов. Построение сложных баз данных.
Арифметические и статистические операции с данными. Анализ
топологии. Географическое выделение. Операции оверлея. Анализ
расстояний.
5. ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ.
Трехмерные и псевдотрехмерные поверхности: TIN, GRID, DEM и
GDEM поверхности. Применение программных средств при создании
различных моделей местности.
6. МОДЕЛИ ДАННЫХ В ГИС
Построение поверхности и карт плотности объектов.
поверхностей.
Выборка
и
переклассификация.
Наложение
Исследование
морфологии поверхностей. Построение профилей и изолиний. Анализ
поверхностного стока.
7. ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ ГИС-ПРОЕКТОВ.
Концепция создания ГИС-проекта. Процедура выработки шенений
по проекту. Учет особенностей различных типов информации при
создании ГИС проектов.
8. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ В ГИС
Основные стандарты в картографии и ГИС. Система классификации
кодирования
цифровой
картографической
информации.
Правила
цифрового описания картографической информации.
9. НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В ГИС.
Автоматизированные методы данных. Оперативное картографирование.
ГИС и интернет. Картографические банки данных.
6. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.
СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ КАРТ В ARCGIS
Цель работы – разработка логического проекта для создания
электронных карт.
ЗАДАНИЕ. Создание структуры картографической базы данных в
ARCCatalog.
Особенности
привязки
растровых данных.
Создание
векторных картографических слоев.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.
СОЗДАНИЕ ГИС ПРОЕКТОВ
Цель работы – изучение начального этапа создания ГИС
ЗАДАНИЕ.
Особенности
сканирования
растровых
данных.
Преобразования плоскости. Ручная и полуавтоматическая векторизация.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ТРЕХМЕРНЫЙ АНАЛИЗ
Цель
работы
–
изучение
особенностей
создания
ЦМР
с
использованием различных программных комплексов.
ЗАДАНИЕ.
Построение
ЦМР с использованием готовых наборов
данных с использованием ARCGis, ENVI.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЕКТОРНЫХ ДАННЫХ
Цель работы – изучение способов анализа векторных данных
ЗАДАНИЕ. Создание полигональной топологии. Применение операций
оверлея, построения буферных зон для различных объектов. Сетевой
анализ средствами ARCGIS.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
АНАЛИЗ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Цель работы – анализ данных с использованием поверхностей.
ЗАДАНИЕ. Построение карты плотности на основе имеющегося набора
данных.
Построение
специализированных
поверхностей
с
использованием ARCGIS.
7. Учебно - методическое обеспечение самостоятельной
работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля
успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения
дисциплины.
7.1. Темы докладов и рефератов для самостоятельной работы
1. Основные направления использования ГИС.
2. Особенности информационного обеспечения ГИС.
3. Моделирование в ГИС.
4. Программные средства моделирования.
5. Этапы разработки ГИС-проектов.
6. Источники данных для создания ГИС-проектов.
7. Графические стандарты.
8. Картографическое представление результатов в ГИС.
7.2. Примеры комплексных ситуационных заданий
1. Задание по теме 3 «Применение ГИС-систем». На основе векторной
топографической карты необходимо привести примеры возможного
анализа информации средствами ARCGis.
2. Задание по теме 5 «Трехмерное моделирование». На основе
имеющихся данных построить трехмерную модель рельефа, провести
анализ тематических данных с использованием полученной модели.
3. Задание по теме 7 «Этапы создания ГИС-проектов». Разработать
концепцию создания различных тематических ГИС с использованием
различных типов исходных данных.
4. Задание по теме 8 «Стандартизация и защита информации в ГИС».
Провести
разработку
модели
метаданных
и
способов
защиты
информации.
5. Задание по теме 9 «Новые направления в ГИС». Провести
презентацию результатов ГИС-моделирования и интернет-публикацию
данных.
7.2. Примерный перечень вопросов к экзамену
1.
Общее представление о ГИС: история развития, сущность,
структура, функции.
2.
Концептуальная модель пространственной информации.
3.
Свойства информации.
4.
Модели данных, структура баз данных.
5.
Геоинформация и геоданные.
6.
Определение геоинформационного менеджмента.
7.
Объектно-ориентированные ГИС.
8.
Оценка надежности и особенности интеграции разнотипных
данных
9.
Техническое и программное обеспечение ГИС.
10.
Структурный подход анализа данных в ГИС.
11.
Особенности моделирования различных процессов и явлений.
12.
Концептуальная модель пространственной информации.
13.
Этапы создания ГИС-проектов
14.
Сертификация цифровых карт
15.
Классификация и кодирование цифровых карт
16.
Защита геопространственных данных в глобальных сетях.
8. Образовательные технологии.
Тема 1. – Тема 5. Основное внимание уделено проведению
лабораторных
работ,
собеседованиям,
написанию
рефератов
по
заданным темам.
Тема 6-7. Выполнение индивидуальных творческих работ по
созданию моделей на основе доступных материалов для различных
районов Тюменской области.
Тема 8. Работа в группах по составлению планов реализации ГИСпроектов.
Тема 9. Диспут на тему «Защита информации в глобальных сетях».
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение
дисциплины
9.1 Основная литература
1. Берлянт A.M. Картография и телекоммуникация. - М., 2003. - 73
с,
2. Журкин И.Г, Шайтура С.В. «Геоинформационные системы» М.:КУДИЦ-ПРЕССС,2009 – 272 с.
3. Космические методы изучения среды: Автоматизированный
аэрокосмический практикум 1 Под ред. А.П .Капицы, Ю.Ф.
Книжникова. - М..Изд-во Моск. ун-та, 2001. - 144 с.
4. Лурье И.К. Основы геоинформационного картографирования:
Учеб. пособие. - М: Изд-во Моск. ун-та, 2002. - 143 с
5. Мусин О.Р., Сербенюк С.Н. Цифровые модели рельефа
континуальных и дискретных полей / Банки географических
данных для тематического картографирования. - М.: Изд-во
Моск. ун-та , 1987. -С. 156-170.
9.2 Дополнительная литература
1. Берлянт А.М. Геоинформационное картографирование. - М.: 2005. 64 с.
2. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов / Под ред.
А.М. Берлянта, А.В. Кошкарева, -М.: ГИС Ассоциация, 2000. -204 с.
3. Государственный
стандарт
"Геоинформационное
Российской
картографирование.
Федерации
Пространственные
данные, цифровые и электронные карты. Общие требования ''
(ГОСТ Р 50828-95). - М.: ИПК Изд-во стандартов, 1996. - 19 с.
4. Кошкарев А.В., Тикунов B.C. Геоинформатика / Под ред. Д.В.
Лисицкого. - М.: Изд-во Картгеоцентр-Геодезиздат, 2004. - 213 с.
Лурье И.К.
5. Автоматизированная картография и геоинформатика / Под ред.
А.М. Берлянта, В.Т. Жукова // Материалы к науч. конференции,
посвященной 50-летию проф. С.Н. Сербенюка -М., 2000.- 131 с.
9.3 Программное обеспечение и интернет-ресурсы
1.
Геоинформационные
системы
и
ДЗ
–
http://gis-lab.ru
–
неформальное объединение специалистов в области ГИС и ДЗ.
2.
Фонд картографических материалов Российской национальной
библиотеки – http://www.nlr.ru/fonds/maps/
3.
Программные комплексы ENVI – для дешифрирования материалов
космосьемки.
4.
ARCGis – для создания векторных и растровых моделей на основе
данных топографических карт.
10. Технические средства и материально-техническое
обеспечение дисциплины
1. Учебная аудитория с мультимедийным проектором для лекционных
занятий.
2. Учебные аудитории для проведения лабораторных занятий.
3. Комплект цифровых топографических карт масштаба 1: 25000, 1:
100000.
4. Комплект космических снимков высокого разрешения