К вопросу о преподавании геоинформационных систем и

К ВОПРОСУ О ПРЕПОДАВАНИИ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И
ТЕМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ СТУДЕНТАМ ГЕОГРАФАМ
А.М. Кауазов1, А.Н. Шихов2
Казахский Национальный Университет им. аль-Фараби, Алматы, Казахстан,
2
Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь,
Россия
a_kauazov@mail.ru and3131@inbox.ru
1
Президент Республики Казахстан Н.А. Назарбаев поставил цель войти в
ближайшее время в число развитых стран. Эта задача невыполнима без привлечения
инновационных подходов в обучении.
География относится к наиболее обширным наукам. Развитие ее в течение
многих лет было неравномерным. C ускорением научно-технического прогресса стали
широко доступны новые возможности: интернет, различные средства обработки
информации
(офисные
и
специализированные
программные
пакеты
геоинформационных систем – ГИС), а также получили широкое распространение
спутниковые снимки.
При этом, преподавание естественных дисциплин не может обходиться без
привлечения современных технических средств. Говоря о естественных дисциплинах
в данной работе имеется в виду обучение географии в общем и в частности
метеорологии, гидрологии, физической географии, картографии и др специальностей,
на примере метеорологии.
При привлечении современных средств возникает ряд проблем. Во-первых
учебники и учебные пособия по применению спутниковых данных изданные в 80-ые
годы прошлого века являются устаревшими. Так как они описывали работу и обучали
студентов на основе аналоговых данных. Однако современная эра называется
цифровой. В частности аналоговые космические снимки и цифровые совершенно по
разному дешифрируются, применяются принципиально иные методы обработки
данных
и комплекс дешифровочных
признаков. Факультет географии и
природопользования Казахского Национального Университета им. аль-Фараби активно
развивает обучение ГИС и ДЗЗ. Показательным в этом плане является опыт Пермского
государственного университета.
Опыт обучения студентов работе с данными
космической съемки Земли в Пермском государственном национальном
исследовательском университете (ПГНИУ) берет свое начало с апреля 2011 г, когда
университет получил статус Национального Исследовательского, и финансирование из
федерального бюджета на организацию научных лабораторий мирового уровня.
В конце 2010 г. в рамках программы развития ПГНИУ «Рациональное
природопользование: прогнозирование и управление природными и социальноэкономическими системами» было приобретено оборудование для создания на базе
университета Межрегионального центра космического мониторинга. Были получены
две станции приема данных ДЗЗ, разработанные Инженерно-технологическим центром
СканЭкс: Унискан-24 (прием данных со спутников Terra/AquaMODIS, SUOMINPP,
SPOT4/5, EROSA/B) и Алиса-СК (прием данных с метеорологических спутников
NOAA и METOP). Кроме того, было получено программное обеспечение для
предварительной и тематической обработки данных ДЗЗ, также разработанное ИТЦ
(«ScanMagic и ScanexImageProcessor»).
14 февраля 2011 г. на базе Центра геоинформационных систем и технологий
ПГНИУ, успешно работавшего с 2002 г., был открыт Межрегиональный центр
космического мониторинга. А в сентябре 2011 г. на географическом факультете
ПГНИУ было открыто новое направление подготовки – картография и
геоинформатика. Данное направление подготовки в течение последующих лет
оставалось наиболее престижным на факультете (проходной балл для поступления был
выше, чем на других направлениях подготовки). В апреле 2012 г. была создана кафедра
картографии и геоинформатики.
Обучение студентов работе с данными космической съемки Земли в Пермском
университете ведется с 2012 г. Основные учебные дисциплины в рамках бакалавриата,
посвященные работе с данными ДЗЗ – «Дистанционное зондирование в картографии» и
«Специальные вопросы тематического дешифрирования». В сумме они включают 50 ч.
лекционных и 66 ч. лабораторных занятий. Дисциплины изучаются студентами на 4-м
году обучения в бакалавриате. Первая из них посвящена преимущественно методам
предварительной обработки данных ДЗЗ, а вторая – методам тематического
дешифрирования (как автоматизированным, так и экспертным).
Лекционные занятия по данным курсам предполагают изучение нескольких
тематических блоков: «Теоретические основы ДЗЗ из космоса», «Методы
предварительной обработки данных ДЗЗ», «Методы тематического дешифрирования
данных ДЗЗ», «Мировой фонд космических снимков», «Использование данных ДЗЗ в
картографии», «Космический мониторинг и исследования Земли из космоса».
Лабораторные занятия предполагают практическое освоение студентами
методов работы с данными ДЗЗ (геометрическая коррекция, предварительная
обработка, включая создание мозаик, тематическое дешифрирование – различные
методы классификации и мультивременного анализа снимков, индексные методы).
Кроме того, в качестве контрольных заданий студенты решают задачи проектного типа,
что предполагает последовательное применение различных методов предварительной
обработки и тематического анализа данных ДЗЗ.
При проведении лабораторных работ используются данные ДЗЗ как из открытых
источников, так и приобретенные университетом по лицензии. Методы
автоматизированного дешифрирования рассматриваются в основном на примере
снимков LANDSAT. Также широко используются данные со спутников серии SPOT и
снимки сверхвысокого разрешения WorldView-2 и Pleiades (ранее приобретенные ГИСцентром ПГНИУ для реализации различных проектов).
Следует заметить что в Казахстане
проблема обеспечения студентов
Современными инструментальными пакетами ГИС и программами по обработке
космических снимков системно не решается. Приобретение космических снимков
является достаточно затратной процедурой.
Кроме того актуальной является проблема секретности , т.е. ограничений на
использование данных сверхвысокого разрешения. В 2014 году Казахстан запустил
два спутника дистанционного зондирования KazEOSat-1
с пространственным
разрешением 1 метр и KazEOSat-2 с разрешением 7 метров. Этот факт дает основание
для надежды, что вскоре казахстанские ВУЗы могут получить отечественные
космические снимки бесплатно.
В ПГУ базовым программным обеспечением для проведения лабораторных
работ является ScanexImageProcessorv 4.2, и ArcGis 10.x. Эти программные продукты
включают весь спектр методов обработки данных ДЗЗ (за исключением атмосферной
коррекции). Пакет ScanexImageProcessorвключает большой набор как традиционных,
так и оригинальных инструментов для тематического дешифрирования данных ДЗЗ.
В то же время, в России и в Казахстане широко распространены и зарубежные
пакеты по работе с данными ДЗЗ (разработки компаний ITT VIS и LeicaGeosystems). В
настоящее время обучение студентов работе с этими пакетами не ведется, что является
определенной проблемой. Фактически возникает проблема несоответствия обучения
студентов и требованием рынка. Фактически перед учебным заведением стоит задача
не только приобретения современных средств обработки данных которые широко
распространены на рынке, мало того нужно иметь актуальные версии этих продуктов,
так как они быстро меняются.
Опыт коллег из Перми , показывает что, для эффективного обучения ГИС и ДЗЗ
необходимо проведение соревнований. Летом 2014 г. кафедрой картографии и
геоинформатики ПГНИУ совместно с Инженерно-технологическим центром
«СканЭкс» и Ассоциацией «УНИГЕО» была проведена Первая Всероссийская
Олимпиада по тематическому дешифрированию данных ДЗЗ и использованию
современных геоинформационных технологий. Олимпиада включала заочный отбор и
очный тур. Заочный отбор был проведен весной 2014 г. в нем приняло участие более 50
человек из нескольких ведущих ВУЗов России.
Такие события не только выявляют талантливых студентов и стимулируют
студентов лучше учиться, но и привлекают внимание компаний разработчиков
программ, дистрибьюторов, спонсоров и работодателей.