ПРОГРАММЫ УЧЕБНЫХ ДИСЦИПЛИН
ПРОГРАММА КУРСА
ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЛАНДШАФТНЫХ ИСЛЕДОВАНИЯХ
3 курс, весенний семестр

I. Организационно-методический раздел
Цель курса
Изучение геоинформационных технологий, как средств сбора, хранения, анализа и визуализации пространственно-временной информации. Приобретение практических навыков реализации конкретных ландшафтных задач средствами геоинформационных технологий.
Место курса. Курс является частью специальной подготовки студентов кафедры физической географии и ландшафтоведения в изучении пространственного анализа в ландшафтных исследованиях. Смежными курсами являются: «Морфология и картографирование ландшафта», «Космическое ландшафтоведение», «Ландшафтная индикация и дешифрирование аэрофотоснимков».
Требования к уровню освоения содержания курса. Геоинформационные технологии являются неотъемлемым инструментом современных научных исследований и практической деятельности в области управления природопользованием и его оптимизации. Поэтому требуемый уровень освоения курса подразумевает свободное владение основными приемами и методиками геоинформационного анализа.

Задачи курса
  • знакомство с понятием пространственного анализа: определение, задачи, методы, связь с геоинформатикой. Геоинформационные технологии как часть пространственного анализа
  • изучение структуры, функциональных возможностей и базовых операций ГИС;
  • знакомство с источниками пространственной информации и областью их использования в ландшафтных исследованиях
  • получение практических навыков применения геоинформационных технологий в различных задачах ландшафтных исследований
  • ознакомление с существующими функционирующими ГИС разной целевой направленности.

    • II. Содержание курса.

     Разделы курса:
  • Введение. Цели, принципы и методы пространственного анализа.
  • Геоинформационные системы.
  • Системы управления данными. Базы данных.
  • Геостатистика.
  • Пространственный анализ в ландшафтном картографировании.
  • Освоение наиболее популярных ГИС-пакетов (практикум)
  • Заключение.

    • Темы и их краткое содержание. Введение. Цели, принципы и методы пространственного анализа.
    Определение пространственного анализа как системы дистанционного зондирования, геоинформационных технологий и систем глобального позиционирования. Связь пространственного анализа с геоинформатикой. Понятие о географической информационной системе. Примеры их использования в разных областях. История развития геоинформационных технологий.

    Геоинформационные системы.
    Структура ГИС (слои, пространственная и атрибутивная информация). Модели описания пространственного положения явлений: растр и вектор. Топологическая и семантическая согласованность слоев. Функциональные возможности ГИС. Источники пространственной информации (карты, аэрокосмические снимки, полевые описания). Географические проекции. Организация данных, привязка карт, снимков, материалов полевых описаний, преобразование форматов. Требования к ГИС. Анализ данных и математико-картографическое моделирование. Базовые операции ГИС. Запросы, расчет площадей, измерение расстояний, оверлейные операции, построение буферных зон и др. Визуализация данных. Построение тематических карт. Этапы разработки геоинформационной системы.

    Системы управления данными. Базы данных.
    Структуры данных, типы и форматы хранения информации. Базы и банки данных. Реляционные базы данных и система управления. Таблицы, запросы, формы, отчеты, макросы. Отображение информации из базы данных в ГИС.

    Геостатистика.
    Определение. Организация сети полевых измерений, алгоритмы интерполяции результатов опробования, вариограмма, поиск пространственных закономерностей.

    Пространственный анализ в ландшафтном картографировании.
    Данные дистанционного зондирования (ДДЗ) и цифровые модели рельефа (ЦМР) как источник пространственной информации о ландшафтном покрове. Способы использования и средства анализа ДДЗ и ЦМР, их интеграция с ГИС. Виды и характеристики ДДЗ, источники их получения. Обоснование пространственного, временного, радиометрического и спектрального разрешения ДДЗ в зависимости от цели и задач исследования.

    Виды и характеристики ЦМР, методы их построения. Обоснование пространственного разрешения ЦМР в зависимости от целей и задач исследования и особенностей исходных данных. Алгоритмы построения ЦМР, оценка величины возникающих искажений. Принципы визуального и количественного анализа рельефа. Спектральный анализ ЦМР: выделение иерархических уровней организации рельефа территории (число генетических факторов морфогенеза, число порождаемых ими иерархических уровней форм рельефа, их средние линейные размеры), восстановление форм рельефа для основных иерархических уровней и генетических факторов. Оценка фрактальной размерности рельефа. Расчет морфометрических характеристики рельефа (крутизна, плановая, профильная и общая кривизны и освещенность для разных иерархических уровней, площадь водосбора, топографические индексы). Классификация элементов ЦМР по набору морфометрических характеристик с обоснованием числа выделяемых классов, метрики и способа классификации. Идентификация свойств полученных классов элементарных поверхностей рельефа на основе априорной и полевой информации. Оценка точности. Интеграция ЦМР и материалов ее анализа в ГИС.

    Планирование маршрутов полевого обследования территории в среде ГИС. Использование систем глобального позиционирования для организации полевых исследования и интеграции их результатов в среде ГИС.

    Дешифрирование отдельных критических свойств ландшафтных компонентов (запасы древесины, интенсивность эрозии, местообитания промысловых, редких, исчезающих видов и др.) на основе совместного анализа полевых данных, спектрозональных снимков, индексных изображений, морфометрических характеристик рельефа.

    Освоение наиболее популярных ГИС-пакетов (практикум)
    Влияние криогенных процессов на морфолитогенез и ландшафты. Рельефообразующая роль пучения и морозобойного растрескивания. Криогенное выветривание. Криогенные склоновые процессы, формы и отложения, связанные с ними.

    Заключение.
    Направление развития пространственного анализа в России и в других странах. Основные нерешенные проблемы и перспективы.

    Примерный перечень заданий для аудиторной и самостоятельной работы (компьютерный практикум):
    • Привязка топографических карт и аэрокосмических снимков в ГИС
    • Векторизация базовых слоев: изолинии, точки, контура.
    • Базовые ГИС операции: запросы, построение буферов, оверлей.
    • Создание цифровой модели рельефа (ЦМР) по разным источникам информации
    • Расчет морфометрических характеристик рельефа.
    • Планирование лесопользования (на примере Тверской области) средствами ГИС: для административных районов вычисление площади лесов разных групп, определение расчетной лесосеки для разных периодов, оформление тематических карт, содержательный анализ.Расчет морфометрических характеристик рельефа.
    • Разработка структуры базы данных, организация форм, запросов и отчетов. Визуализация информации из БД в среде ГИС.

      Примерный список контрольных вопросов и вопросов к зачету
    • Определение пространственного анализа. Соотношение с геоинформатикой.
      • Определение ГИС. История ГИС.
    • Отличия ГИС от других информационных систем.
    • Принципы интеграции разнородных данных в ГИС.
    • Базовые операции ГИС. Запросы, расчет площадей, измерение расстояний, оверлейные операции, построение буферных зон и др.
    • Организация и форматы данных ГИС. Преобразование данных.
    • Структура ГИС для целей ландшафтного картографирования.
    • Физические основы использования ДДЗ и ЦМР для целей ландшафтного картографирования.
    • Принципы и методы координатной привязки и трансформирования снимков в ГИС-пакетах.
    • Типы цифровых моделей рельефа и методы их построения.
    • Построение и анализ ЦМР для целей ландшафтного картографирования.
    • Роль ГИС в организации полевых исследований.
    • Принципы работы систем глобального позиционирования и их использование в ландшафтном картографировании.

    На зачете проверяется уровень овладения практическими навыками использования ГИС в виде решения упражнений.
    III. Распределение часов курса по темам и видам работ.
    № Наименование тем и разделов всего часов
    Аудиторные занятия, часы Самостоятельная работа, часы Лекции Семинары и практические занятия
    1 Введение. Цели, принципы и методы пространственного анализа 2 2 - -
    2 Геоинформационные системы 20 6 12 12
    3 Системы управления данными. Базы данных. 10 2 8 4
    4 Геостатистика 8 2 6 4
    5 Пространственный анализ в ландшафтном картографировании 12 4 6 6
    6 Заключение 2 2 - -
    7 ИТОГО 52 18 32 26

    IV. Форма итогового контроля.
    Экзамен

    V. Учебно-методическое обеспечение курса
      Основная литература:
    1. Баранов Ю.Б., Берлянт А.М., Капралов Е.Г. и др. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов. Под ред. Берлянта А.М., Кошкарева А.В.. - М.: ГИС-Ассоциация, 1999. - 204 с.
    2. Геоинформатика: Учеб. для студ. вузов / Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарев, В.С. Тикунов и др., под ред. В.С. Тикунова. – М.: издат. центр «Академия», 2005. – 480с.
    3. ДеМерс М.Н. Геоинформационные системы. Основы. М., Изд-во «Дата+», 1999. 490 с.
    4. Лурье И.К., Косиков А.Г., Ушакова Л.А. и др. Компьютерный практикум по цифровой обработке изображений и созданию ГИС/ Дистанционное зондирование и ГИС. – М.: Научный миор, 2004. – 148 с.
    5. Основы геоинформатики: в 2 кн. / коллектив авторов. Под ред. В.С. Тикунова. – М.: Издат. Центр «Академия», 2004. – 832с.
    6. Филатов Н.Н. Географические информационные системы. Применение ГИС при изучении окружающей среды. – Петрозаводск: изд-во КГПУ, 1997. – 104с.
    7. Руководства пользователям программных средств.
      8. Дополнительная литература:
    8. Геоэкоинформатика. – М.: изд-во МГУ, 1995. – 112с.
    9. Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации
    10. Кошкарев А.В. Понятия и термины геоинформатики и ее окружения: учебно-справочное пособие. – М.: ИГЕМ РАН, 2000. – 76с.
    11. Новаковский Б.А., Прасолова А.И., Прасолов С.В. Цифровая картография: цифровые модели и электронные карты. – М.: изд-во МГУ, 2000. – 116с.
    12. Серапинас Б.Б. Глобальные системы позиционирования. – М.: Каталог, 2002. – 106с.
    13. Тикунов В.С. Моделирование в картографии. – М.: Изд-во МГУ, 1997. – 405с.
    Программу составила:
    ст. преп. Козлов Д.Н.