Программа дисциплины «Геоинформационное картографирование»

Автор: проф. И.К. Лурье

Целями освоения дисциплины являются: фундаментальная подготовка

бакалавров для научно-исследовательской и проектно-производственной деятельности;

выработка у студентов профессиональных навыков в области картографирования на

основе современных компьютерных и информационных технологий, баз данных и

знаний для выполнения исследований в области наук о Земле.

Задачи: понимание места и роли ГИС-технологий в современной картографии, овладение теоретическими представлениями и практическими навыками применения геоинформационных методов картографирования, владение методами и технологиями проектирования и использования картографических баз данных для создания тематических и общегеографических карт.

Место дисциплины в структуре ООП:

«Геоинформационное картографирование» дисциплина – общепрофессионального блока базовой части ООП бакалавриата (модуль «Геоинформатика и геоинформационное картографирование»). Дисциплина читается во 6-ом семестре, 3-й курс. Ее изучение дает фундаментальные знания в области методов и технологий современной картографии, базирующиеся на концепции интеграции картографии, геоинформатики и методов аэрокосмических исследований.

Для освоения материала разделов дисциплины необходимы знания информатики и компьютерных технологий, географии и картографии, полученные в курсах «Информатика с основами геоинформатики», «Картоведение», «Математическая картография», «Геодезические основы карт», «Геоинформатика», а также в курсах «Высшая математика и программирование», «Дешифрирование аэрокосмических снимков». Изучение дисциплины необходимо для освоения последующих дисциплин:

«Математико-картографическое моделирование», «Картографический метод исследования» и разделов модуля «Географическое картографирование», для выполнения производственной практики и написания выпускной работы.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

• знать теоретические положения геоинформационного картографирования как программно управляемого создания и использования карт на основе ГИС и баз картографических данных и знаний, информационно-картографического моделирования геосистем и как отрасли картографии;

• уметь создавать картографические базы и банки данных, разрабатывать картографический дизайн в ГИС-пакетах и использовать ресурсы Интернет для целей картографирования;

• владеть базовыми знаниями в области информатики, компьютерных и мультимедийных технологий, программных средств, ГИС- технологиями картографирования и моделирования, методами создания электронных карт.

Содержание Раздел 1. Теоретические основы геоинформационного картографирования Тема 1. Введение, основные положения, определения Особенности и задачи геоинформационного картографирования (ГК); взаимосвязь положений геоинформатики и ГК. Основные этапы развития методов и средств автоматизации в картографии. ГИС-технологии (геокодирование, оверлей, пространственные запросы, построение буферных зон и др.) в геоинформационном картографировании: Географические основы ГК. Структура системы геоинформационного картографирования.

Тема 2. Получение и представление данных в системах ГК.

Источники данных геоинформационного картографирования. Устройства и методы цифрования карт. Модели и форматы пространственных данных, обменные форматы. Задачи проектирования БД для геоинформационного картографирования.

Принципиальные отличия картографических БД и объектных БД ГИС. Представление точечных, линейных и площадных объектов в БД и на цифровой карте. Связь параметров цифрования с масштабом и уровнем генерализации карт. Понятие мультимасштабного картографирования. Технологии вывода картографических изображений: электронные и компьютерные карты; графические стандарты;

спецификация цвета и цветовые палитры. Понятие качества цифровой карты.

Интернет-картографирование. Использование инфраструктуры пространственных данных в картографии. Принципы создания открытой цифровой картографической основы и ее использование при создании различных тематических карт.

Раздел 2. Методы геоинформационного картографирования Тема 3. Использование средств ГИС-пакетов в целях геоинформационного картографирования Структура, терминология и функциональные возможности картографических пакетов программ, их сопоставление. Создание картографических (тематических) слоев на основе пространственных и табличных баз данных. Способы редактирования картографических слоев. Способы построения выборок объектов разных тем.

Установка картографических свойств (проекций); создание компоновки карты.

Тема 4. Методы создания общегеографических и тематических компьютерных карт Преобразование систем координат картографических изображений при известных и неопределенных проекциях. Методы классификации показателей для анализа и картографического отображения; получение интегрированных показателей. Создание аналитических карт по данным атрибутивных таблиц БД. Создание тематических карт на основе методов пространственного моделирования. Реализация картометрических функций (алгоритмы определения пересечения линий, подсчета длин линий и площадей замкнутых контуров; определение положения центральной точки, определения корреляционных связей и др.). Использование теории фракталов. Методы визуализации пространственных данных: построение электронной и компьютерной карт; качественные и количественные шкалы и методы их построения в ГИС-пакете на основе атрибутивных данных. Методы компьютерной обработки снимков для создания тематической карты. Принципы алгоритмов компонентного анализа, классификации и кластеризации и их применение для создания тематических карт. Построение карт динамики явления (объектов) по картам и снимкам, применение методов анимации.

Раздел Автоматизированная генерализация и мультимасштабное 3.

картографирование Тема 5. Базовые методы представления пространственных отношений объектов Дирекционные отношения между объектами в пространстве. Методы оценки взаимного положения объектов, вычисление направлений. Методы оценки расстояния между объектами. Представление топологических отношений между объектами в пространстве. Матрица пересечений Эгенхофера. Сигнатурные матрицы различных типов отношений.

Методика построения и использования оболочки объектов: ограничивающий прямоугольник, выпуклая оболочка, минимальный по площади ограничивающий прямоугольник. Разбиения плоскости: замощения, покрытия, упаковки. Использование триангуляции Делоне и диаграммы Вороного. Локальная плотность пространственного распределения точечных объектов. Оценка плотности с помощью диаграммы Вороного. Типы пространственных распределений: равномерное, случайное, кластерное. Типичные графики распределения минимальных расстояний, площадей полигонов Вороного, индекса Моришита. Оценка типа распределения с помощью индекса Моришита: методика вычисления, примеры графиков индекса. Оценка типа распределения с помощью гистограмм распределения расстояний до ближайшего соседа, гистограммы площади полигонов Вороного Тема 6. Автоматизированная генерализация Понятие автоматизированной генерализации. Генерализация модели и генерализация карты. Виды генерализации. Примеры. Операторы генерализации обзор: содержание, геометрия, символы, подписи. Кластеризация точек методами Ксредних и ISODATA. Алгоритмы отбора точек. Алгоритмы регионализации точек.

Последовательные и итеративные алгоритмы генерализации линий. Алгоритмы ЛиОупеншоу и Ванга-Мюллера для генерализации линий. Алгоритмы генерализации множества линий: гидрография, дорожная сеть. Алгоритмы генерализации полигонов:

пропорциональное разделение, слияние. Методы генерализации цифровых моделей рельефа: передискретизация, фильтрация, адаптивная фильтрация, структурная генерализация, спектральный анализ.

Тема 7. Мультимасштабное картографирование Мультимасштабное картографирование и его основные принципы: разделение на уровни детализации, комбинирование данных, масштабный диапазон и масштабный ряд, видоизменение способов изображения, основные правила. Структура и содержание баз пространственных данных для мультимасштабного картографирования.

Оптимизация отображения больших массивов данных в разных масштабах:

пространственное упорядочение, методы упорядочения, кривые упорядочения;

пространственные индексы, векторный тайлинг, растровые пирамиды.

Картографические сервисы: клиент-серверная архитектура, различные сценарии распределения функций визуализации данных. Современные картографические сервисы открытого доступа: Google Maps, Yandex Maps, OpenStreetMap, Microsoft Bing Maps. История создания, функциональность, источники данных, полнота данных, особенности оформления.

Рекомендуемая литература Основная:

Берлянт А. М. Картография. М.: КДУ, 2010, 322 с.

Берлянт А. М. Теория геоизображений. М.: ГЕОС, 2006, 261 с.

Картоведение / Под ред. А. М. Берлянта. М.: Изд-во Аспект-Пресс, 2003. 477 с.

Лурье И.К. Геоинформационное картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков: учебник. М.: КДУ, 2008, 2010. 424 с.

Серапинас Б. Б. Математическая картография. М.: Издательский центр «Академия», 2005. 336 с.

Дополнительная:

Берлянт А. М. Картографический метод исследования. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. 252 с.

Берлянт А. М., Мусин О. Р., Собчук Т. В. Картографическая генерализация и теория фракталов. М.: Астрея, 1998. 136 с.

Берлянт А. М., Ушакова Л. А. Картографические анимации. М.: Научный мир, 2000.

Берлянт А.М. Картографический словарь. М.: Научный мир, 2005. С. Буйе Ф. Автоматизированная тематическая картография и ее применение. // Картография. Вып. 2. Использование карт в научных и практических целях в зарубежной картографии. М.: Прогресс, 1983. С. 161- Востокова А. В., Кошель С. М., Ушакова Л. А. Оформление карт. Компьютерный дизайн. М.: Аспект-ПРЕСС, 2002. 278 стр.

География, общество, окружающая среда. Том VII «Картография, геоинформатика, аэрокосмическое зондирование». / Под ред. А. М. Берлянта, Ю. Ф. Книжникова. М.:

Изд. Дом «Городец», 2004. 24 с. +32 с. цв ГОСТ Р 50828–95. Государственный стандарт Российской Федерации «Геоинформационное картографирование. Пространственные данные, цифровые и электронные карты. Общие требования», М.: ИПК Изд-во стандартов. ГОСТ Р 551353–99. Государственный стандарт Российской Федерации «Геоинформационное картографирование. Метаданные электронных карт. Состав и содержание», М.: ИПК Изд-во стандартов. 1999.

Заруцкая И. П., Гусева И. Н. Согласование карт в комплексном региональном атласе // Метод. указания по проектированию и составлению карт комплексных научн.справочн. атласов. Вып. 22. М.: Изд-во МГУ, 1971. 35 с.

Лурье И. К. Косиков А. Г. Теория и практика цифровой обработки изображений М.:

Изд-во Научный мир, 2003. 168 с.+8 с. цв.

Новаковский Б. А., Прасолова А. И., Прасолов С. В. Цифровая картография:

цифровые модели и электронные карты. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2000. 116 с.

Кравцова В. И. Космические методы картографирования / Под ред. Ю. Ф.

Книжникова. М.: Изд-во МГУ, 1995. 236 с.

Лабутина И. А. Дешифрирование аэрокосмических снимков. М.: Аспект Пресс, 2004. 184 с., 8 цв. вкл.

Лютый А. А. Язык карты: сущность, система, функции. М.: Ин-т географии АН СССР, 1988. 292 с.

Jones C. Geographical Information Systems and Computer Cartography. Longman Limited, 1997. 319 p.

Tobler W. Map Transformation of Geographical Space. Unpublished PhD dissertation, Univ. Of Washington, 1961. 84 p.

Интернет-ресурсы:

http://www.gisa.ru http://gis-lab.info http://www.geospatialworld.net http://www.directionsmag.com http://www.gislounge.com