Записи выполняются и используются в СО 1.004

СО 6.018

Предоставляется в СО 1.023.

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Саратовский государственный аграрный университет

имени Н.И. Вавилова

Факультет Природообустройства и лесного хозяйства

СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета Проректор по учебной работе / Соловьев Д.А./ / Ларионов С.В../ «_» 2013 г. «_» 2013 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (МОДУЛЬНАЯ)

Дисциплина «Геоинформационные технологии в мелиорации, рекультивации и охране земель»

Для специальности 280401.65 Мелиорация, рекультивация и охрана земель Кафедра «Мелиорации, рекультивации и охраны земель»

Курс III, IV Объем дисциплины:

Всего часов - Из них: аудиторных – лекций – лабораторные занятия – самостоятельная работа – курсовая работа - Форма итогового контроля: 6-й семестр – зачет; 7-й семестр – экзамен Программу составили: доцент Корсак В.В.

Саратов Введение Наиболее современными и широко применяемыми средствами для повышения качества управления мелиоративными объектами и охраной мелиорированных земель за счет представления всем лицам, принимающим решения по воздействию на орошаемые земли, полной, подробной, качественной и своевременной информации в развитых зарубежных странах являются геоинформационные технологии, обеспечивающие регистрацию информационных потоков, генерируемых распределенными пространственными объектами и накопление ее в базах данных.

Системы информационной поддержки принятия решений должны сегодня иметь оперативно и непрерывно поступающие достоверные данные, четко привязанные к пространственно-временной шкале. Процессы планирования, управления, анализа и оценки результатов, свойственные многим современным технологиям производства, исследования природных ресурсов, деятельности местных администраций становятся немыслимы без пространственного моделирования и анализа. Поэтому предмет геоинформационных систем становится более и более широким, выходя далеко за пределы чисто географических и картографических задач.

Любая информация, которая определяет географическое положение и свойства объектов, является информацией пространственной. Такая информация включает в себя описание геометрии и пространственных отношений или топологии объектов (местоположение, взаиморасположение, форма, ориентация), а также описательные данные или атрибуты (наименование, принадлежность, мощность и т.п.). По сравнению с бумажными цифровые (электронные) карты имеют ряд особенностей, главными из которых являются:

представление в любых проекциях и масштабах;

возможность хранения информации, многократно превышающей по объему ту, которую целесообразно отображать в данный момент;

объединение однотипных объектов карты в отдельные слои;

возможность представления на карте виртуальных (расчетных или прогнозных) объектов.

Существующие инструментальные средства ГИС предоставляют широкие возможности для моделирования происходящих на мелиоративных системах гидрологических и экологических процессов (движение поверхностного и подземного стока, миграция загрязняющих веществ, уровенный режим рек и др.), моделирования возможных чрезвычайных ситуаций (прорыв рек и дамб, подтопление территорий при подъеме грунтовых вод и т. д.), а также визуализации результатов моделирования на электронных картах.

Перспективно использование геоинформационных технологий при разработке проектов рекультивации нарушенных земель, например создании искусственных водоемов различного назначения на месте выработанных карьеров. За рубежом цифровые карты и Гис-анализ используется также для выбора оптимальных земельных участков для размещения полигонов захоронения твердых бытовых и промышленных отходов.

При разработке программы был использован опыт Московского государственного университета (кафедра каpтогpафии и геоинфоpматики, заведующий кафедрой доктор географических наук, профессор А.М. Беpлянт), математического факультета Алтайского государственного университета (кафедра геоинформационных технологий, заведующий кафедрой доктор технических наук, профессор Ю.А. Поляков), центра геоинформационных исследований Института географии Российской Академии наук (ЦГИ ИГ РАН, директор Н.Н. Казанцев), ЦНТИ «Мелиоводинформ» МСХ РФ (директор, кандидат технических наук Н.И. Тупикин, зам. директора В.В. Метелкин).

1. Цель и задачи курса Целью курса «Геоинформационные технологии в мелиорации, рекультивации и охране земель» является обучение будущих инженеров специальности "Мелиорация, рекультивация и охрана земель" методам применения современных информационных технологий и применению наиболее широко распространенных геоинформационных систем для решения задач мониторинга гидромелиоративных систем, моделирования происходящих на них процессов и визуализации результатов моделирования и мониторинга в виде тематических электронных карт.

По содержанию курс «Геоинформационные технологии в мелиорации, рекультивации и охране земель» состоит из нескольких специальных разделов:

1. Основы геоинформационных технологий.

2. Создание цифровых (электронных) карт и атрибутивных баз данных для них.

3. Применение геоинформационных технологий в системах мониторинга мелиорированных и нарушенных земель.

';

4. Применение геоинформационных технологий при разработке проектов рекультивации нарушенных земель.

Кроме этого, в курсе даются сведения о современных системах управления реляционными базами данных, и нормативные требования к разработке цифровых (электронных) карт.

Задачи изучения дисциплины.

В результате изучения дисциплины студент должен:

изучить основы современных геоинформационных технологий;

научиться создавать цифровые (электронные) карты с помощью программных комплексов ArcGIS DeskTop и ArcView;

уметь определять структуру, создавать и наполнять таблицы атрибутивных данных для слоев электронной (цифровой) карты;

уметь разрабатывать тематические карты различной информационной направленности на базе атрибутивных данных;

- знать основные требования к мониторингу мелиоративных систем, а также методы, средства, способы ведения наблюдения за состоянием сооружений гидромелиоративных систем, обслуживаемых ими земель и прилегающих территорий, уметь оценивать результаты наблюдений и принимать решения на основании этих оценок;

- уметь использовать средства геинформационных систем и электронные (цифровые) карты для проектирования гидромелиоративных систем и объектов рекультивации нарушенных земель.

2. Исходные требования к подготовленности студентов.

При изучении дисциплины «Геоинформационные технологии в мелиорации, рекультивации и охране земель» студент должен иметь знания, полученные при изучении следующих дисциплин:

Неорганическая Основные классы неорганических химических веществ. Кислоты, соли и химия щелочи. Понятие о кислотности и щелочности среды. Водородный показатель рН. Основные химические соединения азота, фосфора и калия применяемые в качестве минеральных удобрений. Токсичные неорганические Органическая хи- Основные классы органических химических веществ. Токсичные органимия ческие вещества и их применение в сельском хозяйстве.

Инженерная гео- Изображение земной поверхности на планах и картах. Картографические дезия проекции. Карта, план, профиль. Масштабы планов и карт.

Информатика Современные ПЭВМ. Их составные части. Назначение операционных систем. Операционная система Windows. Системы управления базами данных.

Экология с осно- Оценка антропогенных воздействий на составные части экосистем. Паравами метеороло- метры реакций живых организмов (в т. ч. человека) на изменения округии жающей среды. Опасные метеорологические явления. Пыльные бури Почвоведение с Происхождение, состав и свойства почв. Физические, водные, воздушные основами земле- и тепловые свойства почвы. Водный, воздушный и тепловой режимы делия почв. Генезис, характеристика, классификация почв.

Мелиорация зе- Виды мелиораций. Орошение и осушение. Режим орошения (оросительная мель и поливная норма). Прогноз подъема УГВ в результате орошения. Вторичное засоление и осолонцевание.

По дисциплине «Геоинформационные технологии в мелиорации, рекультивации и охране земель» входной контроль проводится в начале 6 семестра. Этот вид контроля позволит проверить исходный уровень знаний студента и его готовность к изучению данной дисциплины. Входной контроль позволяет оценить знание студента законов, определений, формул по базовым дисциплинам. При этом студент должен проявить эрудицию и наблюдательность, подтвердить, что интересовался вопросами свой будущей специальности.

В приложении 1 даны вопросы входного контроля.

4.Содержание дисциплины с разбивкой по модулям.

Основы геоинформационных технологий Лекция №1 Назначение, основные составные части и понятия геоин- формационных систем. Наиболее распространенные программные продукты в области ГИС-технологий.

технологий. Картографические проекции и их применении в Лекция №3 Электронные (цифровые) карты. Этапы разработки и средст- Лекция №4 Нормативные требования к электронным картам. Контроль семантической правильности цифровых карт. Идентификация объектов цифровой карты.

Лекция №5 Векторные и растровые модели графических данных. Слои карты. Графические примитивы – точки, узлы, полиномы.

Лабораторное Изучение исходного бумажного картографического мате- занятие №1 риала, оценка его качества и степени пригодности для целей разрабатываемой геоинформационной системы.

Лабораторное Сканирование топографических карт на бумажных носите- занятие №2 лях. Получение растрового изображения карты из нескольких частей с помощью графического редактора.

Лабораторное Знакомство с пакетом ArcGis Desktop и его справочной сис- занятие №3 темой Лекция №6 Состав структура программного комплекса разработки гео- информационных систем ArcGIS DeskTop. Создание слоев цифровой карты с помощью программы ArcCatalog.

Лекция №7 Покрытия (coverage) и шейп-файлы в ArcGIS DeskTop. То- пологические и нетопологические векторные представления графических данных. Программа ArcToolBox. Процедуры Лекция №8 Понятия базы данных и системы управления базами данных (СУБД). Методы поиска информации в базе данных. Реляционные базы данных. Требования к структуризации данных в базе. Наиболее распространенные СУБД и форматы файлов Лекция №9 Понятие атрибутивной таблицы и атрибутивной базы данных, их связь с графическими объектами цифровой карты. Форматы полей в атрибутивной таблице. Способы поиска информации. Экспорт атрибутивных данных.

граммы ArcCatalog. Заполнение таблицы тиков. УстановлеЛабораторное ние связей между растровым изображением карты и тиками занятие № с помощью модуля расширения Georeferencing. Сохранение Лабораторное Создание и редактирование графических объектов типа «ли- занятие №5 ния (line) и точка (point).

Лабораторное Создание и редактирование графических объектов типа «по- занятие №6 лигон (polygon). Использование процедур BUILD и CLEAN.

Лабораторное Создание и заполнение атрибутивной таблицы в ArcGIS занятие №7 Desktop.

Лабораторное Создание и подключение внешних файлов атрибутивной ба- занятие №8 зы данных.

Лабораторное Использование информации атрибутивной базы данных для занятие №9 создания тематических карт. Оформление тематических карт.

Применение геоинформационных технологий в системах мониторинга мелиорированных и нарушенных земель Лекция №10 Методика ведения мониторинга мелиорированных земель в Российской Федерации и Саратовской области. Структура мониторинга мелиорированных земель.

Лекция №11 Использование геоинформационных технологий для мони- торинга мелиорированных земель в России и за рубежом.

Геоинформационные технологии нарушенных земель. Источники информации для геоинформационных систем мониторинга.

Лекция №12 Понятие и методы дистанционного зондирования земной поверхности. Аэрофотосъемка, космические снимки. Изучение излучения земной поверхности. Использование средств авионики для изучения свойств объектов земной поверхности.

Лекция №13 Понятие и методы глобального спутникового позициониро- вания (GPS). Использование средств глобального спутникового позиционирования для исследования мелиорированных Лекция №14 Понятие о геоинформационном анализе (ГИС-анализ). Ис- пользование ГИС-анализа при мониторинге мелиорированных земель.

Лабораторное Саратовской области на бумажных и компьютерных носитезанятие № Лабораторное Изучение состава и структуры системы локального геоин- занятие №11 формацонного мониторинга орошаемых земель.

Лабораторное Применение средств ГИС для анализа состояния мелиориро- занятие №12 ванных земель по их цифровой карте.

Лабораторное Разработка карты контуров загрязнения земель с помощью занятие №13 модулей расширения 3D Analyst и Spatial Analyst.

ботке проектов рекультивации нарушенных земель Лекция №15 Методы изображения рельефа на цифровой карте. Горизон- тали, матрицы высот рельефа и триангуляционные нерегулярные сети.

Лекция №16 Триангуляционные нерегулярные сети (TIN) и их примене- ние для моделирования рельефа. Триангуляция Делоне. Ребра и грани TIN. Исходные данные для моделирования: массовые точки, линии перегиба и области исключения.

Лекция №17 Способы визуализации трехмерного изображения рельефа местности. Программа ArcScene.

Лекция №18 Методы интерполяции данных для получения матриц высот рельефа. Использования средств ГИС для выделения контуров загрязнения земель и уровней грунтовых вод.

Лабораторное ние его атрибутивной таблицы. Создание слоев линия перезанятие № Лабораторное Создание изображений трехмерных поверхностей с помо- занятие №15 щью модулей расширения 3D Analyst и Spatial Analyst.

Лабораторное кусственного водоема с помощью 3D Analyst и Spatial Anaзанятие №16 lyst. Использование созданных моделей для построения батиграфических кривых искусственного водоема.

Использование TIN для изучения свойств поверхности ЗемЛабораторное занятие № Построение продольного профиля.

Поиск оптимального участка расположения полигона для Лабораторное захоронения твердых бытовых и промышленных отходов с занятие № Выходной контроль (экзамен) проводится по расписанию Учебный график изучения дисциплины дан в приложении 2.

5. Краткая организационно-методическая характеристика.

Обучение по дисциплине «Геоинформационные технологии в мелиорации, рекультивации и охране земель» проводится в форме лекций, практических занятий и самостоятельной работы.

При чтении лекций используются презентации, демонстрируемые с помощью компьютерного видеопроектора. Лабораторные занятия проводится в компьютерном классе с использованием программного обеспечения фирм Microsoft и ESRI (Microsoft Access XP, Microsoft Excel XP, Microsoft Visual FoxPro for Windows, ArcGIS Desktop 8.1. ArcView GIS 3.1).

Выделяется 36 ч. самостоятельной работы, из них:

12 ч. – на курсовую работу;

12 ч. – на подготовку к модулям;

6 ч. – на подготовку к зачету;

6 ч. – на подготовку к экзамену.

Текущий контроль осуществляется в ходе проведения лабораторных занятий в форме индивидуального устного собеседования. Максимальный рейтинг за каждое практическое занятие 5 баллов. При простановке рейтинга учитывается прилежание студента – 1 балл, уровень знаний – 3 балла, активной работы – балл. Прилежание – это подготовка к работе, качество оформления рабочей тетради. Рубежный контроль проводится после каждого модуля. Контрольные вопросы даны в приложении 3.

6. Содержание и методика выходного контроля Вопросы, выносимые на зачет, охватывают учебный материал 1,2 модулей, экзамен – 1,2,3 и 4 модулей. Зачет и экзамен проводятся в виде устного собеседования.

Студенты, набравшие за входной и рубежные контроли менее 14,0 баллов не допускаются к экзамену. Набравшие от 14,0 до 19,8 баллов сдают экзамен.

Студентам, набравшим 19,9 и более баллов, ставится экзаменационная оценка без сдачи зачета.

Если студент набрал по результатам рубежных и выходного контролей от 30,6 до 36,0 баллов – ему выставляется «отлично», от 27 до 30,5 баллов – «хорошо» и от 21,6 до 26,9 баллов – «удовлетворительно».

При изучении дисциплины «Геоинформационные технологии в мелиорации, рекультивации и охране земель» используется рейтинговая система оценки знаний, умений и навыков студентов. Максимальные баллы, которые может получить студент по видам контроля, приведены в таблице 3.

Итоговый рейтинг проставляется в зачетку и ведомость.

Основная:

1. Корсак В.В., Затинацкий С.В., Фалькович А.С. Геоинформационные системы в гидромелиорации / учебное пособие. – М.: МГУП, 2003. – 88 с. (в издательстве) 2. Корсак В.В., Затинацкий В.В., Холуденева О.Ю. Геоинформационные системы в гидромелиорации / учебное пособие к практическим занятиям. – М.:

МГУП, 2003. – 55 с. (в издательстве) 3. Попов В.С., Затинацкий С.В., Корсак В.В. Реляционные базы данных / учебное пособие. – М.: МГУП, 2003. – 63 с. (в издательстве) Дополнительная:

1. ДеМерс Географические информационные системы. Основы. / Пер. с англ. СП Дата+. – М.: 1999, - 490 с.

2. Зейлер М. Моделирование нашего мира. Руководство ESRI по ГИС-анализу / Пер. с англ. СП Дата+. – М.: 2001, - 190 с.

3. Королев Ю. Теоретическая геоинформатика. – М.: Дата+, - 2001 г. – 96 с.

4. Митчелл Э. Руководство ESRI по ГИС-анализу. Т. 1. Географические закономерности и взаимодействия / Пер. с англ. СП Дата+. – М.: 2001, - 254 с.

5. Никитенков Б.Ф., Пастухова Е.В. и др. Оценка воздействия на окружающую среду и экологическая экспертиза. М.: Изд-во МГУП, - 2001. – 231 с.

6. Попов М.А. Инженерная защита окружающей среды. Ч. 1. Природные экосистемы и человек. Учебное пособие. – М.: Изд-во МГУП, - 2000, - 236 с.

7. Соломон К. Microsoft Office 97: разработка приложений / пер. с англ. – Спб.:

БХВ - Санкт-Петербург, 1998. – 560 с.

8. Тихонов А.Ф., Тихонова Л.Н. Visual FoxPro 5.0 (серия «Без проблем!») – М.:

Восточная Книжная Компания, 1997. – 464 с.: ил.

9. Шабанов В.В., Галямина И.Г., Беглярова Э.С., Юрченко Н.Ф. Комплексное использование водных ресурсов и охрана природы. – М.: Колос, 1994.

10. ЦНТИ «Мелиоводинформ». Основные аспекты агроландшафтов, их взаимодействие с мелиоративными системами. - М., 1994.

11. ГОСТ Р ИСО 14001-98 Системы управления окружающей средой. Требования и руководство по применению.

ВОПРОСЫ ВХОДНОГО КОНТРОЛЯ

1. Основные классы неорганических химических веществ. Кислоты, соли и щелочи.

2. Понятие о кислотности и щелочности среды. Водородный показатель рН.

3. Основные химические соединения азота, фосфора и калия применяемые в качестве минеральных удобрений.

4. Природная среда, ландшафт, агроландшафт.

5. Правило меры преобразования природных систем 6. Водная и ветровая эрозия.

7. Виды мелиораций.

8. Оросительные мелиорации.

9. Осушительные мелиорации.

10. Режим орошения (оросительная и поливная норма).

11. Прогноз подъема УГВ в результате орошения.

12. Вторичное засоление и осолонцевание.

13. Уравнение водного баланса и его составляющие.

14. Нормативы, регулирующие загрязнение почв. Понятия предельно допустимых концентраций (ПДК).

15. Лимитирующие показатели вредности.

16. Тип и степень засоления почв.

17. Дренажно-сбросные воды.

18. Очистка и использование дренажно-сбросных вод.

19. Понятие картографической проекции. Основные типы проекций.

20. Геодезические координаты. Долгота и широта.

21. Климат и его значение.

«Геоинформационные технологии в мелиорации, рекультивации и охране земель»

«Геоинформационные технологии в мелиорации, рекультивации и охране земель»

1. Понятие и назначение геоинформационных систем.

2. Основные составные части геоинформационных систем.

3. История развития геоинформационных технологий.

4. Наиболее распространенные программные продукты в области геоинформационных технологий.

5. Электронные (цифровые) карты.

6. Сканирование карт.

7. Типы сканеров и их свойства.

8. Назначение, основные составные части и понятия геоинформационных систем.

9. Картографические проекции и их применении в геоинформационных системах 10.Этапы разработки и средства создания электронных карт.

11.Нормативные требования к электронным картам 12.Контроль семантической правильности цифровых карт 13.Идентификация объектов цифровой карты.

14.Векторные и растровые модели графических данных 15.Слои карты 16.Графические примитивы – точки, узлы, полиномы 17.Особые точки дуг – узлы 1. Состав структура программного комплекса разработки геоинформационных систем ArcGIS DeskTop 2. Создание слоев цифровой карты с помощью программы ArcCatalog.

3. Покрытия (coverage) и шейп-файлы в ArcGIS DeskTop 4. Топологические и нетопологические векторные представления графических данных.

5. Программа ArcToolBox 6. Понятия базы данных и системы управления базами данных (СУБД).

7. Методы поиска информации в базе данных. Реляционные базы данных.

8. Требования к структуризации данных в базе.

9. Наиболее распространенные СУБД и форматы файлов баз данных.

10.Понятие атрибутивной таблицы и атрибутивной базы данных, их связь с графическими объектами цифровой карты 11.Форматы полей в атрибутивной таблице 12.Способы поиска информации.

13.Заполнение таблицы тиков 14.Установление связей между растровым изображением карты и тиками с помощью модуля расширения Georeferencing 15.Сохранение и использование таблицы тиков.

16.Использование процедур BUILD и CLEAN 17.Создание и подключение внешних файлов атрибутивной базы данных.

18.Использование информации атрибутивной базы данных для создания тематических карт.

19.Оформление тематических карт.

1. Методика ведения мониторинга мелиорированных земель в Российской Федерации и Саратовской области 2. Структура мониторинга мелиорированных земель.

3. Использование геоинформационных технологий для мониторинга мелиорированных земель в России и за рубежом.

4. Геоинформационные технологии мониторинга нарушенных земель.

5. Источники информации для геоинформационных систем мониторинга.

6. Понятие и методы дистанционного зондирования земной поверхности.

7. Аэрофотосъемка, космические снимки.

8. Изучение излучения земной поверхности.

9. Использование средств авионики для изучения свойств объектов земной поверхности.

10. Понятие и методы глобального спутникового позиционирования (GPS).

11. Использование средств глобального спутникового позиционирования для исследования мелиорированных и нарушенных земель.

12. Понятие о геоинформационном анализе (ГИС-анализ).

13. Использование ГИС-анализа при мониторинге мелиорированных земель.

14. Разработка карты контуров загрязнения земель с помощью модулей расширения 3D Analyst и Spatial Analyst.

15. Применение средств ГИС для анализа состояния мелиорированных земель по их цифровой карте.

1. Методы изображения рельефа на цифровой карте.

2. Триангуляционные нерегулярные сети (TIN) и их применение для моделирования рельефа.

3. Матрицы высот рельефа 4. Триангуляция Делоне.

5. Ребра и грани TIN.

6. Исходные данные для моделирования: массовые точки, линии перегиба и области исключения 7. Способы визуализации трехмерного изображения рельефа местности.

8. Программа ArcScene 9. Методы интерполяции данных для получения матриц высот рельефа.

10.Использования средств ГИС для выделения контуров загрязнения земель и уровней грунтовых вод.

11.Создание изображений трехмерных поверхностей с помощью модулей расширения 3D Analyst и Spatial Analyst.

12.Создание трехмерных моделей обводненного карьера и искусственного водоема с помощью 3D Analyst и Spatial Analyst.

13.Использование трехмерных моделей для построения батиграфических кривых искусственного водоема.

14.Использование TIN для изучения свойств поверхности Земли.

15.Построение продольного профиля с помощью ГИС.

16.Поиск оптимального участка расположения полигона для захоронения твердых бытовых и промышленных отходов с помощью ГИС-анализа.