1

1. Цель освоения дисциплины

Дисциплина «Геоинформационные системы» формирует у обучающихся

студентов-специалистов очной формы обучения знания и практические навыки

в создании и ведении геоинформационных систем (ГИС), а также вырабатывает

компетенции, которые дают возможность профессионально участвовать в производственно-технологической, проектной и организационно-управленческой

деятельности.

Цель изучения дисциплины «Геоинформационные системы» – формирование у студентов:

– материалистического мировоззрения, поскольку предметом изучения являются материальные геообъекты, геоявления и их материальные проявления;

– понимания основ геоинформатики и методов представления, обработки и анализа геоинформации в современных ГИС;

– первичных навыков геоинформационного моделирования процессов, явлений, объектов геопространства и их проявлений;

– умения систематизировать и анализировать геоинформацию для решения конкретных практических, в частности, геологических задач;

– практических навыков работы с наиболее современными и наиболее совершенными базами данных ГИС, хранящими и анализирующими одновременно графическую и атрибутивную информацию.

– знания фундаментальных концепций и профессиональных разработок в области геоинформационных технологий.

В проектной деятельности дисциплина «Геоинформационные системы»

дает основы квалифицированного подхода к цифровому моделированию геологических объектов как на предпроектном этапе, так и на этапе проектирования.

В научно-исследовательской деятельности знание дисциплины «Геоинформационные системы» важно, например, – для понимания разнообразных пространственных задач, решаемых в процессе изучения горно-геологических сред;

– для получения на этой основе новых геологических знаний (например, характерного распределения горных пород на той или иной территории);

– для прогнозирования производственно-технологических параметров развития месторождений, а также чрезвычайных ситуаций, возникающих в процессе добычи полезных ископаемых.

В области организационно-управленческой деятельности дисциплина учит умению осуществлять геопространственный анализ геологических данных, дающий обоснование принимаемым управленческим и производственнотехническим решениям.

2. Место дисциплины в структуре ООП специалитета Изучение дисциплины «Геоинформационные системы» основывается на знаниях, полученных студентами при изучении математики, физики, информатики, основ геодезии и топографии.

Основные входные знания, умения и навыки, необходимые для изучения дисциплины «Геоинформационные системы»:

– умение выполнять обработку данных в интерактивной компьютерной среде Windows с использованием прикладных программ и отдельных моделей;

– умение выполнять математическую обработку данных в декартовой прямоугольной системе координат;

– умение выполнять простейшую обработку картографических данных традиционных карт, представленных на твердой основе;

– навыки пространственного мышления (видения) в выделении пространственного объекта (предмета) и его свойств, характеристик и параметров, необходимых для решения поставленной прикладной задачи.

3. Компетенции обучающихся студентов, формируемые в результате освоения дисциплины Освоение дисциплины «Геоинформационные системы» направлено на формирование у студентов следующих профессиональных компетенций (в скобках поясняется их содержание, курсивом выделены фрагменты, имеющие непосредственное отношение к целям и задачам дисциплины «Геоинформационные системы»):

– ПК-2 (готовностью самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности);

– ПК-7 (готовностью понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознает опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны);

– ПК-8 (умением применять основные методы, способы и средства получения, хранения и обработки информации, приобретая навыки работы с компьютером как средством управления информацией);

в производственно-технологической деятельности – – ПК-13 (готовностью осуществлять привязку своих наблюдений на местности, составлять схемы, карты, планы, разрезы геологического содержания);

в научно-исследовательской деятельности – – ПК-24 – способностью проводить математическое моделирование процессов и объектов на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и исследований).

В результате приобретения компетенции ПК-2 студенты должны – знать основы и принципы геоинформационного моделирования и этапы создания ГИС-проектов;

– уметь использовать методы геоинформационного моделирования и ГИС для создания и поддержки графических геологических и иных пространственных данных и цифровых векторных и растровых моделей;

– владеть способами построения, редактирования и актуализации геоинформационных моделей и геоданных в составе ГИС, а также базовыми программными средствами преобразования геоинформационных данных и геоинформационных моделей из одной программной среды к другую.

В результате приобретения компетенции ПК-7 студенты должны – знать содержание основных стандартов и нормативных документов, имеющих отношение к геоинформационной деятельности и, в частности, к созданию и ведению ГИС;

– уметь определить принадлежность той или иной геоинформации геологического содержания к тому или иному виду информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны;

– владеть навыками использования нормативно-правовых документов в своей профессиональной деятельности и навыками соотносения требований нормативов и стандартов с параметрами решаемых с помощью ГИС практических геологических задач.

В результате приобретения компетенции ПК-8 студенты должны – знать основы компьютерной обработки разнообразных геоданных;

– уметь использовать методы архивации геоданных для обеспечения их сохранности в течение длительного времени;

– владеть методами геоинформационной обработки геологических данных.

В результате приобретения компетенции ПК-13 студенты должны – знать основы методов создания, редактирования и актуализации цифровых карт и планов общегеографического и геологического содержания;

– уметь осуществлять привязку графических и атрибутивных данных к местным, геоцентрическим и геодезическим системам координат и к базовым картографическим проекциям;

– владеть способами и приёмами построения тематических слоёв, разрезов и трехмерных моделей геологического содержания.

В результате приобретения компетенции ПК-24 студенты должны – знать используемые в ГИС-технологии методы систематизации и классификации геоданных и основы методов математического моделирования;

– уметь анализировать геоданные и соотносить их с параметрами решаемой практической задачи;

– владеть базовыми функциональными средствами ГИС программных оболочек MapInfo, ArcView, ArcGIS, Geomedia и других.

Приобретенные в процессе изучения дисциплины «Геоинформационные системы» компетенции должны способствовать обеспечению полноценной профессиональной деятельности выпускаемых КузГТУ специалистов прикладной геологии.

3.1. Матрица соотнесения тем/разделов учебной дисциплины Общая трудоемкость дисциплины – 4 ЗЕ (144 часа), в том числе: аудиторная работа – 1,56 ЗЕ (56 часов = 14 часов лекций + 42 часа лабораторных работ), самостоятельная работа – 1,44 ЗЕ (52 часа), экзамен – 1 ЗЕ (36 часов).

НеОбъ- деля семе Раздел дисциплины (темы лекций и их содержание) стра Тема 1. Организация информации в ГИС. Модели геоданных.

Основы геоинформатики. Гепространство как объект исследований.

Понятие географического объекта. Способы представления и структура пространственных данных в ГИС. Модели и источники данных ГИС. Привязка растрового картографического изображения к системе координат и к картографической проекции. ИПД и РИПД.

Тема 2. Векторизация растровых изображений и ГИС-проекты Понятие ГИС-проекта. Структура и состав ГИС-проекта. Геологические ГИС-проекты. Векторизация растровых картографических изображений. Режимы векторизации. Операции редактирования векторных объектов, в частности, геологических. Классификации объектов и цифровые классификаторы.

Тема 3. Атрибутивные данные ГИС и SQL-запросы Организация атрибутивной информации в ГИС. Тематические базы данных. SQL-запросы. Геологические геоинформационные данные и их обработка с помощью SQL-запросов. Использование в ГИС удаленных и распределенных БД Тема 4. Картографирование в ГИС и преобразования координат Основы картографирования. Системы координат и картографические проекции. Аффинные и проективные преобразования координат объектов векторных слоев ГИС. Триангуляция Делоне.

Тема 5. Моделирование и анализ данных в ГИС Виды классификаций ГИС. Аппаратное и программное обеспечение ГИС. Растровые и векторные ГИС. Функциональные возможности и пользовательские интерфейсы различных ГИС-оболочек и приложений. Моделирование пространственных и геологических объектов на основе их топологических отношений. Моделирование геологических поверхностей и трехмерных геологических объектов.

Тема 6. Тематическое картографирование в среде ГИС.

Построение тематических слоев векторных ГИС и тематических геологических слоев.

Тема 7. Обработка данных дистанционного зондирования в ГИС Обзор ДДЗ на рынке пространственных данных. Метаданные ГИС и системы ДЗЗ. Использование ДДЗ в ГИС для обновления карт и планов и для анализа геоданных. Регистрация космоснимка и аэроснимка в ГИС. Анализ геологических данных по космоснимкам и аэроснимкам.

местра Привязка растрового изображения к пользовательской системе координат и к картографической про- Векторные общегеографические и геологические Топологические геоинформационные модели векторных карт территории. Топология геологических Изучение векторного редактора MapInfo Professional с использованием геологических данных. Создание, редактирование и конвертирование векторных ГИСпроектов в САПР. Импорт данных из САПР.

Обработка геоданных муниципальной ГИС на примере геоданных г.Кемерово Конвертирование ГИС-данных в иные геоинформационные среды на примере геологических данных.

Пространственный ГИС-анализ геологических данных в среде MapInfo. Утилиты MapInfo Professional и элементы программирования в геоинформационной среде.

Тематические геологические карты в MapInfo Professional и иных геоинформационных средах.

Актуализация геоинформационных геологических Актуализация геоинформационных геологических местра 4.3. Самостоятельная работа студентов (1,44 ЗЕ) Целью самостоятельной работы студентов является углубленное изучение ими дисциплины «Геоинформационные системы», закрепление полученных знаний, а также формирование культуры умственного труда и самостоятельности в поиске и приобретении новых знаний.

Изучение нормаТестиро- Р 51607-2000; З 50828-95;

Актуализация геоУчебная и учебнологической модели Защита 4.5. Распределение трудоемкости изучения дисциплины в ЗЕ по видам очной учебной аудиторной и самостоятельной работы студента Промежуточный контроль (экзамен) Используемые в преподавании дисциплины «Геоинформационные системы» образовательные технологии:

– практические задания по разработанным преподавателем дисциплины учебно-методическим интерактивным заданиям;

– расчётно-графические работы (РГР);

– информационные сообщения (доклады) отдельных студентов на заданную тему;

– написание студентами реферативных работ по заданной теме по выбору.

Интерактивные формы обучения составляют 18 ч = 32 % от общего количества аудиторных часов.

Активная или интерактивная Раздел дис- Тема (содержание) учебного процесса Лекциипрезентации мультимедийного оборудования ческого материала (тестирование) Текущий контроль. Тестирование по темам 6,7.

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Оценочные средства для текущего контроля успеваемости:

– проверка выполнения заданий самостоятельной работы;

– защита реферативной работы;

– проверка правильности и результата выполнения практических работ.

– контрольные вопросы на практических занятиях во время и после выполнения практических типовых заданий.

Например, по теме «Организация информации. Модели данных ГИС»

предлагаются среди прочих следующие контрольные вопросы:

1. Понятие геопространства и геологические объекты и явления.

2. Свойства геопространства на примере геологических объектов, явлений и их проявлений.

3. Что такое «геоинформатика»? Как она связана с информатикой?

4. Роль геологии в развитии ГИС в России.

5. Определение ГИС, ГИС-проекта, ГИС-карты.

6. Определение геологической ГИС-карты..

7. Как называется область знаний, которая «занимается» ГИС?

8. Что такое геоданные?

9. Геоинформационные модели.

10. Двумерные геоинформационные модели геологических объектов.

11. Двумерные геоинформационные модели геологических тел.

12. Трехмерные геоинформационные модели геологических объектов и явлений.

13. Особенности геологических данных.

14. Дайте определение понятия «геоинформация».

15. Что моделируют данные ГИС?

16. В чем различие понятий «данные» и «геоданные»?

17. Какие информационные системы являются предшественниками ГИС?

18. В чем заключается метод геоинформационного моделирования?

19. Дайте определение понятия «карта ГИС».

20. От чего зависит время экранного обновления карты ГИС при ее масштабировании?

21. Масштаб изображения - что это? Какие типы масштабов Вы знаете?

22. Какую модель данных называют «растровой»?

– векторизовать горизонтали рельефа заданного участка территории Кемеровской области по топографической растровой основе базового масштаба 1 : 100 000;

– создать геоинформационную модель разрывных нарушений фрагмента геологической карты Кемеровской области;

– построить поверхность подошвы угольного пласта;

– построить тематический слой содержания химических элементов в углях нескольких угледобывающих предприятий Кузбасса.

Оценочные средства промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины: вопросы и практические задания, предлагаемые на экзамене.

Вопросы к экзамену по дисциплине «Геоинформационные системы»

1. Понятие геопространства. Свойства геопространства на примере геологических объектов и геологических явлений.

2. Понятия геоинформации, геообъекта и геологического объекта. Свойства геообъектови, в частности, геологических объектов.

3. Геоинформатика как наука, производство и технология.

4. Геоинформационные системы (ГИС). Классификации ГИС. Геологические ГИС (история создания в России).

5. Состав и функции ГИС. Демонстрация функций ГИС в обработке геологических данных.

6. Программное обеспечение ГИС. Утилиты обработки геологических данных в ГИС.

7. Источники данных ГИС. Источники геологических данных.

8. Организация геоинформации в ГИС.

9. Модели данных ГИС. Геоинформационные модели геологических данных.

10. Растровая модель геоданных. Геологические данные в составе растровой модели территории.

11. Векторная модель геоданных. Геологические данные в составе векторной модели территории.

12. Классификаторы векторных объектов. Классификаторы геологических объектов ГИС. Нормативы и стандарты.

13. Системы координат, используемые в ГИС. Системы координат, используемые для представления в ГИС геологических данных.

14. Картографические проекции, используемые в ГИС. Геологические карты СССР.

15. Привязка растрового изображения к пользовательской системе координат или к картографической проекции. Привязка растрового изображения фрагмента геологической карты к геодезической и географической системам координат.

16. Понятие ГИС-проекта. Слоевая структура ГИС. Геологические ГИС-проекты и их слои.

17. Создание, редактирование и конвертирование векторных ГИС-проектов с использованием программных сред MapInfo и ArcView (на примере геологических ГИС-проектов).

18. Векторные карты в геоинформационных средах на примере MapInfo.

19. Операции, выполняемые с векторными объектами в MapInfo.

20. Векторизация растровых изображений карт и планов. Векторизация геологических карт.

21. Атрибутивная информация ГИС. Атрибутивная геологическая информация в составе ГИС-проекта.

22. Ввод, обработка и хранение пространственной информации в MapInfo.

23. Обработка геоданных в ГИС с помощью SQL-запросов (на примере геологических данных) 24. Тематические данные и тематические карты ГИС. Тематические геологические слои ГИС-проектов (назначение, значение и методы построения).

25. Функции обработки геоданных ГИС (на примере MapInfo и геологических данных).

26. Функции анализа геоданных ГИС (на примере MapInfo и геологических данных)..

27. Цифровое картографирование с использованием ГИС. История вопроса.

28. Преобразования координат в ГИС.

29. Особенности программирования в геоинформационных средах.

30. Автоматизация процессов представления, обработки и анализа геоданных в ГИС (в частности, геологических данных).

Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов:

– разработанные преподавателем инструкции по выполнению каждого практического задания (выдаются всем обучающимся в виде твердой или электронной копии);

– методические указания по ряду тем и приведенные в них практические задания, предваряемые обзорным изложением изучаемого материала (выдаются всем обучающимся в виде твердой или электронной копии);

– учебные издания и методические указания, опубликованные преподавателем дисциплины (выдаются всем обучающимся в виде твердой или электронной копии);

– учебные издания, опубликованные в открытой печати авторитетными специалистами изучаемой предметной области (приобретаются студентами самостоятельно);

– учебные издания и методические указания, входящие в состав электронных ресурсов информационного портала КузГТУ им. Т.Ф.Горбачева (копируются студентами самостоятельно).

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 1. Игнатов,Ю.М. Географические и земельно-информационные системы [Электронный ресурс] : учебное пособие для студентов очной формы специальности 120303 «Городской кадастр» / ФГБОУ ВПО «Кузбас. гос. техн. ун-т им. Т. Ф. Горбачева», Каф. маркшейд. дела, кадастра и геодезии. - Кемерово, 2012. - 190 с.

2. Кирильцева,Н.А. Цифровое картографирование и пространственный анализ [Электронный ресурс] : учебное пособие для студентов специальностей 120303 «Городской кадастр» и 130402 «Маркшейдерское дело» / Н. А. Кирильцева, Ю. М. Игнатов; ФГБОУ ВПО «Кузбас. гос. техн. ун-т им. Т. Ф. Горбачева», Каф. маркшейд. дела, кадастра и геодезии. - Кемерово, 2012. - 135 с.

3. Лурье,И.К. Геоинформационное картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков : учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности 020501 "Картография" направления 020500 "География и картография" / Моск. гос. ун-т им. М. В. Ломоносова, Геогр. фак.. - М. : КДУ, 2010. - 424 с.

4. Сборник задач и упражнений по геоинформатике : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по эколог. специальностям / Е. Г. Капралов [и др.]; под ред. В. С. Тикунова. - М. : Академия, 2009. - 512 с.

5. Карпик, А. П. Методологические и технологические основы геоинформационного обеспечения территорий [текст]: монография / А. П. Карпик. – Новосибирск: СГГА, 2004. – 260 с.

4.3 Методическая и нормативная литература 6. Решение задачи зонирования территории функциональными средствами ГИС: метод. указания / Н. А. Кирильцева, Ю. М. Игнатов; ГУ КузГТУ. – Кемерово, 2012. – 34 с.

7. Игнатов Ю. М., Кирильцева Н. А. Анализ тематической информации в ГИС MapInfo. Кемерово, 2005. – (25 экз.) 8. ГОСТ Р 52438-2005. Географические информационные системы. Термины и определения.

9. ГОСТ 28441-99 Картография цифровая. Термины и определения.

10. ГОСТ Р 52155-2003. Географические информационные системы федеральные, региональные, муниципальные. Общие технические требования.

11. ГОСТ Р 51605-2000. Карты цифровые топографические. Общие требования.

12. ГОСТ 51608-2000. Карты цифровые топографические. Требования к качеству.

13. ГОСТ Р 52571-2006 Географические информационные системы. Совместимость пространственных данных. Общие требования.

14. ГОСТ Р 52572-2006. Географические информационные системы. Координатная основа. Общие требования.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Компьютерные классы: 1419, 1409, 1405.