В. Г. Иванов

Геоинформационные системы в образовании

       Идеология ГИС-образования строится на том, чтобы с одной стороны обеспечить содержание читаемых курсов теоретическим содержанием и современным практикумом, и с другой стороны использовать компьютерные технологии для организации учебного процесса. Особенно это проявляется на разработке учебно-научных ГИС. Данные системы служат средством планирования и организации топографо-геодезических работ, многих видов географических, биогеографических и геологических съемок, результатами которых могут пользоваться преподаватели. При этом следует заметить, что на 90% эти ГИС создаются руками студентов, которые проходят все циклы ГИС-картоґграґфиґрования – от проектирования до создания тематических БД и карт. Геоинформационные системы являются эффективным средством создания демонстрационно-методического материала и электронных пособий для выполнения лабораторных работ. За прошедшие 8 лет накопилась большая библиотека растров и электронных карт, хранящихся в различных форматах. В среде редактора Word подготовлены методические указания по работе с такими системами как Surfer, MapInfo, Geodraw/Географ, Microstation, иллюстрированные примерами выполнения отдельных процедур. К особой задаче ГИС-образования студентов относиться обучение управлением данными и, что более важно, использование при тематическом картографировании профессиональных моделей социально-экономических и природных процессов, приемов многомерного анализа и экспертно-оценочного анализа при оптимизации природопользования и мониторинга природной среды.

Основу блока ГИС-дисциплин составляют:

1.  введение в ГИС;
2. базы данных;
3.  компьютерная графика;
4. создание ГИС и
5.  использование ГИС.

Во введении в ГИС рассматриваются прообразы ГИС, историческая справка, типовая архитектура ГИС, функции базовых модулей, форматы данных, организация управления данными, базовые методы анализа данных, обзор современных ГИС-оболочек и их сравнительные характеристики, отраслевая специализация современных ГИС. Содержание предмета “Базы данных” достаточно типовое для студентов геоинформационных специальностей. В него включены следующие разделы. БД и файловые системы. Функции СУБД. Типовая организация СУБД. Системы, основанные на инвертированных списках, иерархические и сетевые СУБД. Общие понятия реляционного подхода к организации БД. Базисные средства манипулирования реляционными данными. Проектирование реляционных БД. System R: общая организация системы, основы языка SQL. Ingres: общая организация системы, основы языка Quel. Cтруктуры внешней памяти, методы организации индексов. Управление транзакциями, сериализация транзакций. Язык SQL. Функции и основные возможности. Стандартный язык баз данных SQL. Язык SQL. Средства манипулирования данными. Использование SQL при прикладном программировании. Архитектура “клиент-сервер”. Распределенные БД. Объектно-ориентированные СУБД. Системы баз данных, основанные на правилах. Компьютерная графика включает преимущественно практические вопросы работы с картографическим изображением. Графические примитивы и топология элементов изображения. Дигитайзеры и дигитализация. Растр и векторизация по растру. Типовые библиотеки графических примитивов. Способы штрихового оформления и цветовые палитры. Машинные приемы реализации картографических способов изображения. Проекционные преобразования изображения. Слоевое деление картографического изображения. Специализированные графические редакторы. Графические редакторы геоинформационных систем.

    Предмет “Создание ГИС” посвящен темам компьютерной реализации картографического моделирования и совмещения его с другими способами модельного представления географической оболочки. В данную дисциплину включены следующие разделы. Постановка задачи создания ГИС и критерии выбора программных средств. Концептуальные модели ГИС. Картографические проекции в ГИС и создание картографических основ. Пространственный анализ и создание на его основе тематических БД. Многомерный статистический анализ материалов многозональной аэрокосмосъемки и решение классификационных задач. Экспертно-оценочный анализ и его информационное обеспечение. Геофизическое и геохимическое моделирование географических объектов в ГИС. Статистическое моделирование социально-экономических явлений в ГИС. Картографические модели в ГИС и создание БД синтетических показателей. Структуризация графических и атрибутивных БД и составление проекта ГИС.

    Современный опыт применения рассматриваемых программных комплексов обсуждается в предмете “Использование ГИС”. В это дисциплине рассматриваются конкретные результаты из отечественной и зарубежной практики. Нормирование природопользования, создание проектов норм выбросов (ПДВ), сбросов (ПДС) и размещения твердых отходов (ПДРО) в среде, специализированной ГИС Эколог+. Разработка пилот проекта ГИС экологического обоснования инвестиций и проектирования строительства промышленного предприятия в среде MapInfo и GeoDraw/ГеоГраф. Разработка ГИС мониторинга природопользования в среде Панорама и GeoMedia. Разработка кадастровой ГИС для городского муниципального округа в среде AutoCAD, ARC/INFO, ArcView GIS, Microstation.

     В отличие от создания электронных атласов, представляющих собой картографическую информационно-справочную систему, разработка классической ГИС предполагает оснащение ее библиотекой методов анализа в виде действующих моделей, адаптированных к используемому массиву данных. Как правило, базовый программный продукт, приобретаемый на рынке геоинформационных систем, требует дооснащения его аналитическими модулями. Проблема наращивания базы методов одна из основных, которая решается от части приобретением специализированных программ, а от части созданием собственных программных продуктов. Это одно из направлений, которому на кафедре картографии отдается приоритет. Именно здесь заложены возможности:

а) автоматизации районирования территории, формализуя показатели и систематизируя геосистемы по принципам сходства функциональных свойств;

б) ГИС- сопровождения мониторинговых наблюдений;

в) ГИС- обеспечения управления природопользованием.