Геоинформационные системы в геологии

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

 

 

Направление подготовки (специальность)

Прикладная геология

 

Специализация

Геологическая съёмка, поиски и разведка

Месторождений твёрдых полезных ископаемых

 

 

Квалификация выпускника

Горный инженер-геолог

 

Форма обучения

Заочная

 

 

Томск – 2016

1. Код и наименование дисциплины

Б1.В.ОД.2 Геоинформационные системы в геологии

2. Место дисциплины в структуре специалитета

Дисциплина «Геоинформационные системы в геологии» является компонетом обязательных дисциплин вариативной части блока Б.1 (Дисциплины (модули)) и продолжает блок информационных курсов, закладывающих понимание современных технологий анализа и представления данных.

Целью курса«Геоинформационные системы» является знакомство с географическими информационными системами, получение практических навыков для использования их в процессе дальнейшего обучения, при прохождении практик, написании курсовых и дипломных работ.

Задачей курса является знакомство с теоретическими и практическими основами геоинформатики, принципами функционирования Географических информационных систем (ГИС), применение геоинформационных технологий в научных исследованиях и для решения широкого круга практических задач экологии.

 

Год и семестр обучения

Четвёртый год обучения, семестр 8.

5. Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа, из которых 18 часов составляет контактная работа обучающегося с преподавателем (6 часов – занятия лекционного типа, 12 часов – практические занятия), 126 часов составляет самостоятельная работа обучающегося, их которых 36 отведено на подготовку к экзамену.

6. Формат обучения – очный, с применением дистанционных образовательных технологий.

7. Планируемые результаты обучения по дисциплине, соотнесенные с планируемыми результатами освоения образовательной программы

 

Формируемые компетенции	Планируемые результаты обучения по дисциплине
ОПК-8 - применением основных методов, способов и средств получения, хранения и обработки информации, наличием навыков работы с компьютером как средством управления информацией Второй этап (продвинутый) (ОПК-8) – II применение основных методов, способов и средств получения, хранения и обработки профессиональной информации, наличием навыков работы с компьютером как средством управления профессиональной информацией	В1 (ОПК-8) – II Владетьнавыками использования ГИС на разных этапах выполнения геологических работ У1 (ОПК-8) – II Уметьприменять ГИС-технологии для обработки профессиональной информации З1 (ОПК-8) – IIЗнатьорганизацию информации в ГИС
ПК-12 способностью устанавливать взаимосвязи между фактами, явлениями, событиями и формулировать научные задачи по их обобщению	У1 (ПК-12) – II Уметьиспользовать средства и инструменты геообработки для анализа данных и представления результатов З1 (ПК-12) – II Знатьметоды анализа и обработки информации в ГИС-системах
ПК-16 способностью подготавливать данные для составления обзоров, отчетов и публикаций	У (ПК-16) – I Уметьобобщать, анализировать и использовать полученные данные для составления обзоров, отчетов и научных публикаций

 

8 Содержание дисциплины и структура учебных видов деятельности

Введение. Что такое ГИС?

Основные термины, определения. История развития ГИС. Области применения. Структура ГИС. Составные части ГИС. Программное обеспечение.

Основные характеристики карты

Карта как способ моделирования пространства. Основные характеристики бумажных и электронных карт. Масштаб. Виды масштаба. Разрешение карты. Точность карты. Виды ошибок, влияющих на точность карты. Экстент. Легенда. Проекция. Номенклатура топографических карт.

Географические системы координат. Картографические проекции

Формы представления земной поверхности: геоид, эллипсоид вращения. Виды эллипсоидов. Географическая система координат. Система координат проекций. Датум. Виды датумов. Проекционные преобразования. Картографическая проекция. Семейства проекций. Искажения при проецировании. Универсальная Поперечная проекция Меркатора (UTM). Проекция Гаусса-Крюгера. Перевод данных из одной проекции в другую.

Модели и форматы данных

Дискретные и непрерывные данные. Растровая модель данных. Векторная модель данных. Базовые примитивы моделей данных. Основные характеристики моделей данных. Области применения. Типы растровых данных. Топологические и нетопологические модели векторных данных. Топология. Линейно-узловая и полигонально-линейная топология. Достоинства и недостатки растровой и векторной моделей данных. Форматы данных, используемых ГИС. Графические файлы, покрытия ArcInfo, файловые и персональные базы геоданных, шейп-файлы, классы пространственных объектов, текстовые данные. Данные САПР. Хранение и отображение данных в файловой системе (проводнике Windows) и модуле ArcCatalog. Поверхности в ГИС - GRID, TIN. Формы представления поверхностей: изолинии и изоконтуры. Базы геоданных ArcGIS: геометрия пространственных объектов, пространственная привязка, отношения между объектами (топологические, пространственные, общие), кардинальность общих отношений, управление атрибутами с помощью доменов.

Таблицы, базы данных

Способы организации табличных данных. Поле, запись, значение поля. Предопределенные и пользовательские поля атрибутивных таблиц. Типы полей и данных в атрибутивных таблицах. Связь графических и атрибутивных данных. Ключевые поля. Отношения между таблицами. Связь и соединение таблиц. Запросы. Операторы запроса. Виды запросов. База данных, требования к базе данных, система управления базой данных (СУБД). Иерархическая, сетевая, реляционная, объектно-реляционная СУБД.

Введение в ГИС-анализ.

Элементарный пространственный анализ. Точечные объекты высокого уровня: узлы, центроиды. Линейные объекты высокого уровня - сети. Площадные объекты высокого уровня - регионы. Измерение длин линейных объектов. Вычисление площади полигонов. Меры формы полигонов. Функция Эйлера. Развитость границ. Простое и функциональное расстояние. Карты расстояний. Барьеры. Виды барьеров.

Методы анализа пространственных распределений точек, линий, полигонов. Плотность. Анализ квадратов. Анализ ближайшего соседа. Полигоны Тиссена. Направленность линейных и площадных объектов. Связность линейных объектов, гамма-индекс, альфа-индекс. Геометрические сети.

9. Поверхности. Непрерывные и дискретные поверхности. Модели поверхностей. Модель TIN – нерегулярная сеть треугольников. Триангуляция Делоне. GRID – модель. Интерполяция. Метод обратно взвешенных расстояний (ОВР). Метод Сплайн. Метод Тренд. Метод Кригинг. Сравнение методов интерполяции.

Классификации в ГИС

Принципы классификации. Простейшая переклассификация растровых и векторных данных. Ранжированные классификации. Переклассификации, основанные на окрестности. Фильтры – высокочастотные (ФВЧ), низкочастотные (ФНЧ), анизотропные. Переклассификация поверхностей – уклон, отмывка рельефа, экспозиция, видимость, насыпи и выемки.

Вывод информации в ГИС

Вывод информации как отображение результатов анализа. Некартографический и картографический вывод. Назначение карт. Принципы графического дизайна. Нетрадиционный картографический вывод. Трехмерные карты. Картограммы. Использование результатов ГИС-анализа оперативными службами. Вывод данных в систему интернет.

Ресурсное обеспечение.

1. Программное обеспечение: ArcGIS 10.2.2, ENVI 5.1.

2. Практические задания, учебные материалы в электронном виде, презентации лекционного курса, литература в электронном виде располагаются на файл-сервере ГГФ (GGFCon\study\Геоинформационные системы)

11.1 Основная литература:

 

Блиновская Я.Ю., Задоя Д.С. Введение в геоинформационные системы: учебное пособие. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2013. - 112 с.

Блиновская Я.Ю., Задоя Д.С. Введение в геоинформационные системы. Электронный ресурс: учебное пособие. – М.: Форум, НИЦ ИНФРА-М, 2016 – 112 с.

Коротаев М.В., Правикова Н.В. Применение геоинформационных систем в геологии: учебное пособие. – М.: КДУ, 2010 – 171 с.

Лурье И.К. Геоинформационное картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков: учебник. 2-е изд. – М.: КДУ, 2010 – 423 с.

 

11.2 Дополнительная литература:

 

ДеМерс Майкл Н. Географические информационные системы. Основы - М.: Дата+, 1999. 490 с.

Майкл Зейлер. Моделирование нашего мира. Руководство ESRI по проектированию базы данных. – Esri Press, 1999. Перевод – Дата+, 254 с.

 

11.3 Дополнительная литература к практическим занятиям:

 

Единые требования к составу, структуре и форматам представления в НРС Роснедра комплектов цифровых материалов листов Государственных геологических карт масштабов 1: 1 000 000 и 1: 200 000. Версия 1.4. – СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2015. 245 с. (http://vsegei.ru/ru/info/normdocs/tr-cm_200-1000_pdf.zip).

Ланг Е.И. Пособие по практическому использованию расширения MapDesigner для оформления карт и схем геологического содержания в среде ArcGIS. – Спб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2015. 62 с. (http://vsegei.ru/ru/info/normdocs/met-mapDesigner_pdf.zip).

Пособие по составлению цифровых карт геологического содержания в среде ArcGis 10x. – Спб.: Картографическая фабрик ВСЕГЕИ, 2015. 223 с. (http://vsegei.ru/ru/info/normdocs/metodArcGIS10x_pdf.zip).

11.4 Ресурсы информационно-телекоммуникационной сети Интернет:

Сазонтова Н.А., Сатаев Ф.Р. Геоинформационные системы. Основы. [Электронный ресурс]: интерактив. учеб. – Электрон. дан. и прогр. – Томск: Институт дистанционного образования ТГУ, 2009. – Режим доступа: http://edu.tsu.ru/eor/resourse/450/tpl/index.html (авторизация в СДО Moodle)

Неформальное сообщество специалистов в области ГИС и ДЗЗ GIS-Lab http://gis-lab.info/

GIS Форум и блоги на странице esri-cis http://www.esri-cis.ru/support/forum/

Канал Esricis на YouTube https://www.youtube.com/user/esricis

Онлайн справка ArcGIS Help 10.2 http://resources.arcgis.com/ru/help/main/10.2/

http://www.dataplus.ru/Arcrev/Number_21/1_world.html

http://www.dataplus.ru/Industries/13Ecolog/mapmetod.htm

http://www.dataplus.ru/Industries/13Ecolog/Bryansk.htm

http://www.dataplus.ru

11.5 Материально-техническая база:

Обучение по дисциплине «ГИС в геологии» осуществляется на следующей базе:

1. Лекционная аудитория № 119, оснащенная мультимедиа-проектором и интерактивным планшетом.

2. Специализированный ГИС-класс (ауд. 144 главного корпуса ТГУ), оснащенный мультимедиа-проектором.

3. Файловый сервер ГГФ для работы студентов в ГИС-классе и в удаленном доступе (ауд. 146 главного корпуса ТГУ)

 

12. Язык преподавания русский.

13. Преподаватель: Максиков Сергей Владимирович – доцент кафедры палеонтологии и исторической геологии

 

Составитель:

Максиков Сергей Владимирович – канд. геол.-мин.. наук, доцент кафедры палеонтологии и исторической геологии

Рецензент:

Сатаев Фарид Ринатович – старший преподаватель кафедры динамической геологии

 

Программа одобрена на заседании учебно-методической комиссии по направлению «Геология» геолого-географического факультета 09.11.2016 года, протокол № 17.

 

Председатель методической комиссии

по направлению «Геология», доцент А.Л. Архипов

 

 

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация состоит из выполненных практических заданий, контрольной работы (п.9.1.2 рабочей программы) и письменного экзамена в восьмом семестре.

 

4.1. Практические задания

При выполнении практических задания обучающийся должен получить определенный результат обработки данных, представить его в соответствии с требованиями задания в форматах ArcGIS и ответить на имеющиеся в тексте задания вопросы.

 

Критерии оценивая:

Компоненты задания	Результат	Оценка
Практическая работа	Выполнена правильно	Засчитывается при правильных ответах
Выполнена неправильно или частично неправильно	Не засчитывается. Переделываем до нужного результата
Ответы на вопросы	Правильные	Засчитываются при правильном выполнении практической работы
Есть ошибки в ответах	Не засчитывается. Уточняем, исправляем неправильные ответы

 

Задание считается сданным только при правильных результатах практической работы и правильных ответах на вопросы.

 

4.2. Вопросы к экзамену по дисциплине «Геоинформационные системы в геологии»

Вопросы к экзамену включают полный перечень вопросов. Ответы на вопросы даются в письменном виде.

 

1. Что такое геоинформационные системы? История возникновения и развития.

2. Определение ГИС через подсистемы.

3. Сравнение традиционной картографии и ГИС.

4. Форматы данных ГИС.

5. Охарактеризуйте форматы данных: шейп-файл, класс пространственных объектов, база геоданных.

6. Типы баз геоданных

7. Геометрические примитивы. Объекты высокого уровня геометрии.

8. Шкалы измерений.

9. Два способа представления географического пространства.

10. Векторная модель данных. Основные элементы, область применения.

11. Растровая модель данных. Характеристика, параметры растра, область применения.

12. Атрибутивная информация в растровом и векторном наборах данных.

13. Типы векторных моделей данных.

14. Топология. Линейно-узловая топология.

15. Системы управления базами данных в ГИС.

16. Иерархическая и сетевая базы данных

17. Реляционная база данных

18. Объектно-ориентированная модель данных.

19. Отношения между таблицами. Соединения и связи.

20. Карта - модель, представляющая реальность. Основные характеристики карт.

21. Географическая система координат. Системы координат проекций.

22. Эллипсоид вращения. Степень сжатия. Разновидности эллипсоидов вращения.

23. Общеземные и референц эллипсоиды. Примеры.

24. Что такое картографическая проекция? Семейства проекций.

25. Классификация проекций по видам искажений.

26. Главный и относительный масштабы.

27. Универсальная Поперечная проекция Меркатора (UTM).

28. Проекция Гаусса-Крюгера.

29. Датум, виды датумов.

30. Определение системы координат векторных и растровых данных.

31. Полигоны Тиссена.

32. Триангуляция Делоне.

33. Направленность линейных и площадных объектов.

34. Непрерывные и дискретные поверхности.

35. Модели поверхностей. TIN, GRID.

36. Интерполяция. Методы интерполяции.

37. Принципы классификации. Простейшая переклассификация. Ранжированные классификации.

38. Высокочастотные (ФВЧ), низкочастотные (ФНЧ) и анизотропные фильтры.

39. Переклассификация поверхностей: уклон, экспозиция, отмывка рельефа, видимость, расчет объемов.

40. Простое и функциональное расстояние.

41. Буферы. Виды буферов.

42. Растровое и векторное наложение. Методы наложения.

43. Поиск информации в ГИС. Виды запросов.

44. Вывод: отображение результатов анализа.

45. Картографический вывод: назначение карт.

46. Номенклатура топографических карт. Деление листа масштаба 1:1 000 000 на листы более крупных масштабов.

47. Определение масштаба и угловых координат листа топографической карты по его номенклатуре.

48. Определение масштаба и номенклатуры листа топографической карты по его угловым координатам.

49. Системы глобального спутникового позиционирования. GPS. Глонасс. Принципы работы.

50. Применение ГИС-технологий в геологических исследованиях.

 

Критерии оценивая ответов на экзамене:

Оценка	Критерии оценки
	Полный развернутый ответ на все вопросы
	Не полный ответ на все вопросы
	Не полный ответ не на все вопросы
	Нет ответа даже на общие вопросы

 

 

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

 

 

Направление подготовки (специальность)

Прикладная геология

 

Специализация