Основы геоинформатики

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Кубанский государственный

технологический университет»

Кафедра кадастра и геоинженерии

ОСНОВЫ ГЕОИНФОРМАТИКИ

Учебно-методическое пособие по изучению дисциплины и выполнению контрольных работ для студентов факультета ЗиДО

специальности 120303 – «Городской кадастр»

Краснодар

2005


УДК 526.9

Составители: к.г.-м.н., ст. преп. Иванусь И.В.

Основы геоинформатики. Учебно-методическое пособие по изучению дисциплины и выполнению контрольных работ для студентов факультета ЗиДО специальности 120303 – «Городской кадастр»/ Сост.: Иванусь И.В.; Кубан. гос. технолог. ун-т. Каф. кадастра и геоинженерии. – Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2004. – с.

В учебно-методическом пособии изложены программа дисциплины, варианты контрольных заданий, темы практических занятий, вопросы к зачету, рекомендуемая литература, приведены примеры выполнения и требования к оформлению контрольных работ.

Печатается по решению Редакционно-издательского совета Кубанского государственного технологического университета.

Рецензенты:

главный специалист отдела автоматизации и программного обеспечения МУ «Градинформ» Моисеев И.К.;

канд.техн.наук, доц. А.В.Осенняя


Содержание

Введение

4

1 Нормативные ссылки

6

2 Инструкция по работе с учебно-методическим пособием

6

3 Программа дисциплины

6

4 Контрольная работа

9

5 Задания на контрольную работу

9

6 Темы практических занятий

11

7 Содержание и оформление контрольных работ

11

8 Вопросы для подготовки к зачету

12

9 Список рекомендуемой литературы

14


Введение

Все дальше и дальше, мы вступаем в эпоху впечатляющих достижений в возможностях получения информации о природной и социальных сферах, а также в возможностях использования этих данных для решения научных и практических проблем. Можно сказать, что методы получения информации приобретают все более индустриальный характер. Объемы требуемой современной цивилизации и собираемой ею информации колоссально возрастают, и, естественно, требуют для обеспечения своего рационального использования привлечения современных, базирующихся на компьютерных технологиях средств – как для ее обработки и анализа, так и для организованного хранения, поиска нужной информации и другого манипулирования ею. В противном случае было бы неизбежно наступление информационного кризиса, связанного с утерей способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Вся совокупность средств и методов обращения с информацией, с акцентом на те из них, которые имеют универсальный характер, а не определяются спецификой конкретной предметной области, называется информационными технологиями и является предметом рассмотрения информатики (общей информатики).

Специфический отдел информатики, имеющий дело с пространственно привязанной информацией, называется геоинформатикой.

Геоинформатика - наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем (ГИС), по разработке геоинформационных технологий, по прикладным аспектам, или приложениям ГИС для практических или научных целей.

Геоинформационная система - информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных (пространственных данных). Она содержит данные о пространственных объектах в форме их цифровых представлений (векторных, растровых, квадротомических и иных), включает соответствующий задачам набор функциональных возможностей ГИС, в которых реализуются операции геоинформационных технологий, поддерживается программным, аппаратным, информационным, нормативно-правовым, кадровым и организационным обеспечением.

По территориальному охвату различают: глобальные, субконтинентальные, национальные (зачастую имеющие статус государственных), региональные, субрегиональные и локальные ГИС.

ГИС различаются предметной областью информационного моделирования, к примеру, городские ГИС, или муниципальные ГИС (МГИС), природоохранные ГИС и т.п.

Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС (ИГИС) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде.

Пространственно-временные ГИС оперируют пространственно-временными данными.

Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.

Геоинформационная система состоит из графической и связанной с ней, атрибутивной баз данных. В качестве графической базы данных (БД) чаще всего выступает карта.

Карта – математически определенное, уменьшенное, генерализованное изображение поверхности Земли, показывающее расположенные или спроецированные на них объекты в принятой системе условных знаков. В геоинформатике она рассматривается как образно-знаковая модель, обладающая высокой информативностью, пространственно-временным подобием относительно оригинала, метричностью, особой обзорностью и наглядностью. По масштабу различают крупномасштабные карты (1 : 100 000 и крупнее), среднемасштабные карты (1 : 200 000 – 1 : 1 000 000) и мелкомасштабные карты (мельче 1 : 1 000 000). В соответствии с содержанием различают : общегеографические карты, тематические карты, в т. ч. карты природы, социально-экономические карты, карты взаимодействия природы и общества, а также специальные карты. Все они могут быть аналитическими, комплексными или синтетическими картами.

По практической специализации различают несколько типов карт: инвентаризационные карты, показывающие наличие и локализацию объектов; оценочные карты, характеризующие объекты (например природные ресурсы) по их пригодности для каких-либо видов хозяйственной деятельности; рекомендательные карты, показывающие размещение мероприятий, предлагаемых для охраны, улучшения природных условий и оптимального использования ресурсов; прогнозные карты, содержащие научное предвидение явлений, не существующих или неизвестных в настоящее время.


1 Нормативные ссылки

  1. ГОСТ Р 51605 – 2000.Карты цифровые топографические. Общие требования.
  2. ГОСТ Р 51606 – 2000. Система классификации и кодирования цифровой картографической информации. Общие требования.
  3. ГОСТ Р 51608 – 2000. Карты цифровые топографические. Требования к качеству.

2 Инструкция по работе с учебно-методическим пособием

Учебно-методическое пособие состоит из:

  • программы изучения дисциплины, в которой указывается, что необходимо знать в пределах каждой темы, а также приводятся вопросы для самопроверки и литература, которая может помочь вам в поиске ответов на них;
  • тем практических занятий, которые необходимо выполнить для успешного освоения дисциплины;
  • вариантов к выполнению контрольной работы;
  • правил оформления контрольной работы;
  • списка вопросов для подготовки к сдаче зачета.

При работе с пособием рекомендуется соблюдать именно такой порядок работы.

Вариант для выполнения контрольной работы выбирается по двум последним цифрам зачетной книжки. Если цифра больше 12, то ее необходимо разделить на 12 и остаток будет искомым вариантом. Например, последние цифры 54, 54:12=4 (в остатке 6), следовательно вариант 6.

3 Программа дисциплины

Геоинформатика – это наука, занимающаяся изучением пространственно-временных процессов, явлений и систем в масштабах, сопоставимых с объектами на земной поверхности, на основе сбора, хранения, поиска, переработки, преобразования, распространения и использования пространственно локализованных данных. Приставка «гео» отражает тот факт, что данные, применяемые к геоинформатике, должны быть локализованы, т.е. привязаны к пространству точек поверхности Земли.

Геоинформатика может рассматриваться как совокупность трех частей: общая геоинформатика, специальная геоинформатика и прикладная геоинформатика.

Раздел 1. Общая геоинформатика

Общая геоинформатика – это раздел геоинформатики, занимающийся исследованиями и разработкой научных основ, концепций, обобщенным анализом геоинформатики и геоинформационных систем безотносительно к их прикладному характеру. Эта часть геоинформатики может быть определена как фундаментальная. В ней геоинформационные системы изучаются как сложные системы, рассматриваются их построение на основе системного анализа, описываются теоретические основы ГИС.

Литература:[1,c.4-10; 2,c.4-12;3,c.5-21]

Вопросы для самопроверки:

  1. Кто является потребителями геоинформации?
  2. Что такое геоинформационная система?
  3. Зачем необходима ГИС ?
  4. Перечислить составные части ГИС
  5. Какие предъявляются требования к техническим средствам, необходимым для успешного функционирования ГИС (плоттеры, дигитайзеры, мониторы, устройства хранения информации)?
  6. Перечислить устройства ввода и вывода информации в ГИС
  7. Какие отличия ГИС от САПР и картографических систем?
  8. Что такое информационная технология?
  9. Задачи, которая решает ГИС

Раздел 2. Специальная геоинформатика

Специальная геоинформатика – часть геоинформатики, связанная со вспомогательными аспектами обработки и качества информации в геоинформационных технологиях. В ней рассматриваются: характеристики качества информации, вопросы стандартизации геоинформационных систем и продуктов, вопросы тестирования информационных средств и продуктов, вопросы интеллектуальной собственности в геоинформатике, методы защиты информации, методы интеллектуализации, методы преобразования видов и форматов данных и т.д. Эта часть не носит прикладного характера, но служит основой для анализа прикладных систем и методов обработки пространственно-временных данных и оценки качества.

Литература:[1,c.18-24; 2,c.26-42; 4, с.28-54;8, с.6-58;10;11].

Вопросы для самопроверки:

  1. Приведите примеры операций с пространственными данными, выполняемых с использованием ГИС
  2. Перечислить технологии связанные с ГИС
  3. Что такое GPS и зачем необходимы при работе с ГИС?
  4. Понятие о настольной ГИС. Чем отличается от профессиональной?
  5. В чем заключается операция генерализации в ГИС? Ее назначение?
  6. перечислить форматы хранения информации в ГИС
  7. Какие операции могут выполняться с информацией в ГИС?
  8. В чем заключается операция «анализ» в ГИС? С какой информацией осуществляется? Приведите пример.
  9. Приведите примеры операции «пространственного анализа» для решения различных прикладных задач.
  10. Какова структура представления и хранения атрибутивной информации в ГИС?
  11. Что можно сказать о состояние вопроса секретности в России в настоящее время?
  12. Перечислите виды (категории) информации в ГИС по секретности.
  13. Что является объектами защиты в ГИС?
  14. Что входит в комплексную систему защиты информации?
  15. Перечислить средства идентификации пользователя в ГИС.

Раздел 3. Прикладная геоинформатика

Прикладная геоинформатика отражает технологический аспект применения ГИС и геоинформационных технологий. В этой части геоинформатики представлены научный и технологический аспекты, хотя большую часть играет технологический аспект. В прикладной геоинформатике изучаются вопросы сбора и организации данных, проектирования, построения и эксплуатации геоинформационных систем и применения геоинформационных технологий для решения практических задач.

В этой части геоинформатики геоинформационные системы изучаются как инструментальные средства, предназначенные для сбора, хранения и представления информации, исследуются методы геомаркетинга.

Прикладная геоинформатика подробно изучает возможности (достоинства и недостатки) геоинформационных систем отечественных и зарубежных производителей, отличие топологических от нетопологических ГИС, а также проблемы возникающие при расширении рынка геоинформационных услуг и дальнейшем внедрении геоинформационных систем и технологий в работу.

Литература:[3,c.154-202; 4, с.128-136;6;7;12;13].

Вопросы для самопроверки:

  1. Перечислить тенденции развития геоинформационных технологий в последнее время.
  2. Верно ли утверждение раньше преобладало дорогое оборудование и мощные программные продукты, а сейчас ПК и сетевой вариант программ? Обоснуйте.
  3. Какие сейчас быстрее развиваются системы «открытые» или «закрытые»? Почему?
  4. Что вы можете сказать об отечественных разработчиках программного обеспечении ГИС?
  5. Органами какого уровня (федерального, регионального или местного) в основном финансируются разработки по созданию и внедрению ГИС в работу? Почему?
  6. Какой принцип организации ГИС-продуктов сейчас чаще применяется (блоковый, модульный, наборный, послойный). Почему'?
  7. Какие изменения произошли в России с секретностью съемки за последнее время?
  8. Сформулируйте основную проблему развития ГИС-технологий в России?
  9. Перечислить проблемы развития ГИС в России.
  10. В чем заключается проблема подготовки кадров для ГИС?
  11. Обрисуйте проблему лицензирования в ГИС.
  12. В чем заключается проблема локализации программных продуктов для российского потребителя ГИС?

4 Контрольная работа

По дисциплине «Основы геоинформатики» выполняется одна контрольная работа, но она построена таким образом, чтобы охватить все три составляющих геоинформатики. Контрольная работа состоит из 3 заданий.

Первое задание затрагивает общую геоинформатику, второе посвящено специальной геоинформатке, а третье - одному из программных продуктов, в основе которого лежат основные принципы геоинформационной организации данных.

Для ответа на первый вопрос, необходимо четко представлять что такое геоинформационная система, каковы принципы хранения и организации информации в ГИС, виды данных и возможные источники для ГИС, а также роль геоинформационной системы в системы информационных технологий, ее преимущества перед другими информационными и автоматизированными системами.

Для освещения вопроса, касающегося специальной геоинформатики, необходимо познакомиться с одной из основных проблем геоинформатики: это секретность и методы информационной безопасности в ГИС. Кроме того, студент должен получить общие сведения об операциях, выполняемых в ГИС, о необходимых данных для выполнения тех или иных операций.

При ответе на третий вопрос необходимо опираться на знания полученные при изучении опыта работы с различными геоинформационными системами различных государственные и коммерческих структур для решения конкретных задач отрасли. Также при ответе на этот вопрос будет приветствоваться описание собственного опыта работы с ГИС, а также технологии решения одной и той же задачи, но с помощью различных систем, или же при их совместном использовании.

5 Задание на контрольную работу

Варианты к выполнению контрольной работы представлены в таблице 1.


Таблица 1 – Варианты для выполнения контрольной работы

Вариант

Вопрос 1

Вопрос 2

Вопрос 3

01

Применение ГИС в земельном кадастре.

Устройства и системы технической разведки

Программа ArcView. Назначение, использование, функциональность.

02

Применение ГИС в нефтегазовой отрасли.

Современные средства защиты от прослушивания.

Программа ArcInfo. Назначение, использование, функциональность.

03

Применение ГИС в области инженерных коммуникаций.

Нормативные документы, описывающие требования к секретности картографической информации ГИС.

Программа ArcExplore. Назначение, использование, функциональность

04

Применение ГИС в экологии.

Нормативные документы, описывающие требования к секретности атрибутивной информации ГИС.

Программа ГИС Indor. Назначение, использование, функциональность.

05

Применение ГИС в здравоохранении.

Защищаемые информационные ресурсы в ГИС.

Программа ГИС «Панорама». Назначение, использование, функциональность.

06

Применение ГИС в силовых структурах и армии.

Мероприятия по защите от вирусов.

Программа AtlasGis. Назначение, использование, функциональность.

07

Применение ГИС в образовании.

Защита информации от электромагнитного считывания.

Программа WinGIS. Назначение, использование, функциональность.

08

Применение ГИС в геологии.

Обеспечение секретности картографического материала.

Программа MGE. Назначение, использование, функциональность.

09

Применение ГИС для решения экономических задач.

Методы защиты атрибутивной информации.

Комплекс GeoGraph / GeoDraw. Назначение, использование, функциональность

10

Применение ГИС для поддержки принятия управленческих решений.

Защита программного обеспечения от нелицензионного использования.

Программа AutoCadMap. Назначение, использование, функциональность.

11

Применение ГИС для оценки эффективности инвестиций.

Защита от несанкционированного доступа.

Программа ArcGIS. Назначение, использование, функциональность.

12

Применение ГИС в градостроительном кадастре.

Требования по секретности при работе с ГИС.

Программа MapInfo. Назначение, использование, функциональность.

6 Темы практических занятий

Согласно рабочей программы, студентами ЗиДО предусмотрено выполнение двух практических работ по дисциплине «Основы геоинформатики». Наименование и количество часов, выделенных на прохождение работ представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Практические занятия

Номер работы

Наименование

Количество часов

1

Работа с информационно- поисковой программой «Карта Москвы»

2

2

Знакомство с программой Atlas Gis

2

Литература для подготовки:[1,10].

По результатам выполнения обеих практических работ, делается вывод о функциональном отличии информационно-поисковых программ от геоинформационных и составляется отчет. Отчет защищается на занятии. Он должен содержать название работы, цель и кратко, но понятно и связно законспектированное содержание практического занятия. Отчет выполняется черной или синей ручкой, рисунки простым и цветными карандашами.

7 Содержание и оформление контрольной работы

Контрольная работа оформляется в отдельной тетради или на листах формата А4 с обязательным указанием шифра зачетной книжки и номера выполняемого варианта контрольной работы. При оформлении на листах А4 текст размещается с одной стороны листа. Выполнение контрольной работы на ЭВМ допускается только с разрешения преподавателя. Текст следует размещать, соблюдая размеры полей:

Правое – 15 мм;

Левое – 30 мм;

Врхнее – 15 мм;

Нижнее – 25 мм.

Пояснительные чертежи выполняются карандашом или черной ручкой. Ответы на вопросы контрольной работа должны содержать ссылки на использованные источники, с указанием номера этого источника в квадратных скобках. В тексте должны быть ссылки на рисунки и чертежи, а также на приложения, если они есть. Приложения помещаются в конце контрольной работы.

Листы контрольной работы нумеруются арабскими цифрами. Номер проставляется на нижнем поле листа справа. На титульном листе номер листа не проставляют.

В конце работы должен быть приведен список использованной литературы, дата выполнения работы и подпись студента. Необходимо оставлять поля для замечания преподавателя.

Контрольная работа №1 должна содержать: содержание, ответ на первый вопрос, касающийся описанию эксплуатации существующих ЗИС; обоснование создания и описание графической и атрибутивной баз данных для создания МГИС с рисунками, отображающими создаваемую графическую БД и список использованных источников

8 Вопросы для подготовки к зачету

  1. Перечислить тенденции развития геоинформационных технологий в России.
  2. Какие проблемы развития геоинформатики в России?
  3. Кто является потребителями геоинформации?
  4. Что такое геоинформационная система?
  5. Зачем необходима ГИС ?
  6. Перечислить составные части ГИС.
  7. Классификация плоттеров по принципу построения изображения.
  8. Объяснить принцип действия термоплоттеров.
  9. Преимущества струйные плоттеров.
  10. Преимущества и недостатки термоплоттеров.
  11. Преимущества и недостатки лазерных плоттеров.
  12. Преимущества применения дигитайзеров.
  13. Перечислить устройства ввода информации в ГИС.
  14. Перечислить устройства вывода информации в ГИС.
  15. Системы автоматизированного проектирования.
  16. Картографические системы.
  17. Отличия ГИС от САПР.
  18. Отличия ГИС от картографических систем.
  19. Классификация ГИС.
  20. Что такое информационная технология?
  21. Какие компоненты включает в себя ГИС?
  22. Как работает ГИС?
  23. Задачи, которая решает ГИС.
  24. Перечислить технологии связанные с ГИС
  25. Что такое GPS и зачем необходимо?
  26. Возможности ГИС.
  27. Понятие о настольной ГИС. Ее отличие от профессиональной.
  28. Структура организации информации в настольной ГИС.
  29. С помощью чего осуществляется передача информации о том каким цветом, и заполнителем отображается тот или иной объект в ГИС?
  30. В чем заключается операция генерализации в ГИС?
  31. Форматы хранения информации в ГИС.
  32. Какие операции могут выполняться с информацией в ГИС?
  33. В чем заключается операция анализ в ГИС? С какой информацией осуществляется. Приведите пример.
  34. Структура представления и хранения атрибутивной информации.
  35. Какие прикладные задачи могут решаться в настольных ГИС и с помощью чего?
  36. Состояние вопроса секретности в России.
  37. Виды (категории) информации в ГИС.
  38. Объекты защиты в ГИС.
  39. Что включается в пакет руководящих документов, касающихся секретности в ГИС?
  40. Классификация АС по требованиям безопасности.
  41. К какой группе относятся АС, в которых работает один пользователь, допущенный ко всей информации?
  42. К какой группе относятся многопользовательские АС, в которых одновременно обрабатывается информация различной степени конфиденциальности?
  43. Какие классы должна иметь АС в которой хранится или обрабатывается информация, являющаяся государственной собственностью (секретной)?
  44. Что входит в комплексную систему защити информации?
  45. Перечислить средства идентификации пользователя в ГИС.
  46. Виды карт, применяемых для идентификации пользователя.
  47. Отличие USB-ключа от HASP.


9 Список рекомендуемой литературы

9.1 Основная литература

  1. Лекции по дисциплине «Основы геоинформатики» в электронной библиотеке кафедры КиГ. Путь: Библиотека КиГ/лекции/Основы геоинформатики/заочники
  2. Капралов Е.Г Основы геоинформатики [Текст] / Е.Г.Капралов и [др.]; В 2 т. - М.: Изд.центр Академия, 2004. – 352 с.;23 см.-Библиогр.:с.351-352.
  3. Цветков, В.Я. Геоинформационные системы и технологии [Текст]: учеб. для вузов/ Цветков В.Я.-М.: Финансы и статистика, 1998.-288 с.
  4. Цветков, В.Я. Геомаркетинг: прикладные задачи и методы [Текст]: учеб. для вузов/ Цветков В.Я.-М.: Финансы и статистика, 2002.-240 с.

9.2 Дополнительная литература

  1. Бугаевский, Л.М. Геоинформационные системы [Текст]: учеб. для вузов/Л.М.Бугаевский, Цветков В.Я.- М.: Златоуст, 2000. – 260 с.;22 см.
  2. Кошкарев, А.В. Региональные геоинформационные сиcтемы [Текст] / А.В.Кошкарев, В.П.Каракин; ред. П.Я. Бакланова; АН СССР, Тихоокеанский ин-т географии. – М.: Наука, 1987.- 126 с.;22 см.-Библиогр.:с.124-126.
  3. Цветков, В.Я. Геоинформационное моделирование [Текст] / В.Я.Цветков // Информационные технологии. – 1999. - №3. - С.23-28
  4. Мельников, В.М. Защита информации в компьютерных системах [Текст] / В.М.Мельников .-М.: Финансы и статистика, Электроинформ, 1997.
  5. Цветков, В.Я. Защита информации в системах обработки данных и управления [Текст] / В.Я.Цветков.-М.: Миннауки, ВНТИЦ, 2000.
  6. Ежегодный обзор ГИС Ассоциации за 1996-97 гг. В 2 т. Т.1. Вып.3. Толковый словарь основных терминов по геоинформатики. 1997.
  7. Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации [Текст].-М.:ГИС-Инфо, 1998-2005гг.
  8. ГИСинфо/GISinfo [Текст].-М.:ГИС-Инфо, 2004-2005гг.
  9. ArcReview [Текст].-М.:ГИС-Инфо, 1998-2005гг.


ОСНОВЫ ГЕОИНФОРМАТИКИ

Составители: к.г.-м.н. Иванусь Ирина Валерьевна

Редактор

Компьютерная верстка И.В. Иванусь

Подписано в печать

Бумага оберточная №1

Печ. л.

Усл. печ. л.

Усл. – изд. л.

Цена

Формат 60ч84/16

Офсетная печать

Изд. №

Тираж экз.

Заказ №

Издательство КубГТУ: 350072, Краснодар, ул. Московская, 2. корп. А.

Типография КубГТУ: 350058, Краснодар, ул. Старокубанская, 88/4

Основы геоинформатики