Кафедра физической географии и ландшафтоведения - Программа курса Геоинформационные технологии в ландшафтных исследованиях

ПРОГРАММА КУРСА
ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЛАНДШАФТНЫХ ИСЛЕДОВАНИЯХ
3 курс, весенний семестр

I. Организационно-методический раздел
Цель курса
Изучение геоинформационных технологий, как средств сбора, хранения, анализа и визуализации пространственно-временной информации. Приобретение практических навыков реализации конкретных ландшафтных задач средствами геоинформационных технологий.

Место курса. Курс является частью специальной подготовки студентов кафедры физической географии и ландшафтоведения в изучении пространственного анализа в ландшафтных исследованиях. Смежными курсами являются: «Морфология и картографирование ландшафта», «Космическое ландшафтоведение», «Ландшафтная индикация и дешифрирование аэрофотоснимков».
Требования к уровню освоения содержания курса. Геоинформационные технологии являются неотъемлемым инструментом современных научных исследований и практической деятельности в области управления природопользованием и его оптимизации. Поэтому требуемый уровень освоения курса подразумевает свободное владение основными приемами и методиками геоинформационного анализа.

Задачи курса


знакомство с понятием пространственного анализа: определение, задачи, методы, связь с геоинформатикой. Геоинформационные технологии как часть пространственного анализа
изучение структуры, функциональных возможностей и базовых операций ГИС;
знакомство с источниками пространственной информации и областью их использования в ландшафтных исследованиях
получение практических навыков применения геоинформационных технологий в различных задачах ландшафтных исследований
ознакомление с существующими функционирующими ГИС разной целевой направленности.
II. Содержание курса.

Разделы курса:

Введение. Цели, принципы и методы пространственного анализа.
Геоинформационные системы.
Системы управления данными. Базы данных.
Геостатистика.
Пространственный анализ в ландшафтном картографировании.
Освоение наиболее популярных ГИС-пакетов (практикум)
Заключение.
Темы и их краткое содержание. Введение. Цели, принципы и методы пространственного анализа.
Определение пространственного анализа как системы дистанционного зондирования, геоинформационных технологий и систем глобального позиционирования. Связь пространственного анализа с геоинформатикой. Понятие о географической информационной системе. Примеры их использования в разных областях. История развития геоинформационных технологий.

Геоинформационные системы.
Структура ГИС (слои, пространственная и атрибутивная информация). Модели описания пространственного положения явлений: растр и вектор. Топологическая и семантическая согласованность слоев. Функциональные возможности ГИС. Источники пространственной информации (карты, аэрокосмические снимки, полевые описания). Географические проекции. Организация данных, привязка карт, снимков, материалов полевых описаний, преобразование форматов. Требования к ГИС. Анализ данных и математико-картографическое моделирование. Базовые операции ГИС. Запросы, расчет площадей, измерение расстояний, оверлейные операции, построение буферных зон и др. Визуализация данных. Построение тематических карт. Этапы разработки геоинформационной системы.

Системы управления данными. Базы данных.
Структуры данных, типы и форматы хранения информации. Базы и банки данных. Реляционные базы данных и система управления. Таблицы, запросы, формы, отчеты, макросы. Отображение информации из базы данных в ГИС.

Геостатистика.
Определение. Организация сети полевых измерений, алгоритмы интерполяции результатов опробования, вариограмма, поиск пространственных закономерностей.

Пространственный анализ в ландшафтном картографировании.
Данные дистанционного зондирования (ДДЗ) и цифровые модели рельефа (ЦМР) как источник пространственной информации о ландшафтном покрове. Способы использования и средства анализа ДДЗ и ЦМР, их интеграция с ГИС. Виды и характеристики ДДЗ, источники их получения. Обоснование пространственного, временного, радиометрического и спектрального разрешения ДДЗ в зависимости от цели и задач исследования.

Виды и характеристики ЦМР, методы их построения. Обоснование пространственного разрешения ЦМР в зависимости от целей и задач исследования и особенностей исходных данных. Алгоритмы построения ЦМР, оценка величины возникающих искажений. Принципы визуального и количественного анализа рельефа. Спектральный анализ ЦМР: выделение иерархических уровней организации рельефа территории (число генетических факторов морфогенеза, число порождаемых ими иерархических уровней форм рельефа, их средние линейные размеры), восстановление форм рельефа для основных иерархических уровней и генетических факторов. Оценка фрактальной размерности рельефа. Расчет морфометрических характеристики рельефа (крутизна, плановая, профильная и общая кривизны и освещенность для разных иерархических уровней, площадь водосбора, топографические индексы). Классификация элементов ЦМР по набору морфометрических характеристик с обоснованием числа выделяемых классов, метрики и способа классификации. Идентификация свойств полученных классов элементарных поверхностей рельефа на основе априорной и полевой информации. Оценка точности. Интеграция ЦМР и материалов ее анализа в ГИС.

Планирование маршрутов полевого обследования территории в среде ГИС. Использование систем глобального позиционирования для организации полевых исследования и интеграции их результатов в среде ГИС.

Дешифрирование отдельных критических свойств ландшафтных компонентов (запасы древесины, интенсивность эрозии, местообитания промысловых, редких, исчезающих видов и др.) на основе совместного анализа полевых данных, спектрозональных снимков, индексных изображений, морфометрических характеристик рельефа.

Освоение наиболее популярных ГИС-пакетов (практикум)
Влияние криогенных процессов на морфолитогенез и ландшафты. Рельефообразующая роль пучения и морозобойного растрескивания. Криогенное выветривание. Криогенные склоновые процессы, формы и отложения, связанные с ними.

Заключение.
Направление развития пространственного анализа в России и в других странах. Основные нерешенные проблемы и перспективы.

Примерный перечень заданий для аудиторной и самостоятельной работы (компьютерный практикум):
Привязка топографических карт и аэрокосмических снимков в ГИС
Векторизация базовых слоев: изолинии, точки, контура.
Базовые ГИС операции: запросы, построение буферов, оверлей.
Создание цифровой модели рельефа (ЦМР) по разным источникам информации
Расчет морфометрических характеристик рельефа.
Планирование лесопользования (на примере Тверской области) средствами ГИС: для административных районов вычисление площади лесов разных групп, определение расчетной лесосеки для разных периодов, оформление тематических карт, содержательный анализ.Расчет морфометрических характеристик рельефа.
Разработка структуры базы данных, организация форм, запросов и отчетов. Визуализация информации из БД в среде ГИС.

Примерный список контрольных вопросов и вопросов к зачету
Определение пространственного анализа. Соотношение с геоинформатикой. Определение ГИС. История ГИС.
Отличия ГИС от других информационных систем.
Принципы интеграции разнородных данных в ГИС.
Базовые операции ГИС. Запросы, расчет площадей, измерение расстояний, оверлейные операции, построение буферных зон и др.
Организация и форматы данных ГИС. Преобразование данных.
Структура ГИС для целей ландшафтного картографирования.
Физические основы использования ДДЗ и ЦМР для целей ландшафтного картографирования.
Принципы и методы координатной привязки и трансформирования снимков в ГИС-пакетах.
Типы цифровых моделей рельефа и методы их построения.
Построение и анализ ЦМР для целей ландшафтного картографирования.
Роль ГИС в организации полевых исследований.
Принципы работы систем глобального позиционирования и их использование в ландшафтном картографировании.