Геоинформационные системы Прагматический подход ГИС для практиков Лекция

Геоинформационные системы Прагматический подход: ГИС для практиков Лекция 1. Введение Пономарчук Алексей Иванович, канд. физ. мат. наук

Структура курса (семестр) Общий объем – 108 часов, из них: лекции – 12 часов (аудитория 968) практика – 30 часов (аудитория 885) Контроль: реферат компьютерные тесты (2) зачет по практике (промежуточный) зачет по итогам семестра 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 2

Содержание курса: что/зачем? Геоинформатика, ГИС, ДЗЗ – составные части 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 3

Соотношение частей Геоинформатика ( «геоматика минус» ) Геоинформационные системы (ГИС) Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) (источник геопространственной информации) Общее звено: пространственно соотнесенная информация 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 4

Состав и задачи курса Лекции: первая половина времени – геоинформатика и ГИС (воспоминание), вторая половина – ДЗЗ и задачи, решаемые его посредством Практики: базовые вопросы ГИС и работа с тематической информацией «по заказу» Цель курса: утвердить практические навыки работы с геопространственной информацией и применить их для написания магистерских диссертаций 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 5

Геоинформатика Определения, примеры и термины 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 6

Геоинформатика: научно познавательная точка зрения География - свод знаний о пространственновременных особенностях какой-либо территории, объекта, явления или процесса Информатика - наука о способах получения, накопления, хранения, преобразования, передачи, защиты и использования информации Геоинформатика - наука, изучающая автоматическую переработку пространственно-временной информации о геосистемах различного иерархического уровня и территориального охвата 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 7

Геоинформатика: научно познавательная точка зрения 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 8

Геоинформатика: комплексная точка зрения Научно-познавательный аспект научная дисциплина, изучающая природные и социально- экономические геосистемы посредством компьютерного моделирования на основе БД и географических знаний Технологический аспект технология сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно-координированной информации Производственный аспект производство по созданию аппаратных средств и программных продуктов, баз и банков данных, систем управления, стандартных (коммерческих) ГИС 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 9

Геоинформатика: комплексная точка зрения Геоинформатика – это наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем, по разработке геоинформационных технологий, по приложению ГИС для практических и научных целей 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 10

Базовые концепции геоинформатики Элементы моделирования действительности 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 11

От фактов к знаниям Данные – зарегистрированные факты об окружающей действительности Информация – совокупность фактов, представленная в формализованном виде, пригодном для интерпретации человеком и обработки компьютером Знания – интерпретация информации, отражение семантических (смысловых) аспектов реального мира 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 12

Пространственный аспект Пространственные данные – любые пространственно-координированные (ассоциированные с пространственными координатами) данные. В информационных системах это всегда цифровые данные Пространственный объект – реальный объект, в то же время - его цифровая модель как форма представления в информационной системе 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 13

Концептуальные модели представления реальности (1) Концептуальные модели: объектно-ориентированные (дискретное представление, проблема - в границах объектов, которые не всегда четко различимы) сетевые (связи между объектами, описание транспортных и иных потоков) географически (пространственно) непрерывные поля параметров, которые могут быть оценены в любой точке пространства 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 14

Модели пространственных объектов (2) Любые пространственные данные включают: позиционные данные (координатные) непозиционные данные (атрибуты) Формальные модели позиционных данных: точка (размерность – 0) линия (размерность – 1) область или полигон (размерность - 2) объемная фигура (размерность – 3) ячейка – объект или часть объекта, представленные элементом регулярной сетки (размерность – 2) 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 15

Модели (основные) пространственных данных (3) Векторная модель представление реальности с помощью формальных моделей (точка, линия, полигон…) могут включать топологию объектов удобна для представления топографических данных и границ объектов Растровая модель (в том числе – GRID модель) аппроксимация объектов и их непрерывных изменений совокупностью ячеек конечного размера - растром удобна для представления непрерывно распределенных данных (в соответствии с моделью географических полей) 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 16

информа ионные системы ц (ГИС) Определения, примеры и термины 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 17

ГИС: общее определение География - свод знаний о пространственновременных особенностях … Информационная система (ИС) - хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска, размещения и выдачи (вывода) информации Географическая информационная система (ГИС) – ИС, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственнокоординированных данных, а также получение на их основе новой информации и знаний 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 18

ГИС: состав и функции подсистема обработки и анализа подсистема ввода и коррекции 14. 09. 2012 подсистема моделиро вания подсистема хранения Геоинформационные системы. Прагматический подход подсистема вывода 19

ГИС: варианты классификации Коммерческие: Arc. GIS, Geo. Media, Map. Info, Geo. Draw, ERDAS Imagine, ENVI, Photo-MOD… Свободные: QGIS, GRASS… Учебные: Idrisi, OSU MAP 14. 09. 2012 Профессиональные: Arc. GIS Server, Geo. Media… Настольные: Arc. GIS Desktop , Map. Info, Geo. Draw… ГИС вьюеры: Arc. Reader… Геоинформационные системы. Прагматический подход 20

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) Определения, примеры и термины 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 21

ДЗЗ: бытовое понятие Наблюдатель (исследователь) 14. 09. 2012 Объект наблюдения (исследования) Геоинформационные системы. Прагматический подход 22

ДЗЗ: бытовое понятие Дистанционное зондирование – исследование на расстоянии Элементы ДЗ: наблюдатель объект наблюдения средство наблюдения (аппарат) помехи (атмосфера и пр. ) Вековая мечта человечества: изучать мир, не слезая с дивана 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 23

Примеры из истории Авиационная разведка: первые аэрофотоснимки были получены до начала Первой мировой войны самолет разведчик U 2 (полигон Тюра Там 1957, Пауэрс – 1960), Куба радиоэлектронная разведка (AWACS) 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 24

Примеры из истории Космическая разведка: массовое применение спутников – видовая разведка программа «Алмаз» (пилотируемая станция «Салют» ), «Космос» ы и др. детальная фотосъемка спутники «Key. Hole» (США), «Зенит» (СССР) 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 25

Снимки района оз. Байкал Дельта р. Селенги IRS, 01. 09. 2007 14. 09. 2012 Сахалинский залив SPOT 4, 17. 09. 2006 Геоинформационные системы. Прагматический подход 26

ДЗЗ определение Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) — наблюдение поверхности Земли авиационными и космическими средствами, оснащёнными различными видами съемочной аппаратуры (Wikipedia) Частный вид ДЗЗ – аэрокосмические методы (предмет настоящего курса – космические методы) Рабочий диапазон длин волн – от долей микрометра (оптический видимый диапазон) до метров (радиоволны) 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 27

ДЗЗ – характеристика данных Пространственное разрешение размер пиксела на поверхности Земли (0. 5 м – 1 км) Спектральное разрешение количество и ширина спектральных полос (1 - монохром, 4 – спутники SPOT, 7 – спутники LANDSAT, 36 – сенсор MODIS, 220 – сенсор Hyperion) Радиометрическое разрешение количество уровней сигнала (8. . 14 бит, 256. . 16384 уровней) Временное разрешение частота пролета спутника над территорией интереса 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 28

Структура исследований с применением данных ДЗЗ Объект исследования Дешифрирование Создание (актуализация) карты, ГИС Снимок Запрос на уточнение, актуализацию 14. 09. 2012 Фотограмметрия Математическая модель (цель исследования) Геоинформационные системы. Прагматический подход 29

Сферы применения ДЗЗ Картография (актуализация карт, создание новых обзорных, топографических и тематических карт) Мониторинг сельского и лесного хозяйства Мониторинг ледовой обстановки (пример, Северный морской путь) Мониторинг снежного покрова и паводков Мониторинг морских акваторий (пример – Канада) Мониторинг опасных природных явлений: лесные и торфяные пожары паводки, снежные лавины экологические катастрофы, в т. ч. - техногенные 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 30

Виды ДДЗЗ: доступность Полностью открытые данные (доступны для загрузки в полном объеме) – MODIS, LANDSAT Условно открытые данные (доступны для просмотра через интернет и загрузки «квиклуков» ) – Google Earth, каталоги коммерческих спутников Коммерческие (закрытые) данные – большинство снимков среднего и высокого разрешения Недоступные данные – снимки спутников военного назначения, в т. ч. – большой части российских 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 31

Литература Учебники, публикации, ресурсы интернет 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 32

Обязательная литература Лурье И. К. Геоинформационное картографирование. МГУ, географический факультет. – М. : "КДУ", 2008. 424 с. – гл. 8 «Цифровая обработка изображений для создания баз данных ГИС и тематических карт» . Книжников Ю. Ф. , Кравцова В. И. , Тутубалина О. В. Аэрокосмические методы географических исследований. – М. : изд. центр «Академия» , 2 -е изд. , 2011. – 416 с. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов / Под ред. А. М. Берлянта, А. В. Кошкарева. М. : ГИС Ассоциация, 1999. - 204 с. 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 33

Дополнительная литература Тутубалина О. В. Компьютерный практикум по курсу «Космические методы исследования почв» . - М. : Географический факультет МГУ, 2009. Лурье И. К. , Косиков А. Г. Теория и практика цифровой обработки изображений. - М. : Научный мир, 2003. Калинин В. М. Мониторинг прирдных сред. – Тюмень: Изд-во Тюменского государственного университета, 2007. – 208 с. Трифонова Т. А. Геоинформационные системы и дистанционное зондирование в экологических исследованиях: учеб. пособие для вузов / Т. А. Трифонова, Н. В. Мищенко, А. Н. Краснощеков. – М. : Академический Проект, 2005. – 352 с. 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 34

Ресурсы интернет Проект GIS-Lab - http: //gis-lab. info/ Сайт ESRI - http: //resources. esri. com/ Библиотека Arc. GIS: http: //www. dataplus. ru/Support/Library/ Сайт НТЦ «Скан. Экс» - http: //www. scanex. ru/ Сайт НЦ «ОМЗ» - http: //www. ntsomz. ru/ Космоснимки РФ - http: //www. kosmosnimki. ru/ Спутник (Иркутск) - http: //www. sputnik. irk. ru/ Каталог снимков - http: //earthexplorer. usgs. gov/ Каталог MODIS – http: //lance-modis. eosdis. nasa. gov/ Биогеография - http: //homespace. freeiz. com/, далее пункт меню «Биогеография» (книги) 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 35

Темы рефератов Справочно - основные темы, возможны вариации 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 36

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Проблемно-ориентированные ГИС и модели данных. ГИС: а) экологические, б) кадастровые, в) муниципальные и др. Методы тематического согласования информации в ГИС Особенности, преимущества и недостатки наиболее распространенных ГИС (на примере систем Arc. GIS, Map. Info и др. ) Особенности проектирования ГИС для решения задач, связанных с экологией и охраной природы Задачи и способы проектирования и функционирования и тематической БД в структуре ГИС Базовые принципы и технологии применения пространственных моделей в биологии Дистанционное зондирование Земли: цифровые методы получения, обработки и интерпретации дистанционных данных Перспективы использования дистанционного зондирования Земли в биолого-экологических исследованиях Роль аэрокосмических снимков в комплексных исследованиях природной среды Роль аэрокосмических снимков в биолого-экологических исследованиях Создание гибридных продуктов на основе карт и космических снимков 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 37

Контактные реквизиты Пономарчук Алексей Иванович Кафедра геоинформатики и картографии ГИС центр Межрегиональный Центр космического мониторинга телефон: 239 6633 email: aponomarchuk@psu. ru комната: 431 (корпус ЕНИ) Часы консультаций: четверг, 13: 00 -16: 00 14. 09. 2012 Геоинформационные системы. Прагматический подход 38