И.К. Лурье, Московский государственный университет,
географический факультет, кафедра картографии и геоинформатики
Геоинформатика как научное направление продолжает интенсивно развиваться, активно взаимодействуя с новыми сферами деятельности и профессиональных знаний — науки, техники, образования, управления, маркетинга и многих других. Ее развитие способствовало становлению новой отрасли картографии — геоинформационного картографирования (ГК). Карты продолжают оставаться наиболее удобной формой наглядного отображения реальности и выдачи пространственной информации потребителю. В сферах деятельности, которые опираются на пространственно определенную информацию и ее картографическое представление, возрастает востребованность специалистов в области ГИС и ГК.
Такие тенденции не могут не сказаться на фундаментальной подготовке кадров с высшим картографическим образованием. Становление и развитие ГИС-образования, разработка его концепции, формирование геоинформатики и ГК как учебных дисциплин уже более десяти лет являются приоритетными направлениями в деятельности кафедры картографии и геоинформатики. В основу концепции положена модель ГИС-образования, основанная на широком взаимодействии с науками о Земле и смежными с ними социально-экономическими науками. Она подразумевает теоретическое и практическое овладение геоинформационными технологиями, методами создания и использования ГИС, геоинформационными методами географических исследований и картографирования, основами дистанционного зондирования. Подготовка специалистов-картографов базируется на сочетании традиционных и компьютерных технологий создания и использования карт. На кафедре создан учебно-научный Центр геоинформационных технологий.
При подготовке специалистов в области картографии и ГИС используются разные формы обучения: базовая университетская (очная дневная), дополнительного образования по специальности “ДЗ и ГИС” (1 год), краткосрочные курсы (до 7 дней), магистратура, аспирантура, докторантура, стажировки преподавателей и научных сотрудников.
В рамках базового образования наряду с курсами “Проектирование и составление карт”, “Оформление карт”, “Картографический метод исследования”, студенты изучают следующие курсы:
- Высшая математика и основы программирования
- Основы геоинформационного картографирования
- Цифровое картографирование и цифровая фотограмметрия
- Базы данных
- Автоматизированное дешифрирование снимков
- Математико-картографическое моделирование
- Геоинформатика
Наибольший объем часов приходится на курсы «Основы геоинформационного картографирования» (86 час.) и » Геоинформатика» (92 час.). Содержание курсов постоянно совершенствуются, отражая прогресс в этих научных направлениях.
Программа курса “Основы геоинформационного картографирования” рассчитана на два семестра и включает 5 основных разделов:
- Основные положения и задачи геоинформационного картографиро- вания
- Получение и представление данных в системах ГК
- Методы геоинформационного картографирования
- Методы компьютерной обработки снимков для создания тематических карт
- Использование коммерческих ГИС-пакетов в ГК
В курсе рассматриваются наиболее приоритетные направления и перспективы ГК в связке: решаемые задачи — пространственно-определенная информация — моделирование и создание карт — программные и технические средства. Особое внимание уделяется проблеме пространственной локализации информации — ее точности (позиционной и атрибутивной), а также понятиям качества данных, распространения погрешностей в измерениях координат, способам контроля ошибок цифрования и представления данных.
Большая часть курса отводится изучению методов геоинформационного картографирования, основным процессам проектирования и создания карты. Рассматриваются такие методы и функции ГИС как: преобразования систем координат, масштабов, проекций векторных и растровых изображений; создания и отображения карт рельефа и ЦМР, “геометрической” (для позиционных данных) и “содержательной” (для атрибутивных данных) генерализации; формализации процесса картографирования, воспроизводства картографического изображения с использованием принципов картографического оформления.
Отдельный раздел посвящен программному и техническому обеспечению в области использования данных дистанционного зондирования для ГК и ГИС, особенно для оперативного и динамического картографирования. Рассматриваются алгоритмы улучшения яркостных и геометрических свойств снимков, компонентного анализа, контролируемой и неконтролируемой классификации, а также методы построения карт динамики объектов по картам и снимкам.
Курс “Геоинформатика” является итоговым и включает следующие основные разделы:
- Геоинформатика и ГИС: сущность, структура, функции
- Концепция географической информации: модели данных и представление реальности
- Хранение и обновление данных в ГИС
- Географический анализ и пространственное моделирование
- Методы тематического согласования слоев информации в ГИС
- Экспертные подсистемы, структура подсистемы поддержки принятия решений в ГИС
- Интерфейс пользователя в ГИС
- Создание и применение ГИС, примеры проблемно-ориентированных ГИС
- Основные коммерческие ГИС-пакеты: структура и особенности функционирования
В курсе рассматриваются два взгляда на геоинформатику как научную дисциплину: научно-познавательный, при котором внимание сосредотачивается на исследовании и отображении геосистем путем создания их цифровой информационной модели посредством ГИС; инженерно-технологический, при котором делается упор на разработку методов создания и эксплуатации ГИС.
Определяются структура информационного обеспечения ГИС и особенности интеграции разнотипных данных с оценкой их надежности. Главные вопросы при выполнении географического анализа и пространственного моделирования в ГИС — изучение и кодирование взаимосвязей и взаимозависимости географических объектов и явлений, представленных точками, линиями, полигонами или ячейками сетки (пикселами) и определяющими их признаками, на основе таких функций ГИС как оверлей, буферизация и построение пространственных запросов к базам данных. Создание и применение блока моделирования в ГИС рассматривается на примере использования ЦМР для решения морфометрических и гидрологических задач (анализ форм рельефа поверхности, построение линий стока и водосборных бассейнов).
Особое внимание уделяется задаче пространственного и тематического согласования информации. Рассматривается применение для ее решения различных ГИС методов: оверлея и буферизации, логических и математических процедур, классификации и восстановления данных, методов “нечетких” множеств. Возможности ГИС для поддержки принятия решений раскрываются на примерах преобразования исходных данных с использованием формализованных экспертных знаний и положений нечетких множеств в новую информацию, пригодную для формирования правдоподобных решений и предоставляемую для окончательного анализа человеку.
В разделах курсов рассматривается современное техническое и программное обеспечение ГИС, дается сопоставление распространенных ГИС-пакетов. Для обеспечения практических работ по курсам ГК и геоинформатики разработан компьютерный ГИС-практикум — набор типовых географических задач и рекомендуемых ГИС-технологий для их решения без жесткой привязки к конкретному ГИС-пакету, а также учебная ГИС для территории учебно-научного полигона МГУ — ГИС «Сатино”. Практические работы выполняются с применением собственных (MAG) и лицензионных программных пакетов: ArcView, MapInfo Professional, Idrisi, ERDAS IMAGINE, MapViewer, Surfer. Так, на примере ArcView изучаются технологии создания картографических слоев на основе картографических и табличных баз данных и компоновки карты. Решение задачи “Исследование состояния экосистемы на основе использования космических снимков и ГИС-технологий” (на примере района Мончегорска) выполняется в пакетах Idrisi и Erdas. Цифровые модели строятся в пакетах MAG и Surfer. Новейшие разработки фирм ESRI и Erdas студенты осваивают на базе Центра геоинформационных технологий. Здесь же с 1999 г. осуществляется подготовка магистров географии по программе “ДЗ&ГИС”, которая разработана в рамках международного сотрудничества университетов (REAP), руководимого Британским Советом.
Цель открытой на факультете платной программы дополнительного образования “Дистанционное зондирование и географические информационные системы” — освоение слушателями современных методов картографии, аэрокосмических исследований, компьютерной обработки изображений и ГИС-технологий для использования в исследованиях в области управления и охраны окружающей среды, геоэкологии, рационального природопользования. На курс могут поступать специалисты с высшим образованием, желающие получить новую специализацию или повысить свою квалификацию. Программа дисциплины состоит из трех частей:
Блок I. Базовые курсы по картографии, геоинформатике и дистанционному зондированию:
- Основы картографии и картографического метода исследования.
- Тематическое картографирование.
- Основы геоинформатики.
- Основы дистанционного зондирования.
- Тематическое дешифрирование снимков.
Блок II. Методы и технологии дистанционного зондирования и ГИС:
- Теория и практика цифровой обработки изображений.
- ГИС-технологии и создание ГИС.
- Основы спутникового позиционирования.
- Геоиконика и геоинформационное картографирование.
- Компьютерные сети.
Блок III. Применение ГИС и ДЗ в географии, геоэкологии и рациональном природопользовании.
Лекции будут читать ведущие профессора и доценты кафедры и факультета. Практические занятия на базе Центра геоинформационных технологий будут вести сертифицированные преподаватели программных продуктов ESRI и ERDAS. По окончании курса слушатели получат диплом Московского университета о дополнительном образовании.
В рамках деятельности Центра его сотрудники и преподаватели кафедры уже несколько лет ведут на коммерческой основе краткосрочные курсы “Введение в ArcView GIS“, Введение в Arcinfo“, Введение в ERDAS IMAGINE“ с лекциями по основам ГИС, картографии и цифровой обработки изображений. В настоящее время Центр предлагает новый курс “Введение в ArcGIS 8”.
