Прозорова Г.В., Кафедра геоинформатики Института геологии и геоинформатики Тюменского государственного нефтегазового университета, e-mail: prosorowa@yandex.ru
На нашей кафедре ведется обучение студентов специальности «Информационные системы и технологии (в геологии и нефтегазодобыче)». В число учебных дисциплин входит изучение основ теории и практики геоинформационных систем. Интересной и эффективной формой обучения этим предметам являются факультативные занятия. Выполняя учебно-исследовательские проекты, студенты глубже осваивают теоретические и прикладные аспекты изучаемой дисциплины. Помимо этого, мы проводим факультатив по ГИС-технологиям и для школьников.
Нам уже есть, чем гордиться. Наши ребята завоевали призовые места на городской научно-практической конференции юных исследователей «Шаг в будущее» на секции информатики и в областном туре этой конференции на секции географии.
Хочется отметить интерес школьников и студентов к занятиям и быстрое освоение ими программных продуктов на уровне, достаточном для начала работы. При этом исходный уровень знаний в области географии практически не имеет значения, но в процессе занятий неизбежно возникают вопросы – какую проекцию использовать и почему, каким образом связаны координата точки на карте и реальной точки на местности, какие способы отображения различной информации предпочтительнее в каждом случае и т.д. При поиске ответов на эти вопросы учащиеся начинают охотно изучать учебники по картографии. А самостоятельно создав тематические карты, они сами приходят к выводу, что карты – это эффективный, удобный и привлекательный способ отображения пространственной информации.
В настоящее время под руководством автора этой статьи студентами разных курсов и школьниками выполнены учебно-исследовательские ГИС-проекты разной тематики и уровня сложности. Темы определялись кругом интересов исполнителей, а уровень сложности поставленных задач – в основном их навыками в области информационных технологий. В качестве основного ГИС-инструмента использовалось программное обеспечение ArcView 9.
Далее кратко описаны четыре проекта, выполненные школьниками и первокурсниками. Работы студентов старших курсов значительно сложнее и серьезнее, мы планируем рассказать о них в будущем.
Темы, цели и способы оформления результатов во всех проектах разные, но используемая технология выполнения работ одна – создание тематических карт. Нужно было нанести на имеющуюся растровую или векторную основу тематические слои, данные для которых имелись в виде таблиц или текста. Полученные карты представляют собой наглядный иллюстративный материал, а главной целью было освоение теоретических и практических основ технологии работы в ГИС. В связи с этим требования к точности координат объектов были невысокие. Для хранения пространственных и атрибутивных данных использовались средства ГИС. Для подготовки пространственных данных применялись процедуры сшивки растров, оцифровки, создания и редактирования векторных объектов. Атрибутивные данные заносились в таблицы создаваемых шейп-файлов или связывались с ними с помощью процедуры геокодирования. Из имеющихся аналитических возможностей чаще всего использовалась функция создания буферов.
История освоения месторождений Западной Сибири
Автор – Катков Роман, учащийся 11«Б» класса гимназии с углубленным изучением иностранных языков №21, г. Тюмень. В 2006 г. работа заняла 2-е место на конкурсе старшеклассников «ГеоStar», проводимом Институтом геологии и геоинформатики Тюменского государственного нефтегазового университета. В настоящее время Роман – студент 1 курса специальности «Геология нефти и газа».
Целью было создание карт, как иллюстрации к имеющемуся текстовому материалу. Автором на основе литературных источников была проанализирована информация о 31 месторождении – об истории открытия, разработки, освоения, о людях, принимавших в этом участие. Собранные исходные данные представляли собой тексты, таблицы, рисунки, фотографии. Данные о месторождениях были собраны в таблицу. Но в таком виде информация неудобна для восприятия аудиторией, некоторые интересные факты остаются вне ее внимания. Поэтому автор и руководитель работ решили нанести на векторную карту Тюменской области данные о местонахождении месторождений, их названия и даты открытия. Названия месторождений размещены на карте как статические надписи, а даты освоения – как подсказки, которые появляются при наведении на объект указателя мыши (рис. 1). Созданные карты и собранный материал могут быть использованы на уроках географии и краеведения в школе, вероятно они интересны и ветеранам отрасли.
Рис. 1. Наглядная история освоения месторождений нефти и газа Тюменской области.
Подготовка учебного пособия для уроков географии
Следующая работа – также создание демонстрационного материала для уроков в средней школе. Но объем выполненной работы значительно больше, и полученный результат представлен в ином виде. Ее авторы Деменко Анна, Никифорова Мария, Будяк Дарья, МОУ СОШ № 88, г. Тюмень. Работа заняла 3-е место на областном туре научно-практической конференции юных исследователей «Шаг в будущее», секция географии.
На уроках географии в школе карты – обязательный учебный материал. Но бумажные карты подвержены износу, неудобны в хранении. А во многих школах есть возможность проводить уроки с использованием современного демонстрационного оборудования. Мы решили создать учебное пособие, которое можно было бы использовать при проведении уроков.
В качестве первой была выбрана тема «Физическая география Тюменской области». Карты подготовлены на занятиях факультатива по ГИС-технологиям кафедры геоинформатики ИГиГ ТюмГНГУ. В данной работе использовались возможности создания тематических карт в ArcGIS. За основу были взяты отсканированные тематические карты из учебника «География Тюменской области». Они были оцифрованы в ArcMap в векторные слои, необходимые сведения были занесены в таблицу атрибутов, к ним были добавлены легенды и проведено графическое оформление.
Всего создано 8 тематических карт для уроков физической географии («Морфоструктурная карта», «Карта распространения и месторождений полезных ископаемых», «Климатическая карта», «Почвенная карта», «Карта распространения многолетней мерзлоты», «Животный мир», «Заповедники и заказники», «Карта растительности») и 8 карт для уроков экономической географии («Карта расположения объектов ТЭК», «Карта расположения объектов перерабатывающей промышленности», «Карта расположения объектов легкой промышленности», «Сельское хозяйство», «Животноводство», «Транспорт», «Население Тюменской области», «Население юга Тюменской области»). Пособие выполнено в виде презентации (рис. 2). Гиперссылки обеспечивают перемещение по разделам темы и картам. Такая форма представления проста и может быть использована в любом школьном компьютерном классе любым школьным учителем.
Рис. 2. Примеры материалов, представленных в учебном пособии.
В данной работе не использовались возможности пространственного анализа ArcGIS, что было бы эффективно, например, для иллюстрации взаимосвязи природных географических условий и размещения экономических объектов. В этом направлении проект может быть развит в дальнейшем.
Карты загрязнённости на улицах Тюмени
Следующая работа Парфёновой Катерины, технический лицей при ТюмГНГУ, более сложна с точки зрения использования инструментария ГИС. Кроме того, автором работы был более серьезно изучен теоретический материал по истории картографии, проведено сопоставление приемов создания карт в бумажном и электронном виде. Работа заняла 3-е место на городской научно-практической конференции юных исследователей «Шаг в будущее», секция информатики.
За основу были взяты бумажная карта г. Тюмень и данные о загрязнениях от автотранспорта на улицах города в формате Word, полученные Центром гигиены и эпидемиологии Тюменской области. Измерения были произведены в 35 точках по пяти веществам: диоксид азота (NO2), свинец (Pb), фенол (C6H5OH), формальдегид (HCHO) и оксид углерода (СО). Задачей работы было построение тематических карт, визуализирующих данную информацию, и ее пространственный анализ.
Рис. 3. Примеры карт загрязнённости на улицах г. Тюмень.
Карта была отсканирована в виде отдельных фрагментов. Затем в программе Easy Trace проведена сшивка полученных растров, в ArcGIS на полученную растровую основу нанесены точки измерения и социальные объекты, в атрибутивные таблицы соответствующих шейп-файлов занесены данные измерений. После этого были созданы (рис. 3):
- карты концентрации каждого вещества в точках их измерения;
- сводная карта концентрации всех загрязняющих веществ в точках измерения;
- карты превышения концентраций каждого вещества относительно предельно допустимой концентрации (ПДК);
- карта особо неблагополучных точек, в которых отмечается превышение концентрации над ПДК для трех и более загрязняющих веществ, с нанесенными близлежащими социальными объектами.
Анализ полученных карт позволил сделать ряд интересных выводов, а результаты работ были переданы на кафедру Промышленной экологии ИГиГ как иллюстрация к собранному материалу.
ГИС для анализа абитуриентов
Четвертая работа выполнена Юрием Михайловым, Юрием Шарифьяновым и Иваном Харитоновым – студентами-первокурсниками группы ИСТ-05. Она помогла им быстро сориентироваться в том направлении, которое им придется изучать. Результаты работы оказались интересными и где-то даже неожиданными для авторов и их одногруппников.
Цель проекта – создание тематических карт для географического анализа информации о притоке и уровне подготовки абитуриентов кафедры геоинформатики.
При проведении текущего контроля успеваемости студентов возникают вопросы, с чем связана успешность их учебы в ВУЗе – есть ли какие-то закономерности или все определяется только личными качествами каждого. В частности, авторам было интересно разобраться в следующих вопросах:
- из каких школ города и области поступают абитуриенты на кафедру геоинформатики;
- связан ли уровень начальной подготовки абитуриентов с географическим фактором
- связана ли с ним динамика дальнейшей учебы в ВУЗе.
Для решения поставленной задачи были созданы пространственная и атрибутивная базы данных по всем студентам кафедры геоинформатики. Информация о месте окончания школы и успеваемости студентов наносилась на векторные карты Тюмени и Тюменской области. С использованием средств геокодирования были построены серии тематических карт, показывающих пространственное распределение студентов кафедры по годам по городу и районам области, а также диаграммы, отражающие приток студентов из разных районов и динамику их учебы (рис. 4). Затем проводился анализ полученной информации: определялись районы и школы, дающие стабильный приток абитуриентов кафедры, и оценивалось, связаны ли уровень успеваемости и динамика учебы студентов с этим фактором.
Рис. 4. Студенты специальности ИСТ на карте Тюменской области.
В результате анализа были отмечены следующие закономерности:
- Постоянный приток абитуриентов идет из северных районов Тюменской области, абитуриентов с юга области единицы.
- Уровень начальной подготовки студентов из южных районов области несколько выше, чем из северных.
- В городе Тюмень на кафедру геоинформатики приходят преимущественно выпускники школ юго-восточной части города, Технического Лицея при ТюмГНГУ, они же отличаются более высоким уровнем успеваемости в первую сессию.
- Динамика успеваемости примерно одинакова для студентов всех лет поступления и всех рассмотренных районов – наблюдается снижение успеваемости к 2-3 сессии, затем повышение и стабилизация примерно на уровне 4.5 баллов.
- В отличие от начального уровня подготовки, динамика успеваемости в ВУЗе напрямую не зависит от географических факторов.
Таким образом, задачи проекта были выполнены.
Заключение
По нашему мнению, эти и другие выполненные проекты получились интересными и полезными как для учащихся, так и для нас. В дальнейшем мы планируем продолжать и развивать учебно-исследовательскую деятельность в области ГИС-технологий, выполнять начатые проекты с привлечением дополнительных возможностей ГИС и создавать новые. Интересным направлением является и работа со школьниками, мы стремимся расширять ее и совершенствовать ее формы.
Мы будем рады сотрудничеству с коллегами из других ВУЗов. Наши адреса: www.tsogu.ru; turenko@tsogu.ru; prosorowa@yandex.ru.
