Course Syllabus

Завдання курсу:

• висвітлення основи просторового аналізу та моделювання;
• огляд сучасних методів одержання актуальної інформації про стан довкілля з використанням аерокосмічних знімків та сучасних підходів до систематизації та управління геоданими,
• набуття знань про загальні принципи організації та функціонування ГІС, їх складові частини та функції;
• огляд основних технологічних етапів обробки інформації засобами ГІС;
• огляд сучасних методів представлення і аналізу даних в ГІС;
• отримання досвіду роботи з найбільш популярними програмними пакетами ГІС (зокрема ArcGIS та QGIS).

Курс «Геоінформаційні системи та її застосування» є міждисциплінарним, оскільки інтегрує знання з багатьох наукових дисциплін, серед яких екологія, географія, математика, статистика, дистанційне зондування Землі, картографія та ін.

У результаті вивчення курсу студент повинен:

Знати:

• принципи планування та розробки геоінформаційних систем;
• структуру та особливості основних моделей даних геоінформаційних систем;
• основні джерела даних для реалізації аналізу засобами ГІС;
• основні методи просторового аналізу та геостатистичного моделювання;
• особливості використання сучасних програмних засобів ГІС;
• можливості застосування геоінформаційних систем для моніторингу довкілля та вирішення актуальних проблем раціонального використання природних ресурсів та охорони навколишнього середовища.

 Вміти:

• розробити схему, методику та план для вирішення задачі засобами ГІС;
• підготувати та організувати дані для проведення аналізу;
• підготувати тематичну карту з результатами аналізу;
• застосовувати функції програмного забезпечення ГІС, зокрема ArcGIS, QGIS.

Зміст курсу

 

Тема 1. Вступ до предмету геоінформаційні системи та їх застосування.  

Мета вступної лекції полягає в ознайомленні студентів з геоінформатикою, предметом та методами дослідження, основними поняттями та термінами, такими як геоінформаційна система, просторовий об'єкт та атрибут, вектор, растр, просторове моделювання та ін. Розглядаються функції ГІС, моделі та типи даних в ГІС, а також застосування ГІС на прикладах результатів досліджень, виконаних за допомогою ГІС.

При виконанні практичного завдання студенти розглянуть можливості ГІС на прикладі реалізованих ГІС-веб проектів ArcGIS Online. Студенти навчаться створювати власний ГІС-веб проект на базі безкоштовного картографічного сервісу ArcGIS Online.

 

Тема 2. Збір та попередня обробка географічних даних.

Тема присвячена способам одержання геоданих, необхідних для виконання досліджень засобами ГІС. У лекційному матеріалі розглядаються джерела геоданих, як комерційні, так і відкриті та безкоштовні, доступні для скачування через Інтернет, зокрема, онлайн-геопортали, картографічні дані OpenStreet Map у векторному форматі, супутникові зображення та тематичні і топографічні карти, вихідні дані ДЗЗ. Розглядаються основні способи вводу даних в ГІС (векторизація, аерокосмічна зйомка,  GPS позиціювання).

Студенти отримують практичні навики пошуку на завантаження супутникових знімків Landsat 8, цифрової моделі рельєфу, мозаїк супутникових зображень Google та карт на вибрану за власним бажанням територію.

 

Тема 3. Системи координат і картографічні проекції.

При вивчені теми студенти ознайомляться з різними системами координат та способами проекції реальної території чи тривимірної частини Земної кулі на двовимірну поверхню (карту). Розглядаються особливості різних картографічних проекцій, зокрема рівноплощинних, рівнокутних та рівнопроміжних, а також систем координат та системи висот існуючих топографічних карт території України, створених у різні часові періоди.

При виконанні практичного завдання студенти зможуть навчитися виконувати географічну прив’язку та корекцію карт чи супутникових знімків за опорними точками (об’єктами з відомими географічними координатами) та з використанням географічно-прив’язаної  картоснови.

 

Тема 4. Векторна моделей даних.

Тема присвячена вивченню видів та характеристик векторних даних. Розглядається поняття та значення просторової топології в ГІС, приклади топологічних правил для точкових, лінійних та полігональних об'єктів, а також типи просторових взаємовідношень.

Студенти отримують навики редагування (додавання) картографічної інформації OpenStreetMap (відкритого проекту зі створення загальнодоступних карт та розповсюдження геопросторових даних), а також створення та перевірки топологічних правил в ArcGIS на прикладі аналізу дорожньої мережі та використання модулю Tracking Analyst для пошуку найкоротшого шляху.

 

Тема 5. Триангуляційна модель географічних об'єктів.

У лекційному матеріалі викладено характеристику та властивості тріангуляційної моделі географічних об’єктів (TIN), етапи створення моделі TIN та можливості моделі TIN для відображення поверхні місцевості.

Студенти отримують практичні вміння побудови цифрової моделі рельєфу території за векторизованими ізолініями рельєфу з топографічних карт.

 

 

Тема 6. Основні поняття просторового аналізу.

У лекційному матеріалі викладено класифікацію методів просторового аналізу, характеристику та особливості застосування кожного методу, до яких, зокрема, належать: аналіз геометрії об'єктів, аналіз місцезнаходження, дистанційний аналіз, метод картографічного накладання.

Практичне застосування просторового аналізу ArcGIS буде продемонстроване на прикладі визначення населених пунктів, що знаходяться у зоні ризику розвитку паводкової ситуації на річці Тиса.

 

Тема 7.  Візуалізація даних в ГІС

Тема присвячена створенню тематичних карт та підготовці їх до друку. Будуть розглянуті картографічні способи відображення результатів аналізу та моделювання, етапи підготовки карт та основні загальноприйняті правила створення тематичних карт.

Студенти зможуть навчитися створювати тематичну карту в ArcGIS та зберігати її у форматах *.tiff чи *.jpg, а також відображати дані у вигляді 3D моделі.  

 

Тема 8. Особливості обробки растрових моделей географічних об'єктів.

Розглядаються види та характеристики растрових моделей, а також порівняння, переваги та недоліки збереження даних у растровому та векторному форматах. Також вивчаються основні принципи дистанційного зондування (ДЗЗ), характеристика та класифікація супутникових знімків (просторове, спектральне, радіометричне та темпоральне розрізнення знімків).   

При виконанні практичного завдання студенти набудуть навики обробки супутникових знімків інструментальними засобами програми ВeamVisat.

 

Тема 9. Інтеграція даних в ГІС.

Аналізуються особливості роботи з різноформатними даними в ГІС та способи інтеграція різноформатних даних.

Студенти навчаться виконувати автоматизовану векторизацію картографічних даних за допомогою програмного продукту EasyTrace.

 

Тема 10. Методи статистичного аналізу в ГІС.

Тема присвячена огляду геостатистичного аналізу. Розглядаються різні методи інтерполяції: метод тріангуляції, метод найближчого сусіда, метод обернено зважених відстаней, метод крігінгу; а також поняття варіограми, тренду та ін. Вивчаються основні етапи планування та виконання геостатистичного аналізу.

Практичне застосування методу статистичного аналізу в ГІС розглядається на прикладі побудови карт щільності поширення забруднюючих речовин на території дослідження.

 

Тема 11. Регресійний аналіз за допомогою ГІС та ДЗЗ.

У лекційному матеріалі розкриваються основні поняття, задачі та особливості застосування регресійного аналізу. Розглядається питання просторової кореляції. Демонструються приклади комплексного використання супутникових знімків та даних наземних досліджень для моніторингу та аналізу поширення процесів та явищ.

Студенти набудуть досвіду практичного застосування регресійного аналізу в ArcGIS на прикладі визначення ерозійності та вмісту гумусу в ґрунті.

 

Тема 12. Концептуальне моделювання в ГІС.

Розглядаються особливості побудови концептуальних моделей в ГІС, індуктивне та дедуктивне моделювання, методи створення блок-схем моделей.

Застосування концептуального моделювання на практиці буде вивчено на прикладі індикації біорізноманіття та виконанні Gap аналізу для розробки екомережі.

 

Тема 13. Особливості планування та реалізації ГІС проектів.

Тема присвячена ГІС управлінню. Розглядаються основні етапи реалізації ГІС проектів, зокрема, розробка концепції, створення інформаційної бази моделі,  вибір методу моделювання, перевірка точності моделювання, верифікація моделей.

Під час виконання практичного та самостійного завдання студентам необхідно спланувати на виконати самостійний ГІС проект та підготувати презентацію його результатів.

 

Тема 14. Презентації та аналіз результатів ГІС проектів студентів.

Остання тема присвячена аналізу результатів самостійних ГІС проектів студентів та огляду застосованих студентами інструментальних засобів ArcGIS, які не розглядалися у лекційному матеріалі та практичних роботах.

Студенти також ознайомляться з можливостями поглиблення знань у сфері ГІС, зокрема, за допомогою доступних онлайн-тренінгів, залученням до спільноти користувачів та розробників ГІС чи можливостями початку професійної кар’єри ГІС спеціаліста.

 

Веб-ресурси:

http://training.esri.com – Навчальні ресурси та онлайн тренінги з ГІС від розробника програмного забезпечення ArcGIS ESRI. 

http://resources.arcgis.com – Інструкції з користування різними модулями та інструментами програмного продукту ArcGIS ESRI.

http://gis-lab.info – форум користувачів та професіоналів у сфері ГІС/ДЗЗ.

https://lpdaac.usgs.gov  -  центр розповсюдження архівних даних про наземні процеси на явища (супутникові знімки, векторні дані і т.д.)