Применение геоинформационных систем в образовании

Для водотоков реализована  модель для средних рек северо-западного  региона. Моделирование распространения загрязняющих веществ осуществляется от группы водовыпусков в пределах участка или целого водного бассейна с учетом их специфики, рассчитывается предельно допустимый сброс сточных вод в водные объекты. Результатом работы модели также является поле концентраций, импортируемое в ГИС.

Система реализует алгоритмы  оценки качества окружающей природной  среды.

Сложность оценок часто  требует привлечения дополнительной информации, такой как оценки экспертов, результаты обследований и опросов. В программной системе решена задача объединения разнородных характеристик для получения комплексных оценок состояния объектов ОПС. 
Для оценки качеств результатов контрольных измерений используется нормирование относительно предельно допустимой концентрации (ПДК).  
В программной системе создан модуль, реализующий получение и обработку экспертных оценок. Задача получения экспертных оценок разбивается на три этапа: формирование вопросника и изменение структуры опроса в зависимости от целевой функции; проведение опроса по заданному шаблону и сохранение результатов; обработка результатов опроса и формирование экспертной оценки. Результаты обработки экспертных оценок приводятся к нормированной шкале качественных характеристик, имеют географическую привязку и могут быть нанесены на карту.

Оценка состояния объектов ОПС приводит к необходимости использования обобщающих показателей. В программной системе реализованы алгоритмы получения качественных оценок по результатам контрольных измерений, учитывающие существующие стандартные методики сложных оценок в воздухе и воде.

Комплексная оценка состояния  объектов ОПС получается в результате объединения данных разного типа (результатов контрольных измерений  в различных средах, результатов  моделирования, обследования и экспертных оценок) с учетом важности (степени участия) каждой используемой характеристики. Степень участия определяет вес используемой характеристики при формировании сложной оценки качества объекта ОПС и назначается экспертом-специалистом. Если все характеристики равноправны коэффициенты степени участия равны 1.

На базе ГИС создана  информационная среда получения  комплексной оценки. Информационная среда получения комплексной  оценки обеспечивает объединение и  использование распределенной информации, а ГИС технология ее обработку  в соответствии с географической или административной привязкой.

Каждый слой ГИС представляет собой совокупность данных, моделей  или оценок. Оцифровка осуществлена послойно, т.е. каждая группа однотипных элементов (реки, озера, предприятия, фоновые  концентрации) заносятся в отдельный слой. База данных цифровой карты включает два типа картографической информации: пространственную и описательную. Описательная часть БД хранится в формате DBF, что позволяет независимо заполнять ее в других программных оболочках, например FoxPro. Это особенно актуально для результатов контрольных измерений, имеющих большой объем. Пространственная информация хранится в векторном формате и используется для представления топоосновы и создания тематических слоев. Растровые карты используются как подложки для тематических карт.

 
Обучение специалистов

Разработанная программная  система служит основой при проведении практических занятий по курсу «Информационные  системы в экологии». Студенты знакомятся с вопросами

• ввода, накопления, хранения и обработки цифровой картографической и экологической информации;
• построения тематических карт на основании полученных данных и отражающих текущее состояние экосистемы;
• исследования динамики изменения экологической обстановки в пространстве и времени, построения графиков, таблиц, диаграмм;
• моделирования развития экологической ситуации в различных средах и исследования зависимости состояния экосистемы от метеоусловий, характеристик источников загрязнений, значений фоновых концентраций;
• получения комплексных оценок состояния объектов ОПС на основе разнородных данных.

10. Комаров К.Ю. Содержание обучения в области

      геоинформационных систем и транспортная логистика в Уральском ГУ

Согласно данным статистики основные проблемы, а следовательно, и основные затраты компаний и государственных структур, ориентированных на продажу сырьевых ресурсов, приходятся не на добычу или продажу этих ресурсов, а на доставку товара в пункты переработки или покупателю. Проблема эта ресурсоемкая и в высшей степени актуальная. Об этом свидетельствуют в частности показатели величины материального вознаграждения ответственных за транспортную логистику топ-менеджеров, которыми в последнее время обзавелись все «уважающие себя» компании. Однако, один заместитель директора по логистике вряд ли способен оптимизировать перевозки даже небольшой компании. Ему необходимы квалифицированные подчиненные, а подготовка таких специалистов пока, к сожалению, не организована должным образом даже в экономически развитых государствах. Нет смысла говорить о масштабах этой проблемы в нашей стране, где экономика регионов и государственный бюджет в целом в первую очередь зависят от экспорта сырьевых ресурсов.  
Трудно предположить, что в этой новой и весьма сложной сфере быстро будет организована подготовка достаточного количества высоко квалифицированных специалистов. Однако, шаги к решению упомянутой проблемы предпринимать несомненно нужно.

Исходные условия известны, и они не утешительны: негибкость профессионального образования, слабая связь с производством и реальными экономическими условиями, и наконец - дефицит финансирования всей образовательной сферы. В этой ситуации, по нашему мнению, необходимо использовать имеющиеся образовательные возможности, а также решения в области геоинформационных систем, автоматизации проектирования и как ни неожиданно – сетевых информационных технологий.

Мы предлагаем в своем  докладе рассмотреть некоторые  аспекты затронутой проблемы на примере  исследования транспортной системы  г. Екатеринбурга.

В 2001 –2002 г. город становится лидером в серии конкурсов и определяется в качестве узлового центра проектируемой транспортной магистрали, призванной соединить кратчайшим путем Европу от Шотландии и Тихоокеанский регион через Японию. Основную нагрузку несомненно берет на себя железная дорога, но статус узлового центра предполагает также наличие грузоперевозок воздушным транспортом (уже функционирует международный аэропорт) и морем (через Пермь). Стыковку этих транспортных потоков должен обеспечить автомобильный транспорт. Однако, достаточно провести за рулем автомобиля на дорогах (вернее в пробках) города несколько часов, чтобы начать сомневаться в реальности проекта. Не подлежит никакому сомнению необходимость реорганизации системы движения по автомобильным дорогам. Кое-что в этом направлении городскими властями делается и уже сделано. Однако в данной ситуации метод фрагментарного латания наиболее узких мест не может привести к требуемому результату – необходим технологически обоснованный и сбалансированный комплекс мер, который позволил бы создать современную транспортную систему, реально отвечающую весьма строгим требованиям к этому понятию.

Основная проблема на этом пути – отсутствие специалистов, способных такой комплекс спроектировать и реализовать. Решение проблемы в теории также очевидно – незамедлительная организация подготовки специалистов, выражающаяся в увеличении количества мест на соответствующих специальностях в стенах существующих профессиональных учебных заведений, открытие новых. На практике нам видятся два положения:

1) существенные сдвиги в этом направлении в ближайшее время маловероятны по ряду объективных причин, в первую очередь из-за объемов финансирования;

2) Предпринять некоторые  действия в существующих условиях, которые позволят пройти первые  шаги к построению транспортной системы вполне возможно.

В докладе автора раскрывается второе положение. Среди основных возможностей, которые следовало бы использовать - опыт преподавания курса «Геоинформационные системы» в некоторых вузах города. Предлагается сместить акцент с преобразования матричного представления карт и съемок местности к векторному виду в сторону связи ГИС-документации с базами данных. При этом формат представления информации (в частности и по транспортным потокам) должен соответствовать одному из стандартных видов представления, что позволило бы автоматизировать проектирование в частности при помощи CASE средств. Кроме этого некоторые интересные решения вполне могут быть заимствованы из теории и практики компьютерных сетей, где также приходится решать задачи оптимизации трафика и маршрутизации информационных потоков.

Учитывая, что «Информационный  менеджмент», «Проектирование информационных систем», «Компьютерные коммуникации и сети» уже сравнительно широко и довольно успешно преподаются  параллельно «Геоинформационным технологиям», можно надеяться на успех в решении поставленных задач в случае большей интеграции перечисленных дисциплин высшего профессионального образования даже в рамках существующих специализаций.

11. Геоинформационное образование в Уральской горно-геологической  

      академии

Внедрение геоинформационных технологий в недропользовании обусловило потребность  в специалистах конкретной прикладной области, владеющих этими технологиями. Подготовку таких специалистов –  геологов и геофизиков кафедра геоинформатики Уральской государственной горно-геологической академии ведет с 1995 года.

Изучение геоинформационных технологий в учебном процессе ведется по нескольким направлениям, в зависимости  от задач, которые могут быть решены с их использованием.

Курс «Геоинформационные системы» является обязательным для  студентов-геофизиков всех выпускающих  кафедр и студентов инженерно-экономического факультета специальности «автоматизированные  системы управления».

Целью преподавания данной дисциплины является знакомство с теоретическими, методическими и технологическими основами современных геоинформационных систем, изучение структур геоинформационных пакетов на территории поисков, разведки и эксплуатации месторождений нефтегазового и рудного сырья и освоение базовых приемов и методов разработки электронных картографических пакетов.

Курс «Компьютерная  картография» изучают студенты специальности  «геологическая съемка и поиски месторождений  полезных ископаемых». В процессе изучения этой дисциплины студенты осваивают методику и технологию создания и использования геоинформационного пакета при геологической съемке. В курсе учтены все современные требования по созданию электронных геологических карт. Следует отметить, что отработка и внедрение методики создания электронных карт при геологической съемке и картировании в производственных подразделениях Уральского региона велась при активном участии сотрудников кафедры.

Кафедра геоинформатики является выпускающей и ведет  подготовку геофизиков со специализацией «геоинформатика в разведочной геофизике» и дипломированных специалистов по специальности «информационные системы в горном деле».

Основными задачами подготовки специалистов трех уровней – бакалавров, инженеров и магистров являются:

а) изучение и освоение системы регистрации геолого-геофизической информации на основе применения методов и технологий геоинформатики;

б) изучение и освоение интегрированных методов интерпретации  геолого-геофизических данных по направлениям:

- разработка, анализ и  использование геоинформационных пакетов на территории недр с целью поисков, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых (основные ресурсы – нефть и газ, техногенные месторождения и рудные объекты);

-разработка гипотез  и прогноз геолого-геофизических  моделей минеральных и углеводородных ресурсов;

-оценка инвестиционных  проектов освоения ресурсов; 
-общая система недропользования.

В результате обучения студент  получает знания и опыт работ в  геоинформационных технологиях, которые  позволяют ему:

- выбрать методы и  средства ввода геолого-геофизических данных в цифровых и графических форматах;

- определить картографическое  пространство и структуру создаваемого  геоинформационного пакета;

- выбрать оптимальные  технологии создания цифровых  карт на территорию изучения, поисков и разведки недр;

- использовать геоинформационный  пакет в целях решения ряда  основных задач по стандартным  методам геокартирования территорий; 
- применять геоинформационные методы в целях построения структурных, параметрических и тематических карт на участки разведки и освоения нефтегазовых месторождений.

Все геоинформационные  курсы изучаются на практической основе современных компьютерных систем и информационных баз данных по территориям  геологического картирования, участкам нефтяных, газовых и рудных месторождений, имеющихся в учебном компьютерном центре кафедры геоинформатики.

Лабораторная база кафедры  включает в себя геоинформационный  центр, два учебных класса и несколько  специализированных лабораторий, оснащенных самым современным оборудованием. Хорошее техническое оснащение позволяет использовать современное программное обеспечение. В рамках учебной программы студенты осваивают современные геоинформационные системы: GeoDraw, WinGIS , EASY TRACE, ГИС ПАРК, ArcView, ArcInfo, GeoMedia Professional, ERDAS IMAGINE, ARCGIS. Большая часть этого современного программного обеспечения получена академией в рамках программы поддержки вузов. 
Основной задачей каждого дипломного проекта является разработка геоинформационного пакета по одной из выбранных территорий: 
-на площадь геолого-съемочных или поисковых работ для участка разведочных работ;