Геоинформационные системы

Геоинформационные системы

Одно из наиболее современных и применимых направлений развития информационных технологий — это создание и развитие геоинформационных систем (географических информационных систем, ГИС): систем, предназначенных для ввода и отображения данных, связанных с положением на земной поверхности. К этой области относятся задачи формирования и актуализации всевозможных карт и схем, отражение рельефа местности, прокладка маршрутов и т.д.

Геоинформационные системы — чрезвычайно мощный инструмент интеграции данных, так или иначе связанных с земной поверхностью, удобное средство визуализации этих данных. Существующие геоинформационные системы позволяют выполнить три основных задачи: создание базы геоданных (собственно географическая информация — модели данных, векторные объекты, геодезические привязки, растровые объекты), визуализацию данных (построение на основе базы геоданных всевозможных карт и схем) и геообработку, т.е. получение новых наборов данных на основании уже существующих.

Основным средством выполнения этих задач в ГИС являются карты. Карта — схематическое изображение участка земной поверхности. Карты в ГИС могут быть сделаны многослойными. Каждый слой отражает те или иные типовые данные, связанные с точками на карте: дороги, коммуникации, состав почв, изменения температуры, полезные ископаемые, строения и т.д.

Карты могут использоваться и распространяться в двух основных видах — в виде растровых иллюстраций (отсканированных) и в виде векторных моделей. Векторные модели, как правило, занимают значительно меньше места и эффективнее, но не для всех участков поверхности они существуют, поскольку их подготовка весьма трудоемка. Современные ГИС позволяют работать с данными обоих типов.

Современные карты чаще всего строятся на основании анализа спутниковых снимков с использованием средств векторизации, рассмотренных в разделе “Мультимедиа”. После векторизации карты проходят тщательную проверку по большому количеству критериев. Например, уточняются на основе геодезических замеров.

Полученные в результате комплексные модели могут использоваться для текущей работы городских и транспортных служб, при планировании строительных работ, в сельском хозяйстве и многих других отраслях.

Современные системы не являются замкнутыми продуктами и предусматривают средства обмена данными с другими геоинформационными системами, что позволяет экономить силы и время на создание самостоятельных баз географических данных.

С внедрением в повседневную практику доступных и надежных средств спутниковой навигации точные и достоверные карты становятся незаменимым помощником обычному человеку. Наличие такого устройства с картой позволяет определять свое местонахождение, находить оптимальные маршруты, своевременно узнавать о появлении препятствий — например, транспортных затруднений.

В последнее время появились системы, предоставляющие доступ к просмотру географической информации с помощью среды Интернет. В таких системах предоставляется доступ к картам-схемам крупных городов, транспортных сетей, скомпилированным базам данных спутниковых фотографий. К этим данным “привязываются” данные о внешнем виде домов (трехмерные модели), информация о предприятиях и учреждениях, средства поиска оптимальных маршрутов. На основе этих данных, используя стандартные средства обмена данными в сети, строятся смешанные сервисы — например, позволяющие привязывать к картам из общедоступных сервисов различные факты о зонах на карте.

Сервис размещения пометок на карте (http://www.wikimapia.org),
составленной из спутниковых снимков

Геоинформационные системы – совокупность технических, программных и информационных средств обеспечивающих ввод, хранение, обработку, математико-картографичекое моделирование и образное интегрированное представление географических и соотнесенных с ними атрибутивных данных для решения проблем территориального планирования и управления.

1 этап дотируется с поздних 50х. Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка имперического опыта, и в этот период развивается первые крупные проекты и теоретические проекты.

2 период государственных инициатив (70 – 80х). В этот преиод происходит развитие крупных геоинформационных проектов поддерживаемых государством, формирование государством институтов в области ГИС, снижение роли и влияния отдельных исследователей и небольших групп.

3 период коммерческого развития (80 – 90х). Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами не пространственных данных. Появление сетевых приложений, появление значительного число не профессиональных пользователей, развитие систем поддерживающих корпоративные и распределенные базы геоданных.

4 период – пользовательский (90 – настоящее время). В этот период повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий. Доступность и открытость программных средств, что позволяет пользователям самим адаптировать, использовать и даже модифицировать программы. В этот появляются клубе телеконцеренции для территориально разобщеннх но связанных единой тематикой пользовательских групп. Возросшая потребность геоданных, начало мировой геоинформационной инфраструктуры.

Методические рекомендации

Электронные таблицы изучаются в основной и старшей школе. При этом различаются цели, содержание и методы обучения.

В основной школе, в соответствии со стандартом, электронные таблицы осваиваются в качестве инструмента моделирования. Необходимо научиться вводить данные в таблицу, изменять данные, оперировать математическими формулами, переходить к графическому представлению данных, представлять зависимости на графике, проводить компьютерные эксперименты с использованием готовых моделей объектов и процессов.

Основная организационная форма работы — урок, где используются устоявшиеся в дидактике методы обучения.

Можно выделить следующие вопросы для изучения по данной теме в основной школе:

1. Области применения электронных таблиц.

2. Среда табличного процессора, режимы работы, система команд.

3. Обрабатываемые данные.

4. Методы адресации (виды и способы реализации).

5. Используемые функции.

6. Графическое представление данных.

7. Сортировка и фильтрация данных.

8. Работа с электронной таблицей как с базой данных (при использовании макросов и внешних приложений).

9. Использование электронных таблиц для решения задач численного моделирования.

На начальном этапе знакомства с возможностями электронных таблиц используют демонстрацию и практические упражнения. Поскольку интерфейс программ компании MS сходный, используется методический прием по выделению знакомых учащимся команд в среде электронной таблицы. Данный прием нацеливает учащихся на исследовательские методы работы и вырабатывает самостоятельный поисковый стиль работы (учащиеся не ждут готовых алгоритмов работы, а сами находят наиболее эффективные приемы для решения различных задач). Следует обратить внимание на переход от небольших упражнений, позволяющих освоить некоторые приемы работы, целью которых является именно освоение электронной таблицы как инструмента для дальнейшего использования при решении практических задач, к самим содержательным задачам.

Для развития практических умений и формирования устойчивых навыков работы в среде электронной таблицы необходимо подготовить несколько лабораторных (практических) работ по наиболее часто решаемым задачам: статистическая обработка данных (нахождение среднего значения, минимального и максимального), табулирование функции, сортировка и фильтрация данных, построение диаграмм. Задача учителя на данном этапе — осуществить подборку и постановку задач таким образом, чтобы была возможность их решения разными способами: средствами электронной таблицы, а в дальнейшем и на языке программирования. Учащиеся должны научиться самостоятельно определять, какой из способов для конкретной задачи эффективней.

В старшей школе цели несколько иные, с большей ориентацией на будущую профессиональную деятельность.

На базовом уровне преподавания информатики интерпретация цели изучения применительно к данной теме находится в большей мере в практической плоскости. Содержание повторяет изученное в основной школе, при этом акценты делаются на практические задачи, актуальные для будущей профессиональной деятельности.

На профильном уровне преподавания предмета несколько расширяются как содержательная, так и практическая компоненты темы. Рассматриваются и решаются в большей мере задачи мини-проектного формата из разных областей профессиональной деятельности.

Предлагаемый в этом разделе материал можно использовать как в основной, так и в старшей школе, по усмотрению учителя.