Основи геопросторового моделювання
Спеціальність: Геодезія та землеустрій
Код дисципліни: 6.193.02.E.052
Кількість кредитів: 8.00
Кафедра: Картографія та геопросторове моделювання
Лектор: к.т.н., доцент Нікулішин В.І.
Семестр: 6 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: інтегральна компетентність:
ІНТ. Здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми геодезії та землеустрою із застосуванням сучасних технологій, теоретичних положень та методів дослідження фізичної поверхні Землі, її форми, розмірів та гравітаційного поля, проведення вимірів на земній поверхні для відображення її на планах та картах, для розв’язання різних наукових і практичних завдань.
фахові компетентності професійного спрямування:
ФКС21 Уміння застосовувати та інтегрувати знання і розуміння геодезичних дисциплін при формуванні базових наборів геопросторових даних;
ФКС22 Знання методів побудови геопросторових моделей;
ФКС 26 Автоматизоване створення і використання карт на основі геоінформаційних систем;
ФКС27 Використання цифрових моделей для геоінформаційного картографування;
ФКС 212 Роль картографії та геопросторових даних в задачах соціально- економічного, політичного і екологічного розвитку регіону і держави в цілому;
Результати навчання: РН2.1. Застосовувати та інтегрувати знання і розуміння геодезичних дисциплін при формуванні базових наборів геопросторових даних;
РН2.2. Знати методи побудови геопросторових моделей, функції та принципи формування метаданих;
РН2.4. Використовувати сучасне програмне забезпечення та обладнання і різноманітні цифрові моделі для геоінформаційного картографування;
РН2.5. Володіти методологією оперативного картографування, створення анімацій, віртуальних моделей при мультимедійному моделюванні та автоматизованого створення і використання карт на основі геоінформаційних систем;
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: ГІС і бази даних
Основи комп’ютерних технологій в картографії
Основи вебкартографії
Організація та методи зберігання і розповсюдження геопросторових даних
Картографування природного середовища за космічними зображеннями
Математико-статистичні методи геопросторового моделювання
Тривимірне моделювання об’єктів в ГІС
Короткий зміст навчальної програми: У курсі «Основи геопросторового моделювання» студенти отримують теоретичні знання та практичні навички роботи з геопросторовими даними, сучасними геоінформаційними системами (ГІС) та методами аналізу. Тематика курсу охоплює основні поняття геопросторового моделювання, структури геопросторових даних (векторні та растрові моделі), методи збору та обробки геоданих, а також застосування ГІС для картографування, аналізу та прийняття рішень. Студенти ознайомляться з роботою у QGIS, використанням баз геопросторових даних (PostGIS), методами інтерполяції та геостатистичного аналізу, автоматизацією процесів з використанням Python, а також моделюванням природних ризиків. Курс включає виконання лабораторних робіт, які спрямовані на застосування теоретичних знань у вирішенні реальних задач з використанням сучасних ГІС-інструментів та методів просторового аналізу.
Опис: Тема 1. Вступ до геопросторового моделювання. Поняття геопросторового моделювання. Визначення ролі геопросторових даних у сучасному світі. Вплив геопросторових моделей на соціально-економічний та екологічний розвиток.
Тема 2. Геопросторові дані та їх джерела.
Джерела геопросторових даних. Методи збору геопросторових даних.
Моделі геопросторових даних. Формати геопросторових даних. Метадані: функції, принципи формування та використання. Вибір формату даних для різних задач.
Тема 3. Векторні моделі даних. Типи векторних даних: точки, лінії, полігони. Атрибутивна інформація та її значення.
Тема 4. ГІС та їх використання у картографії.
Сучасні геоінформаціїні системи: особливості використання для різних задач. Основні функції ГІС.
Робота з QGIS: інтерфейс, базові інструменти. Обробка векторних даних у GIS. Створення наборів геопросторових даних.
Тема 5. Растрові моделі даних. Основні характеристики растрових даних. Опрацювання та аналіз растрових даних. Використання даних дистанційного зондування.
Тема 6. Дистанційне зондування Землі (ДЗЗ) та супутникові знімки. Джерела даних ДЗЗ. Типи супутникових даних та їх застосування.
Опрацювання супутникових знімків. Google Earth Engine. Використання даних ДЗЗ для геопросторового моделювання
Тема 7. Бази геопросторових даних (БГД).
Вступ до баз геопросторових даних (БГД). Класифікація баз геопросторових даних. Моделі даних у БГД. Просторові індекси та їх роль у БГД. СУБД для геопросторових даних.
Розширення PostgreSQL для геопросторових даних – PostGIS. Основні операції з БГД. Інтеграція БГД з іншими ГІС-додатками. Масштабованість баз даних. Управління великими обсягами даних. Захист та безпека геопросторових баз даних
Тема 8. Методи побудови геопросторових моделей. Класифікація геопросторових моделей (детерміновані, статистичні, динамічні). Огляд методів інтерполяції та екстраполяції. Оцінка точності моделей.
Тема 9. Цифрові моделі рельєфу та їх застосування. Основи створення ЦМР. Аналіз рельєфу: похил, експозиція, гідрологічні характеристики. Використання ЦМР у геоінформаційному моделюванні.
Тема 10. Просторовий аналіз та його застосування.
Основи просторового аналізу (буферизація, перетин, об'єднання). Просторова вибірка. Приклади використання просторового аналізу в задачах планування. Застосування результатів у соціально-економічному розвитку.
Тема 11. Геостатистичні методи моделювання. Основи геостатистики: варіограми, автокореляція. Моделі кригінгу, IDW. Застосування геостатистики для побудови карт ризиків.
Статистичний аналіз геопросторових даних. Застосування регресійних моделей у ГІС. Оцінка невизначеності в результатах моделювання.
Тема 12. Автоматизація геоінформаційних процесів. Використання Python для автоматизації в QGIS.. Створення скриптів для обробки даних та моделювання.
QGIS model designer. Інтеграція автоматизації в робочий процес
Тема 13. Моделювання природних ризиків та екологічних загроз.
Моделювання ризиків природних катастроф (пожежі, повені).
Геопросторовий аналіз впливу ризиків на територію. Використання моделей у кризовому менеджменті.
Тема 14. Картографування на основі ГІС. Принципи автоматизованого картографування Використання шаблонів та стилів у QGIS. Публікація карт та їх інтеграція у веб-додатки.
Тема 15. Стандарти OGC та ISO для геопросторових даних і сервісів. Огляд стандартів OGC (WMS, WFS, WCS, WPS). Огляд ISO стандартів для геопросторових даних (ISO 19115, ISO 19157). Вимоги до якості геопросторових даних та їх сертифікація.
Методи та критерії оцінювання: • Захист лабораторних робіт (30%);
• Підсумковий контроль 70% (іспит в письмово-усній формі).
Критерії оцінювання результатів навчання: 1. Виконання та захист лабораторних робіт (15 робіт по 3 бали):
Поточний контроль: 45 балів
Письмова компонента: 55 балів
Поточний контроль:
Виконання та захист лабораторних робіт
• 3 бали-виставляються за виконання власного варіанту відповідної лабораторної роботи у визначеному програмному середовищі без помилок, підготовку письмового звіту виконання та його захист у терміні не пізніше 6 занять від дати видачі завдання до лабораторної роботи. Захист лабораторної роботи на визначену кількість балів передбачає вміння чітко, лаконічно і логічно послідовно відповідати на поставлені питання, вміння застосовувати теоретичні положення при розв’язанні практичних задач.
• 2 бали - виставляються за виконання власного варіанту відповідної лабораторної роботи у визначеному програмному середовищі без помилок(або з деякими неточностями), підготовку письмового звіту виконання та його захист у терміні 6-8 занять від дати видачі завдання до лабораторної роботи. Захист лабораторної роботи на визначену кількість балів передбачає вміння чітко, лаконічно і логічно послідовно відповідати на поставлені питання з несуттєвими помилками, вміння застосовувати теоретичні положення при розв’язанні практичних задач.
• 1 бал - виставляються за виконання власного варіанту відповідної лабораторної роботи у визначеному програмному середовищі з деякими помилками, підготовку письмового звіту виконання та його захист у терміні 10-15 занять від дати видачі завдання до лабораторної роботи. Захист лабораторної роботи на визначену кількість балів передбачає посередні знання навчального матеріалу, мало аргументовані відповіді, слабке застосування теоретичних положень при розв’язанні практичних задач.
Екзаменаційний контроль
Письмова компонента:
1) тестові запитання І рівень – 10 запитань, 2 бали кожне (максимальна кількість балів за правильні відповіді – 20 балів)
2) тестові запитання ІІ рівня– 4 завдань по 5 балів кожне (максимальна кількість балів за правильні відповіді – 20 балів)
3) Завдання третьої складності – 2 завдання по 7 та 8 балів кожне (максимальна кількість балів за правильні відповіді –15)
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: Базова
1. Геоінформаційні технології та інфраструктура геопросторових даних: у шести томах. Том1: Вступ до геоінформаційних систем для інфраструктури просторових даних. Навчальний посібник / Б. Магваїр, М. Говоров, Н.М. Пашинська, Л.М.Даценко, В.В. Путренко. – Київ, 2016. – 396 с.
2. Геоінформаційні технології та інфраструктура геопросторових даних: у шести томах. Том 2: Системи керування базами геоданих для інфраструктури просторових даних. Навчальний посібник. / Д. Кейк, А.А. Лященко, В.В. Путренко, Ю. Хмелевський, К.С. Дорошенко, М. Говоров – Київ, 2017. – 456 с.
3. Геоінформаційні технології та інфраструктура геопросторових даних: у шести томах. Том 3: Просторові кадастрові інформаційні системи для інфраструктури просторових даних. Навчальний посібник. / М. Говоров, А.А. Лященко, Д. Кейк, П. Зандберген, М.А. Молочко, Л. Бевайніс, Л.М. Даценко, В.В. Путренко – Планета-Прінт, 2017. – 532 с.
Допоміжна
1. Бурачек В. Г. Геоінформаційний аналіз просторових даних / В. Г. Бурачек, О. О. Железняк, В. І. Зацерковний. – Ніжин: ТОВ Видавництво «Аспект-Поліграф», 2011. – 440 с
2. Іщук О.О., Коржнев М.М., Кошляков О.Є. Просторовий аналіз і моделювання в ГІС : Навчальний посібник / За ред. акад. Д.М.Гродзинського. – К.: Видавничо-поліграфічний центр "Київський університет", 2003. – 200 с.
Інформаційні ресурси
1. QGIS Documentation (https://docs.qgis.org/ )
2. Open Geospatial Consortium (OGC) (https://www.ogc.org/ )
3. PostGIS Official Documentation (https://postgis.net/documentation/ )
4. Esri Geospatial Cloud (https://www.esri.com/ )
5. Google Earth Engine (https://earthengine.google.com/)
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).