Дмитрий Марков - Основы использования геоинформационных систем в образовании

Появление данной работы стало возможным благодаря помощи и советам доктора педагогических наук М. В. Шептуховского, развивающего направление информатизации образования в сфере естественных наук. Автор искренне благодарит его за плодотворные идеи, доброжелательную критику и ценные замечания, высказанные при обсуждении рукописи.

Ознакомившись с этим разделом пособия, Вы узнаете, что такое геоинформатика и геоинформационная система, как создаются электронные карты и какие моменты Вы должны учитывать при разработке своих проектов.

Можно ли провести самостоятельное учебно-научное исследование по естественным наукам без использования картографических материалов?

Географическая карта является своеобразной образно-знаковой моделью действительности [Занков, 1999], которая необходима для определения местоположения какого-либо объекта или явления на земной поверхности. При этом подавляющее большинство школьных исследовательских проектов направлено на изучение природных и социальных процессов, которые имеют четкую пространственную локализацию. Например, изучая экологическое состояние территории, Вы должны определить ее пространственное положение по отношению к сторонам горизонта и соседним объектам, указать преобладающие типы растительности и расположение точек неблагоприятного антропогенного воздействия. Сделать это в традиционной текстово-табличной форме можно, но это, во-перв ых, затруднительно, а во-вторых, нерационально с точки зрения сложности последующего использования информации. Графическая форма представления данных в этом случае является более выигрышной, так как она позволяет быстро и наглядно представить себе процесс или явление. В качестве примера приведем результаты исследования по оценке радиационного фона на территории рекреационной зоны р. Теза.

Рис. 1. Результаты исследования по определению величины радиационного фона в пойме р. Теза. Слева табличный вариант представления данных А – долгота, В – широта, С – радиационный фон в (мкР/ч). Справа – графическое отображение представленных значений в программе Surfer 8.0.

Попробуйте по приведенной таблице за 5 секунд определить, в какой точке радиационный фон выше и ниже всего. А теперь сделайте то же по рисунку. Очевидно, что графическое представление информации является более информативным и позволяет обрабатывать большее количество материала.

В исследованиях по географии, биологии, экологии и истории, которые, как правило, посвящены изучению природных или социальных явлений и процессов, имеющих точную локализацию на земной поверхности, использование картографических материалов является необходимым условием эффективного выполнения проекта. Поэтому нам необходимо определиться с теми средствами, которые необходимо использовать для создания собственных карт.

Что такое ГИС?

Если говорить строго, то ГИС – это инструменты для обработки пространственно-временной информации (обычно привязанной к некоторой части земной поверхности) и используемые для управления ею. Геоинформационные системы в общем случае представляют собой не только информационные системы для географии (геологии, геодезии), но имеют более широкое значение и применение. Приставка «гео» означает использование «географического», т.е. пространственного принципа организации информации [Толковый, 2009].

При этом нужно разграничивать понятия «геоинформационные системы» и «геоинформационные технологии».

Геоинформационные технологии – совокупность методов и приемов практического использования достижений геоинформатики для манипулирования пространственно-временными данными, их сбора, представления и обработки, в том числе анализа. Геоинформационные технологии возникли на стыке географии, информатики, теории информационных систем и картографии. В настоящее время геоинформационные технологии становятся междисциплинарным интегрирующим средством, позволяющим объединять и изучать любые пространственно-временные и тематические данные [Толковый, 2009].

Как работают ГИС?

Мы уже знаем, что под ГИС понимают прикладные компьютерные программы, которые позволяют анализировать размещение объектов, процессов и явлений по территории с учетом правил картографии и проводить работу по сбору, хранению, анализу и отображению пространственной и атрибутивной (электронные таблицы) информации. В самом первом приближении ГИС можно представить как единый комплекс редактора растровой (Paint, Adobe Photoshop) и векторной (Corel Draw) графики с редактором электронных таблиц (MS Excel, Ststistica). При использовании такого «комбайна» мы можем анализировать графическую и статистическую информацию, интегрировать ее и отображать в удобном виде. Представление о функциональных возможностях современных ГИС дает следующий рисунок.