ГеоИнф системы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет" имени Т. Ф. Горбачёва

Кафедра маркшейдерского дела, кадастра и геодезии

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Методические указания к выполнению лабораторных и самостоятельных работ

для направления 270800.62 ±Строительство², профиль 270815.62 ±Автомобильные дороги и аэродромы²

заочной формы обучения

Составитель Н. А. Кирильцева

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 17 от 29.04.2013 Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией специальности 270815.62 Протокол № 38 от 30.04.2013 Электронная копия хранится в библиотеке КузГТУ

КЕМЕРОВО 2013

Общие сведения

Методические указания разработаны в соответствии с рабочей программой дисциплины ±Геоинформационные системы в строительстве², составленной на основании Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) и с учетом рекомендаций Примерной основной образовательной программы по направлению подготовки бакалавров 270800.62 ±Строительство² (профиль 270815.62 ±Автомобильные дороги и аэродромы²).

Изучение дисциплины ±Геоинформационные системы в строительстве² опирается на знания, умения и навыки, полученные студентами ранее при изучении информатики, физики, геологии, геодезии и математики.

Основные входные знания, умения и навыки, которыми должны обладать студенты для успешного изучения данной дисциплины:

– умение выполнять математическую обработку данных в декартовой прямоугольной системе координат;

–знание систем пространственных координат (геоцентрических, локальных, геодезических) и картографических проекций (цилиндрической, Гаусса-Крюгера, конической), используемых в России в прикладных областях знаний;

–умение выполнять традиционную обработку картографических данных, представленных на твердой основе;

–знание основ современных научных представлений о строении планеты Земля и верхней части земной коры;

–умение выполнять обработку данных в интерактивной компьютерной среде Windows с использованием прикладных программ и отдельных моделей;

–навыки пространственного мышления (видения) – в выделении пространственного объекта (предмета) и его свойств, характеристик и параметров, необходимых для решения поставленной прикладной задачи.

Целью освоения дисциплины ™Геоинформационные системы в строительстве² является формирование у обучающихся бакалавров:

1

– естественнонаучного (материалистического) мировоззре-

ния;

–понимания современных тенденций развития научнопроизводственных знаний, в частности – прикладных достижений информационных технологий;

–знания фундаментальных концепций и профессиональных разработок в области геоинформационных технологий;

–умения осуществлять системный подход и системный анализ при решении прикладных задач с использованием геоинформационных моделей автомобильных дорог;

–первичных навыков геоинформационного моделирования

процессов, явлений, объектов геопространства и их проявлений

при проектировании и содержании автомобильных дорог; Достижение этих целей формирует у бакалавров основы

профессиональных геопространственных знаний и практические навыки их использования, а также вырабатывает компетенции, которые дадут им возможность в будущем осуществлять производственную деятельность на профессиональном уровне.

Всоответствии с ФГОС ВПО и рабочей программой освоение дисциплины способствует формированию у бакалавров следующих общекультурных и общепрофессиональных компетенций, а также компетенций, способствующих выполнению изыскательской, проектно-конструкторской и экспериментальноисследовательской деятельности (в скобках поясняется содержание компетенций):

ОК-5 (умение использовать нормативные правовые документы в своей деятельности);

ПК-2 (способность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь для их решения соответствующий физикоматематический аппарат);

ПК-3 (владение основными законами геометрического формирования, построения и взаимного пересечения моделей плоскости и пространства, необходимыми для выполнения и чтения чертежей зданий, сооружений, конструкций, составления конструкторской документации и деталей);

ПК-4 (способность понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества,

2

сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны);

ПК-5 (владение основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, навыками работы с компьютером как средством управления информацией); ПК-9 (знание нормативной базы в области инженерных изысканий, принципов проектирования зданий, сооружений, инженерных систем и оборудования, планировки и застройки насе-

ленных мест); ПК-10 (владение методами проведения инженерных изы-

сканий, технологией проектирования деталей и конструкций в соответствии с техническим заданием с использованием стандартных прикладных расчетных и графических программных пакетов);

ПК-18 (владение математическим моделированием на базе стандартных пакетов автоматизации проектирования и исследований, методами постановки и проведения экспериментов по заданным методикам).

Врезультате приобретения компетенции ОК-5 бакалавры

должны

– знать наименования и содержание основных стандартов и нормативных документов, имеющих отношение как к пространственной организации деятельности по содержанию автомобильных дорог, так и к 2D и 3D моделированию объектов, явлений и проявлений этой деятельности;

– уметь использовать нормативно-правовые документы в профессиональной деятельности и соотносить требования нормативов и стандартов с параметрами решаемых практических задач;

– владеть нормативными методиками расчета параметров пространственных моделей.

Врезультате приобретения компетенции ПК-2 бакалавры

должны

– знать основы геопространственного моделирования;

– уметь использовать методы геопространственного моделирования;

– владеть способами выделения геопространственных объектов из множества геопространственных данных.

3

Врезультате приобретения компетенции ПК-3 бакалавры

должны

– знать основы пространственной геометрии;

– уметь решать простейшие геометрические пространственные задачи (пересечение плоскости и точки, плоскости и прямой, плоскости и кривой, плоскости и плоскости, поверхности и прямой, поверхности и кривой, поверхности и плоскости, поверхности и поверхности);

– владеть базовыми функциями программных сред ГИС для выполнения чертежей и создания геоинформационных моделей геообъектов различного типа (точечных, протяженных и площадных).

Врезультате приобретения компетенции ПК-4 бакалавры

должны

– знать основы современной геоинформатики;

– уметь пользоваться геопорталами;

– владеть способами хранения геоинформационных дан-

ных.

Врезультате приобретения компетенции ПК-5 бакалавры

должны

– знать устройство и принципы работы персонального компьютера,

– уметь выбирать наиболее передовое современное программное обеспечение и пользоваться им для решения практических задач;

– владеть отдельными базовыми элементами встроенных в пользовательские программные среды (в основном, ГИС и САПР) средств обработки данных.

Врезультате приобретения компетенции ПК-9 бакалавры

должны

– знать способы применения знаний нормативной базы инженерных изысканий в геоинформационном проектировании;

– уметь использовать принципы проектирования зданий, сооружений, инженерных систем и оборудования в геоинформационных задачах;

– владеть навыками использования принципов планировки

изастройки населенных мест в ГИС-проектах .

4

Врезультате приобретения компетенции ПК-10 бакалавры должны

– знать способы применения методов инженерных изысканий в геоинформационном проектировании;

– уметь использовать навыки геоинформационного моделирования в инженерно-геодезических работах, выполняемых в соответствии с техническим заданием;

– владеть приемами обработки геоинформационных и ин- женерно-геодезических данных с использованием ГИС-пакетов и прикладных ГИС-модулей.

Врезультате приобретения компетенции ПК-18 бакалавры должны

– знать общепринятые классификации автомобильных дорог, связанных с ними геопространственных объектов и их цифровых моделей;

– уметь использовать данные пространственногеометрического положения объектов в компьютерном моделировании;

– владеть основами методик получения и обработки наземных и спутниковых измерений геопространственных объектов.

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачётные единицы (ЗЕ) (72 часа), в том числе: аудиторная работа – 0,28ЗЕ (10 часов) и самостоятельная работа – 1,72ЗЕ (62 часа).

В теоретической части дисциплины ЗФ предлагается с помощью литературных источников [1-18] и ресурсов Интернет в течение семестра самостоятельно изучить следующие 5 разделов.

1.Место ГИС в современной инфраструктуре пространственных данных.

2.Геоинформационное моделирование сетей автомобильных дорог.

3.Использование ГИС на стадии предварительного проектировании автомобильной дороги.

4.Использование ГИС в процессе содержания автомобильной дороги.

5

5. ГИС в оптимизации транспортных перевозок при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог.

В практической части дисциплины студентами ЗФ обучения во время сессии выполняются 5 лабораторных работ, а в течение семестра (перед сессией) самостоятельно - 6 домашних заданий (ДЗ).

Темы лабораторных работ:

1.Источники данных ГИС. Растровые и векторные форматы геоданных. Ввод геоданных в ГИС.

2.Геоинформационные модели данных. Векторные операции и операции обработки атрибутивной информации.

3.Построение сетевой линейной геоинформационной модели автомобильных дорог заданной территории.

4.Базы геоданных по автомобильным дорогам и пространственный анализ данных по автомобильным дорогам (SQLзапросы).

5.Пространственный анализ данных по автомобильным дорогам (тематический картографический и статистический анализ).

Выполнение лабораторных работ контролируется преподавателем непосредственно в компьютерной аудитории по завершении работ с помощью текущего письменного или устного контрольного опроса или тестированием.

Примеры контрольных вопросов по разделу ¥Место ГИС в современной инфраструктуре пространственных данных²:

1.Чем ГИС отличаются от других информационных систем?

2.Из каких компонентов состоит инфраструктура пространственных данных (ИПД) ?

3.В чем заключаются особенности российской инфраструктуры пространственных данных (РИПД)?

4.Что такое ГИС-ассоциация? Какую роль она выполняет в развитии

РИПД?

5.Значение Интернета в развитии ИПД и РИПД.

6.Что такое ±геопортал²?

7.Что такое ±интерактивная карта²?

6

Темы домашних заданий (ДЗ) семестровой контрольной работы, выполняемых самостоятельно (контроль выполнения – в период сессии):

ДЗ № 1 ±Привязка картографического растрового изображения к пользовательской системе координат².

ДЗ № 2 ±Векторизация участков региональной сети автомобильных дорог и проезжей части улиц².

ДЗ № 3 ±Актуализация векторной модели автомобильной дороги по мозаике космических снимков Google².

ДЗ № 4 ±SQL-запросы в ГИС².

ДЗ № 5 ±Изучение функциональных возможностей ПО VStreets2²

ДЗ № 6 ±Написание реферата² (тема – по выбору преподавателя совместно со студентом – на установочной лекции).

Знания, приобретенные студентами в результате изучения дисциплины ±Геоинформационные системы в строительстве² оцениваются преподавателем на зачете, к сдаче которого допускаются студенты, выполнившие все предложенные лабораторные работы и защитившие отчеты по самостоятельной работе.

Вопросы к зачету:

1.Понятие геопространства. Свойства геопространства.

2.Понятия геоинформации и геообъекта. Свойства геообъектов.

3.Геоинформатика как наука, производство и технология.

4.Геоинформационные системы (ГИС). Классификации ГИС.

5.Состав и функции ГИС.

6.Программное обеспечение ГИС.

7.Источники данных ГИС.

8.Организация геоинформации в ГИС.

9.Модели данных ГИС.

10.Растровая модель геоданных.

11.Векторная модель геоданных.

12.Классификаторы векторных объектов.

13.Системы координат, используемые в ГИС.

14.Картографические проекции, используемые в ГИС.

15.Привязка растрового изображения к пользовательской системе координат или к картографической проекции.

16.Понятие ГИС-проекта. Слоевая структура ГИС.

7

17.Создание, редактирование и конвертирование векторных ГИС-

проектов.

18.Векторные карты ГИС.

19.Операции, выполняемые в ГИС с векторными объектами.

20.Кадастровые планы населенных пунктов в ГИС.

21.Векторизация растровых изображений карт и планов.

22.Атрибутивная информация ГИС.

23.Ввод, обработка и хранение пространственной информации в

ГИС.

24.Обработка геоданных в ГИС с помощью SQL-запросов.

25.Тематические данные и тематические карты ГИС.

26.Функции обработки геоданных ГИС.

27.Функции анализа геоданных ГИС.

28.Картографирование с использованием ГИС.

29.Преобразования координат в ГИС.

30.Особенности программирования в геоинформационных средах.

31.Программирование в геоинформационной среде MapInfo.

32.Операции и операторы ввода и вывода геоданных ГИС

MapInfo.

33.Операции и операторы обработки и анализа геоданных в ГИС

MapInfo.

34.Модульная структура приложений ГИС.

35.Автоматизация процессов представления, обработки и анализа геоданных в ГИС.

36.Сетевые модели в ГИС.

37.Использование ГИС на предварительной стадии проектирования автомобильных дорог.

38.Использование ГИС на предварительной стадии проектирования автомобильных дорог.

39.Использование ГИС в процессе эксплуатации автомобильных

дорог.

40.Использование ГИС в планировании инфраструктуры муниципальной территории.

41. ГИС в проектировании сети автомобильных дорог региона.

42.ГИС в проектировании транспортной инфраструктуры города.

43.Транспортные задачи.

44.Геоинформационное моделирование исходных данных для решения транспортных задач.

45.Оптимизация перевозок инертных материалов в процессе ремонта и реконструкции автомобильных дорог.

8

Методические указания к выполнению лабораторных работ

Все задания лабораторных работ выполняются в геоинформационной программной среде MapInfo Professional любой версии.

При выполнении заданий лабораторных работ нужно пользоваться перечисленной ниже учебно-методической литературой (основной, дополнительной и нормативной). Цифровые данные, необходимые для выполнения лабораторных работ, нужно получить у преподавателя дисциплины.

Лабораторная работа № 1

±Источники данных ГИС. Растровые и векторные форматы геоданных. Ввод геоданных в ГИС²

Задание 1

Изучить растровые изображения фрагментов территории Кемеровской области, представленные в ГИС MapInfo.

Практический материал:

2 фрагмента карты-схемы г. Кемерово исходного М 1 : 15 000. 1 фрагмент топографической карты исходного М 1 : 200 000. 1 фрагмент топографической карты исходного М 1 : 100 000. 1 фрагмент топографической карты исходного М 1 : 50 000.

4 фрагмента плана горных работ ш. Завяловская.

Последовательность выполнения задания:

1. Ознакомиться с файловым содержанием каталогов дан-

ных.

2.Обратить внимание на тип и имена файлов. Выделить среди файлов текстовые и растровые.

3.Прочитать и осмыслить содержимое текстовых файлов.

4.Загрузить MapInfo Professional и ознакомиться с функциональными возможностями пользовательского интерфейса.

5.Открыть один фрагмент карты-схемы г. Кемерово как растровый слой ГИС и настроить его экранное представление (яркость, контрастность, прозрачность).

9