«Применение компьютерных технологий в ландшафтных исследованиях»

Вообще, информационные технологии нельзя более рассматривать как нечто принадлежащее исключительно миру техники, ибо они настолько глубоко проникли в жизнь людей, вплелись в саму ткань ее повседневности, что вычленить их из общего мировоззренческого и культурологического контекста уже не представляется возможным[11].

Глубокие преобразования, происходящие в нашем обществе, всё более остро выдвигают на первый план задачи развития среди прочих наук педагогики, как науки, закладывающий моральный и интеллектуальный фундамент будущего. Педагогика возникла и развивается под влиянием объективных потребностей общества в соответствующей подготовке подрастающих поколений к жизни и трудовой деятельности. Её плодотворное развитие может происходить только при условии творческого переосмысления накопленного ею теоретического и практического опыта, т.е. в процессе исследовательской деятельности. Известно, что педагогические исследования опираются, прежде всего, на конкретные факты, которые можно получить только в ходе наблюдений и проведения экспериментов. Современной тенденцией в сфере исследований является повышение качества и количества анализа поступающей в ходе исследования информации.

Деятельность отдельных людей, групп, коллективов и организаций сейчас все в большей степени начинает зависеть от их информированности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Прежде чем предпринять какие-то действия, необходимо провести большую работу по сбору и переработке информации, ее осмыслению и анализу. Отыскание рациональных решений в любой сфере требует сегодня обработки больших объемов информации, что подчас невозможно без привлечения специальных технических средств[8].

Стремительно развивающийся процесс информатизации всех сфер жизни общества делает возможным поднять на новый уровень организацию и качество исследовательской работы в педагогике.

Цель исследования: проанализировать применение компьютерных технологий в ландшафтных исследованиях рекреационной географии.

Геоинформационные технологии (ГИТ) — это информационные технологии обработки географически организованной информации.

Основной особенностью ГИС, определяющей ее преимущества в сравнении с другими АИС, является наличие геоинформационной основы, т.е. цифровых карт (ЦК), дающих необходимую информацию о земной поверхности. При этом ЦК должны обеспечивать:

• точную привязку, систематизацию, отбор и интеграцию всей поступающей и хранимой информации (единое адресное пространство);

• комплексность и наглядность информации для принятия решений;

• возможность динамического моделирования процессов и явлений;

• возможность автоматизированного решения задач, связанных с анализом особенностей территории;

• возможность оперативного анализа ситуации в экстренных случаях.

История развития ГИТ восходит к работам Р. Томлисона по созданию Канадской ГИС (CGIS), проводившимся в 1963-1971 гг.

В широком смысле ГИТ - это наборы данных и аналитические средства для работы с координатно привязанной информацией. ГИТ - это не информационные технологии в географии, а информационные технологии обработки географически организованной информации.

Существо ГИТ проявляется в ее способности связывать с картографическими (графическими) объектами некоторую описательную (атрибутивную) информацию (в первую очередь алфавитно-цифровую и иную графическую, звуковую и видеоинформацию). Как правило, алфавитно-цифровая информация организуется в виде таблиц реляционной БД. В простейшем случае каждому графическому объекту (а обычно выделяют точечные, линейные и площадные объекты) ставится в соответствие строка таблицы - запись в БД. Использование такой связи, собственно, и открывает столь богатые функциональные возможности перед ГИТ. Эти возможности, естественно, различаются у разных систем, но есть базовый набор функций, обычно имеющийся в любой реализации ГИТ, например, возможность ответа на вопросы "что это?" указанием объекта на карте и "где это находится?" выделением на карте объектов, отобранных по некоторому условию в БД. К базовым можно также отнести ответ на вопрос "что рядом?" и его различные модификации. Исторически первое и наиболее универсальное использование ГИТ - это информационно-поисковые, справочные системы.

Таким образом, ГИТ можно рассматривать как некое расширение технологии БД для координатно привязанной информации. Но даже в этом смысле она представляет собой новый способ интеграции и структурирования информации. Это обусловлено тем, что в реальном мире большая часть информации относится к объектам, для которых важную роль играет их пространственное положение, форма и взаиморасположение, а следовательно, ГИТ во многих приложениях значительно расширяют возможности обычных СУБД, так как ГИТ более удобны и наглядны в использовании и предоставляют ДЛ свой "картографический интерфейс" для организации запроса к базе данных вместе со средствами генерации "графического" отчета. И, наконец, ГИТ добавляет обычным СУБД совершенно новую функциональность - использование пространственных взаимоотношений между объектами.

ГИТ позволяет выполнять над множествами картографических объектов операции, подобные обычным реляционным (JOIN, UNION, INTERSECTION). Операции этой группы называются оверлейными, так как используют в разных вариантах пространственное наложение одного множества объектов на другое. Фактически оверлейные операции обладают большим аналитическим потенциалом, и для многих сфер применения ГИТ являются основными, обеспечивая

решение прикладных задач (землепользования, комплексной оценки территорий и другие).

ГИТ предлагает совершенно новый путь развития картографии. Прежде всего, преодолеваются основные недостатки обычных карт: статичность данных и ограниченность емкости "бумаги" как носителя информации. В последние десятилетия не только сложные специализированные карты типа экологических, но и ряд обычных бумажных карт из-за перегруженности информацией становятся "нечитаемыми". ГИТ решает эту проблему путем управления визуализацией информации. Появляется возможность выводить на экран или на твердую копию только те объекты или их множества, которые необходимы пользователю в данный момент. То есть фактически осуществляется переход от сложных комплексных карт к серии взаимоувязанных частных карт. При этом обеспечивается лучшая структурированность информации, что позволяет ее эффективно использовать (манипулирование, анализ данных и т.п.). Очевидно, что наблюдается тенденция возрастания роли ГИТ в процессе активизации информационных ресурсов, т.к. огромные массивы картографической информации эффективно переводимы в активную машиночитаемую форму только с помощью ГИТ. Кроме того, в ГИТ карта становится действительно динамическим объектом[6].

Последнее обусловлено следующими новыми возможностями ГИТ:

• изменяемостью масштаба;

• преобразованием картографических проекций:

• варьированием объектным составом карты;

• "опросом" через карту в режиме реального времени многочисленных БД, содержащих изменяемую информацию;

• варьированием символики , то есть способом отображения объектов (цвет, тип линии и т.п.), в том числе определение символики через значения атрибутивных признаков объектов, что позволяет синхронизировать визуализацию с изменениями в БД.

В настоящее время широко распространено понимание того, что ГИТ - это не класс или тип программных систем, а базовая технология (umbrella technology) для многих компьютерных приложений (методов и программ), работающих с пространственной информацией.

Поскольку ЦКМ являются наборами данных сложной структуры, то их целесообразно представлять в различных форматах. Под форматом ЦКМ понимается специально введенная система классификации и кодирования данных о местности. От принятого формата ЦКМ во многом зависит оперативность решения функциональных задач (ФЗ) в системах управления военного назначения. Так, например, в случае представления рельефа местности горизонталями вычисление профиля местности занимает в тысячи раз больше времени, чем при представлении рельефа в форме матрицы высот[2].

Одним из важнейших и наиболее часто встречающихся типов информационной потребности в геоинформации является построение изображения участка карты на экране АРМ {визуализация карты). Но средства отображения ЦКМ на экране АРМ, наряду с приведенными выше требованиями к средствам доступа, должны отвечать еще ряду специфических требований, обусловленных необходимостью восприятия информации человеком. По существу - это следующие эргономические требования, которые целесообразно рассматривать в комплексе с другими:

• по "читабельности" обстановки (т.е. обладать достаточно высокими характеристиками скорости и достоверности восприятия человеком информации оперативной обстановки на фоне карты);

• по "читабельности" карты, (т.е. обладать достаточно высокими характеристиками скорости и достоверности восприятия человеком собственно картографической информации);

• по "комфортности" восприятия, (т.е. форма отображения данных не должна вызывать чрезмерных напряжения человека при восприятии информации и раздражения его органов чувств в целях обеспечения требуемой продолжительности сохранения его работоспособности).

ФЗ требует для своего решения различные данные о местности. По мнению авторов, все множество этих задач по характеру использования ЦКМ можно разделить на четыре основных класса:

• задачи, требующие выдачу изображения карты на устройства ввода- вывода средств автоматизации и использующие ее в качестве фона для вывода оперативной обстановки (ОКФ);

• задачи, использующие информацию о характере и профилях местности (ОХПМ);

• задачи, использующие информацию о дорожной сети (РДС);

• задачи, использующие информацию о местоположении объекта в пределах территории государства, зоны ответственности или нейтральной территории (ОМП).

Задачами ОКФ являются все задачи, отображающие оперативную обстановку на местности в процессе диалога с пользователем. Данные задачи могут отображать "поверх карты" информацию о группировках своих войск и войск противника, зонах радиоактивного, химического, биологического заражения, сплошных разрушений, пожаров, затоплений, о направлениях и рубежах действий, районах сосредоточения и др. Общая для задач ОКФ особенность использования ЦКМ заключается в необходимости быстрого вывода изображения карты на экран АРМ в различных масштабах.

К задачам ОХПМ относятся задачи выбора места развертывания радиорелейных станций (РРС), тропосферных станций (ТРС), радиолокационных станций (PJIC), средств радиотехнической разведки, радиоэлектронной борьбы и т.д. Задачи оценки защитных свойств местности в районах развертывания пунктов управления (ПУ) и узлов связи (УС), планирования огневого воздействия и т.п. также относятся к классу ОХПМ. Особенностью задач ОХПМ является необходимость определения с высокой скоростью характеристик местности в окрестностях точки с произвольными координатами.

К задачам РДС относятся, в частности, задачи определения маршрута и планирования порядка перемещения воинских формирований, оптимального планирования перевозок средств снабжения или почты и некоторые другие. Данные задачи используют данные ЦКМ о дорожной сети, которые должны быть представлены в специальной форме - в виде графа, в котором все пересекающиеся дороги имеют общую вершину в перекрестках.

Задачи ОМП используют в ЦКМ данные о государственных (сухопутных и морских) и иных границах, заданные в специальной форме - в виде замкнутых контуров.

По типу информационных потребностей многие ФЗ можно отнести сразу к нескольким различным классам. В частности, задача определения оптимального района развертывания РРС может обладать свойствами классов ОХПМ и РДС, а в процессе решения для организации диалога с пользователем - свойствами класса ОКФ.

В связи с глубоким взаимопроникновением ГИС и других информационных технологий целесообразно рассмотреть взаимосвязь ГИТ с другими технологиями.

Прежде всего, это графические технологии систем автоматизированного проектирования (САПР), векторных графических редакторов, и с другой стороны - технологии реляционных СУБД. Большинство реализаций современных ГИТ в своей основе и представляет собой интеграцию этих двух типов информационных технологий. Следующий тип родственных информационных технологий - технологии обработки изображений растровых графических редакторов. Некоторые реализации ГИТ базируются на растровом представлении графических данных. Поэтому очень многие современные ГИС общего назначения интегрируют возможности как векторного, так и растрового представления. В свою очередь, ряд технологий обработки изображений, предназначенных для работы с данными аэро- и космических съемок, очень близко примыкают к ГИТ, а иногда частично выполняют и их функции. Но обычно они к ГИТ комплементарны и имеют специальные средства для взаимодействия с ними (ERDAS LiveLink to ARC/INFO)

Близкородственны к ГИТ картографические (геодезические) технологии, применяющиеся при обработке данных полевых геодезических съемок и построении по ним карт (при построении карт по аэроснимкам с использованием фотограмметрических методик и при работах с цифровой моделью рельефа местности). Здесь также наблюдается тенденция к интеграции, т.к. подавляющее число современных ГИС включают в себя средства координатной геометрии (COGO), которые позволяют непосредственно использовать данные полевых геодезических наблюдений, в том числе прямо с приборов с цифровой регистрацией или с приемников спутниковой глобальной системы позиционирования (GPS). Фотограмметрические пакеты обычно ориентируются на совместную работу с ГИС и в ряде случаев включаются в ГИС как модули[12].

Сущность ГИТ проявляется в ее способности связывать с картографическими (графическими) объектами некоторую описательную (атрибутивную) информацию (в первую очередь алфавитно-цифровую и иную графическую, звуковую и видеоинформацию). Как правило, алфавитно-цифровая информация организуется в виде таблиц реляционной БД. В простейшем случае каждому графическому объекту (точечному, линейному или площадному) ставится в соответствие строка таблицы - запись в БД. Использование такой связи и обеспечивает богатые функциональные возможности ГИТ. Эти возможности, естественно, различаются у разных систем, но есть базовый набор функций, обычно имеющийся в любой реализации ГИТ, например, возможность ответа на вопросы "что это?" указанием объекта на карте и "где это находится?" выделением на карте объектов, отобранных по некоторому условию в БД. К базовым можно также отнести ответ на вопрос "что рядом?" и его различные модификации. Исторически первое и наиболее универсальное использование ГИТ - это информационно-поисковые, справочные системы.

Подводя итог реферативного обзора имеющейся литературы, можно сказать, что компьютер, как основное общедоступное средство применения информационных технологий в разных сферах жизни, может быть эффективно использован почти на всех стадиях педагогического исследований.

Использование компьютера на стадии накопления знаний и фактов связано, во-первых, с поиском литературы.

Во-вторых, компьютер может использоваться в работе с литературой в ходе: составления библиографии, реферирования, конспектирования, аннотирования, цитирования, перевода иностранной литературы.

На этапе опытно-экспериментальной работе компьютер также играет важную роль как средство подготовки и проведения эксперимента, а также для обработки промежуточных и конечных результатов исследования.

Мы считаем, что компьютер применим на данном этапе исследовательской работы:

- во-первых, для фиксации информации о предмете.

- во-вторых, для обработки количественных данных полученных в ходе использования эмпирических, социологических и математических методов исследования, а также для построения диаграмм и виртуальных моделей.

Компьютер незаменим на этапе оформления результатов педагогического исследования в виде диссертации, для подготовки научных докладов, статей, учебно-методических пособий, монографий, книг, плакатов по теме исследования компьютер. Он предоставляется возможность публиковать информацию о результатах исследования в Internet.

Для выступления на кафедрах, советах, семинарах, научно-практических конференциях, симпозиумах компьютер можно применить в качестве средства презентации графической и текстовой информации, иллюстрирующей доклад, а также для создания печатных материалов информационного и иллюстративного характера.

В завершение необходимо отметить, что на выше перечисленном, возможности применения компьютера в педагогическом исследовании не исчерпываются. Использование компьютера в педагогических исследования является обширным полем дальнейших поисков и экспериментов, которые должны происходить в тесном сотрудничестве программистов и педагогов-исследователей. Будущее безусловно принадлежит информационным технологиям.

5. Основы геоинформатики: в 2 кн. / коллектив авторов. Под ред. В.С. Тикунова. – М.: Издат. Центр «Академия», 2004. – 832с.

6. Филатов Н.Н. Географические информационные системы. Применение ГИС при изучении окружающей среды. – Петрозаводск: изд-во КГПУ, 1997. – 104с.

7. Руководства пользователям программных средств.

8. Геоэкоинформатика. – М.: изд-во МГУ, 1995. – 112с.

9. Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации

10. Кошкарев А.В. Понятия и термины геоинформатики и ее окружения: учебно-справочное пособие. – М.: ИГЕМ РАН, 2000. – 76с.

11. Новаковский Б.А., Прасолова А.И., Прасолов С.В. Цифровая картография: цифровые модели и электронные карты. – М.: изд-во МГУ, 2000. – 116с.

12. Серапинас Б.Б. Глобальные системы позиционирования. – М.: Каталог, 2002. – 106с.

13. Тикунов В.С. Моделирование в картографии. – М.: Изд-во МГУ, 1997. – 405с.