«Геоинформационные системы»

УРОК-ИССЛЕДОВАНИЕ

«Географические информационные системы»

Класс: 10

Раздел программы: «Коммуникационные технологии».

Тип урока: урок-исследование.

Вид урока: урок введения новых знаний, с применением современных информационно-коммуникационных технологий.

Технология: элементы личностно-ориентированной технологии, критического мышления (упражнения «ЗУХ», «Совместный проект»).

Цель урока: познакомиться с ГИС и освоить приемы поиска информации в различных геоинформационных системах.

Задачи урока

  • Учебные:

Знакомство с новейшим классом информационных систем;

Освоение приемов поиска и средств навигации различных геоинформационных систем;

  • Развивающие:

Развитие познавательного интереса учащихся;

Привитие навыков исследовательской деятельности;

Интеграция знаний, полученных учеником из различных предметных областей;

  • Воспитательные:

Воспитание гражданственной позиции учащегося;

Повышение уровня информационной культуры и социальной адаптации учащихся;

Воспитание интереса и любви к истории Отечества;

Популяризация географических знаний о городах-героях;

Воспитывать стремление к получению новых знаний;

Воспитание ответственности, самостоятельности, умения работать в коллективе.

Оборудование: компьютерный класс, рабочий лист учащегося

Программное обеспечение: ОС MS Windows, GisRX, любой браузер и доступ к Интернет (для работы с Google maps или yandex maps), локальная сеть.

План урока

  1. Приветствие (1 мин);
  2. Актуализация знаний(3 мин);
  3. Сообщение темы, целей и задач урока(1 мин);
  4. Объяснение нового материала (7 мин)
  5. Практикум(15 мин);
  6. Физкультминутка(1 мин);
  7. Представление и защита мини-проектов по исследованиям учащихся (5 мин);
  8. Подведение итогов урока(3 мин);
  9. Рефлексия(2 мин);
  10. Определение объема домашнего задания(1 мин);
  11. Выставление оценок за урок(1 мин).

Ход урока

1.Приветствие

Здравствуйте ребята, уважаемые гости!

2. Актуализация знаний (фронтальная работа)

Давайте вначале проверим, как вы усвоили предыдущий материал. Для этого выполните задания на карточках

САМОКОНТРОЛЬ

Найдите зашифрованные в сканворде термины, связанные с телекоммуникационными технологиями

 

А

Д

Р

Е

С

А

Т

Х

Д

О

М

Е

Н

Х

Н

Х

З

Х

С

Е

Р

В

Е

Р

Е

Х

С

Е

Р

В

И

С

В

М

Е

Д

О

М

Л

Н

З

О

Ц

Ь

Л

О

К

А

К

И

Ф

А

Р

Т

Х

Е

А

Н

И

Ш

Л

Ю

З

С

 

 

 

Ответы: адрес, адресат, домен, клиент, модем, сеанс, сервер, сервис, трафик, шина, шлюз,

звезда, кольцо.

 

 

 

 

 

Задания ЕГЭ «Телекоммуникационные технологии»

 

 

 

Ответы: Вариант 2 ГВЖЕДБА, Вариант 3 ЖАБДЕГВ

Теперь обменяйтесь задания и проверьте вторую, тестовую часть.

Еще раз обменяйтесь задания и выполните самопроверку ( первая часть диктуется, а вторая по ответам на доске).

Прежде чем объявить тему, цели и задачи урока, которые сегодня вам предстоит решить, хотелось бы услышать:

 

3. Сообщение темы, целей и задач урока

Что же такое географическая информационная система или геоинформационная система (ГИС)? Нам и предстоит выяснить.

Итак, тема урока «Геоинформационные системы». Запишите тему урока. Сегодня этот лист будет вашей рабочей тетрадью.

Цель урока: познакомиться с ГИС и освоить приемы поиска информации в различных геоинформационных системах.

Задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели: знакомство с новейшим классом информационных систем; освоение приемов поиска и средств навигации различных геоинформационных систем; показать неразрывную связь новых информационных технологий с различными предметными областями, например, с такими как история и география.

4. Объяснение нового материала

ГИС

Разберем словосочетание «геоинформационная система» на составные части.

- Приставка «Гео-» обозначает.. (глобально, связано с Землей); информационная система – …

Геоинформационная система (ГИС, также географическая информационная система) — информационная система, предназначенная для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации о представленных в ГИС объектах. [1]Термин также используется в более узком смысле — ГИС как инструмент (программный продукт), позволяющий пользователям искать, анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах, например высоту здания, адрес, количество жильцов.

ГИС включают в себя возможности cистем управления базами данных (СУБД), редакторов растровой и векторной графики и аналитических средств и применяются в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне и многих других областях.

По территориальному охвату различают глобальные ГИС (global GIS), субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС (regional GIS), субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС (local GIS).

ГИС различаются предметной областью информационного моделирования, к примеру, городские ГИС, или муниципальные ГИС, МГИС (urban GIS), природоохранные ГИС (environmental GIS) и т. п.; среди них особое наименование, как особо широко распространённые, получили земельные информационные системы. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС, ИГИС (integrated GIS, IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде.

Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС (multiscale GIS) основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов (multiple representation, multiscale representation), обеспечивая графическое или картографическое воспроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением. Пространственно-временные ГИС (spatio-temporal GIS) оперируют пространственно-временными данными. Реализация геоинформационных проектов (GIS project), создание ГИС в широком смысле слова, включает этапы: предпроектных исследований (feasibility study), в том числе изучение требований пользователя (user requirements) и функциональных возможностей используемых программных средств ГИС, технико-экономическое обоснование, оценку соотношения «затраты/прибыль» (costs/benefits); системное проектирование ГИС (GIS designing), включая стадию пилот-проекта (pilot-project), разработку ГИС (GIS development); её тестирование на небольшом территориальном фрагменте, или тестовом участке (test area), прототипирование, или создание опытного образца, или прототипа (prototype); внедрение ГИС (GIS implementation); эксплуатацию и использование. Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.

Данные в ГИС описывают реальные объекты, такие как дороги, здания, водоемы, лесные массивы. Реальные объекты можно разделить на две абстрактные категории: дискретные (дома, территориальные зоны) и непрерывные (рельеф, уровень осадков, среднегодовая температура). Для представления этих двух категорий объектов используются векторные и растровые данные.

В ГИС к векторным объектам могут быть привязаны семантические данные. К примеру, на карте территориального зонирования к площадным объектам, представляющим зоны, может быть привязана характеристика типа зоны. Структуру и типы данных определяет пользователь. На основе численных значений, присвоенных векторным объектам на карте, может строиться тематическая карта, на которой эти значения обозначены цветами в соответсвии с цветовой шкалой, либо окружностями разного размера.

Векторные данные также могут описывать непрерывные поля величин. Поля при этом изображаются в виде изолиний или контурных линий. Одним из способов представления рельефа является нерегулярная триангуляционная сетка (TIN, triangulated irregular networks). Такая сетка формируется множеством точек с привязанными значениями (в данном случае высота). Значения в произвольной точке внутри сетки получаются путем интерполяции значений в узлах треугольника, в который попадает эта точка.

Векторные данные обычно имеют гораздо меньший размер, чем растровые. Их легко трансформировать и проводить над ними бинарные операции. Векторные данные позволяют проводить различные типы пространственного анализа, к примеру поиск кратчайшего пути в дорожной сети.

ГИС принято различать по масштабированию:

c1

ГИС состоит из многослойной системы карт и баз данных, связанных с этими картами.

Географическая информация, хранимая в ГИС, подвергается манипуляциям «растяжения», «сжатия», а поэтому храниться в векторном формате.

Векторные данные

Наиболее распространенными типами векторных объектов являются:

  • Точки

Используются для обозначения географических объектов, для которых важно местоположение, а не их форма или размеры. Возможность обозначения объекта точкой зависит от масштаба карты. В то время как на карте мира города целесообразно обозначать точечными объектами, то на карте города сам город представляется в виде множества объектов. В ГИС точечный объект изображается в виде некоторой геометрической фигуры небольших размеров (квадратик, кружок, крестик), либо пиктограммой, передающей тип реального объекта.

  • Полилинии

Служат для изображения линейных объектов. Полилиния — ломаная линия, составленная из отрезков прямых. Полилиниями изображаются дороги, железнодорожные пути, реки, улицы, водопровод. Допустимость изображения объектов полилиниями также зависит от масштаба карты. Например, крупная река в масштабах континента вполне может изображаться линейным объектом, тогда как уже в масштабах города требуется ее изображение площадным объектом. Характеристикой линейного объекта является длина.

  • Многоугольники (полигоны)

Служат для обозначения площадных объектов с четкими границами. Примерами могут служить озера, парки, здания, страны, континенты. Характеризуются площадью и длиной периметра.

 

Первоначальный растровый формат изображения повергается векторизации, т.е. линиями и точками, составляющими изображение, устанавливаются геометрические и формульные соотношения.

Структура ГИС

  1. Данные (пространственные данные):
    • позиционные (географические): местоположение объекта на земной поверхности.
    • непозиционные (атрибутивные): описательные.
  2. Аппаратное обеспечение (ЭВМ, сети, накопители, сканер, дигитайзеры и т. д.).
  3. Программное обеспечение (ПО).
  4. Технологии (методы, порядок действий и т. д.).

Вопросы, на которые может ответить ГИС

  1. Что находится в…? (определяется место).
  2. Где это находится? (пространственный анализ).
  3. Что изменилось начиная с…? (определить временные изменения на определенной площади).
  4. Какие пространственные структуры существуют?
  5. Что если? (моделирование, что произойдет, если добавить новую дорогу).

Спутниковая навигация – GPS, ГЛАНАС (Вместе с сообщениями учащихся)

Принцип определения координат точки известен человечеству давно. С течением времени он практически не изменился, совершенствовались лишь инструменты и технологии их применения. Еще во время Первой мировой войны в Российской армии для обнаружения места расположения германской артиллерии использовали примитивные датчики. Они вырабатывали электрический сигнал в момент приёма звука выстрела вражеской пушки. Датчики располагали в нескольких точках с известными координатами и на основании разницы во времени поступления на них звуковых сигналов, вычисляли место расположения батарей противника.

Во время Второй мировой войны англичане пошли дальше. Методы определения координат удалённой точки они использовали для наведения на германские цели своих бомбардировщиков. В их распоряжении были радиостанции-маяки, по функциональному назначению ничем не отличающиеся от современных космических спутников. Маяки располагались на Британских островах, а навигационные приемники - на борту бомбардировщиков. Курс самолетов корректировался по поступающим с маяков радиосигналам, и это, в значительной степени, обеспечивало высокую точность ночных бомбардировок английской авиации.

Основы системы спутниковой навигации можно разбить на пять основных подпунктов:

  1. Спутниковая трилатерация - основа системы определения положения.
  2. Спутниковая дальнометрия – измерение расстояний до спутников.
  3. Точная временная привязка – зачем нужно согласовывать часы в приёмнике и на спутнике и для чего требуется 4-й космический аппарат.
  4. Расположение спутников – определение точного положения спутников в космосе.
  5. Коррекция ошибок – учёт ошибок вносимых задержками в тропосфере и ионосфере.

Состав группы КНС ГЛОНАСС на 11.04.2011[3]:

Всего в составе ОГ ГЛОНАСС

27 КА

Используются по целевому назначению

23 КА

На этапе ввода в систему

1 КА

Временно выведены на техобслуживание

3 КА

Орбитальный резерв

На этапе вывода из системы

Применение навигации

  • Геодезия: с помощью GPS определяются точные координаты точек и границы земельных участков
  • Картография: GPS используется в гражданской и военной картографии
  • Навигация: с применением GPS осуществляется как морская, так и дорожная навигация
  • Спутниковый мониторинг транспорта: с помощью GPS ведётся мониторинг за положением, скоростью автомобилей, контроль за их движением
  • Сотовая связь: первые мобильные телефоны с GPS появились в 90-х годах. В некоторых странах, например США это используется для оперативного определения местонахождения человека, звонящего 911. В России в 2010 году начата реализация аналогичного проекта — Эра-глонасс.
  • Тектоника, Тектоника плит: с помощью GPS ведутся наблюдения движений и колебаний плит
  • Активный отдых: есть разные игры, где применяется GPS, например, Геокэшинг и др.
  • Геотегинг: информация, например фотографии «привязываются» к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приёмникам

5. Практикум

Работа с программой GisRX

  1. Запустив программу GisRX, выберите атлас «Восточный» или «Восточный 2». Отметьте начало маршрута в СОШ №5 х. Восточный, а конец возле вашего дома. Проложите маршрут и вычисли его расстояние. Внесите в бланк ответов.
  2. Работа с (google map ) фотоснимком: Найдите на фотоснимке школу, дом…
  3. Выберите атлас «Россия». Отметьте начало маршрута в одном из городов России, а конец в другом (выберите запад-восток или юг-север страны) проложите маршрут. Выпишите названия городов по маршруту следования. Скопируйте маршрут следования и увеличенные карты городов по маршруту следования в PowerPoint. Для этого откройте PowerPoint и с помощью клавиши PrntScr делайте снимки экрана и копируйте по Ctrl-V в слайд презентации и измените размер, с тем чтобы карта поместилась на слайд..
  4. Найдите на карте резиденцию президента России.

6.Физкультминутка

Гимнастика для глаз; потягивание.

7. Защита работ

Результаты исследований учащиеся оформляют с помощью MS PowerPoint, в которых демонстрируют копии экранных изображений (с помощью кнопки на клавиатуре PrintScreen), фрагменты карт, фото и др. Выступающий рассказывает о том, как проводилось исследование, какими программными средствами они пользовались, и т.п..

8. Подведение итогов урока

  • Что же такое ГИС?
  • В чем состоит отличие географических информационных систем от обычных географических карт?
  • Является ли данная тема актуальной в наши дни?
  • В каких профессиях можно использовать возможности ГИС?
  • Скажите, сегодняшний урок заставил вас обратиться к знаниям из других предметных областей? Если да, то знания, каких школьных предметов понадобились, чтобы выполнить практическое задание?

9. Рефлексия

В течение урока заполнить таблицу и озвучить таблицы нескольких учащихся.

Знал

Узнал

Хочу узнать

     

Методические рекомендации. Использовать упражнение «ЗУХ»- знал, узнал, хочу узнать.

10. Определение объема домашнего задания

  1. §2.9, стр.160-162
  2. Заполнить таблицу

«+» ГИС

«-» ГИС

   

3. Составить тест на тему «Геоинформационные системы» .

11.Выставление оценок за урок

Спасибо за интересную работу! Из вас получатся хорошие сотрудники туристических фирм! Желаю успехов!

12. Используемая литература

  1. Информатика и ИКТ. Базовый уровень: учебник для 10 класса/ Н.Д. Угринович. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 184 с.: ил.
  2. Поурочные разработки по информатике. Базовый уровень: 10-11 классы/ А.Х. Шелепева. – М.: ВАКО, 2009. – 325 с. – (В помощь школьному учителю).
  3. Современные открытые уроки информатики. 8-11 классы/В.А. Молодцов, Н.Б. Рыжикова. – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2002. – 352 с.
  4. http://festival.1september.ru/2003_2004/index.php&member=101676