Интеграция геодезического образования

Термином «геодезическое образование» обозначают блок дисциплин в области наук о Земле, который включает геодезию, фотограмметрию, дистанционное зондирование, картографию и землепользование [13]. Такое обозначение может показаться странным, однако еще более странной может считаться название всемирной организации геодезистов Federation Internationale des Geometres (FIG), которая была основана в Париже в 1878 г. Следует напомнить неискушенным читателям, что «геометрия» переводится как измерение Земли, в то время как «геодезия» – деление Земли. Этим и было обусловлено первоначальное название Federation Internationale des Geometres для международного общества геодезистов. Однако с течением времени геометрия стала разделом математики и теоретической наукой. Практической наукой, связанной с измерениями и исследованием земной поверхности, стала геодезия. Поэтому в настоящее время в иностранных и российских источниках FIG интерпретируется как International Federation of Surveyors (Международная федерация геодезистов).

Термин «геодезическое образование» используют также для разграничения этого блока наук о Земле от других «гео» наук, таких как геология, геофизика, география, геодинамика и т. д.

Объективная потребность интеграции наук о Земле: геодезии, фотограмметрии, картографии, дистанционного зондирования Земли и землепользования - назревала давно. Преподавание этих дисциплин отличалось большим взаимопроникновением. На практике часто геодезисты работали в фотограмметрии, фотограмметристы принимали участие в геодезических работах или занимались составлением карт и т. д. Поэтому появление геоинформатики, а позже и геоматики, интегрирующей науки о Земле, явилось ответом на объективную потребность в

^^^^^^й ИНТЕГРАЦИЯ интеграции этих наук для решения ряда комплексных научных задач.

В настоящее время геоинформатика и геоматика используются для решения широкого круга научных и практических задач, включая образование [1], где решают важную задачу междисциплинарной интеграции. Геоинформатика стала связующим звеном, способствующим интеграции ряда дисциплин в единую систему [3]. В настоящее время она объединяет многие учебные дисциплины в сфере образования, причем не только науки о Земле. Геоинформатика - относительно молодая учебная дисциплина, что также играет положительную роль, так как наука опирается на современные образовательные технологии.

Различие между геоинформатикой и геоматикой состоит в том, что геоматика ориентирована в основном на подготовку специалистов в области землепользования, а геоинформатика - более универсальная дисциплина, интегрирующая науки о Земле. Люди, изучающие геоматику, в дальнейшем становятся землемерами, геодезистами, топографами, геометрами. Топограф раcкрывается такими экзотическими специальностями, как сурвеюр, агрименсор, верменшустекик, вермен-шуй-инженер и геометр [4]. Человек, изучающий геоинформатику, как правило, получает специальность «геоинформатик» и работает в разных областях, включая сферу управления, транспорта, кадастра, космических исследований и т. д.

Терминология. Современная геоинформатика с ее понятийным аппаратом является обобщением многих наук: не только наук о Земле, но и информатики, САПР, обработки изображения и баз данных. Отсюда слабым местом геоинформатики следует признать несогласованность терминологии. Отдельные молодые ученые и специалисты, плохо понимающие геоинформатику и даже физику, часто применяют термины, не соответствующие принятым терминологическим отношениям [12] и даже противоречащие фундаментальным основам науки. Наиболее ярким примером будем считать употребление термина «геопространственные данные».

Из курса физики известно, что «пространство» и «время» - разные категории. Термин «геопространственные» является подмножеством множества «пространственные данные». Разумеется, к временным данным он не имеет отношения, но в ряде случаев его используют как синоним термина «геоданные», которые включают три группы данных: «время», «пространство» и «тема».

Применение информационных единиц. Одна из особенностей современной интеграции наук о Земле заключается в применении специальных информационных единиц [9] для построения интегрированных моделей. Информация в произвольной форме не используется в обработке, для этого применяют только структурированную информацию на основе информационных единиц. Для хранения, описания, визуального представления и передачи также используют специальные информационные единицы, изучение которых способствует развитию у студентов системного подхода к анализу окружающего мира.

Визуальное моделирование. В геодезии и других науках о Земле одной из основных задач становится задача визуального представления пространственной информации. Основу учебной информации в этой области составляют цифровые модели и карты [11]. Это обусловливает необходимость работы с визуальными моделями, что приводит к применению методов обучения с использованием визуальных моделей. Использование визуальных моделей возможно только с применением компьютерных технологий. Следовательно, подготовка в области компьютерной графики предшествует изучению геоинформатики и закрепляет у студентов знания в этой области.

Пространственная информация. Современная пространственная информация - новый информационный ресурс и инструмент управления [10]. Универсальным средством описания пространственной информации и интегрирующим эту информацию с временной и любой другой (тематической) информацией считаются геоданные. Кроме того, предметом изуче- ния геоинформатики являются такие понятия, как пространственные отношения и геореференция, которые в других науках не изучаются, но используются. Например, для анализа пространственной информации и получения знаний на этой основе в геоинформатике и других науках о Земле широко применяют геореференцию [8].

Дистанционное зондирование. В настоящее время имеет место интегрированное применение методов дистанционного зондирования Земли в геоинформатике. Наиболее эффективно методы дистанционного зондирования применяются за счет использования глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Применение спутниковой навигации в инженерных изысканиях не ограничивается технологией определения местоположения объектов (локализацией положения), так как ГНСС создают навигационное поле для измерений и навигации.

Навигационное поле – новое понятие, возникшее как пример результата интеграции наук о Земле. Оно задается космическим сегментом, наземным сегментом и фиксируется аппаратурой пользователя. Пользователем может быть геодезист, картограф, транспортник, изыскатель, землемер. Также все автолюбители могут использовать навигатор – специализированную мобильную геоинформационную систему, которая может работать только в навигационном поле.

Навигационное поле можно интерпретировать как непрерывное информационное поле, в каждой точке которого с помощью специальной приемной аппаратуры можно определять не только местоположение , но и время определения этого местоположения. Таким образом, навигационное поле представляет собой пространственно-временной континуум. Такая связь пространства и времени создает условия для оперативного управления подвижными объектами и является основой интеллектуальных транспортных систем.

Региональное управление. Региональное управление опирается на интегрированные технологии в сфере управления, картографии, геодезии. Включение в управ- ленческие технологии данных дистанционного зондирования позволяет оперативно отслеживать существенные изменения в регионах и даже организовывать новые методы управления. Следует отметить появление новой науки - пространственная экономика (Spatial Economics), которую не следует путать с региональной экономикой. Первую датируют 2000 г. возникновения, а вторая существует уже около 100 лет. За рубежом вопросы пространственной экономики освещает журнал Networks and Spatial Economics (NETS), а обязательным предметом изучения этой дисциплины там считаются геоинформационные системы [14]. Это дает основание говорить о том, что интеграция учебных дисциплин на основе геоинформатики шире, чем геодезических дисциплин.

Геоинформационный мониторинг. Мониторинг на основе интеграции наук о Земле приобрел новые свойства [7]. Глобальный мониторинг использует гео-информационный подход и развивается на этой основе. Общие принципы организации геоинформационного мониторинга включают использование семантических информационных единиц, информационных моделей объектов, информационных моделей ситуаций. Параметрическое описание в геоинформационном мониторинге решает задачи логики первого рода, т. е. описывает прямые (видимые) причинно-следственные связи. Коррелятивный анализ решает задачи логики второго рода, т. е. описывает сложные цепочки причинно-следственных связей, которые по существу являются латентными. Визуальное моделирование снижает информационную нагрузку на ЛПР и представляет результаты геоинформационного мониторинга в виде, удобном для принятия решений.

Транспорт и логистика. В направлениях транспорта и логистики возникает необходимость пространственного и топологического анализа. Это требует применения методов геоинформатики, в которой топологическое описание геоданных является обязательным. Геоинформационный мониторинг применяется на транспорте как дополнение к оперативному управлению подвижными объектами. Приме-

^^^^^^й ИНТЕГРАЦИЯ нительно к логистике геоинформацион-ный мониторинг включает использование глобальных навигационных спутниковых систем, динамических моделей геоданных, информационного пространства в реальном времени, баз геоданных для хранения информации об объектах мониторинга, топологических логистических моделей, организацию геоинформационного пространства. Это приводит к необходимости интеграции соответствующих учебных дисциплин с геоинформатикой

Единая координатная среда. Одной из особенностей геоинформатики является использование единой координатной среды [5]. Это позволяет организовывать практические занятия с использованием современных спутниковых навигационных систем как в реальном пространстве, так и в виртуальном. В целом в геоинформатике достаточно много используется моделирование и виртуальное обучение.

Инноватика. В том случае, когда речь идет об инновационных проектах, связанных с объектами большой протяженности или с геотехническими системами, необходим обязательный учет пространственных факторов. Это влечет применение геоинформатики [2], которая в качестве одного из объектов исследований рассматривает пространственные отношения. При этом геоинформатика, с одной стороны, интегрирует различные направления в инноватике, с другой – создает возможность междисциплинарного переноса знаний инноватики в другие прикладные области.

Изыскания. Применительно к инженерным изысканиям можно выделить следующие основные концепции применения геоинформатики: геоинформационный подход, интегрированное применение методов дистанционного зондирования Земли, применение методов искусственного интеллекта в геоинформатике, геоин-формационный мониторинг, применение информационных единиц хранения и обмена, геоинформационная логистика.

Применение методов искусственного интеллекта в геоинформатике. Одна из

ОБРАЗОВАНИЯ. 2014, № 1 ^Й^ЙЙ^ основных задач геоинформатики - получение новых знаний. Известно, что пространственные знания изучаются методами искусственного интеллекта уже более 50 лет, а с появлением геоинформатики работы в этой области интегрировались в единое направление [4]. Отметим также, что важное значение в этой области имеет развитие методов ситуационного моделирования [6].

Итак, в настоящее время существует тенденция интеграции геодезического образования, ядром которой служит геоинформатика. Интеграция геодезического образования способствует формированию информационного образовательного пространства, опирающегося на методы информатики и служащего средством междисциплинарного переноса знаний. Изучение геоинформатики как интегрирующего ядра наук о Земле формирует интегрированный и системный подход к познанию окружающего мира. В целом интеграция образования в области наук о Земле способствует междисциплинарному переносу знаний и повышает качество образования.

СПИСОК

ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

• 1.    Майоров, А. А. Состояние и развитие геоинформатики / А. А. Майоров // Науки о Земле. -2012. - Вып. 3. - С. 11-16.

• 2.    Маркелов, В. М. Инноватика и геоинформатика / В. М. Маркелов, И. А. Романов // Дистанционное и виртуальное обучение. - 2012. -№ 12. - С. 53-57.

• 3.    Савиных, В. П . Геоинформатика как система наук / В. П. Савиных, В. Я. Цветков // Геодезия и картография. – 2013. - № 4. - С. 52-57.

• 4.    Савиных, В. П. Развитие методов искусственного интеллекта в геоинформатике / В. П. Савиных, В. Я. Цветков // Транспорт Российской Федерации. – 2010. – № 5. – С. 41-43.

• 5.    Савиных, В. П . Система получения координатно-временной информации для решения задач мониторинга / В. П. Савиных // Науки о Земле. -2012. - Вып. 3. - С. 5-10.

• 6.    Соловьев, И. В . Применение модели информационной ситуации в геоинформатике / И. В. Соловьев // Науки о Земле. - 2012. - № 1. - С. 54-58.

• 7.    Цветков, В. Я . Геоинформационный мониторинг / В. Я. Цветков // Изв. высш. учеб. заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2005. - № 5. - С. 151-155.

• 8.    Цветков, В. Я . Геореференция как инструмент анализа и получения знаний / В. Я. Цветков // Науки о Земле. - 2011. - № 2. - С. 63-65.

• 9.    Цветков, В. Я . Информационные единицы сообщений / В. Я. Цветков // Фундаментальные исследования. - 2007. - № 12. - С. 123-124.

• 10.    Цветков, В. Я . Пространственная информация как ресурс управления / В. Я. Цветков // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2013. – № 12. – С. 32-34.

• 11.    Цветков, В. Я . Цифровые карты и цифровые модели / В. Я. Цветков // Изв. высш. учеб. заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. – 2000. – № 2. – С. 147-155.

• 12.    Frank, St. Professional Education for Surveyors [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://fig . miigaik.ru/papers/02_steven_frank_full_text.pdf.

• 13.    Ozhereleva, T. A. Geodetic Education / T. A. Ozhereleva // European Researcher. - 2013. -Vol. 40, № 2-1. - Р. 268-272.

• 14.    Spatial Economic Science. A new Frontiers in Theory and Methodology 2000 Springer 457h. ISBN 978-3-642-64125-1.

Поступила 10.01.14.

Об авторах :