4333

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

ИНФОРМАТИКА. ГИС В ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИИ

Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки

05.03.06 – Экология и природопользование

Воронеж 2016

УДК 004

Евдокимова, С. А. Информатика. ГИС в экологии и природопользовании Электронный ресурс : методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 05.03.06 – Экология и природопользование / С. А. Евдокимова, Т. В. Скворцова ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова». – Воронеж, 2016. – 36 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова» (протокол № __ от _______ 2016 г.)

Рецензент заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВПО ВГАУ д-р.техн.наук., проф. Д.Н. Афоничев

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания подготовлены в соответствии с рабочей программой дисциплины «Информатика. ГИС в экологии и природопользовании» для студентов по направлению подготовки 05.03.06 – Экология и природопользование. Целью изучения данной дисциплины является формирование у студентов знаний о процессе сбора, хранения, обработки, анализа и передачи информации, практических умений использования средств компьютерной техники и географических информационных систем (ГИС) в учебном процессе и будущей профессиональной деятельности.

В результате освоения дисциплины студент должен:

–знать: основные методы и средства обработки, хранения, передачи и накопления информации; современное состояние уровня и направлений развития компьютерной техники, сетей и программных средств; принципы построения реляционной модели базы данных; основы теории алгоритмов, программирования и моделей решения функциональных и вычислительных задач; структуру и функции географических информационных; состав и назначение программного обеспечения по созданию и обработке графической информации;

–уметь: работать с программными средствами общего назначения, с текстовыми процессорами, электронными таблицами, системами управления базами данных, а также с геоинформационными системами; формировать задачи, осуществлять их алгоритмизацию; работать в локальных и глобальных компьютерных сетях, использовать в профессиональной деятельности сетевые средства поиска и обмена информацией;

владеть: навыками использования компьютерной техники и программных средств при решении практических задач.

4

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Тема 1. Информация и информатика

Информатика как наука и как вид практической деятельности. Появление и развитие информатики. Структура информатики.

Информация, ее виды и свойства. Количественная мера информации и энтропия. Формирование, представление, преобразование, передача, хранение, переработка и использование информации.

Системы счисления. Перевод целых чисел из одной системы счисления в другую. Выполнение арифметических операций в двоичной системе счисления.

Организация и представление данных в компьютере. Единицы измерения количества информации. Кодовая таблица символов. ASCII-коды. Универсальная система UNICODE. Кодирование графической информации.

Тема 2. Вычислительная техника

История развития средств вычислительной техники. Механические и математические первоисточники. Эволюция поколений ЭВМ.

Классификация компьютеров и вычислительных систем: по принципу действия; по вычислительной мощности и габаритам; по способу применения.

Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера: системный блок, монитор, клавиатура, мышь. Внутренние устройства системного блока: материнская плата, жесткий диск, дисководы оптических дисков, видеокарта (видеоадаптер), звуковая карта. Системы, расположенные на материнской плате: оперативная память, процессор, микросхема ПЗУ и система BIOS, энергонезависимая память CMOS, шинные интерфейсы материнской платы. Функции микропроцессорного комплекта (чипсета).

Периферийные устройства персонального компьютера: устройства ввода данных, хранения данных, обмена данными, вывода данных.

Тема 3. Основы построения компьютерных сетей

История появления и развития компьютерных сетей. Развитие сетевых межкомпьютерных коммуникаций в России.

5

Классификация компьютерных сетей по различным признакам: по технологии передачи данных, по типу коммутации между узлами, по среде передачи данных, по территориальному охвату, по скорости передачи данных, по иерархической организации.

Топология компьютерных сетей: полносвязная топология, общая шина, звезда, кольцо, дерево, смешанная топология.

Физическая реализация среды передачи данных: разделяемые среды передачи, сетевые адаптеры, концентраторы, маршрутизаторы.

Модели и протоколы компьютерных сетей. Сетевая модель OSI. Глобальные сети: общие средства организации, аппаратные средства и

протоколы обмена информацией. Электронная почта. Использование компьютерных сетей в образовании.

Тема 4. Программное обеспечение компьютера

Классификация программного обеспечения компьютера: системное, служебное и прикладное.

Функции операционных систем персональных компьютеров: обеспечение интерфейса пользователя, организация и обслуживание файловой структуры, управление установкой, исполнением и удалением приложений, взаимодействие с аппаратным обеспечением и другие.

Основы работы с операционной системой Windows. Рабочий стол Windows. Значки и ярлыки объектов. Просмотр папок Windows. Система окон Компьютер. Приемы работы с файловой системой. Структура Главного меню Windows. Стандартные средства установки оборудования и приложений Windows. Настройка операционной системы Windows. Стандартные приложения

Windows.

Служебное программное обеспечение: программы-архиваторы, антивирусные программы, программы записи компакт-дисков и другие.

Тема 5. Прикладное программное обеспечение общего назначения

Прикладные программные продукты и их классификация. Пакеты прикладных программ общего и специального назначения. Текстовый процессор Microsoft Word. Создание простейших документов (тезисов конференций, аннотаций, ведомостей и др.), содержащих графические объекты, поля, таблицы. Создание документов большого объема, имеющих структурную и внешнюю разметку, оглавления, алфавитные указатели. Подготовка Web-страниц

6

и интеграция Microsoft Word с другими приложениями пакета Microsoft Office.

Основные приемы работы с Microsoft Excel: работа с листами, операции с фрагментами таблицы, управление файлами. Решение задач с использованием формул и функций. Графические возможности Microsoft Excel: диаграммы. Решение задач теории методов вычислений. Управление списками.

Подготовка презентаций средствами Microsoft Power Point: возможности создания презентаций, добавление слайдов в презентацию, операции со слайдами, создание скрытых слайдов.

Базы данных. Задачи, решаемые с помощью базы данных. Типы баз данных (иерархические, сетевые, реляционные). Реляционная модель данных: основные понятия, структура данных, структурная часть базы данных, виды отношений, реляционная целостность данных, индексирование. Поиск, сортировка и фильтрация данных. Основы разработки запросов: запроса на выборку, группового, перекрестного, модифицирующего и параметрического.

Компьютерная графика: векторная и растровая. Представление цветов в компьютере. Графические редакторы.

Тема 6. Основы моделирования

Понятия модели и моделирования. Компьютерное моделирование. Основные параметры модели.

Классификация моделей по различным факторам: по назначению, по уровню моделирования, по характеру взаимоотношений с внешней средой, по способу представления свойств объекта, по сфере применения, по отношению к времени, по способу представления и т.д.

Основные этапы компьютерного моделирования: постановка задачи и анализ объекта моделирования, разработка (формализация и синтез) модели, проведение компьютерного эксперимента, анализ результатов моделирования.

Программные среды моделирования. AnyLogic – универсальная среда имитационного моделирования.

Тема 7. Основы теории алгоритмов

Понятие алгоритма и его свойства. Способы записи алгоритмов: словесный, графический, программный. Представление и обработка данных раз-

7

личного типа. Базовые и структурированные (массив, запись) типы данных. Базовые алгоритмические конструкции: линейная, разветвляющаяся, циклическая.

Принципы разработки алгоритмов и программ для решения прикладных задач. Основные понятия и классификация языков программирования. Концепция объектно-ориентированного программирования.

Инструментальные средства и среды разработки программного обеспечения.

Тема 8. Информационная безопасность

Основные положения, понятия и определения. Виды угроз в информационной сфере. Внутренние и внешние источники угроз. Организационноправовое обеспечение информационной безопасности. Государственная система правового обеспечения защиты информации в Российской Федерации.

Угрозы в информационных системах: нарушения конфиденциальности, достоверности, целостности, доступности. Классификация угроз информации.

Требования к защите информации в информационных системах. Способы и средства защиты информации. Системы защиты информации.

Государственные стандарты по информационной безопасности. Стандарты по криптографической защите.

Тема 9. Географические информационные системы: понятие, свойства и функции

Понятие о геоинформационных системах, их назначение и структура. История развития геоинформационных систем лесного хозяйства. Особенности технического и программного обеспечения ГИС. Функции ГИС.

Классификация программного обеспечения геоинформационных сис-

тем.

Источники пространственных данных и их типы. Способы получения данных. Модели представления данных в ГИС. Позиционная и семантическая составляющая пространственных данных. Модели пространственных данных: векторная, векторно-топологическая, растровая. Проектирование географических баз данных (БД). Системы управления БД ГИС (СУБД ГИС). Понятие слоя в БД. Оценка качества данных и контроль ошибок.

8

Тема 10. Географический анализ и пространственное моделирование

Классические задачи геометрического анализа в ГИС: определение расстояний, длин ломаных линий, координат центроидов полигонов, расчет площадей векторных объектов, определение принадлежности точки внутренней области полигона, поиск точек пересечения линий.

Оверлейные операции в ГИС: объединение, разбиение, удаление перекрытия и внешней части объектов. Расчет и построение буферных зон. Анализ сетей на основе построения полигонов Вороного. Принципы цифрового моделирования рельефа местности.

Построение запросов: пространственных, атрибутивных, запросов по шаблону.

Ввод, хранение и обработка цифровой экологической информации. Методы построения тематических карт, отражающих текущее состояние экосистемы. Исследование динамики изменения экологической обстановки в пространстве и времени, построение, диаграмм.

СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА

Дисциплина «Информатика. ГИС в экологии и природопользовании» предусматривает лабораторные занятия, темы которых приведены в табл. 1. Студенты после выполнения каждой работы составляют письменный отчет, который устно защищается.

Отчет лабораторных работ может включать выполнение индивидуальных практических заданий, выдаваемых преподавателем.

Задания к лабораторной работе № 1

1.Перевести десятичные числа 8110 и 14010 в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления.

2.Перевести двоичное число 1010100110112 в восьмеричную, шестнадцатеричную и десятичную системы счисления.

3.Перевести число 5378 из восьмеричной системы счисления в двоичную, шестнадцатеричную и десятичную системы.

4.Перевести числа 19616 и 3А516 из шестнадцатеричной системы счисления в двоичную, восьмеричную и десятичные системы.

5.Вычислить 110012+1001102.

6.Вычислить 110010012-1110112.

7.Вычислить 11100112 1101012.

8.Вычислить 1110011102:1000012.

Задания к лабораторным работам № 4-6

1. В электронной таблице Microsoft Excel решить следующую задачу: в правильной треугольной пирамиде заданы длина основания a и высота h. Вычислить:

объем V a2h3 ;

12

Области входных и выходных данных должны располагаться на рабочем листе отдельно, все входные и выходные элементы должны иметь названия, расположенные в соседних ячейках.

2. В Microsoft Excel построить графики функции y=f(x) при х, изменяющемся на интервале [a, b]:

3. В Microsoft Excel построить графики функций и поверхности:

z 5x 2 x 3cos2 y ;

z 10x3 sin2 y 2x2 y3 ;

z 10 ytg x3 1 sin x2 10y .