Интеграция, визуализация и анализ пространственных данных: основы пространственного анализа

Бакалавриат 2025/2026

Статус: Курс обязательный (География глобальных изменений и геоинформационные технологии)

Кто читает: Факультет географии и геоинформационных технологий

Где читается: Факультет географии и геоинформационных технологий

Когда читается: 2-й курс, 1-4 модуль

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Анискина Татьяна Андреевна, Кошутин Роман Андреевич, Сакиркина Мария Александровна, Третьяченко Дарья Александровна

Язык: русский

Кредиты: 4

Дополнительные материалы в LMS Задать вопрос

Аннотация

Дисциплина является обязательной для всех студентов образовательной программы «География глобальных изменений и геоинформационные технологии» и основана на базовых знаниях в области географии, информатики и статистики, полученных студентами на первом курсе. Обучение направлено на формирование и развитие навыков работы с настольными географическими информационными системами (ГИС) для визуализации пространственных процессов и явлений реального мира, анализа и моделирования пространственных взаимосвязей и подготовки готовых картографических продуктов. В ходе обучения последовательно рассматриваются методы сбора и редактирования пространственных данных, современные возможности визуализации картографической информации, а также публикации готовых карт и приложений. Изучение моделей пространственного анализа поэтапно раскрывает возможности ГИС, начиная от базового анализа близости, наложения и пригодности, и заканчивая моделированием в 3D (анализ видимости и освещенности объектов, кубы пространство-время) и сетевым анализом (транспортное моделирование, сетевые гравитационные модели). Также рассматриваются статистические методы обработки данных и модели прогнозирования (анализ горячих точек, анализ кластеров и выбросов, регрессионный анализ). В рамках семинарских занятий студенты выполняют практические задания, охватывающие весь процесс — от сбора и визуализации данных до их комплексного многофакторного анализа, интерпретации и публикации полученных результатов. Знания и навыки, приобретенные в результате освоения данного курса, необходимы для дальнейшего изучения дисциплин, связанных с пространственным моделированием, статистическим анализом и прогнозированием, а также для успешного выполнения проектных и квалификационных работ в области географических исследований.

Цель освоения дисциплины

Формирование базовых знаний о методах загрузки данных из различных источников в БГД и последующего их оформления и редактирования в настольных ГИС
Изучение возможностей автоматизации рабочих процессов в ГИС, создания сложных моделей обработки географических данных (Model Builder)
Освоение методов генерализации данных для создания карт различных масштабов и целей
Получение навыков подготовки и анализа растровых данных, включая различные методы интерполяции, возможности создания производных поверхностей из ЦМР, использование Алгебры карт для извлечения областей растровых данных по условиям
Освоение методов и получение практического опыта моделирования пригодности территории: бинарное, взвешенное, нечеткое наложение
Изучение возможностей использования инструментов пространственной статистики (описательной и индуктивной), включая кластеризацию, анализ горячих точек и выбросов, регрессионный анализ;
Освоение методов 3D-анализа и моделирования объектов реального мира, способов создания, анализа и визуализации данных в виде кубов Пространство-Время в 2D и 3D
Формирование навыков моделирования и анализа транспортных сетей, изучение методов измерения пространственно-временной доступности

Планируемые результаты обучения

Студенты анализируют данные и применяют методы геовизуализации для компоновки карт и выбора картографических проекций.
Студенты создают карты различных масштабов, применяя различные методы генерализации.
Студенты применяют различные методы отображения как растровых, так и векторных данных, используют различные типы классификации данные.
Студенты осваивают преимущества веб-ГИС и создают веб-карты, используя такие платформы, как Flexgis.
Студенты анализируют близость между векторными объектами, применяя различные методы вычисления расстояний.
Студенты используют инструменты наложения и анализируют поведение атрибутов при наложении векторных объектов.
Студенты используют инструменты простого и сложного редактирования объектов (топология карты, топология БГД) для поддержания топологической корректности данных.
Студенты анализируют детерминированные и геостатистические методы интерполяции, применяя их к различным данным.
Студенты создают производные поверхности по цифровым моделям рельефа, поверхности накопленного расстояния, использую выражения алгебры карт.
Студенты создают модели пригодности, применяя бинарное, взвешенное и нечеткое наложение.
Студенты анализируют пространственное распределение данных, используют методы кластеризации данных, анализа горячих точек и выбросов.
Студенты создают, визуализируют и анализируют данные в формате кубов Пространство-Время (в 2D и 3D).
Студенты анализируют зависимости переменных и интерпретируют результаты регрессионного анализа (МНК).
Студенты создают стратиграфические поверхности и выполняют анализ в 3D.
Студенты применяют принципы создания и визуализации поверхностей на основе нерегулярных триангуляционных сетей (TIN) в 2D и 3D.
Студенты анализируют транспортные сети и применяют методы измерения пространственно-временной доступности, решают задачи выбора оптимального местоположения объекта с учетом транспортной сети.
Студенты загружают, редактируют и интегрируют данные из различных источников в настольные ГИС, а также преобразовывают данные в формат, пригодный для анализа.
Студенты используют такие инструменты автоматизации, как Model Builder и Python, для оптимизации процессов подготовки данных к анализу и создания автоматизированных рабочих процессов.
Студенты создают выборки и запросы к пространственным и непространственным данным, применяя SQL-запросы, извлекают векторные и растровые данные на основе заданных критериев.
Студенты преобразовывают непространственные табличные данные в пространственные объекты, добавляют атрибутивную информацию, настраивают связи и отношения между таблицами.
В ходе лекций и семинаров студенты осваивают теоретические основы и развивают практические навыки работы с пространственными данными. Выполнение самостоятельных заданий способствует углублению и закреплению приобретенных знаний и умений.
Тестирование, проводимое по завершении второго модуля, оценивает знания, приобретенные в процессе изучения первого и второго модулей.
Уровень усвоения знаний и навыков, приобретенных в ходе курса, а также способность студентов применять полученные теоретические и практические знания в решении задач.

Содержание учебной дисциплины

Введение в пространственный анализ.
Тема 1. Начало работы с настольными ГИС, источники данных, методы их сбора, базовое редактирование.
Тема 2. Выбор объектов по атрибутивным и пространственным критериям.
Тема 3. Подготовка табличных данных к анализу.
Тема 4. Автоматизация аналитических процессов.
Тема 5. Визуализация географической информации.
Тема 6. Генерализация.
Тема 7. Визуализация данных. Способы отображения в ГИС.
Тема 8. Веб-ГИС. Платформы для создания веб-карт.
Тема 9. Анализ близости и наложения.
Тема 10. Анализ наложения.
Тема 11. Топологическое редактирование.
Тема 12. Интерполяция.
Тема 13. Использование растровых данных в анализе.
Тема 14. Моделирование пригодности.
Тема 15. Статистический анализ пространственных данных (основы). Кластеризация.
Тема 16. Кубы Пространство-Время.
Тема 17. Регрессионный анализ.
Тема 18. 3D-анализ.
Тема 19. Моделирование поверхностей в ГИС.
Тема 20. Моделирование и анализ транспортных сетей.

Элементы контроля

Homework
Посещаемость
Тест по результатам обучения в 1 и 2 модулях
Экзамен

Промежуточная аттестация

2025/2026 2nd module
0.25 * Homework + 0.25 * Homework + 0.05 * Посещаемость + 0.05 * Посещаемость + 0.4 * Тест по результатам обучения в 1 и 2 модулях
2025/2026 4th module
0.25 * Homework + 0.25 * Homework + 0.05 * Посещаемость + 0.05 * Посещаемость + 0.4 * Экзамен

Список литературы

Авторы

Анискина Татьяна Андреевна
Третьяченко Дарья Александровна

Программа дисциплины