Основы геоинформатики

Учебниковая опора

• Абилмажинова С. А., Каймулдинова К. Д., Шакирова Н. Д. «География», 8 класс, Мектеп, 2025, с. 41–43
• Усиков В. В., Егорина А. В., Усикова А. А., Забенова Г. Б. «География Казахстана», часть 1, 9 класс, Атамура, 2024, с. 38–40, 49–52
• Тулепбекова С. К., Каймулдинова К. Д. «География. 10 класс ЕМН», 10 класс, Мектеп, 2019, с. 31–35
• Каймулдинова К., Абдиманапов Б., Абилмажинова С. «География. 11 класс» (ЕМН), 11 класс, Мектеп, 2019, с. 32–50

Главное

• ГИС — аппаратно-программная система для сбора, хранения, анализа и визуализации координатно привязанных данных; объединяет карту и базу данных.
• Состав ГИС: аппаратное обеспечение, программное обеспечение, данные, технологии и методы, специалисты.
• Основа ГИС — послойная организация: опорный слой + тематические слои.
• ДЗЗ — получение информации о Земле без контакта с объектом, по электромагнитному излучению. Системы бывают пассивные (оптика, тепловые камеры) и активные (радары, лидары).
• Спутники ДЗЗ Казахстана — KazEOSat-1 (до 1 м) и KazEOSat-2 (6,5 м).
• Вегетационный индекс $NDVI = \dfrac{NIR - RED}{NIR + RED}$.

Теория

Становление. В конце XX в. сформировалось геоинформационное картографирование — ГИС. Признаки: высокая автоматизация, цифровые базовые основы, новые изображения на основе компьютерных технологий. Специалист — геоинформатик, процесс — геоинформационное моделирование. Термин «ГИС» означает три понятия: ГИС-оболочку (ПО), автоматизированное рабочее место и ГИС-продукт.

Программы ГИС: свободные — QGIS, GRASS GIS, NextGis; коммерческие — ArcGIS, MapInfo Pro, ГеоГраф ГИС. Важно: системы CAD (AutoCAD) создают чертежи без географической проекции и сложных запросов, а ГИС работает с реальными координатами и базами данных.

Базы данных ГИС

• Графическая база — электронная карта, снимки, диаграммы; производные: электронные карты, 3D-модели, анимации (движение облаков, течений).
• Тематическая база — таблицы, справочные тексты, не отображённые на карте.
• База геоданных (11 кл.): классы объектов (точки, линии, полигоны + атрибуты), наборы классов с единой системой координат, таблицы связей, правила топологии («участки не перекрываются», «реки без разрывов»). Этапы проектирования: концептуальное → логическое (типы полей) → физическое (PostGIS, SQLite) → заполнение и проверка топологии.
• В Excel база данных — таблица: поля (код, название, координаты, площадь, население), записи — объекты; функции СУММ, СРЗНАЧ, ЕСЛИ, ВПР, сводные таблицы; экспорт в CSV для ГИС.

Функции пространственного анализа: геокодирование (адрес → координаты), сетевой анализ (маршруты, зоны доступности), интерполяция (кригинг, IDW — поля температур), анализ видимости и уклонов, оверлей, буферизация.

Дистанционное зондирование

• Носители: суда, воздушные шары, вертолёты, самолёты, беспилотники, спутники, орбитальные станции; особое место — космическое зондирование.
• История: спутники США и СССР конца 1950-х — начала 1960-х; ресурсные Landsat 1 и «Метеор-Природа» — начало 1970-х. Сейчас свои системы ДЗЗ имеют более 50 стран, используют данные более 150.
• Казахстанская система: KazEOSat-1, KazEOSat-2 и два наземных центра (приём и обработка данных; управление спутниками). Оператор — АО «НК «Қазақстан Ғарыш Сапары».

Разрешение	Пример	Применение
Низкое (> 250 м)	MODIS, NOAA	глобальный климат
Среднее (10–30 м)	Landsat, Sentinel-2	земледелие, леса
Высокое (< 1 м)	KazEOSat-1, WorldView	кадастр, города

NDVI: NIR — отражение в ближнем инфракрасном, RED — в красном диапазоне. Значения 0,6–0,9 — густая здоровая растительность, около 0 — открытая почва или вода.

Тематические картосхемы в ГИС. Способы изображения: картограмма — относительные показатели по территориальным единицам тональной заливкой; картодиаграмма — диаграммы внутри контуров для абсолютных величин и структуры; значки — размер пропорционален величине; изолинии (изотермы, изогипсы); ареалы, точечный способ. Обязательные элементы компоновки: заголовок, легенда, масштаб, стрелка севера, источник данных.

Применение ГИС: градостроительство, оборона, здравоохранение, транспорт, экология, кадастр, ЧС, охрана природы.

Примеры

1. Рассчитайте NDVI при $NIR = 0{,}5$, $RED = 0{,}1$. $NDVI = \dfrac{0{,}5 - 0{,}1}{0{,}5 + 0{,}1} = \dfrac{0{,}4}{0{,}6} \approx 0{,}67$ — здоровая растительность.
2. Какая съёмка возможна при сплошной облачности? Радарная (активная, SAR); оптические снимки непригодны.
3. Каким способом показать урожайность (ц/га) по областям? Картограммой — это относительный показатель; валовой сбор в тоннах картограммой показывать нельзя.
4. 10-минутная зона доступности пожарных депо Астаны. Сетевой анализ в ГИС.

Типичные ошибки на ЕНТ

• Считают, что ГИС — это только программа; на деле это ещё оборудование, данные, методы и люди.
• Думают, что ДЗЗ ведётся только из космоса и фиксирует только видимый свет.
• Относят лидары и радары к пассивным системам — они активные.
• Путают картограмму (относительные показатели) и картодиаграмму (абсолютные).
• Относят таблицы к графической базе данных.

Самопроверка

1. Какие спутники ДЗЗ есть у Казахстана? — KazEOSat-1 и KazEOSat-2.
2. Какой слой в ГИС описывает местоположение территории? — Опорный.
3. Что означает NDVI около 0? — Открытую почву или воду.
4. Назовите свободную ГИС-программу. — QGIS (также GRASS GIS, NextGis).
5. Какие первые ресурсные спутники запущены в начале 1970-х? — Landsat 1 и «Метеор-Природа».