Térinformatikai képzési modul az ELTE Programtervező Informatikus MSc-n

Képzési felelős

A modul képzési felelőse: Dr. Elek István egyetemi docens, ELTE Informatikai Kar, Térképtudományi és Geoinformatikai Tanszék

Képzési cél

2004 szeptemberében, a Programtervező matematikus szak IV-V. évében bevezetett Térinformatika modul változatlanul részét képezi a Programtervező informatikus MSc képzésnek is, az Információs rendszerek szakirányon, amelyet 2009 szeptemberében indít a Kar. A 16 kredites modul képzési célja az, hogy a hallgatók az alapvető térinformatikai ismeretek elsajátítása révén – általános informatikai ismereteikre is támaszkodva – képesek legyenek a térinformatika területén kreatív probléma-megoldásra, alkalmazás- és rendszerfejlesztési munkákban való részvételre, az önálló továbbfejlődésre, a szakterület új eredményeinek követésére és azoknak befogadására. A képzési modulban résztvevő hallgatók megismerkednek a térinformatika elméleti és gyakorlati alapfogalmaival, főbb ágazataival, valamint a térinformatikai rendszerekbe beépülő távérzékelt felvételek és digitális térképművek fajtáival és azok különböző felhasználási módjaival. A hallgatók jártasságot szereznek néhány GIS alapszoftver használatában úgy, hogy közben kapcsolatba kerülnek a szoftverek alkalmazási területeivel is. A modul elvégzésével képessé válnak rendszerterv alapján egyes térinformatikai szoftverkomponensek önálló elkészítésére, tesztelésére, átadására és dokumentálására; illetve vektoros, raszteres és domborzati adatbázisok tervezésére, létrehozására, karbantartására és működtetésére.

A modul tantárgyai

A következő táblázat a modulban szereplő tantárgyak legfontosabb adatait tartalmazza.

Tantárgy neve	Óraszám	Követelmény	Felelős	Kredit
Térképészet	2 + 0	K	Zentai László	2
Térinformatika	2 + 2	K + GY	Elek István	4
Térinformatikai adatbázisok	2 + 2	K + GY	Benczúr András, Nikovits Tibor	4
Távérzékelt digitális képek elemzése	2 + 2	K + GY	Csornai Gábor, László István, Dezső Balázs, Fekete István	4
Térinformatikai alkalmazások fejlesztése	0 + 2	GY	Elek István, Giachetta Roberto	2
Összesen	16			16

Részletes tematikák

A következőkben megadjuk az egyes tantárgyak részletes tematikáit.

Térképészet

Óraszám: 2+0
Követelmény: kollokvium
Előfeltétel: nincs
Ajánlott félév: a modul 1. féléve
Összefoglaló tematika:

Ennek a tárgynak a keretében minden olyan fogalommal megismerkednek a hallgatók, amit a térképész szakemberek használnak (természetesen nem olyan részletességgel, mint a térképész hallgatók). A térinformatikai szakértőnek ismernie kell a térképészet minden fontos témakörét, mert munkájának alapanyaga a térkép. Ezek a következők:
A térkép fogalma, a méretarány értelmezése
A térképek fajtái: általános (kataszteri, topográfiai, földraji), tematikus
Kézi- és asztali térképek fajtái
Térképszerű ábrázolások
A tematikus kartográfia ábrázolási módszerei
Fontosabb tematikus térképfajták (történelmi, népesség, meteorológia)
Generalizálás
A térkép elemei: síkrajz, vízrajz, növényzet, domborzat, határok, névrajz, speciális karakterek használata, keret, jelmagyarázat stb., layout típusok
Térképek sokszorosítása
Domborzatábrázolási módszerek, digitális terepmodell
A földfelszín leképzése, vetületek fajtái, alapfelület
Felmérési módszerek (geodézia), fotogrammetria, alappontok
Távérzékelés
GPS
A hagyományos térképkészítési folyamat
Számítógépes térképészet és térinformatika
DTP, számítógépes grafika, multimédia
Szoftvertípusok a számítógépes térképészetben
Web-kartográfia
Sajtótérképek
Földrajzi nevek írása
Magyar topográfiai térképrendszerek
Atlaszok
Jogi szabályozás a térképészetben
A magyar kartográfia napjainkban

Ajánlott irodalom:
1. Klinghammer I. – Papp-Váry Á.: Földünk tükre a térkép, Budapest, Gondolat 1986. (384 o.)
2. Zentai László: Számítógépes térképészet (A számítástechnika alkalmazása a térképészetben), ELTE Eötvös Kiadó, Budapest, 2000. (248 o.)

Térinformatika

Óraszám: 2+2
Követelmény: kollokvium+gyakorlati jegy
Előfeltétel: Térképészet (gyenge előfeltétel)
Ajánlott félév: az előadás számára a modul 1. féléve, a gyakorlat számára a 2. féléve
Összefoglaló tematika:

Alapfogalmak: a GIS adatmodelljei, vektoros és raszteres rendszerek, 3D, rétegtechnika, a vektoros adatmodell, adatok előállítása, adatforrások, térképi és attribútum adatok bevitele, az adatok előállításának eszközei, a térbeli lekérdezések bemutatása.

Vektoros funkciók: A vektorgrafikus adatmodell és a relációs adatmodell, a digitális térkép és az alfanumerikus adatok összekapcsolása, megjelenítő funkciók, mozgás a térképen. Lekérdező funkciók: grafikus és alfanumerikus lekérdezések, lekérdezés geometriai relációk (contains, is within, intersection, near to, stb.) alapján, egyszerű (egytáblás) és összetett (többtáblás) lekérdezések.

Elemző funkciók: tematikus térkép készítés, puffer zóna elemzés, kartogramok, egyszerű statisztikai elemzések, aggregálás geometriai jellemzők alapján.

Editáló funkciók: a térképek létrehozásának módszerei, import, szerkesztés, topológia építés, hiba javítás, szöveges és térképi adatok összekapcsolása, különböző minőségű és különböző forrásból származó alfanumerikus és grafikus adatok összedolgozása, geokódolás.

Raszteres funkciók: az egyszerű digitális képtől az űrfelvételekig, a földfelszín raszteres modellje, az elektromágneses spektrum, pixel, felbontás, Színmélység, színmodellek, RGB, HSI, a színek hexadecimális ábrázolása, a raszteres adatnyerés eszközei. A raszteres adatok szerkezete, ismertebb raszteres adatformátumok, raszteres térképek kalibrációja, geoferencia, rektifikálás. A képfeldolgozás matematika alapjai: időtartomány, frekvencia tartomány, a Fourier-sorfejtés, Fourier transzformáció, periodikus függvények spektruma, nem periodikus, tranziens függvények spektruma, alul és felülvágó szűrők átviteli függvényei. A Dirac-féle ? disztribúció, tulajdonságai, felhasználása a digitális szűrési technikákban, a konvolúció és tulajdonságai, a kernel, a sinc függvény, mintavételezés, mintavételi tétel, Nyquist frekvencia, Nyquist intervallum, élmegörző, élkiemelő szűrési eljárások, medián szűrő, Laplace szűrő, képkivonó és manipuláló eljárások.

Háromdimenziós terepmodellek, mintavételezés szabályos rácshálózatban, mintavételezés szabálytalan rács mentén, interpoláció szabálytalan rácsról szabályosra, TIN, inverse weighted, 3D-s felszínábrázolási technikák (keresztmetszet, színes és szürke hill shading, color draping, stb.), a 3D-s szerelőszalag, 3D-s elemzések gyakorlati felhasználási lehetőségei a környezetvédelemben, a geológiában.

Ajánlott irodalom:
1. Elek István: Bevezetés a geoinformatikába , ELTE Eötvös kiadó, 2006.
2. Elek István: Térinformatikai gyakorlatok, ELTE Eötvös kiadó, 2007.
3. Rigaux-Scholl-Voisard: „Spatial Databases with Application to GIS”, Morgan Kaufmann Publishers, 2001.
4. Az előadások ábraanyaga ppt slide-ok formájában letölthető (http://lazarus.elte.hu/~elek)
6. Maurice Bellanger: Digital Processing of Signals, Theory and Practice, John Wiley and Sons, 1986.
7. Steven Smith: Digital Signal Processing pdf-ben letölthető (http://lazarus.elte.hu/~elek)
9. Richards, John A.: Remote sensing Digital image analysis, Springer-Verlag, 1986.
10. Robert Laurini, Derek Thompson: Fundamentals of Spatial Information Systems, Academic Press, 1992.
11. Longley-Goodchild-Maguire-Rhind: Geographical Information Systems and Science, John Wiley & Sons, 2001.
12. Ormsby-Napoleon-Burke-Groess-Feaster: Getting to know ArcGIS desktop

Térinformatikai adatbázisok

Óraszám: 2+2
Követelmény: kollokvium+gyakorlati jegy
Előfeltétel: Térinformatika
Ajánlott félév: a modul 2. féléve
Összefoglaló tematika:

Bevezető az adatbázis-kezelő rendszerek sajátos térinformatikai kérdéseiebe.
Témák, térképek és geográfiai objektumok. (Adatmodellezési összefoglaló a geoinformatika adatmodelljeiről.)
Adatbázis-kezelési feladatok és elvárások a térinformatikai adatbázisokban.
Logikai modellek és lekérdező nyelvek, a topológia kezelésének kérdései:
   Térbeli absztrakt adattípusok,
   Relációs adatbázisok kibővítése absztrakt adattípusokkal,
   Objektum orientált modellek.
A Feltétel alapú adatmodell:
   A térbeli adatok modellezése feltételekkel,
   A lineáris feltételekre alapuló adatmodell,
   Entitás alapú adatok modellezése,
   Tartomány alapú adatok és mozgó objektumok modellezése.
Téradatok elérési módszerei:
   Szempontok a téradatok elérési módszereinek tervezésénél,
   Tér-vezérelt szerkezetek: rács-fájlok, quad-fák, z-rendezéses fák,
   Adat-vezérelt szerkezetek: az R-fa.
Lekérdezések feldolgozása:
   Bevezetés a kérdésfeldolgozáshoz, példa: téglalapok metszete.
   A térbelei összekapcsolás algoritmusai.
   Összetett lekérdezések.
Áttekintés kereskedelmi rendszerekről.

A gyakorlati foglalkozások gépteremben, adatbázis-kezelő környezetben követik az előadások tematikáját geoinformatikai feladatokon. Az ORACLE Spatial Extension, Arc-info és Arc-view használatával számolunk induláskor.

Ajánlott irodalom:
1. Rigaux-Scholl-Voisard: Spatial Databases with Application to GIS, Academic Press 2002.

Távérzékelt digitális képek elemzése

Óraszám: 2+2
Követelmény: kollokvium+gyakorlati jegy
Előfeltétel: Térinformatika (gyenge előfeltétel)
Ajánlott félév: a modul 3. féléve
Összefoglaló tematika:

A távérzékelés fizikai alapjainak áttekintése:
Az elektromágneses spektrum távérzékelésre használt tartományai. A Nap mint sugárforrás, a légkör és a domborzat hatása a felvételek készítésénél. Az elektromágneses sugárzás kölcsönhatása a vizsgált földfelszínnel.

Felvételkészítés távérzékeléssel:
Különböző felvételkészítési módok. Többsávos digitális felvételek készítése az optikai sávban. Légi felvételek. A legfontosabb műholdas felvevők paraméterei. A mikrohullámú távérzékelés elemei. Erőforráskutató mőholdas rendszerek (Landsat, SPOT). A tévérzékelési rendszerek legfontosabb gyakorlati jellemzői (használt elektromágneses hullámsávok, spektrális felbontás, földi pixelméret, terepi felbontás).

Távérzékelt felvételek előfeldolgozása:
A képalkotás hibaforrásai. Statisztikák készítése az előfeldolgozáshoz (sávonkénti jellemzők pl. hisztogram, kovariancia és korrelációs mátrix, 2-(több-)dimenziós hisztogram). Radiometriai korrekció, hisztogram transzformáció, szűrések. Geometriai transzformáció (a transzformációs függvények alakja, a polinomok együtthatóinak meghatározása). Lényegkiemelés főkomponens transzformációval.

Képelemzés:
A képelemzés alapfeladata és a képosztályozás elemi megoldásai. A képosztályozás alapproblémájának matematikai megfogalmazása a többsávos felvételekből történő tematikus térképkészítésben. A maximum-likelihood módszer. A Bayes-osztályozás. Spektrális adatosztályok, clusterek az intenzitástérben. Néhány cluster-kereső eljárás (ISODATA). A spektrális adatosztályok átfedésének, távolságának mérése. A tematikus osztályozás hibái, pontosságvizsgálata. Tanuló- és tesztterület bevonása a vizsgálatba. A tematikus osztályozás eredményének megjelenítése.

Válogatott kérdések a képelemzésből: Pl. tematikus térképek pontosságának kérdései, az adatok dimenziószámának hatása, szegmentálás, szegmensenkénti osztályozás, több időpontban készített felvételek feldolgozása.

A távérzékelés alkalmazásainak áttekintése: Ipar, bányászat, regionális tervezés, környezetvédelem, természetvédelem, vízgazdálkodás, erdészet. Mezőgazdasági alkalmazások: talajtérkép, talajvédelem, meliorációs tervezés, növénytermesztés, fő haszonnövények területfelmérése, növényállapot meghatározása, hozambecslés.

Ajánlott irodalom:
1. Richards, John A.: Remote Sensing Digital Image Analysis, Springer-Verlag, 1986.
2. Swain, Philip H., Davis Shirley M.: Remote Sensing: The Quantitative Approach, McGraw-Hill, 1978.
3. Csornai G., dr. Dalia O.: Távérzékelés, Főiskolai jegyzet, Székesfehérvár, 1991.

Térinformatikai alkalmazások fejlesztése

Óraszám: 0+2
Követelmény: gyakorlati jegy
Előfeltétel: Térinformatika
Ajánlott félév: a modul 4. féléve
Összefoglaló tematika:

Az alkalmazásfejlesztés kurzus célja, hogy a résztvevők megtanulják önálló térinformatikai alkalmazások írását. Példa egy olyan projektre, amelyet a hallgatók 3-4 fős team-ben oldanak meg, egy digitális műholdfelvétel szegmentálása és szegmens alapú klaszterezése, klasszifikálása.

A feladat megoldása legtöbbször valamely piacvezető GIS szoftvergyártó objektumainak az alkalmazásunkba való beépítését jelenti, de előfordulhatnak a nagy GIS szoftvergyártóktól független, önállóan készítendő GIS alapú szoftverek is.

A szóba jöhető fejlesztő rendszerek:
  * Visual Studio.NET (C#, VB)
  * MySql

Ajánlott irodalom:
1. Microsoft VS.NET oktató anyagai
2. Speciális GIS objektumok tutorialjai és helpjei
3. MySQL helpek és tutorialok