dr Mariusz Szubert
Pracownia Geograficznych Systemów Informacyjnych i Technik Komputerowych
Instytutu Geografii AP w Krakowie

SEMINARIUM SZKOLENIOWE DLA NAUCZYCIELI
"Zastosowanie programów komputerowych i Internetu w nauczaniu geografii"


Rabka Zdrój 5 marca 2001 r.

        Seminarium zorganizowane zostało przez II LO w Rabce Zdroju, przy współpracy z Oddziałem Edukacji Geograficznej Polskiego Towarzystwa Geograficznego. Wzięło w nim udział 14 nauczycieli geografii i przyrody ze szkół w Rabce Zdroju, Nowym Targu i Mszanie Dolnej. Pomysłodawcą zorganizowania seminarium był mgr Stanisław Osika - nauczyciel geografii w II LO w Rabce. Organizację seminarium wspierała dyrektor II LO mgr Irena Wójcik, udostępniając sale szkolne oraz pracownię komputerową.
        Seminarium składało się z sesji referatowej i szkoleniowej. W czasie sesji referatowej wystąpili:




        Sesja szkoleniowa odbyła się w szkolnej pracowni komputerowej. Prowadzili ją autorzy referatów oraz mgr inż. Marek Bekier, nauczyciel Informatyki w II LO.

        Jednym z zagadnień prezentowanych na seminarium była rola wizualizacji w nauczaniu geografii, rozumianej jako tworzenie prezentacji wizualnych z zastosowaniem technologii komputerowej, których celem jest ułatwienie rozumowania i rozwiązywania problemów (wg McCormick i in., 1987, za Kraak i in. 1998, s. 245). Przy pomocy pomocy programu komputerowego "Surfer" (nr licencji WS-25105, Instytut Geografii AP w Krakowie) przedstawiono różne formy prezentacji ukształtowania okolic Rabki. Wizualizacja rzeźby terenu może być przydatna w poszerzaniu wiedzy o najbliższym otoczeniu szkoły, szczególnie w opisie krajobrazu oraz analizie związków pomiędzy komponentami środowiska przyrodniczego w miejscu zamieszkania. Wizualizację można również wykorzystać w pracy z mapą topograficzną. Rzeźba terenu przedstawiona metodą poziomicową jest jednak trudna w odbiorze. Przygotowane formy prezentacji ukształtowania terenu nauczyciel może wykorzystać przy wyjaśnianiu pojęć: poziomica, warstwica, cięcie poziomicowe oraz pokazać wpływ doboru barw w skali hipsometrycznej na odbiór ukształtowania terenu.
        Wykorzystanie komputera do przetwarzania mapy topograficznej pozwala również na wykorzystanie pracowni komputerowej do zajęć z geografii oraz ich połączenie z zajęciami z informatyki, co niewątpliwie podniesie ich atrakcyjność.
        Walorem wykorzystanego programu komputerowego jest jego nieskomplikowana obsługa. Niewiele czasu potrzeba, aby zaprezentować uczniom jego podstawowe funkcje umożliwiające prezentację rzeźby terenu w różnych formach.
Na seminarium zaprezentowano kartograficzny proces wizualizacji (wg Bordiego, 1994 za Kraak i in... 1998, s. 246) wg schematu:

Cyfrowy model krajobrazu Cyfrowy model kartograficzny
budowa bazy danych interpolacja GRID opracowanie mapy izoliniowej różne formy prezentacji
Konstrukcja modelu Wybór metody prezentacji kartograficznej Mapa

        Najbardziej istotny z punktu widzenia końcowego opracowania jest etap pierwszy, w którym powstaje cyfrowy model krajobrazu. Najbardziej czasochłonna jest budowa bazy danych. Dane pozyskane zostały z mapy topograficznej w skali 1:25 000 (arkusz Rabka). Zdigitalizowano fragment mapy przedstawiający teren o rzeczywistych wymiarach 7x6 km. Ze względów praktycznych przeprowadzono digitalizację półautomatyczną przy pomocy digitizera Genius 1812. Do bazy danych wprowadzono 1665 punktów, dla każdego z nich automatycznie określone zostały współrzędne topograficzne x i y oraz odczytana z mapy współrzędna z – wysokość bezwzględna. Punkty równomiernie pokrywają cały obszar. W celu łatwiejszego określania rzędnej z umieszczano je na poziomicach (punkty zielone). Czerwonymi kwadratami oznaczono punkty osnowy geodezyjnej.

Punkty (Ryc. © Mariusz Szubert)

        Zdigitalizowano również sieć rzeczną. Najgrubszą linią oznaczono Rabę. Dane zapisane zostały w postaci wektorowej.


Rzeki (Ryc. © Mariusz Szubert)

        Przy pomocy "Surfera" można przeprowadzać digitalizację ekranową (Map –Digitize). Niezbędnym jest jednak zeskanowanie mapy. Następnie wyświetla się ją na ekranie (Map – Base Map) i po wybraniu digitalizacji (Map – Digitize) myszką wskazuje się digitalizowane punkty. Ten sposób ma jednak pewne ograniczenia. Skanowana mapa musi mieć czytelny rysunek poziomicowy. Na ekranie mapę trzeba powiększyć, co powoduje, że obraz musi być przesuwany. Po przesunięciu obrazu znikają niestety digitalizowane punkty znaczone czerwonymi krzyżykami. Jeśli nie dysponujemy skanerem lub digitizerem pozostaje digitalizacja manualna. Jednak to wymaga dużo czasu, a "ręczne" odczytywanie współrzędnych może być źródłem błędów.

        Dane zapisywane są w tabeli. W kolumnach znajdują współrzędne x, y, i z. Można również umieścić inne informacje np. numery punktów.

L.p. x y z
1. 53170,44 59817,16 734
2. 54137,83 59534,92 751,2
3. 54705,16 59503,22 788
4. 55425,97 59919,18 821
5. 55372,87 59138,61 719,2
6. 57114,61 59826,63 856,6
7. 57753,71 59153,71 938,4
8. 57981,25 59741,29 932,6
9. 58336,11 59537,71 1023
10. 58886,63 59654,09 983,7

        Drugim etapem konstrukcji cyfrowego modelu krajobrazu jest interpolacja w trakcie której powstaje grid, czyli siatka interpolacyjna, w węzłach której znajdują się wartości szacowane na podstawie wartości w punktach zdigitalizowanych. W "Surferze" interpolację przeprowadzamy w module Grid. Po wybraniu opcji Data następuje wczytanie danych z tabeli i ich analiza. Następnie należy wybrać metodę interpolacji. Spośród 9 metod oferowanych przez program po wstępnej analizie opracowań wybrano pięć: minimalnej odległości od punktu (Inverse Distance to a Power), minimalnej krzywizny (Minimum Curvature), Kriging, metodę Sheparda (Modified Shepard's Method) oraz metodę funkcji podstaw radialnych (Radial Basis Functions). Odległości pomiędzy węzłami siatki wynosiły 250 m. W interpolacji szacowana jest wartość rzędnej z w węzłach siatki interpolacyjnej. Wynika z tego, że wpływ na wynik końcowy ma gęstość siatki. Z reguły odległości pomiędzy węzłami powinny wynosić 1/3 lub połowę odległości pomiędzy punktami cechowanymi. Punkty te otaczają węzły, może się również zdarzyć, że leżą w węzłach siatki. Dla niektórych algorytmów (np. krigingu) istotne jest również określenie wielkości promienia otoczenia węzła, liczby przeszukiwanych sektorów w otoczeniu, maksymalnej i minimalnej liczby punktów branych pod uwagę w każdym sektorze. Daje to ogromne możliwości generowania mapy izoliniowej. W prezentowanych przykładach parametry w poszczególnych metodach ustawione zostały automatycznie.

Metoda odwrotnych odległości od punktu węzłowego


R IDP (Ryc. © Mariusz Szubert)




Metoda minimalnej krzywizny


R MKR (Ryc. © Mariusz Szubert)

Kriging


R Kriging (Ryc. © Mariusz Szubert)


Metoda Sheparda


R MSH (Ryc. © Mariusz Szubert)

Metoda funkcji podstaw radialnych


R RBF (Ryc. © Mariusz Szubert)


Wykonane opracowania porównano z mapą topograficzną. Okazało się, że obraz najbardziej zbliżony do rysunku poziomicowego na mapie uzyskano przy pomocy metod: krigingu oraz funkcji podstaw radialnych. Ostatecznie do dalszych opracowań wybrano cyfrowy model krajobrazu opracowany metodą krigingu.

        Trzeci etap – wybór metody prezentacji kartograficznej przeprowadzono z zastosowaniem modułu Map, w którym można opracować: mapę izolinii (Contour Map), blokdiagram (Wireframe) oraz przedstawić rzeźbę metodami: cieniową (Shaded Relief Map) i hipsometryczną (Image Map). Można również opracować nachylenie terenu (Vector Map), rozmieszczenie punktów cechowanych (Post Map) i wyświetlać mapy zeskanowane (Base Map). W module tym znajdują się polecenia: do digitalizacji (Digitize), obracania map i blokdiagramów (3D View) oraz składania map (Overlay Map). Jest etż sporo sygnatur, które można umieszczać na mapie. W najnowszej wersji programu skala barw hipsometrycznych opracowywana jest gradientowo.

Opracowanie mapy izolinii (Contour Map)


mapa izolinii (Ryc. © Mariusz Szubert)

Cięcie poziomicowe 25 m, maksymalne wygładzenie poziomic.


Różne formy prezentacji ukształtowania terenu

Mapa hipsometryczna


mapa hipsometryczna (Ryc. © Mariusz Szubert)



Inna forma mapy hipsometrycznej (Image Map)


mapa hipsometryczna (Ryc. © Mariusz Szubert)



Odwracając kolory można na mapie hipsometrycznej można uczniom pokazać wpływ konstrukcji skali hipsometrycznej na odbiór rysunku ukształtowania terenu.




odwrócone kolory (Ryc. © Mariusz Szubert)


Ukształtowanie terenu przedstawione metodą cieniowania (Shaded Relief Map). Teren oświetlony jest z północnego zachodu pod kątem 45°.



cieniowanie (Ryc. © Mariusz Szubert)
Blokdiagram.



blokdiagram (Ryc. © Mariusz Szubert)


Poprzez rozciąganie lub skracanie osi poziomej i pionowej można zmieniać przewyższenie profili, z których składa się blokdiagram.




Składanie map (Overlay Map).

Na blokdiagram nałożone będą: mapa hipsometryczna i rzeki.
Mapy nad blokdiagramem ustawione były przy użyciu funkcji 3D View



nakładanie warstw (Ryc. © Mariusz Szubert)

Pierwszy etap nakładania

pierwszy etap (Ryc. © Mariusz Szubert)

Drugi etap nakładania map



drugi etap (Ryc. © Mariusz Szubert)

Końcowy etap wizualizacji kartograficznej polega na wyborze najlepszej metody prezentacji ukształtowania terenu. Mamy nadzieję, że te proste formy prezentacji ukształtowania terenu przyczynią się do lepszego rozumienia mapy.

Literatura:
1. Kraak M.J., Ormeling F. Kartografia – wizualizacja danych przestrzennych, Warszawa 1998, Wyd. Nauk. PWN.
2. Magnuszewski A. GIS w geografii fizycznej, Warszawa 1999, Wyd. Nauk. PWN.
Mariusz Szubert
adiunkt w Instytucie Geografii Akademii Pedagogicznej w Krakowie
ul. Podchorążych 2
30-084 Kraków
E-mail: sgszuber@ap.krakow.pl
© Żadna część niniejszego artykułu nie może być kopiowana lub wykorzystywana w celach komercyjnych bez pisemnego zezwolenia autora.

Powrot Powrót do poprzedniej strony Back Back to previous page statystyka odwiedzin Statystyka odwiedzin