Az Alkalmazott térinformatika c. tantárgy helye és szerepe a Miskolci Egyetemen földrajz alapszakos képzésében Bertóti Réka Diána 1, Dr. Hegedűs András 2, Dr. Vágó János 3 Miskolci Egyetem, Műszaki Földtudományi Kar, Földrajz Intézet, Természetföldrajz-Környezettan Intézeti Tanszék 1 PhD hallgató, ecodia@uni-miskolc.hu; 2 Egyetemi adjunktus, ecoeged@uni-miskolc.hu; 3 Tudományos segédmunkatárs, ecovago@uni-miskolc.hu Abstract GIS today is a fast developing discipline, it is more and more part of everyday life and has become one of the most important subjects in the higher education of Geography. Recognizing the importance and also the demand for the specialized knowledge of GIS, the Geography Institute at the University of Miskolc, Faculty of Earth Science and Engineering educates GIS for Geographers since 15 years, which today is scheduled within several subjects. The aim of this paper is to introduce the education of applied GIS, where the main goal is to meet the students with the principles of how satellite positioning works, get them familiar with collecting information on field and also to acquire the data input process. Within the framework of this course, students learn to use two types of field data collection devices in detail: during the first half of the semester they practice the use of hand-held GPS receivers, afterwards they get to know handheld devices with built-in GPS receiver (PDAs) and also the GIS software installed within these devices (ArcPad 7.1.1). At the end of the semester the students should be able to use their field data collection skills and the introduced programs at a practical level. Bevezetés A napjainkban gyorsan fejlődő és a mindennapi élet egyre több területén megjelenő térinformatika a korszerű felsőfokú földrajzoktatás fontos tantárgyai közé került. Jelentőségét az adja, hogy a benne rejlő lehetőségeket egyre több potenciális munkaadó ismeri fel, ami a térinformatikához értő, az egyre nagyobb mennyiségben rendelkezésre álló térbeli adatokat kezelni képes szakemberek iránti keresletet növeli. Ezt az is bizonyítja, hogy a szakon végzett és a szakmában elhelyezkedett hallgatók számottevő része valamilyen térinformatikai munkakörben dolgozik. A speciális térinformatikai tudás iránti igényt felismerve a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karán folyó geográfusképzésnek már több mint 15 éve része a térinformatika oktatása, ami ma már több tantárgy keretében zajlik. E tantárgyak egyike az Alkalmazott térinformatika, amelynek célja a műholdas helymeghatározás működési elvének, a terepi információgyűjtés eszközeinek és az adatrögzítés folyamatának megismertetése a hallgatókkal. A tárgy lehetőséget biztosít a korábban tanult térinformatikai szoftverek használatának (rétegkezelés, adatbázis kezelés, vetületi rendszerek közötti transzformációk, tematikus térképek szerkesztése stb.) gyakorlására is. A tantárgy helye a szak tantervében A tantárgy kötelezően teljesítendő minden földrajz alapszakos (BSc) geoinfarmatikai kutató szakirányon tanuló hallgató számára és választható tárgy a földrajztanári mesterszakon. Felvétele az 5. félévben ajánlott, ekkorra a hallgatók már rendelkeznek a tárgy megértéséhez szükséges térképészeti, térinformatikai alapismeretekkel és némi terepi tapasztalattal is. Az alapvetően gyakorlati jellegű tárgyat heti 3 órában oktatjuk, részben a Földrajz Intézet térinformatikai laborjának számítógépein, részben a terepi munkák helyszínéül szolgáló egyetemi parkban. A tárgy sikeres teljesítésének feltétele aláírás és gyakorlati jegy megszerzése. Utóbbit személyre szabott, a terepi adatgyűjtést, az adatok térinformatikai szoftverben (ArcGIS 10.1, ArcPAD 7.1.1) történő feldolgozását és térképi megjelenítését is magában foglaló gyakorlati feladat megfelelő minőségű elkészítésével kell a hallgatóknak megszerezniük.
Oktatásmódszertan A tantárgy keretén belül a hallgatók kétféle terepi adatgyűjtésre használható eszközt ismernek meg alaposabban. A félév első felében kézi GPS vevők működését és használatát gyakorolják, ezt követően a beépített GPS vevővel rendelkező kézi számítógépeket (PDA) és a rájuk telepített térinformatikai szoftvert (ArcPAD 7.1.1) ismerik meg. A műholdvevők érintőképernyős Garmin Oregon 300, hagyományos nyomógombos GPSmap 60Cx és 60 Csx típusúak; a kézi számítógépek Asus A696 gyártmányúak. Az oktatás során törekszünk arra, hogy hallgatóink használható, készség szintű terepi adatgyűjtési jártassággal és az ArcMAP, ArcPAD programok alaposabb, gyakorlatiasabb ismeretével rendelkezzenek a félév végére. Ennek érdekében a hallgatókat kis létszámú csoportokba osztva, szinte személyre szabottan oktatjuk, így minden hallgató kezébe jut készülék (1. ábra). Az órák tartásában a tárgy jegyzője mellett az eszközök működésében és a térinformatikai alkalmazásokban is jártas doktorandusz kolléga is részt vesz, ami sokkal hatékonyabbá teszi az ismeretek átadását. A félév végi számonkérés is gyakorlati jellegű, amely során a hallgatóknak mind a kézi GPS vevővel, mind a PDA-val meg kell tudniuk oldani a kiadott feladatot. 1. ábra. Oktatói felügyelettel terepi adatgyűjtést végző hallgatók Terepi adatgyűjtés és feldolgozás kézi GPS vevő készülékkel A félév első óráiban a globális helymeghatározó rendszer működési elvének, valamint a GPS vevő készülékek működésének, menürendszerének, funkcióiknak, alkalmazási lehetőségeinek átismétlésére kerül sor. Hangsúlyozottan felhívjuk a figyelmet a terepi munka szempontjából fontos részletekre: időjárási körülmények, műholdak helyzete, épületek/lombkorona zavaró hatása stb. Ezt követően a készülékek használata és a terepi adatgyűjtés gyakorlása kerül előtérbe, egyéni és csoportos feladatok megoldásán keresztül. Elsőként, mintegy gyakorlati
bevezetőként az adatgyűjtést, terepi pontok felvételét és hozzájuk leíró (attribútum) adat megjegyzésként történő rögzítést, valamint a nyomvonal (tracklog) használatát gyakoroljuk mindhárom GPS vevővel. Az óra közben felmerülő problémák elhárítását, a készülékek menürendszerében történő eltévedést folyamatosan segítjük, javítjuk. A következő órákon fokozatosan egyre összetettebb feladatok megoldására kerül sor, továbbra is oktatói segítséggel. Ekkor történik a korábban rögzített pontok megtalálásának a gyakorlása. A két alapfunkció (pontok kijelölése és visszakeresése) megbízható, rutinszerű ismeretének birtokában már a terepen felvett adatok térinformatikai rendszerben történő rögzítésére, feldolgozására és belőlük adatbázis építésére, vagyis az érdemi térinformatikai ismeretek átadására kerül sor. Tapasztalataink szerint ennek a viszonylag összetett, sok lépésből álló és ezért sok technikai buktatót is rejtő folyamatnak a megértetése a legnehezebb feladatunk, ezért a lépések képernyőképekkel illusztrált leírását is elkészítettük. A GPS-szel rögzített adatok letöltése és elmentése az első részfeladat. Ennek megoldásához kompatibilitási problémák miatt (a készülékekről nem tölthető le megfelelően az információ ArcMAP-en keresztül) egy segédprogramot is használni kell, ami az ingyenesen letölthető, a Minnesotai Egyetemen (http://www.dnr.state.mn.us/mis/gis) készített DNR Garmin nevű alkalmazás (2. ábra). Ezzel néhány szükséges beállítás (elérési útvonal, vetület megadása) után a készüléken lévő pont és útvonal adatok beolvastathatók és közvetlenül pont, vagy vonal shapefájl formátumban menthetők. Az adatok feldolgozásának e kezdeti része az egyes lépéseket értő, gyakorlott hallgatóknak 2-4 percet vesz igénybe. 2. ábra. Terepen rögzített pontok letöltését és mentését gyakorló hallgatók a Földrajz Intézet térinformatikai laborjában A következő feladat a lementett pont és vonal állományok térinformatikai programban való megjelenítése és más adatbázisokkal együtt történő kezelése. A terepen felvett adatokat mindig valamilyen, a gyakorlatban széles körben használt adatbázissal, praktikusan az Intézetben rendelkezésünkre álló 1:10 000-es méretarányú, EOV rendszerű topográfiai térképszelvénnyel vetjük össze. Ehhez szükséges a lementett vektoros állományok (WGS84)
EOV rendszerbe történő koordináta transzformációja, ami az ArcMAP beépített, e célra szolgáló parancsával történik. Ekkor nyílik lehetőség a korábban tanult térinformatikai ismeretek, szoftverhasználat ismétlésére, felfrissítésére és kiegészítésére (pl. jelkulcs módosítása, beállítása, feliratok elhelyezése, koordináta transzformáció ismertetése). A tananyag részét képezi a fenti terepi adatgyűjtési módszer fordított elvégzése is, hiszen gyakori, valós munkahelyi feladat lehet a frissen elkészített térképek helyességének, pontosságának terepi ellenőrzése is. Ennek gyakorlására először a topográfiai térkép tetszőlegesen kiválasztott pontjait, útvonalszakaszait digitalizáljuk, majd transzformáljuk a GPS vevők által használt WGS84 rendszerbe és töltjük fel azokat a DNR Garmin segítségével a készülékekre. A pontok megkeresése, az útvonalak bejárása a félév elején megismert módon történik. A készülékek használata akkor megfelelő, ha a hallgató képes önállóan a terepen adatot leíró adattal együtt rögzíteni, azt letölteni, megfelelő formátumban elmenteni és térinformatikai rendszerben feldolgozni, megjeleníteni. Terepi adatgyűjtés és feldolgozás kézi (PDA) és tábla (tablet) számítógéppel A félév második felében kerül sor a beépített GPS vevővel rendelkező PDA-kkal történő adatgyűjtésre (3. ábra). A kézi GPS-ekkel szemben, amelyeknél a rögzített pontok és útvonalak letöltése, majd térinformatikai szoftverben való feldolgozása soklépéses, elsőre bonyolultnak tűnő, nagy figyelmet igénylő folyamat, a PDA-kkal való adatgyűjtés és az azokra telepített ArcPAD-ben való feldolgozás már nem szokott különösebb nehézséget okozni. Itt elsősorban technikai nehézségek szoktak adódni, melyek oka az, hogy az eszközök alapvetően számítógépek, amik rendelkeznek egy sor olyan tulajdonsággal, ami megnehezíti alkalmazásukat. Ilyen például a viszonylag rövid üzemidő, kisméretű kijelző, lassú processzor stb. E problémák egy része a gazdag beállítási lehetőségeknek köszönhetően (pl. CPU sebesség és háttérvilágítás fényerejének módosítása, hangjelzések kikapcsolása) orvosolható, de sok gyakorlást igényel. Az adatgyűjtést azonban leginkább a készülékek beépített GPS vevőjének és az ArcPAD térinformatikai szoftver kompatibilitási problémái nehezítik. A térinformatikai szoftverben ugyanis a GPS gyakran lefagy, amit sajnos csak a vevő szoftverbeli gyakori ki-be kapcsolása old meg, kényelmetlenné téve ezzel a munkát. A PDA minél jobb kezelésének és az említett nehézségek megoldásának érdekében egy alkalmat a készülékkel való ismerkedésnek szánunk. Ekkor kerül bemutatásra (műholdkapcsolat nélkül) az ArcPAD szoftver is, aminek kezelése, az ArcMAP-hez hasonlatos felépítésének, egyező ikonjainak köszönhetően gyorsan elsajátítható. Egyedül az új vektoros (shape) állományok, illetve azok adattábláinak létrehozása történik másként, így ezekre különös figyelmet fordítunk az óra során. A PDA és a rá telepített ArcPAD használatának nagy előnye, hogy közvetlenül térinformatikai alkalmazásban tudunk terepi adatgyűjtést végezni, ezért nincsen szükség a GPS-eknél ismertetett adatátviteli, transzformációs lépések elvégzésére és az adatok utólagos feldolgozására, mivel azok vektoros állományokban tárolódnak. A készülék használatát akkor értékeljük megfelelőnek, ha a hallgató készségszinten használja a készülék operációs rendszerét, ismeri beállítási lehetőségeit, képes önállóan használni a telepített térinformatikai alkalmazást, tud új vektoros állományokat létrehozni, azok attribútumtábláját összeállítani, el tudja végezni a terepi adatgyűjtést, a közben esetlegesen felmerülő technikai problémákat megoldja, valamint a rögzített adatok alapvető tulajdonságait (pl. objektumok megjelenítése) képes módosítani. Az ehhez kapcsolódó feladat az egyetemi park kijelölt része térinformatikai adatbázisának elkészítése és térképi megjelenítése, mely tartalmaz pont (pl. fák, közlekedési táblák), vonal (utak, járdák) és terület (parkolók, tó, sportpálya) objektumokat.
3. ábra. Terepi adatgyűjtés PDA használatával A félév utolsó tanóráján mutatjuk be a hordozható számítógépre (laptop, tablet pc) telepített ArcGIS-szel és az azzal összekapcsolt külső GPS-szel végzett terepi adatgyűjtés folyamatát. Sajnos tábla számítógépből jelenleg még nem áll rendelkezésünkre annyi, hogy minden hallgató kezébe jusson, így ez elsősorban tanári demonstráció keretében történik. Azonban a hallgatók ekkorra már kellő jártasságot szereztek, mind az ArcGIS (ArcMAP) térinformatikai szoftver, mind a GPS vevők kezelésében, így egy rövid bemutatót követően nem okoz számukra nehézséget a kettő együtt kezelése és a kiadott feladat megoldása. A félév végi aláírás megszerzésének feltétele az óralátogatáson túl, egy az egész csoportnak kiadott közös feladat sikeres megoldása. A feladat az Egyetemváros térinformatikai adatbázisának elkészítése, amit a hallgatók kötelező órai kereteken kívül valósítanak meg. Az adatbázis felépítését, rétegeit és a szükséges minimális leíró adatok listáját megkapják, a terepi adatok rögzítéséhez a tanórán oktatott készülékeket használják. A gyakorlati jegy megszerzéséhez a hallgatóknak egyenként kell számot adniuk a készülékek és módszerek megfelelő szintű ismeretéből. Tapasztalatok, összegzés Az Alkalmazott térinformatika tárgy keretében a hallgatók, a már korábban megszerzett térinformatikai ismereteikre építve, a terepi adatgyűjtés és feldolgozás elvét ismerik meg és annak gyakorlatát sajátítják el készség szinten. A tantárgy oktatása során használt eszközök és módszerek mindegyikének van előnye és hátránya, fontos hangsúlyozni azt, hogy az adott feladat dönti el, hogy melyiket célszerű használni. Mivel a hallgatók a félév során hasonló feladatokat oldanak meg többféle eszközzel és módszerrel, ezt közvetlenül tapasztalják. A félév végére ezáltal képessé válnak (a feladat kiadott eszközzel történő megoldásán túl) a feladatok hatékony megoldásának megtervezésére is.
A tárgy oktatását nehezíti, hogy a hallgatók a korábbi félévekben tanult térinformatikai ismeretek jelentős részét elfelejtik, ami nagyon lelassítja a munkát. Különösen igaz ez a szoftverhasználatra. Ezért elengedhetetlen a már megszerzett tudás szinten tartása, tartatása, amit térinformatikai, térképszerkesztési feladatok kiadásával próbálunk elérni. Bármely földrajzos tantárgy aláírásának feltétele lehet az adott tárgy tematikájába illeszkedő digitális térkép elkészítése. Sajnos azt tapasztaljuk, hogy a hallgatók számítástechnika iránt kevésbé fogékony része nehezen sajátítja el a készülékek és az adatgyűjtési módszerek használatát, esetükben gyakori, hogy csak betanulják az egymást követő lépéseket, de nem értik azt, hogy mit miért csinálnak. Ez akkor válik nyilvánvalóvá, amikor egyéni számonkéréskor az egyik lépés nem jut eszükbe, vagy váratlan probléma adódik és a feladatot nem tudják megoldani. Örömmel látjuk ugyanakkor, hogy azok, akik meglátják az alkalmazott térinformatikában rejlő lehetőségeket, a későbbiekben is használják készülékeinket TDK-, és szakdolgozataik elkészítésekor is. A tanulmány a TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0008 jelű projekt részeként az Új- Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.