Цифровые технологии в гидрометеорологии

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное 
учреждение высшего образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
А.Г. Евланова
ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 
В ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ
Учебное пособие
Ростов-на-Дону – Таганрог
Издательство Южного федерального университета
2024
1

УДК 004:[556+551.5](075.8)
ББК 16+26.22+26.23 я73
         Е17
Печатается по решению кафедры океанологии 
Института наук о Земле Южного федерального университета 
(протокол № 9 от 19 мая 2023 г.)
Рецензенты:
кандидат географических наук, доцент кафедры 
социально-экономической географии и природопользования 
Института наук о Земле Южного федерального университета 
В.В. Латун;
кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой 
«Судовые энергетические установки» Факультета инженеров 
морского транспорта Института водного транспорта им. Г.Я. Седова 
С.В. Семергей 
 
Е17
Евланова, А.Г.
Цифровые технологии в гидрометеорологии : учебное 
пособие / А.Г. Евланова ; Южный федеральный университет. – 
Ростов-на-Дону; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2024. – 194 с.
ISBN 978-5-9275-4643-5
В данном пособии рассмотрены основные содержательные модули учебного материала для изучения дисциплин «Информатика», «Введение в проектную деятельность», «Гидрометеорологические информационные системы». Предназначено для обучения студентов бакалавриата по направлению 
подготовки 05.03.04 – Гидрометеорология по дисциплинам «Информатика», 
«Введение в проектную деятельность», «Гидрометеорологические информационные системы», «Геоинформационные системы в гидрометеорологии»; 
студентов магистратуры по направлению 05.04.06 – Экология и природопользование по дисциплине «Компьютерные технологии и статистические методы в экологии и природопользовании».
ISBN 978-5-9275-4643-5 
УДК 004:[556+551.5](075.8)
ББК 16+26.22+26.23 я73
© Южный федеральный университет, 2024
© Евланова А.Г., 2024
© Оформление. Макет. Издательство
Южного федерального университета, 2024
2

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ...........................................................................................................................5
Модуль 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 
ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ................................................................7
Вводный материал ....................................................................................7
Основной теоретический материал ..............................................12
Тема 1.1. Информация, данные, знания ........................................13
Тема 1.2. Понятия «информационная технология», 
«цифровая технология», «информационные 
и коммуникационные технологии» ................................................19
Тема 1.3. Основные компоненты цифровой технологии 
......22
Тема 1.4. Способы классификации 
цифровых технологий ..........................................................................42
Тема 1.5. Информационная безопасность 
организации и личности .....................................................................47
Практические задания .........................................................................58
Проектные задания 
................................................................................60
Вопросы для самостоятельного изучения 
..................................62
Список дополнительных источников 
............................................62
Модуль 2. ЦИФРОВЫЕ (ИНФОРМАЦИОННЫЕ 
И КОММУНИКАЦИОННЫЕ) ТЕХНОЛОГИИ 
ДЛЯ РЕШЕНИЯ УЧЕБНЫХ 
И ОБЩЕПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ЗАДАЧ .................................64
Вводный материал .................................................................................64
Основной теоретический материал ..............................................71
Тема 2.1. Виды информационных технологий по типу 
обрабатываемой информации и их применение 
в учебной и научно-исследовательской деятельности ........73
3

2.1.1. Технология обработки текстовой информации 
............73
2.1.2. Технология обработки числовой информации ............79
2.1.3. Технология обработки графической информации .....84
2.1.4. Технологии обработки мультимедийной информации ....91
Тема 2.2. Технология структурирования информации 
........110
Тема 2.3. Сетевые и коммуникационные технологии ..........114
Тема 2.4. Технологии виртуальной 
и дополненной реальности .............................................................133
Тема 2.5. Интеллектуальные технологии ...................................135
Тема 2.6. Технология Интернет вещей (IoT). .............................138
Практические задания .......................................................................139
Проектные задания 
..............................................................................143
Вопросы для самостоятельного изучения 
................................165
Список дополнительных источников 
..........................................165
Модуль 3. ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 
ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ 
..............167
Вводный материал ...............................................................................167
Тема 3.1. Метеорологические информационные сети ........169
Тема 3.2. Геоинформационные технологии и системы 
........170
Тема 3.3. Основы проектирования информационных систем 
для решения задач гидрометеорологии  ..................................172
Тема 3.4. Средства языков программирования 
для решения задач гидрометеорологии ...................................173
Практические задания .......................................................................181
Проектные задания 
..............................................................................185
Вопросы для самостоятельного изучения 
................................191
Список дополнительных источников 
..........................................192
4

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время цифровые технологии прочно интегрированы в систему образования, взаимодействия в обществе, в процесс реализации трудовых функций, поскольку предоставляют 
необходимый инструментарий для качественного выполнения 
трудовых функций, получения образования, профессионального 
развития. Однако, стремительное внедрение цифровых технологий в обществе неравномерно, скорость появления в обществе 
новых программ, устройств выше, чем скорость реагирования 
системы образования в виде обучения результативным способам 
применения этих средств, поэтому студенты приходят в вуз с уже 
сформировавшимися основами компетенций в области применения информационных и коммуникационных технологий (ИКТ)/
цифровых технологий, а также имея опыт (часто стихийно сформировавшийся) применения ИКТ/цифровых технологий для решения различных задач. В процесс подготовки студентов включен ряд дисциплин, связанных с изучением различных аспектов 
ИКТ, целью которых является коррекция содержания ИКТ-компетенции для более оптимального их применения, а также углубление знаний, умений и навыков применения средств цифровых 
технологий для решения задач, связанных с обучением в вузе, 
реализацией задач проектной деятельности студентов и профессионально ориентированным использованием цифровых технологий в течение практики, в дальнейшей трудовой деятельности. 
Данное учебное пособие призвано систематизировать содержание компетентности студентов бакалавриата по направлению 
подготовки 05.03.04 – Гидрометеорология в области применения средств цифровых технологий. Поэтому содержание пособия 
разделено на три модуля – модуль 1 посвящен систематизации 
знаний, умений и навыков, составляющих содержание ИКТ-ком5

петентности на базовом уровне, модуль 2 ориентирован на приращение ИКТ-компетентности и на применение ИКТ при решении научно-исследовательских, учебных задач, в проектной 
деятельности, в модуле 3 представлен обзор ИКТ для решения 
профессиональных задач из области метеорологии, гидрологии, 
гидрометеорологии. Каждый модуль учебного пособия состоит 
из следующих структурных элементов: блока вводного материала (необходимого для усвоения основного материала), блока 
основного теоретического материала, блока практических заданий, блока проектных заданий, вопросов для самостоятельного 
изучения и списка дополнительных источников информации. 
В блок основного теоретического материала включены «Вопросы 
для размышления и рассуждения», которые предназначены для 
рассмотрения информации под иным углом зрения, для критического ее восприятия. Вопросы для размышления и рассуждения 
сформулированы так, что обучающиеся смогут самостоятельно 
ответить на них, подумав над прочитанным теоретическим материалом;  эти вопросы могут служить для обозначения направлений самостоятельного расширения цифровой компетентности 
студента.
Благодаря модульной структуре материалы учебного пособия обладают содержательной независимостью и могут не 
только применяться для обучения по дисциплинам «Информатика», «Гидрометеорологические информационные системы», 
но и встраиваться в содержание таких дисциплин, как «Введение в проектную деятельность», «Геоинформационные системы в гидрометеорологии», а также служить для повторения и 
актуализации знаний студентов магистратуры по направлению 
05.04.06 – Экология и природопользование при обучении дисциплине «Компьютерные технологии и статистические методы в 
экологии и природопользовании».
Интеграция учебного материала на английском языке по 
принципу билингвального обучения обеспечивает всестороннее 
рассмотрение содержания понятий, связанных с цифровыми технологиями, и способствует развитию коммуникативной компетенции студентов. 
6
Введение

Модуль 1.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Вводный материал
В настоящее время существует несколько терминов описывающих процесс внедрения информационных технологий в различные сферы общества и результат внедрения этих цифровых 
технологий. Понятия «компьютеризация», «информатизация», 
«цифровизация» (иногда применяется термин «диджитализация» 
от англ. digitalization) и «цифровая трансформация» характеризуют переход к обществу, насыщенному цифровыми технологиями и 
изменяющемуся под воздействием средств цифровых технологий. 
Для обозначения результата этого перехода используются также 
два термина «информационное общество» и «цифровое общество». 
Информационное общество – историческая фаза развития 
цивилизации, когда общественное устройство, структуры, техническая база и человеческий потенциал направлены на процессы 
оперативного и оптимального превращения пассивных форм знаний и информации в активные формы в виде информационных 
ресурсов [1]. Основой для данного понимания является определение постиндустриального (информационного) общества, которое 
дал Элвин Тоффлер1, подчеркивая его возникновение как след1 Toffler A. The Third Wave: The Classic Study of Tomorrow. – New York: Random 
House Publishing Group, 2022. – 560 с. – ISBN 9780593159781.
7
Вводный материал

ствие информационной революции, приводящей к тому, что большинство членов общества будут заняты в экономике, основанной 
на воспроизводстве знаний. В зарубежном определении термина 
«информационное общество», акцент делается не только на «занятости» большинства населения в производстве информационных 
ресурсов, но и на том, что все изменения направлены на устойчивое развитие и совершенствование качества жизни: According to the 
International Telecommunication Union «ITU» the information society is 
a society that provides opportunity for each person to create, collect, use, 
and share information and knowledge, enabling individuals, communities 
and peoples to achieve their full potential in promoting their sustainable 
development and improving their quality of life2. Более современный 
термин «цифровое общество» часто используется как синоним понятию «информационное общество», но он акцентирует внимание 
на тех изменениях, которые общество уже претерпело: digital society 
refers to the adoption of new modes of information communication and 
interaction in modern society, driven by technological developments; 
digital society refers to a society that heavily relies on digital technologies 
and infrastructure for various aspects of life. В большинстве случаев в 
настоящее время термины «информационное общество» и «цифровое общество» используются как синонимы.
Особое место в определении «информационного общества» 
играет такое понятие, как «информационный ресурс», определяемый как информация, представленная в формате, дающем 
возможность организации массового доступа к ней и тиражирования, в последнее время в качестве современного синонима используется термин «цифровой артефакт». Digital Artefact 
means any form of digital creation, digital art composition, digital 
representation with the help of any web tool or other software»3; 
«digital artefact is any type of item produced and stored as digital/
electronic version» (там же).
2 Полный текст определения – в аналитическом отчете Международного союза 
электросвязи по ссылке https://www.itu.int/pub/D-IND-ICTOI
3 Источник Alexandros G. Kapaniaris. Handbook of Research on Tools for Teaching 
Computational Thinking in P-12 Education (2020). DOI: 10.4018/978-1-7998-45768.ch018.
8
Модуль 1.Теоретические основы цифровых технологий

Основными признаками информационного общества являются:
 
–
информация становится товаром, при этом она является самым массовым объектом купли-продажи, информационный 
рынок по темпам роста опережает рынок материальных продуктов и услуг;
 
–
каждый член общества в любое время может получить доступ к любому виду информации кроме законодательно запрещенной; 
 
–
основой общества является автоматизированное производство, хранение, обработка, использование знаний, создание с 
их помощью новых информационных технологий и техники, 
способной в свою очередь генерировать цифровые артефакты даже без участия человека;
 
–
происходит цифровая трансформация всех сфер индустриального общества, то есть изменяется логика процессов производства, обслуживания, обучения под воздействием цифровых технологий;
 
–
изменяется характер социального взаимодействия членов 
общества, средства цифровых технологий составляют основу каналов взаимодействия, электронные формы коммуникации влияют на процессы развития и социализации новых 
членов общества.
Компьютеризация – устаревший термин, который применяется в настоящее время для обозначения первого этапа активного целенаправленного внедрения средств компьютерной 
техники во все сферы общества и начала массовой подготовки 
членов общества к использованию техники и программного 
обеспечения, прежде всего, в профессиональной деятельности, 
а затем – и в бытовой сфере. Считается, что целенаправленный 
процесс массовой компьютеризации общества начался в нашей 
стране c введения в 1985 году предмета «Основы информатики 
и вычислительной техники» в школьную программу для подготовки будущих членов общества к применению компьютеров, 
хотя электронные вычислительные машины (ЭВМ) производились и применялись для решения производственных задач, 
9
Вводный материал

начиная с середины 20 века, в 1960-х годах активно стала развиваться кибернетика и создавались модели искусственного 
интеллекта, которые по тесту Тьюринга соответствовали «развитию» трехлетнего ребенка, активно велись работы по технической кибернетике4, где работали над системами, аналогичными по принципу работы современным нейросетям (выдающиеся 
ученые того времени А.И. Галушкин, А.Г. Ивахненко, А.П. Ершов 
(академик, один из авторов первого учебника по информатике 
для школ).
Несмотря на экономически тяжелый период в 1990-х гг., стали появляться персональные компьютеры в организациях и в 
личном пользовании. ИКТ стали применяться для подготовки и 
оформления документов, отчетной документации. Рост пользователей глобальной сети интернет в период с 1998 по 2005 гг. 
привел к тому, что стали применяться сервисы сети для обмена 
деловой информацией (основным из которых был сервис электронной почты). Несмотря на экономический кризис в стране в 
1990 – начале 2000-х годов, государство инициировало несколько 
проектов по оснащению городских и сельских школ компьютерами, занималось постепенным формированием законодательной 
базы в области применения информации. В 2005 году стартовали 
сразу несколько проектов и государственных программ, которые 
были направлены уже на модернизацию парка компьютеров в 
государственных учреждениях, на предоставление широкополосного доступа к сети, создание ресурсов сети, необходимых 
для общества в целом и для системы образования. Поэтому этап 
стихийной компьютеризации подошел к концу и начался этап 
информатизации российского общества. Под информатизацией общества стали понимать организованный, целенаправленный социально-экономический и научно-технический процесс 
создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав граждан, органов го4 Отсылка к книге Ивахненко А.Г
. Техническая кибернетика. Системы автоматического управления с приспособлением характеристик, 1962 г., где рассматривались системы, построенные по принципам перцептрона.
10
Модуль 1.Теоретические основы цифровых технологий