Геоинформационная система "Компас-2" и возможности её использования для ведения природных кадастров России

2

• Южно-Уральский государственный университет
• Архитектурно- строительный факультет
• Кафедра градостроительства

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

«Геоинформационная система «Компас-2» и возможности её использования для ведения природных кадастров России»

Выполнил: студ. гр. АС-514

Копалов К.Д.

Руководитель: д.г.н., доц.

Рассказова Н.С.

Челябинск

2003 г.

Введение

Глава 1. Кадастр

1.1.Формирование индексных карт-основа ведения кадастра.

1.1.1Индексные карты

1.1.2.Опыт Одессы

1.2.Использование ГИС и ДЗ в земельном кадастре.

1.3.Автоматизированная система градостроительного кадастра.

1.3.1.О проекте

1.3.2.О системе

1.3.3.City Analyst

1.3.4.АгсМар

Глава 2. Геоинформационные системы. Исследование различных вариантов представления атрибутивной и пространственной информации в базах данных ГИС и процедуры работы с данными в ГИС

2.1.Общее представление о ГИС

2.2.Основные этапы развития ГИС

2.3.Карты как основа ГИС. Понятие о геоинформационном картографировании

2.4.Типы ГИС

2.5.Проблемно-ориентированные ГИС

2.6.География и ГИС

2.7.Географическая информация и её представление в базах данных ГИС

2.7.1.Источники пространственных данных

2.7.1.1.Данные о природных ресурсах и окружающей среде

2.7.1.2.Экономические и социально-экономические данные

2.7.2.Проектирование географических баз и банков данных

2.7.3.Позиционная и семантическая составляющие данных

2.7.4.Представление точечных, линейных и площадных объектов в базе данных и на цифровой карте

2.7.5.Объектно-ориентированные и реляционные структуры БД

2.7.6.Организация и форматы данных

2.7.7.Качество данных и контроль ошибок

2.7.8.Позиционная точность данных и типы ошибок

2.7.9.Точность атрибутивных данных

2.7.10.Логическая непротиворечивость, полнота, происхождение

2.7.11.Особенности интеграции разнотипных данных

2.8.Техническое и программное обеспечение ГИС

2.8.1.Требования к техническому и программному обеспечению ГИС

2.8.2.Подсистемы реализации ГИС-технологий в ГИС

2.9.Применение ГИС в различных областях

2.9.1.Геология и ГИС

2.9.2.ГИС в Безнесе

2.9.3.Связь и ГИС

2.9.4.ГИС в Военных технологиях

2.9.5.ГИС и транспорт

Глава 3. ГИС-технология «Компас-2»Краткая характеристика ГИС «Компас-2». Назначение, содержание, сферы применения.

Глава 4. Разработка варианта кадастра памятников России.

Защита данных в ГИС

Охрана труда

Заключение

Список используемых источников и программного обеспечения.

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Государственная система кадастров делится на множество кадастров, одним из которых является кадастр памятников России.

Актуальность темы диктуется необходимостью создания базы данных о памятниках России для контроля за их состоянием как экологическим так и техническим.

Целью работы является создание варианта кадастра памятников России и привязка его (как дополнение) к ГИС «Компас-2».

Задачи исследования:

Исследование возможностей использования ГИС «Компас-2» для создания различных видов природных кадастров, определение недостатков, предложения по доработке.

Создание инструкции пользователя по ГИС «Компас-2» для использования её в учебном процессе в курсе ГИС. Разработка вариантов заданий с ответами.

Сбор данных по памятникам России (описание, мастер, фото и т.п.)

Сведение данных в единую базу;

Разработка варианта кадастра памятников России

Исходные данные: ГИС-технология «Компас-2».

Для поиска данных по памятникам России был использован Internet и материалы Публичной Библиотеки.

Практическая значимость результатов работы

Результаты проделанной работы имеют следующие направления применения:

в Гос.Думе как дополнение к «Компас-2» (эта ГИС-технология в настоящее время там применяется), или других государственных ведомствах

в учебном процессе, в качестве наглядного пособия по памятникам истории, архитектуры, природы, как всей России так и отдельно взятой области.

1.Кадастр

Думается, сегодня уже не надо убеждать основную массу специалистов в необходимости использования информационных технологий и того вида программных продуктов, которые для краткости называют ГИС, для эффективного создания и использования разного рода кадастров.

Но существует и сегодня большая неопределенность в самом понятии "кадастр" - особенно если рассматривать множество возможных кадастров, а не только земельный кадастр, И не меньшая неопределенность, нечеткость существует и вокруг понятия "ГИС". Даже из чисто практических соображений оптимального выбора варианта технологии, конкретного про-граммного и аппаратного (как следствие) обеспечения необходимо дать некоторые предварительные пояснения. Иначе сам предмет разговора будет весьма неопределенным и трудно будет проанализировать на должном уровне требования, предъявляемые тем или иным конкретным кадастром и совокупностью кадастров к функциональным возможностям программного обеспечения, И тем более ответить на вопрос, как выбрать тот программный продукт, а скорее набор программных продуктов, которые этим требованиям полностью удовлетворяют. Или, что более вероятно, предоставляют базовый инструментарий, требующий еще приложения определенных усилий для тонкой настройки на требования (и оценить величину этих усилий).

В чем проблема с понятием "кадастр"? А в том, что этих понятий несколько, и формулированием определений занимались явно не спе-циалисты по информатике и научной терминологии. Также и в том, что проблема определения такого понятия лежит в сразу нескольких плоскостях:

- в плоскости геоинформатики как дисциплины, оперирующей общими, не зависящими от области применения, свойствами пространственной информации и в сфере геоинформационных технологий, использующих эти свойства;

- в плоскости "обычной" информатики, так как не вся информация, обращающаяся в кадастре, имеет прямое отношение к пространственным объектам;

- в плоскости той или иной конкретной предметной области с ее специфическими задачами, сложившимися организационными структурами, терминологией и даже традициями;

- в плоскости правовых отношений и эконо-мических отношений, ибо понятие "кадастр" всегда связывается с учетом (регистрацией) и регулированием прав собственности на какие-то объекты, а также режимами их использования.

Наконец, в нашей конкретной ситуации подход к определению понятия "кадастр" имеет и политический аспект, так как вслед за определением понятия близко следуют и определение функций, задач, а, значит, прав и возможностей. Причем возможностей уже не обезличенных, а возможностей конкретных организаций, ведомств и, возможно, политических сил и экономических концепций, доминирующих в соответствующих ведомствах. В нашей ситуации "кадастр" - дело отчасти политическое еще и потому что сроки создания реально функционирую-щего кадастра и заложенные в него функциональные возможности способны существенным образом повлиять на ход экономического развития страны. В первую очередь это видимо от-носится к земельному кадастру но не только. Да и средства, необходимые для создания системы кадастров в масштабе страны настолько серьезны, что это тоже добавляет политическую окраску всем принимаемым в этой области решениям, в том числе и определениям понятий.

Все это приводит к тому, что вокруг понятия кадастр, кадастры сегодня происходит чересчур много споров, которые напоминают иногда споры о том, каков данный предмет - "круглый, зеленый или твердый?" Одни считают, что "Кадастр" с большой буквы - это имя собственное, это Земельный кадастр, и только он один как Государственный кадастр и есть и должен быть, все остальное - от лукавого и попытки примазаться. Другие перечисляют множество возможных и нужных видов кадастров различного назначения - лесной, минерально-сырьевых ресурсов, недвижимости, водных ресурсов. Говорится также и о весьма комплексных кадастрах - градостроительном, урбоэкологическом и, наконец, комплексном территориальном.

Серьезно осложняет рассмотрение вопроса о том, какие общие черты присущи разным видам кадастров, какие общие требования они выставляют (если выставляют) к функциональности программного обеспечения, также и множественность используемых при обсуждении ведомственных и специальных терминологий. Абсолютно идентичные, с точки зрения геоинформатики, типы пространственных объектов и операций с ними могут иметь совершенно различные наименования в разных предметных областях, служить разным содержательным целям и задачам.

В ГИСовских пакетах разных производителей - не меньшая путаница. Фирменная терминология даже распространенных пакетов общего назначения часто трудносопоставима без специального анализа, также встречаются и синонимы, и неполные синонимы, и омонимы. Еще хуже обстоит дело с терминологией, используемой в узкоспециализированных системах - за конкретным назначением операции пропадает ее сущность с точки зрения общей геоинформатики. Сама классификация ГИС-пакетов, хотя ей немало уже сообщений посвящено, остается областью на практике очень нечеткой. Под словом ГИС сегодня скрываются очень разные вещи. Мелькают еще и термины LIS (Land Information System - земельная инфор-мационная система), FM (Facilities Management - системы управления объектами распределенной хозяйственной инфраструктуры), AM (Automated Mapping), что иногда переводят буквально, как системы автоматизированного картографирования, забывая при этом, что в ре-альности это реализация простейшего принципа работы с пространственной информацией, пред-ГИС, заключающегося просто во вводе, хранении в компьютере и отображении карт, воспринимаемых просто как чертежи. До сих пор встречается (надеюсь, что не среди наших читателей) прямое связывание понятия "геоинформационная система" или с географией, или с геологией, или с геодезией. Тогда как связь-то на самом деле с геоинформатикой, и речь в приставке "гео" идет о географическом, прост-ранственном принципе организации информации, о пространственных информационных системах, составляющих функциональное ядро любой "настоящей" ГИС.

В такой туманной ситуации немудрено, что существуют проблемы как с формулированием требований, предъявляемых теми или иными кадастрами к программному обеспечению, так и с нахождением правильного их решения. Постараемся, без подробного рассмотрения специфики конкретных кадастров, обозначить их некоторые общие черты, существенные с точки зрения требований к программному обеспечению. Далее постараемся дать краткий обзор соответствия существующего сегодня программного обеспечения этим требованиям. При этом мы не будем, по возможности, останавливаться на конкретных пакетах и производителях программного обеспечения. И уж, тем более, не будем подробно описывать какой-либо пакет В последнем вообще нет необходимости в свете данной задачи выбора ПО, ибо достаточно убедиться в отсутствии какой-то даже одной базовой, жизненно необходимой функции, чтобы не рассматривать далее этот пакет в качестве возможного кандидата на использование в кадастре (во всяком случае в качестве базового программного обеспечения). Таким образом, мы можем заметно оптимизировать процедуру выбора из огромного спектра ПО. Достаточно выбрать в качестве ключевого то требование к пакету которое, являясь абсолютно необходимым, сразу же позволит отсечь наибольшее число кандидатов.

Какие это могут быть требования? Базовы-ми для кадастров любого типа являются функции учетные, инвентаризационные. Соответственно, критически важным является качество представления в компьютере графических данных, прежде всего, границ объектов. Качество в данном случае не исчерпывается только полнотой (отсутствием пропусков объектов) и малыми допусками на точность представления положения каждой линии по сравнению с натурой. Качество цифровой графической базы в данном случае - это еще и ее корректность, внутренняя непротиворечивость. Это внутренняя непротиворечивость внутри одного тематического слоя - соответствие формального геометрического типа каждого объекта его смысловому содержанию (я говорю о такой, например, вещи, как замкнутость всех площадных объектов. Все, что по смыслу своему является площадным объектом, должно быть представлено замкнутым полигоном, замкнутым не только визуально, но и в формальном геометрическом смысле). Все границы прилегающих полигонов должны быть в точности одной и той же линией, а не просто визуально неотличимыми двумя близкими линиями. В земельном кадастре абсолютно вся территория, без пропусков, должна принадлежать какому-либо площадному объекту - полигону, пусть даже полигону с атри-бутом "нет сведений". Не должно быть никаких, даже микроскопических паразитных полигонов, происходящих из неточных соответствий контуров. Да и между различными слоями информа-ция должны быть согласована.

Все эти требования делают необходимым использование топологического контроля в процессе создания кадастровых карт. Я берусь со всей ответственностью заявить, что никакие квалификация и усердие операторов ввода, будь то дигитайзерные технологии, сканерные технологии с ручной прорисовкой или с использованием программ-векторизаторов, не дают необходимого качества карт без использования топологического контроля. Правда, сегодня даже некоторые наиболее продвинутые отечественные пакеты по векторизации, типа Easy Trace и MapEdit, включают в себя некоторые средства такого контроля. Это очень хорошо, но окончательное редактирование карт должно производиться все-таки в самой ГИС. То есть, делаем вывод - ГИС пакет или система пакетов, используемых в кадастре, должны поддерживать векторно-топологическую модель данных по крайней мере на каких-то этапах работы и на определенном уровне рабочих мест,

Пожалуй, еще более существенно наличие топологического контроля на этапе функционирования кадастровой системы. Многочисленные редактирования, особенно проводимые как отдельные разрозненные акты редактирования, в разное время и разными исполнителями, неизбежно быстро нарушат целостность базы данных без наличия того же топологического контроля. Это касается и целостности системы связей "графические объекты-атрибуты", и корректности взаимоотношений между графическими объектами. Часто, говоря о требованиях кадастровой системы к программному обеспечению, забывают, что кадастр не создается один раз навсегда как система, фиксирующая существующие отношения собственности на, например, земельные угодья. Кадастр должен жить активной жизнью, и быть способным отслеживать оперативно и без нарушения работоспособности все происходящие изменения.

В частности, должна обеспечиваться упомянутая целостность базы данных при ее редактировании, и должна поддерживаться возможность отслеживания истории изменений базы данных. Юристы легко подтвердят важность возможности отслеживания такой истории владения объектами собственности - земельными участками, объектами недвижимости - для урегулирования спорных ситуаций. Надо понимать, что для этого необходимы специальные средства, отслеживающие каждое изменение базы данных и ведущие журнал таких изменений, а не просто хранение копий состояний базы данных в отдельные дискретные моменты времени (это, например, обеспечивает модуль ArcStorm системы ARC/INFO). А отслеживать изменения пространственной БД гораздо сложнее, чем непространственной - земельные участки не только меняют владельца и характер использования, они еще по ходу их истории делятся, объединяются, меняют форму и соседей, В такой ситуации отслеживание истории земле-пользования (например)также требует использования векторно-топологической модели данных.

Аналитические функции кадастра, без которых он по сути представляет собой бюрократическую систему регистрации и только, также требуют для реализации всего спектра необходимых операций работы с векторно-топологическим форматом.

Кадастр на значительные территории, естественно, приходится создавать порциями - по отдельным листам карт, отдельным стереопарам снимков, отдельным административным единицам. Естественно, при этом потребуется увязка и согласование по границам карт. Если мы хотим получить, хотя бы некоторую автоматизацию и контроль качества в этом процессе - единственный выход - использование тех же топологических структур данных.

Опять та же пресловутая топология! Не слишком ли много о ней разговоров. Многие говорят, что это хорошо, но вот все системы, поддерживающие векторно-топологический формат, дороги, сами структуры данных чрезвычайно сложны и, за счет этого, не обеспечивают того быстродействия, как более простые! Ответ на это должен быть простой - ни один пакет ГИС, взятый в единственном числе, не обеспечит сегодня эффективного решения задачи построения и, тем более, эксплуатации кадастра. Требуется находить некоторую комбинацию из нескольких тесно взаимоувязанных пакетов разного уровня сложности и разной стоимости, разделяющих одну и ту же идеологию, модели, форматы данных. Это, помимо прочего, позволит также радикально разрешить и проблему выбора аппаратной платформы. Ясно, что на некотором уровне кадастра совершенно необходимо сегодня - или будет необходимо завтра (не надо обольщаться!) - использование компьютеров более мощных, чем привычные офисные персоналки (будут ли это мощные сервера и рабочие станции на базе lntelовского процессора с Windows NT или RISC/UNIX рабочие станции и сервера, это не так принципиально). И так же ясно, что уровень массового пользователя не может и не должен быть обеспечен ими, а только гораздо более дешевыми ПК не само-го верхнего уровня. Я не случайно употребил во множественном числе "модели данных", а не "модель данных", потому что сегодня есть примеры комплексирования в одной системе связных пакетов нескольких моделей данных, в частности, векторно-топологической и векторной нетопологической (наглядный пример - покрытия ARC/INFO и шейп-файлы), а также и растровой моделей данных.

Следует также отдавать себе отчет, что никакая комбинация из сегодняшних ГИС (имея в виду именно ГИС-пакеты) не в состоянии обеспечить работу кадастра на федеральном и даже большом региональном уровне при высокой интенсивности пространственных запросов большого числа удаленных, то есть работающих по каналам связи, пользователей. А такая перспектива для нас является если и не ближайшей, то очень близкой. Sдecь необходимо использование принципиально нового и в мире, а в России почти совсем неизвестного, класса программных продуктов - серверов пространственных баз данных. Эти системы обычно опираются как на подстилающий уровень на мощные реляционные СУБД класса Oracle или Informix, но представляют собой совершенно отдельный, новый тип систем. (О сервере пространственных данных SDE мы уже кратко рассказывали в предыдущих номерах ARCREVIEW, а в этом номере ему посвящен целый разворот).

Наконец, о самом, на мой взгляд, важном -о квинтэссенции всего этого, о комплексном территориальном кадастре. Совершенно ясно, что создавая любые, пусть самые совершенные, системы частных кадастров, мы сможем решить только узковедомственные проблемы. В реальности, все они должны взаимодействовать друг с другом. Как на федеральном уровне, помогая решать большие аналитические и прогнозные задачи, так и, в особенности, на местном уровне, решая конкретные повседневные задачи управления. Как может земельный кадастр не взаимодействовать с кадастром минерально-сырьевых ресурсов, когда требуется на их стыке решать проблему выделения горных отводов? Как может градостроительный кадастр или кадастр объектов недвижимости не взаимодействовать с земельным? Или с кадастром водных ресурсов? Число таких

- возможных и необходимых - связей огромно, и всех их заранее не предусмотреть. Попытки под крышей какого-то частного кадастра объединить несколько, или тем более все возможные кадастры, наталкиваются на сопротивление со стороны других ведомств и специалистов. И, наверное, на оправданное сопротивление. С другой стороны, местные администрации заявляют, и также вполне обоснованно, что им важнее всего комплексный взгляд на территорию, ее ресурсы и проблемы. Под лозунгом комплексного территориального кадастра нельзя объять необъятного. Тем более, что приоритетные задачи у конкретных регионов различные и меняются с течением времени, и всех необходимых связей предусмотреть заранее нельзя. Единственное разумное решение - комплексный территориальный кадастр должен представлять собой не отдельную систему а систему комплексного использования на региональном уровне отдельно существующих, но согласованных частных кадастров. Так вот, такое согласование разных кадастров, разных тематических слоев и даже разных масштабов возникло на базе использования векторно-топологических данных. В последнее время программные продукты ESRI приняты за основу при создании ряда национальных и региональных систем ведения земельного кадастра (достаточно часто он является основой прочих кадастров). В их числе:

Австрия. Дистрибьютор ESRI в этой стране, компания Datamed Informations Systeme, выиграл проект стоимостью 2,5 млн. долл. США Австрийского федерального кадастрового агентства. К интегрированной информационной кадастровой системе подключены все 68 региональных офисов Агентства. В числе других создаются кадастровая карта страны и карта сельскохозяйственного использования земель. Установлено 78 ли-цензий ARC/INFO и ArcStorm, 250 ArcView. Помимо этого, в рамках тематически связанного с кадастровым проекта, Datamed поставила ГИС си-стему австрийскому правительственному департаменту по дистанционному зондированию. В нее входит три лицензии ARC/INFO, ArcStorm, ARC GRID, 6 лицензий ERDAS Imagine с модулем ORTHOMAX.

Кипр. Компания Dansoft и ESRI выиграли US $ 12 млн. контракт на создание системы национального кадастра и регистрации земель.

Иордания. Центральный аппарат Департамента земель и съемки, а также региональные офисы регистрации земель во' всех городах страны переведены на работу с продуктами ESRI. В базу данных занесена информация по 812 тыс. земельных участков, 2 285 тыс. землевладельцев. Ежегодно фиксируется порядка 15 тыс. сделок с землей. Королевским географическим центром Иордании (национальное картографическое ведомство) с помощью ГИС продуктов ESRI переведено в цифровую форму (в виде покрытий ARC/INFO) более 23 тыс. листов кадастровой карты.

Малайзия. По проекту MINI CALS осуществляется вторая фаза повсеместного, в пределах страны, внедрения ГИС в составе ARC/INFO, ArcView, SDE и приложений, написанных на MapObjects, Продукты используются в комплексной информационной системе, в которую входят подсистемы Управления информацией, Кадастровой съемки, Крупномасштабного картографирования, Управления базой данных по кадастру.

Мексика. Несколько лет назад правительство Мексики законодательно утвердило новую земельную реформу разрешавшую передачу части земельных угодий (более 50% общей площади земель, более 10 млн. участков) в частное владение фермерам. Для контролируемого проведения этой реформы Национальный институт статистики, географии и информации ( INEGI , основное агентство по картографии и переписи населения) выделил около 8 млн. долларов США на создание ГИС системы для поддержки базы данных по земельному кадастру Создание кадастровой ГИС было поручено компаниям ALTEC и SIGSA (Sistemas de Informacion Geografica) -дистрибьютору ESRI в Мексике. Система объединяет 11 региональных офисов INEGI, в каждом стоит по 3 сервера и 36 UNIX рабочих станций SUN, на которых установлено 400 лицензий ARC/INFO с модулем COGO и сотни ArcView Более 1000 человек прошли обучение по работе с ГИС. Успешное осуществление проекта показало, что ESRI вкупе со своими дистрибьюторами готов к выполнению любых крупномасштабных, в том числе кадастровых работ,

Испания. Проект по модернизации и автоматизации национальной системы землепользования Кадастрового центра Испании (Centre de Gestion Cadastral у Contribucion Tributaria, CGCCT). Система базируется на платформе Hewllet-Packard и программном обеспечении ARC/INFO. К ней поэтапно подключаются как региональные центры картографирования и зем-лепользования, так и муниципалитеты (начиная с Мадрида), организации, отвечающие за коммунальные сети, а также другие национальные агентства. На базе полностью интегрированной системы правительство Испании проводит организацию специальной сети кадастровых центров, в которых будут разрабатываться специализированные приложения под ARC/INFO не только для Испании, но и для других испаноговорящих стран (например, в Южной Америке). В проекте активно участвует компания EPTISA - дистрибьютор ESRI в Испании.

Шри-Ланка. Три тендера национального Министерства сельскохозяйственных земель и леса выиграла компания EMSO Ltd. - местный дистрибьютор ESRI. В двух тендерах, где заказчиками являются Отдел Картпроизводства и Департамент съемки местности, требования за-ключались в разработке ГИС системы по топографическому картированию, обеспечению кадастрового картографирования и программе создания земельной информационной системы (LIS). В третьем тендере заказчиком был Отдел планирования политики землепользования (LUPPD). Основная цель Министерства Земель - на базе ГИС продуктов ESRI взять под контроль и улучшить систему землепользования на острове.

Израиль. Большие кадастровые земельные проекты по всем крупным городам страны. Только в Тель-Авиве под кадастровые и картографические приложения задействовано более 40 лицензий ARC/INFO.

Эстония. Национальный земельный отдел. Составление кадастровых карт на основе наземных и спутниковых данных средствами ARC/INFO.

Словения. Администрация по земельной съемке. ГИС проект на базе продуктов ESRI.

Ямайка. Организация контроля за быстрой стихийной урбанизацией острова (площадь 1,1 млн. га) у половины из 629 тыс. земельных участков не оформлены права собственности) потребовала внедрения современных информационных технологий. В связи с этим Правительство Ямайки разработало проект модернизации системы учета и регистрации земель. Фонды на этот проект выделил Американский банк развития, а его выполнение поручено Министерству окружающей среды и жилищного строительства Ямайки и компании Fujitsu ICL, дистрибьютору ESRI. В качестве основы системы учета земель используются продукты канадской компании NovaLIS Technology - интегрированный пакет решений для землепользования, спроектированный для совместной работы с ARC/INFO и другими продуктами ESRI. Сканирование 20 тыс. имевшихся бумажных карт проводилось с помощью модуля ArcScan, а хранение информации и управление кадастровой базой данных осуществляется с помощью модуля ArcStorm системы ARC/INFO.

США. Бюро управления земельными ресурсами. Многомиллионный, пожалуй самый крупный в области ГИС за всю мировую историю, контракт на создание Автоматизированной системы управления земельными и минеральными ресурсами на территории США. Включает поставку нескольких тысяч лицензий ARC/INFO.

Россия. Таганрог, Оренбург, Кириши, Ижевск, ряд городов Центрально-Черноземного района, ряд городов Башкортостана...

1.1.Формирование индексных карт - основа ведения кадастра.

Земля и недвижимое имущество представляют наиболее ценные природные ресурсы любого народа. Как сохранить и приумножить эти богатства? Как лучше, по-хозяйски, в хорошем смысле этого слова, использовать природные ресурсы, не нарушая экологическое равновесие?

Прежде всего, чтобы что-то оценить, необходимо провести качественный и количественный анализ того, что есть. Все события, которые происходят вокруг нас, тесно связаны с временными и пространственными параметрами: когда происходит событие (время происходящего) и где происходит событие (место происходящего). В наиболее полном и наглядном виде ответы на эти вопросы могут дать современные ГИС.

Итак. Где происходит событие: отводится земельный участок, продаётся дом, прокладывается нефтепровод, планируется фундамент новой постройки, разливается река, выгорает лес, планируются новые лесополосы, разбиваются парки, прокладываются новые автомобильные и железные дороги, закладываются новые виноградники. Всё это начинается с качественного и количественного анализа и учёта земель. Таким учётом и призвана заниматься ГИС Кадастра.

Не важно, будет этот кадастр городского или областного масштаба. Областной кадастр всегда должен учитывать кадастровые ГИС городов, расположенных на территории данной области (как минимум - границы городов и населённых пунктов).

1.1.1.Индексные карты

В течение многих лет на территории Украины сложилось административно-территориальное деление на области, районы, сельские советы. Выделились города республиканского и областного подчинения, населённые пункты. Именно такое деление оказалось наиболее приемлемым и наглядным для формирования индексных карт. Индексным картам смело можно дать название кадастровых, поскольку с формированием индексной карты области, города, населённого пункта появляется понятие кадастровой единицы: кадастровая зона, кадастровый квартал, кадастровый номер участка.

Индексные кадастровые карты - особые карты, составленные на основе административно-территориального устройства области или города. По индексным кадастровым картам формируется кадастровый номер земельного участка. Поэтому такие карты являются основой при формировании и ведении кадастра.

Структура индексного номера земельного участка очень долго была предметом горячих дискуссий. Одним из спорных моментов является вопрос, связывать ли индексный номер участка с его географическим расположением, или индексный номер есть только поисковый атрибут электронной таблицы. Второй момент: если есть атрибутивная таблица и вопрос о "привязке" земельного участка отходит на второй план или вообще не рассматривается, то ГИС превращается в регистрационную систему землепользовании и землевладений. В таком случае решить вопрос о структуре индексного номера в атрибутивной таблице можно очень просто - очередному земельному участку присваивать очередной (порядковый) учётный номер записи в таблице базы данных. Но тогда возникает закономерный вопрос - где тут ГИС и как проводить пространственный анализ расположения земельных участков?

Таким образом, можно однозначно утверждать, что индексный номер должен в себе содержать пространственную информацию о географическом расположении земельного участка. Формирование такого номера должно опираться на индексную кадастровую карту .

1.1.2.Опыт Одессы

В ОЦГЗК, а до этого в городском бюро земельных ресурсов г. Одессы, начиная с 1997 года выполнялись опытные разработки по автоматическому формированию индексных номеров земельных участков. Они позволили получить ответ на вопрос, каким образом, даже не имея установленных границ города, можно разработать индексную карту города и постепенно заполнить ее географически привязанными объектами землепользования. Работы, начатые в городском бюро, были успешно продолжены в Одесском центре Государственного земельного кадастра.

Принципы автоматизированного формирования индексного номера земельного участка полностью себя оправдали. Основополагающим принципом стала устойчивая электронная связь между графической частью кадастровой базы данных и её атрибутивной частью через индексный кадастровый номер, который формируется автоматически, в зависимости от административно-территориального устройства Одесской области. Кроме того, в структуру индексного номера удалось заложить информацию о физи-ческом размещении на жёстком диске компьютера файлов автома-тизированной системы. Хранить всю информацию в одной базе стало просто ненужно. Такую систему очень легко разбивать на составные части с целью установки отдельно по районам. Система очень проста, а значит - надёжна. Она может работать в режимах "файл-сервер", "клиент-сервер".

Разработанный принцип формирования индексного номера земельного участка очень легко переносится на любые административные единицы: область, город, населённый пункт. Для его реализации не требуется наличия точно географически установленных границ административных единиц, такие границы можно формировать методом «от частного к общему».

Главным для формирования индексной карты таким способом является наличие описания административно-территориального устройства области, города, населённого пункта. Имея такую информацию можно приступить к формированию индексных кадастровых карт.

При формировании индексных кадастровых карт самым сложным было найти достоверную информацию (графическую и описательную) о взаимном расположении кадастровых единиц. Кроме этого существует ещё и фактор времени создания таких карт.

Формирование индексных кадастровых карт относится к долгосрочным видам работ. Административно-территориальное деление периодически изменяется, поэтому необходимо однажды начатые работы постоянно сопровождать (актуализировать). Другими словами, необходимо постоянно вести работы по корректировке индексных кадастровых карт, сохраняя при этом исходный вариант (вести историю развития этих карт).

Справедливо будет заметить, что, как правило, финансирование таких видов работ как корректировка плановых материалов (любых кадастровых материалов) очень слабое. Отсюда и неактуальная электронная информация.

Опыт работы кадастровых служб Европы, Америки говорит о том, что полное обновление кадастровых планов и связанных с ними других кадастровых материалов должно проводиться не реже чем через каждые два года.

И этот вопрос остаётся одним из самых больных, поскольку если корректировку кадастровых материалов не вести постоянно, то эффект от начатой, а затем прерванной, работы по созданию кадастровых планов может через один-два года стать нулевым.

Исходя из всего вышесказанного, следует отметить, что формирование индексных кадастровых карт является первым этапом в создании ГИС города или области, которая призвана решать триединую задачу:

создание единого порядка автоматизированного ведения государственного земельного кадастра;

создание автоматизированной системы учёта плательщиков (физических и юридических лиц) земельного налога;

внедрение системы государственной регистрации земельных участков.

Решение такой задачи тесно связано с работами по инвентаризации земель. После выполнения работ по инвентаризации земель можно сформировать географические границы кадастровых единиц, прошедших инвентаризацию, и перенести индексные номера с индексной карты на реальную масштабную карту кадастровой единицы. Предлагаемая структура индексации земельных участков была успешно применена в Одесском центре Государственного земельного кадастра. Опираясь на такую структуру, были разработаны индексные карты всех районов Одесской области, индексные словари. Конечным результатом было создание первой версии Автоматизированной системы областного земельного кадастра, принципы работы которой можно успешно применить и при создании городского кадастра.

Разработанная нами первая версия автоматизированной системы областного кадастра была утверждена приказом Одесского областного управления земельных ресурсов как единая действующая ав-томатизированная система по всей Одесской области. Эта версия получила название "Областная автоматизированная земельно-информационная система" (ОАЗИС).

Эта первая версия автоматизированной системы областного земельного кадастра успешно работает уже около года и насчитывает в своей базе данных более тысячи объектов коллективной собственности. Каждый такой объект, в свою очередь, состоит из земельных участков (от нескольких до нескольких сотен).

Разработанная версия автоматизированной системы содержит в себе: индексные карты Одесской области и районов, словари, инструменты геодезических построений и паевания земель под ArcView 3.1, набор программ по формированию автоматизированным способом каталогов координат (в ArcView или Word), приложений к госактам и самих госактов.

Подводя итоги сказанного, следует отметить, что развитие ГИС об-ластей и городов подтвердило правильность выбора следующей структуры индексного номера:

хх.ххх.ххх.хх.ххх.хххх

В такой структуре первые три группы цифр (область, район или город, сельский совет или район города) легко заменить на код КОАТУУ для преобразования индексного номера в кадастровый номер земельного участка:

ХХХХХХХХХХ:ХХ:ХХХ:ХХХХ

или:

КОАТУУ:ХХ:ХХХ:ХХХХ

Приведенная структура кадастрового номера земельного участка утверждена Приложением к Указанию Госкомзема Украины от 20 марта 2002 года № 12.

1.2.Использование ГИС и ДЗ в земельном кадастре.

Для измерения земельных участков, согласно спецификаций многих действующих проектов, были использованы аэроснимки. Для обработки "сырого" материала и получения из него ортофото потребовалось мощное программное обеспечение, создающее точную цифровую модель рельефа (ЦМР) и выполняющее ортотрансформирование. В центре "ГеоГрафик" была создана группа, которая при помощи программного обеспечения ERDAS IMAGINE провела первые тестовые работы по созданию ортофото масштаба 1:5 000 и 1:12 000. В фотограмметрическом модуле ERDAS IMAGINE OrthoBASE Pro есть функция автоматического создания цифровой модели местности (ЦММ) в виде цифровой модели рельефа (ЦМР). ЦМР - растровое представление модели рельефа, при котором для каждой точки растра определены значения высот. Знание ЦМР даёт возможность учитывать смещение за счет рельефа при съемке и производить ортотрансформирование аэрофотоснимков.

После первых успешных работ группа из 10 человек начала обрабатывать снимки по всей .Первые проблемы появились с горно-лесными участками, где коррелятор программы не смог работать полностью в ав-томатизированном режиме. Дополнительные связующие точки между снимками расставлялись вручную, что намного замедляло процесс получения ЦМР. Однако итоговая производительность всех работ по ортотрансформированию выросла за счет использования специально разработанного для ERDAS IMAGINE конвертора для импорта и использования в OrthoBASE опорных GPS точек и данных камеры.

Появление нового фотограмметрического модуля OrthoBASE Pro дало возможность улучшить качество ЦМР и процесс ортотрансформирования в целом. В модуле добавились новые функции: автоматическое построение, фрагментирование и производство мозаики из отдельных ЦММ на всю область проекта, задание областей интереса для исключения из расчета при создании ЦММ (озера, реки, районы застройки, лес), задание различных параметров для контроля точности выходной ЦММ и т.д.

Параллельно с ортотрансформированием в нашей компании ведутся работы по векторизации земельных участков и созданию единой кадастровой ГИС на базе ArcGIS.

Планировкой и созданием цифровой модели земельных кадастровых участков занимается несколько организаций. Центр "ГеоГрафик" корректирует и унифицирует результаты работ этих организаций. С помощью ArcGIS сначала исправляется топология земельных участков, а затем проводится точная пространственная привязка кадастровых блоков и по аэроснимкам исправляется геометрия отдельных участков.

Конечными продуктами являются единая кадастровая ГИС и кадастровые карты в масштабе 1:1000.

В заключение можно сказать, что за сравнительно небольшое время нам удалось обучить большое количество людей работе с ERDAS IMAGINE OrthoBASE Pro и, несмотря на ряд пока не решенных проблем, добиться больших успехов в его использовании в процессе ортотрансформирования и широкомасштабных кадастровых работах.

1.3.Автоматизированная система градостроительного кадастра.

1.3.1.О проекте

Проект создания автоматизированной системы градостроительного кадастра разрабатывается с 1996 года под эгидой и финансированием международного донора GTZ (техническая поддержка немецкого правительства). Его целью является создание современного комплексного градостроительного кадастра .

1.3.2.О системе

Система предназначена для ведения учета и управления градостроительством. Основными возложенными на нее задачами являлись: централизация градостроительной проектной документации, ведение учета информации о зданиях, визуализация процесса планирования строительных проектов, осуществление контроля по соблюдению ограничений правового зонирования, регулярное ведение пространственного и атрибутивного анализа, оперативное генерирование отчетов.

На данном этапе выполнены блоки градостроительного кадастра, земельного кадастра и блок правового зонирования. Пространственные и атрибутивные данные по земельным участкам должны экспортироваться из земельного кадастра и доступны только для чтения. В ближайших планах разработка блока зеленых насаждений.

Система основана на технологии ArcGIS 8.2, помимо прочего обеспечивающей топологическую корректность хранения пространственных данных в базе геоданных. ArcObjects предоставляет превосходный набор инструментов для автоматизации выполняемых задач в АгсМар.

Работу с пространственными данными пользователь проводит в АгсМар, а систему для ввода и обработки атрибутивной информации было принято решение разработать отдельно. Она получила название City Analyst и может работать независимо от ArcGIS. Существуют и английская версии программы.

Основой системы является разработанная структура базы геоданных, в которую должны загружаться пространственные и атрибутивные данные по городам. Поскольку адресные данные и данные о собственности оказались наиболее обновленными и доступными, было принято решение создать гео-информационную систему.

База данных включает в себя следующие слои: дороги, секторы, кварталы, земельные участки, здания и специальные слои правового зонирования. Были введены коды для кадастровых объектов и на их основе определены соответствующие классы отношений между объектами. База также содержит большое количество таблиц словарей, которые делятся на две логические группы: постоянные, не зависящие от определенного города, классификаторы, вроде строительного материала или функционального назначения здания, и словари данных, меняющихся для каждого города, например, список улиц. Система подтипов и доменов базы геоданных не была использована, поскольку работу с атрибутивными данными не планировалось проводить из АгсМар.

Основным объектом базы геоданных является здание. Для его описания предусмотрено 74 поля. Чтобы избежать большого количества нулевых значений в базе данных, атрибутивные поля распределены по десяти тематическим таблицам, каждая из которых связана с пространственной таблицей зданий отношением один-к-одному.

Важным компонентом является правовое зонирование. Город подразделяется на различные функциональные, территориальные, планировочные и ценностные зоны. Система позволяет выявить правонарушения по различным коэффициентам, характеризующим застройку.

1.3.3.City Analyst

Программа City Analyst, разработанная в среде Delphi 6, предоставляет удобный пользовательский интерфейс для работы с базой данных. Она обеспечивает универсальный поиск, редактирование, анализ данных, генерирование отчетов, а также связь с картой города в АгсМар.

Поиск. В программе существует понятие найденных объектов. Это - множество земельных участков и зданий (их кодов), которые удовлетворили критериям поиска. По этому множеству осуществляется редактирование атрибутивных данных, генерирование отчетов и анализ.

После соединения с базой данных, секторы, кварталы, участки и здания отображаются в иерархическом дереве, которое используется для просмотра и поиска на основе административного деления. Возможен поиск по правовому зонированию, адресу, кадастровым кодам и по данным о собственности. Также разработан расширенный поиск по всем атрибутивным полям. Результаты поиска можно отображать на карте.

Есть возможность проводить поиск поэтапно - искать здания и земельные участки среди уже найденных объектов. Этот способ бывает полезным, если требуется совмещать пространственный поиск с поиском по атрибутивным данным. Сначала проводится пространственный поиск в АгсМар, затем соответствующей командой выделенные объекты передаются в City Analyst, где по ним проводится атрибутивный поиск.

Редактирование. Атрибутивные данные по зданиям распределены по десяти тематическим таблицам:

Адрес

Общие сведения

Техническое состояние

Данные технического бюро

Пристройка

Инженерное оборудование

Оценочные параметры

Историко-культурное значение

Справки и документация

Строящиеся объекты.

Для редактирования полей каждой таблицы создана отдельная форма.

В City Analyst данные земельных участков доступны только для чтения. Например, система дает возможность просматривать и осуществлять поиск по владельцам, но не позволяет редактировать данные о собственности.

Отчеты. Созданы формы отчетов по разным атрибутивным данным для зданий, а также отчеты по правовому зонированию. Они переданы пользователям для тестирования и определения содержания и вида остальных отчетов.

Анализ. Было разработано два типа анализа: анализ по нарушениям ограничений на застройку и сравнительный анализ атрибутивных данных. City Analyst вычисляет значения разных коэффициентов застройки и записывает результаты в соответствующую таблицу. Затем в АгсМар эти данные отображаются в виде специальных слоев .

Сравнительный анализ позволяет оценивать распределение значений одного поля по значениям другого. Например, сравнивая поле «Функциональное назначение здания» с полем «Материал стены», получаем таблицу, содержащую информацию о процентном (или количественном) распределении различных строительных материалов по зданиям разной функциональности. Сравнительный анализ работает с результатом поиска. По мере тестирования системы планируется создание дополнительных видов специализированного анализа.

Справка. Программа снабжена системой справки с документацией по закону о правовом зонировании.

Связь с АгсМар. Связь City Analyst с ArcGIS реализована в режиме клиент-сервер, где АгсМар выступает в роли СОМ сервера. Она заключается в следующем:

Открытие .mxd файла из City Analyst;

Соединение с открытым .mxd файлом (с указанием названия файла);

Переключение на окно АгсМар;

Показ выделенного объекта на карте;

Показ результата поиска на карте;

Отображение множества зданий или участков;

Поиск с карты. Выделенные в АгсМар здания становятся результатом поиска в City Analyst (обратная связь);

Запуск VBA скриптов из City Analyst;

Закрытие .mxd файла.

1.3.4.АгсМар

С помощью ArcObjects были автоматизированы некоторые задачи в АгсМар. Написаны вспомогательные VBA скрипты для осуществления связи с City Analyst. Создана отдельная панель инструментов. Автоматизированы следующие задачи:

Поэтажный просмотр чертежа здания;

Просмотр чертежа участка;

Просмотр фотографии здания;

Подсчет и визуализация различных коэффициентов застройки.

Созданы специальные слои с количественным символом для наглядного отображения распределения различных значений полей классификаторов для зданий .

Система градостроительного кадастра постоянно расширяется, как функционально, так и территориально.

Глава 2. Геоинформационные системы. Исследование различных вариантов представления атрибутивной и пространственной информации в базах данных ГИС и процедуры работы с данными в ГИС

2.1.Общее представление о ГИС

Термин "географическая информационная" система является до-словным переводом с английского "Geographic(al) information system". Различные определения ГИС, отражают историю эволюции ГИС как синтеза методов и средств, первоначально развивавшихся в системах автоматизированного проектирования, автоматизированного картографирования, цифровой обработки данных дистанционного зондирования и управления базами данных. Одно из первых определений ГИС в русской литературе гласит: "ГИС - это аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением природной средой и территориальной организацией общества".

Следует подчеркнуть два определяющих момента:

географические информационные системы, прежде всего, имеют дело с географической информацией, тематически разнообразной, сопоставимой, координированной, масштабированной и генерализованной в пространстве и времени;

используют законы информатики, которая в свою очередь есть "система знаний, относящихся к производству, переработке, хранению и распространению всех видов информации в обществе, природе и технических устройствах".

Изучение конкретного пространства - привилегия не только ГИС. Из-начально изучение пространственных форм объектов реального мира относится к основным задачам математики. Космическое и земное про-странство исследуется также физическими науками. Изучение прост-ранственных представлений действительности входит в задачи математико-картографического моделирования. Специфика геоинформационного изучения пространства состоит в использовании геоинформационных моделей действительности и в их разработке в комплексе с методами других наук. Но изучение только пространственного расположения - сильное сужение задачи, важен учет существа явлений, их пространственного состояния, структуры, взаимосвязей и функционирования.

Термин ГИС часто употребляется и в другом значении - он обозначает программное средство ГИС, программный продукт, ГИС-пакет, обеспе-чивающий функционирование ГИС как системы (ГИС ArcView , ГИС IDRISI).

2.2.Основные этапы развития ГИС

Начальный этап становления автоматизации обработки пространственной информации связан с открытием доступа к ЭВМ, в первую очередь на Западе, не только для пользователей-математиков и системных программистов и относится к концу 50-х годов. Начало положило создание достаточно простых картографических изображений, в основном картограмм, выводимых на геометрически неточное алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ). Первым значительным пакетом программ для этих целей стал SYMAP, выпущенный в 1967 году Гарвардской лабораторией машинной графики и пространственного анализа.

Первоначально ГИС предназначались для решения достаточно узких задач, в первую очередь инвентаризации земельных или экономических ресурсов, обработки статистической информации. Первые ГИС появились в Швеции в середине 60-х годов. В период 1963-1971 годов велась разработка Канадской лесной ГИС, которая до сих пор остается одной из крупнейших.

До 1980 года из-за высоких цен на аппаратуру интерес к этим техно-логиям в России проявляли лишь крупные государственные научные и производственные организации. Затем затраты на применение ЭВМ существенно снижались, примерно на порядок за каждые шесть лет. Основной причиной прогресса в ГИС-технологиях с начала 90-х годов, несомненно, явилось развитие и распространение электронно-вычис-лительной техники, и именно персональных компьютеров (ПК). Особенно сказались повышение быстродействия ПК, значительное увеличение оперативной и дисковой памяти, новых запоминающих устройств, повы-шение качества графических устройств ввода и вывода картографической и аэрокосмической информации. И конечно - доступность программных средств ГИС мирового уровня, допускающих многовариантное их использование. Крупные фирмы-производители программных ГИС-продуктов, такие как ESRI, ERDAS, INTERGRAF , предоставили свои пакеты бесплатно или с большими скидками целому ряду научных и образо-вательных организаций, что способствовало скорейшему освоению и использованию ГИС-технологий, позволило быстрее увидеть и оценить перспективы. Правда, это явление существенно затормозило процесс создания отечественных ГИС-продуктов, в теоретических разработках и в программном обеспечении отдельных модулей которых были уже достигнуты значительные результаты на начальных стадиях работ по автоматизации.