CC BY
202
УДК 711 (082)
Вестник СПбГУ. Сер. 7, 2005, вып. 3
О. В. Красовская, С. Ä Скатерщиков
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ В ПРОСТРАНСТВЕННОМ ПЛАНИРОВАНИИ И УПРАВЛЕНИИ ТЕРРИТОРИЯМИ
Основная цель современного пространственного планирования - устойчивое развитие территорий, провозглашенное Кабинетом министров Совета Европы 30 января 2002 г. Необходимость этого понимает и правительство России - I апреля 1996 г. был принят Указ Президента РФ «О концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию» (№ 440).
Проблема устойчивого развития территорий ~ одна из наиболее фундаментальных тем современного естествознания и общественных наук [L 2]. Устойчивое развитие подразумевает в том числе сбалансированное соотношение человеческой деятельности и окружающей среды. Сама формулировка этой цели позволяет характеризовать пространственное планирование как один из самых широких видов практической и научной деятельности человека.
Неотъемлемым качеством пространственного планирования является его непосредственная связь с территорией, ее природными и антропогенно обусловленными характеристиками. Процесс пространственного планирования и управления территориями крайне сложен и неоднозначен. Для того чтобы принимать правильные решения, не-обхолимо учитывать значительное количество факторов из разных отраслей знаний, причем рассматривать их в причинно-следственной взаимосвязи, которая часто бывает не очевидной. Поэтому в области пространственного планирования работают архитекторы-планировщики, физико- и эконом ико-reo графы, инженеры-транспортники, специалисты по инженерным системам, геологи, демографы и т.п.
Для целей пространственного планирования особенно важен аппарат деятельности, который должен обладать современными и всеобъемлющими средствами для сбора информации о территории и проведения ее анализа, а также возможностями программно-проектной деятельности на ее основе. Для планирования развития территорий разного уровня (регионов, районов, городов, рекреационных зон и пр.) необходима информационная база, позволяющая охарактеризовать современное состояние территории, происходящие на ней изменения и процессы, в том числе вызванные хозяйственной деятельностью человека.
На современном научно-техническом уровне таким аппаратом, идеально соответствующим решению указанных задач, являются геоинформационные технологии [3, 4] и материалы дистанционного зондирования Земли из космоса [4, 5]. При этом имеется в виду, что материалы космических съемок представляют собой не просто уникальную визуальную информацию о территории, а служат высокотехнологичной основой для внедрения в практику природно-экологического подхода, без которого невозможно принятие научно обоснованных решений по пространственному планированию территорий.
Традиционная документация по пространственному планированию, называвшаяся в советское время «градостроительной», в «докомпьютерную эру» имела ряд существенных недостатков, а именно:
- недостаточная информационная обеспеченность проектов;
- большой формат чертежей, выполненных всего в одном экземпляре;
- сложность для восприятия некоторых чертежей, вызванная перенасыщенностью графических изображений условными обозначениями;
- ограничительный гриф, связанный главным образом с применением закрытой картографической информации в качестве подосновы;
- практическая невозможность оперативной корректуры проектных предложений, необходимых из-за достаточно быстро меняющихся ситуаций, что особенно наглядно проявилось в 1990-е годы в Российской Федерации.
Эти негативные моменты настолько затрудняли эффективное применение проектной планировочной документации, что она фактически не использовалась службами города (района, области) в повседневной работе. Это, в свою очередь, приводило к многочисленным градостроительным ошибкам, результаты которых мы пожинаем практически во всех городах и территориях страны.
Появление компьютерных технологий, в частности географических информационных систем (ГИС), качественно изменило ситуацию в пространственном планировании. Возникла реальная возможность создания градостроительной документации нового поколения; более того, в корне изменился сам подход к изучению территории и собственно проектированию. При этом ГНС-технологии могут быть эффектно применены для всего иерархического ряда пространственного планирования: от схем расселения до проектов застройки.
В настоящей статье рассмотрим уровень Генерального плана города или функциональной территории (курортные зоны, национальные парки и др.), а также частично коснемся вопросов регионального планирования («Схемы территориального планирования территорий субъектов Российской Федерации»), т.е. тех документов, на уровне которых у нас есть реальный опыт использования ГИС-технологий.
© О. В.Красовская, С. В. Скатерщиков, 2005
Методический и технологический процесс создания и структурного построения документации по пространственному планированию, которая по своей с>ти является комплексной, свидетельствует об эффективности использования ГИС-технологий [6].
1. Исходные данные для планирования (в том числе графические документы) содержат крайне разнообразные сведения о городе (республике/области) и предоставляются множеством организаций на различных картографических основах, в разных масштабах и часто в виде схем. И именно ГИС-технологии позволяют приводить их к «единому знаменателю», т.е. к единой картографической основе, и получать интегральную исходную базу для проектирования.
2. В рамках проекта по пространственному планированию с помощью ГИС-технологий создаются в цифровом виде разделы и графические материалы по отдельным направлениям, представляющим по существу тематические картографические асемантические базы многофункциональной ГИС.
3. Проводится сопряженный анализ указанной выше информации и создается интегральный аналитический и оценочный блок «Комплексный анализ территории», где весь мощный арсенал ГИС-технологий может быть успешно применен.
4. Базируясь на данных комплексного анализа, разрабатываются проектные предложения по пространственному планированию территории и тематические разделы проекта (транспорт, инженерная инфраструктура, охрана окружающей среды и др.), детализирующие и обосновывающие проектные предложения, где также ГИС-технологии весьма эффективны.
Результатом такой работы становится создание полноценной градостроительной ГИС, которая вполне может рассматриваться как ядро территориальной (республиканской, областной, районной, муниципальной) ГИС, поскольку документация содержит в себе именно комплексные направления по современному состоянию и развитию территории. Совершенно очевидно, что такая ГИС является и основой для градостроительного кадастра соответствующего уровня.
Прежде чем перейти к изложению содержания территориальной ГИС, хотелось бы остановиться на принципиальном вопросе применения в градостроительном проектировании и в управлении территориями материалов дистанционного зондирования, в частности космических съемок.
Разработанная нами методика использования космических изображений в градостроительном и территориальном проектировании стала безусловным прогрессом в развитии современных методов пространственного планирования, в том числе с применением ГИС-технологий. Резюмируя свой опыт в этом вопросе, хотелось бы отметить следующее.
Самая очевидная функция материалов космических съемок - это получение объективной и актуальной информации о современном состоянии и использовании территории.
Не секрет, что традиционные картографические документы устаревают достаточно быстро, обновляются редко и фактически целостной актуальной картины современного состояния и использования территорий обычно нет. Ведущийся в управлениях архитектуры «Дежурный план города», а также аналогичные планы других служб не дают общей картины происходящих в городе изменений, которые, как правило, весьма значительны: новое жилищное строительство, новые дороги, садоводства, гаражи, свалки, рост оврагов, изменения береговой линии и др. - все это может быть опознано и закартографировано с помощью дешифрирования космических изображений. Более того, во многих случаях на топографических картах изначально бывают существенные ошибки и неточности, которые не связаны с произошедшими изменениями. Еще хуже дело обстоит с незастроенными территориями - земли административных районов и субъектов Российской Федерации вообще не имеют «дежурных планов» и поэтому изменения в транспортной инфраструктуре, состоянии лесов, сельскохозяйственных земель, появление новых инженерных коммуникаций и пр. отслеживаются (и то далеко не всегда) лишь соответствующими службами. Общей картины нет.
Другая не менее важная функция космических изображений - это возможность оперативного получения объективной информации о современном состоянии природы и хозяйства изучаемой территории путем создания разнообразных тематических карт (цифровых картографических слоев ГИС), создаваемых путем ландшафтно-индикационного дешифрирования одного и того же снимка. Другими словами, одно космическое изображение хранит в себе информацию и о ландшафтах, и об отдельных компонентах природы (растительность, гидрография, рельеф, почвы и пр.), и о направлении использования земель и т.д. Учитывая, что природные факторы во многом определяют размещение селитебных территорий, промышленно-коммунальных зон, рекреационных объектов, объектов инженерной инфраструктуры и имея ввиду, что в России не ведется планомерное государственное создание тематических карт, необходимых для проектирования масштабов, значение материалов космических съемок для этих целей трудно переоценить.
Третья уникальная функция космических изображений заключается в том, что космический снимок представляет собой фотопортрет территории. Архитектор-градостроитель впервые получает возможность воочию увидеть предмет своей деятельности (город, район, область), что дает совершенно уникальный эффект, не сравнимый с изучением картографических материалов. Дело в том. что при составлении карт в результате генерализации многие, не существенные на взгляд картографа, детали пропадают, что обедняет картину территории в целом.
Важно и то, что в настоящее время применяются цифровые космические изображения, которые позволяют:
• совмещать на экраье компьютера картографические и космические изображения, т.е. актуализируется картина современного состояния проектируемой территории;
• использовать возможности масштабирования космических изображений - изучение территории от общего к частному и наоборот. Другими словами, имеется возможность исследования территории в целом, отдельными частями, конкретными участками, так как разрешение космических изображений составляет от 0,7 до 100 м на местности;
• вести мониторинг с применением вновь поступающих космических изображений. Предложенная нами методика совмещения разновременных космических изображений позволяет проводить выделение всех участков, на которых произошли какие-либо изменения за период между космическими съемками, т.е. осуществлять реальный мониторинг.
Возвращаясь к содержанию территориальной ГИС отметим, что собственно цифровое космическое изображение составляет один из картографических слоев территориальной ГИС, а материалы дешифрирования космического изображения используются при разработке многих тематических слоев ГИС.
Итак, территориальная ГИС состоит из следующих основных тематических блоков:
1) вспомогательный блок:
1 а) цифровая топографическая основа* 16) цифровое космическое изображение;
2) градостроительная -экономика;
3) комплексный градостроительный анализ территории: За) природные условия и ресурсы,
Зо) инженерно-строительные услоиия, Зв) экологическое состояние территории;
4) архитектурно-планировочный блок:
4а) современное использование территории,
46) проектный план (зонирование и развитие архитектурно-пространственной среды города), 4в) охрана культурного наследия;
5) ♦инженерно-инфраструктурный блок: 5а) транспортная инфраструктура, 56) инженерная инфраструктура,
5в) инженерная подготовка и благоустройство территории;
6) охрана окружающей среды;
7) система первоочередных градостроительных мероприятий.
Любой из указанных блоков системы содержит определенное количество тем, каждая из которых, в свою очередь, состоит из значительного числа тематических картографических слоев оболее или менее обширной семантической базой данных. Например, «Архитектурно-планировочный блок» включает следующие темы: современное использование территории («Опорный план»); охрана объектов культурного наследия; структура землепользования; концепция планировочной модели города; проектный план и проектное зонирование территории; планировочные мероприятия по основным.-функциональным зонам города; развитие системы общественных центров и т.д.
Тема «Опорный план» содержит слои: промышленные предприятия с базой данных (БД), характеризующих название предприятия, адрес, размер участка, класс санитарной вредности, размер нормативной санитарно-защитной зоны, количество работающих и т.п.; жилые образования с соответствующей БД; объекты обслуживания с соответствующей БД; зеленые насаждения с соответствующей БД и др.
Кажущаяся сложность территориальной ГИС на самом деле относится исключительно к ее созданию, для чего требуются значительные интеллектуальные и физические затрагы. Но вот для ее дальнейшей эксплуатации и поддержания' в актуальном состоянии необходимы просто четкая организация и минимальная подготовка специалистов. Современные ГИС-программы и, в частности, используемая нами АгсУ1'е\\-015 ориентированы на конечного пользователя - специалиста в своей отрасли, а не программиста, удобны и просты в эксплуатации, не требуют длительной специальной подготовки.
Территориальная ГИС позволяет решать многосторонние задачи:
1. БД не являются статичными: картографические слои можно обновлять, создавать новые тематические слои; семантические БД также можно обновлять и, кроме того, расширять, т.е. вводить новые характеристики. Таким образом, это реальное воплощение идеи мониторинга, поддержание БД всегда в актуальном состоянии.
2. Возможность совмещения цифровых картографических слоев в любом сочетании. Ее трудно переоценить, так как она позволяет по сути создавать уникальные картографические документы для конечного пользователя, под конкретные задачи. Все, кто работает с картографическими документами, знают, как сложно читать значительно загруженную карту или план, большая часть информации на которых не нужна для решения определенной задачи. ГИС-технологии позволяют строить карты такого содержания, которое точно отвечает требованиям пользователя.
3. Автоматическая работа с БД для принятия решений. С помощью ГИС-технологий в автоматическом режиме можно решать задачи по выбору территорий, отвечающих конкретным параметрам.
Например, можно поставить задачу выбора территории «вне санитарно-зашитных зон», «вне ареалов загрязнения почв», «с уровнем грунтовых вод ниже 2 м». «с нахождением лесного массива в радиусе 500 м», «с возможностью подключения к инженерным сетям». Имеются примеры решения и более сложных задач. Так, ГИС-техноло-гии использовались немецкими проектировщиками при выборе площадки для строительства нового аэропорта Берлина, для чего было проанализировано более 70 цифровых картографических тематических слоев, вплоть до трасс пролета перелетных птиц.
Применительно к документации по пространственному планированию это означает возможность принятия научно обоснованных, доказуемых проектных предложений, опирающихся на комплексный компьютерный анализ современного состояния и использования территории, улично-дорожной сети, инженерных систем и т.д. Особенно эффективны ГИС-технологии при создании, например, схемы планировочных ограничений, когда на одну схему необходимо нанести сведения из разных отраслей знаний, влияющие на планировочные решения. Это и инженерно-строительные ограничения, и санитарно-защитные зоны предприятий, и водоохранные зоны водоемов и водотоков, и зоны санитарной охраны водозаборов, и зоны от магистральных трубопроводов, ЛЭП и прочих инженерных объектов, и особо охраняемые природные территории, леса первой группы и пр.
Но главным, пожалуй, является то, что таким образом создается единое городское (территориальное) информационное пространство. Впервые проектная планировочная документация перестает быть «вещью в себе» - она становится широко доступной для всех служб города или области. Принимая какое-либо решение по своему ве-. домству, достаточно легко по электронной версии уточнить решения плана пространственного развития этой территории и тем самым избежать планировочных ошибок при решении локальных задач [7].
Более того, каждая из городских или областных служб может не только использовать в своей работе тематические слои территориальной ГИС по своему направлению, но и расширять и дополнять БД, т.е. фактически создать свои отраслевые ГИС. В идеале службы могут обмениваться по сети обновленными данными между собой и, тем самым, всегда иметь свежую информацию не только по своему, но и по смежным направлениям, что исключительно важно для такого сложного механизма, как территориальное управление.
Однако сбор исходных данных в службах города и области представляет собой в настоящее время сложный и мучительный процесс главным образом из-за отсутствия единой идеологии информационного обеспечения, которое приводит к тому, что все службы ведут свои архивы по собственным стандартам и правилам.
На наш взгляд, незаслуженно забыты работы, известные ранее под названием «Районная планировка», а по новому Градостроительному кодексу РФ называющиеся «Схема территориального планирования». Этот тип градостроительной документации, представляющий собой по сути Генеральный план развития региона (субъекта Федерации, района или групп районов), с нашей точки зрения, должен быть первым планировочным документом, который разрабатывается для субъекта Федерации. Причем разрабатываться он должен именно в виде ГИС как для удобства и эффективности использования, так и для решения повседневных задач управления территорией.
В новой социальной формации стало модным разрабатывать целевые программы «социально-экономического развития» регионов. Однако они, как правило, не содержат территориальных а. >ектов развития региона. Такой план содержится именно в «Схемах территориального планирования», которые п^ вставляют из себя документацию по пространственному планированию региона и содержат: во-первых, инвенть; чзацию природных, экономических, демографических ресурсов; во-вторых, комплексный анализ территории; в-третьих, план развития, базирующийся на социально-экономической концепции развития региона. Кроме того, этот план включает и разработку мероприятий по оптимизации экологической обстановки и улучшению условий проживания^ населения.
Нам трудно понять, как можно управлять территорией без комплексного плана ее развития, не имея четкого представления о том, какими ресурсами она располагает, в каком состоянии они находятся. ЗаоыБаЯ о территориальной составляющей развития субъекта Федерации, мы делаем очень большие ошибки как в размещении производительных сил, так и в экологической и социальной политике. Рассматривать развитие отдельных хозяйственных комплексов вне взаимосвязи с другими недопустимо по двум причинам. С одной стороны, развитие какога-то комплекса может и очень часто приводит к невозможности развития других отраслей, часто более прибыльных или более социально значимых. С другой стороны, как показывает практика, очень трудно ожидать от ведомства объективной оценки собственного состояния дел и объективных планов перспективного развития.
В качестве примера можно привести опыт создания карт современного состояния и использования территорий Республики Коми и Пермской области, разработанных по материалам космических съемок в рамках схем районных планировок этих субъектов Федерации в начале 1990-х годов. Для руководства этих субъектов, в частности, стало неприятной неожиданностью состояние лесов, а точнее, их отсутствие на больших площадях, в том числе и на эрозионно-опасных склонах Урала.
Поэтому объективной картины состояния территории путем простого опроса руководства отдельных отраслей добиться невозможно. Нельзя и планировать территориальное развитие субъекта Федерации путем простого сложения планов отдельных ведомств.
Наоборот, на основании комплексного анализа, в том числе с применением всех возможностей ГИС-техноло-гий. должна быть выработана концепция территориального развития региона и затем детально проработана в рамках схемы территориального планирования. Именно она даст ответ на вопросы: какие отрасли хозяйства и где территориально нужно развивать, какие мероприятия необходимо проводить для оптимизации экологической
обстановки, какие проекты и где территс • -чьно следует предлагать для внутренних и внешних инвесторов, какие мероприятия являются для субъекта Федер^оии первоочередными и т.д.
Более того, по нашему мнению, на основе схем территориального планирования необходимо разрабатывать Закон субъекта федерации «Правила застройки и землепользования», который гарантировал бы как выполнение проектных предложений схемы, так и право граждан на достойную среду обитания.
Summary
Krasovskaja О. К, Skatershchikov S. V. Geographical information systems in spatial planning and management of territories.
On the basis of long-term research and development of concrete projects on spatial planning, necessity and efficiency of use for spatial planning geoinformation technologies and materials of remote sounding of the Earth from space. The basic functions of materials of space shootings are reflected at spatial planning. Structure of the territorial geoinformation system (GIS) is suggested and developed. Problems wich can be solved with the use of territorial GIS are defined. The conclusion of necessity of creation territorial GIS for management of regions of independent experts is made.
Литература
1. Губанов M Я. Евтеев О. А., Калинкин И. В. и др. Атлас устойчивого развития России: опыт создания и состояние работ // Материалы Междунар. конференции «Интеркарто-6». Апатиты, 22-24 августа 2000 г. Апатиты, 2000. 2. Концепция устойчивого развития и местная повестка дня на XXI век / Отв. ред. А. И. Чистобаев. СПб., 2003. 3. Валенсуэла К. Р. Географические информационные системы как инструмент управления // Импакт: наука и общество. 1990. № 4. 4. Скатерщиков С. В. Использование космической информации и современных ГИС-технологий при проектировании оптимальной организации территории (на примере Коми нац. парка) // Использование космической информации в градостроительном проектировании / Под ред. С. В. Скатерщикова. М, 1994. 5. Скатерщиков С. В., Цапин Л. М. Применение космической информации в градостроительном проектировании// Геодезия и картография. 1993. № 5. 6. Красовская О. В. Градостроительная информационная система «Генеральный план города» // Материалы конференции «Современные информационные технологии в урбанистике, градостроительстве и региональном планировании» (УРБИС'97). 20-23 октября 1997 г. М., 1997. 7. Скатерщиков С. В., Красовская О. В. Градостроительные информационные системы - современный инструмент для управления территорией // Экономика и управление. 1996. № 3.
Статья поступила в редакцию 15 октября 2004 г.
