CC BY
86
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПОВ БИОТОПОВ НА БОЛЬШИХ ТЕРРИТОРИЯХ ПО ДАННЫМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ОБНОВЛЕНИЯ БАЗ ДАННЫХ ВЕДОМСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ КАДАСТРА НЕДВИЖИМОСТИ (ALKIS)
Франк Конопка
Vermessungsbüro Frank Konopka, Öffentlich bestellter Vermessungsingenieur, 17291 Prenzlau Rosa Luxemburg Straße 22, директор, тел: 03984/800591, факс: 03984/807025,
e-mail: f.konopka@vbkonopka.de
Манфред Пайк
Vermessungsbüro Manfred Peick, Öffentlich bestellter Vermessungsingenieur, 14547 Beelitz Wittbrietzener Dorfplatz 12, директор, тел: +49 33204 3290, факс: +49 33204 32911,
e-mail: mpeick@vbpeick. de
Грегор Вайер
LUP - Luftbild Umwelt Planung GmbH, 14469 Potsdam Große Weinmeisterstraße 3a, директор, тел: +49 331 275770, факс: +49 331 2757799, e-mail: gregor.weyer@lup-umwelt.de
Понятие INSPIRE (от англ. Infrastructure for Spatial Information in Europe) используется в качестве краткого обозначения Директивы 2007/2/EG Европейского парламента и совета о создании инфраструктуры геоинформации (GDI) в пределах Европейского сообщества.
В Бранденбурге (во многом благодаря средствам, выделяемым Евросоюзом) ИНФРАСТРУКТУРА ГЕОИНФОРМАЦИИ уже давно является не просто лозунгом, а реальностью, воплощенной во множестве успешных проектов.
Аналоговые данные оцифровываются. Повсеместно осуществляется сбор данных пространственного характера, объединение информационных источников в сети и предоставление к ним доступа со стороны общественности. Как грибы после дождя появляются геопорталы, формирующие систему всеобщего взаимодействия, а также создающие и усиливающие новые рыночные потенциалы.
Когда-то Аристотель отметил: «Целое больше, чем сумма его частей». Меткое выражение, но как это реализуется на практике?
Ключевые слова: геоинформационные системы, дистанционное зондирование,
INSPIRE, кадастр.
THE DETERMINATION OF BIOTOPE TYPES BY REMOTE SENSING DATA AND THEIR APPLICATION FOR ALKIS DATABASE UPDATING
Frank Konopka
Vermessungsbüro Frank Konopka, public land surveyor, 17291 Prenzlau Rosa Luxemburg Straße 22, Direktor, tel.: 03984/800591, fax: 03984/807025, e-mail: f.konopka@vbkonopka.de
Manfred Peick
Vermessungsbüro Manfred Peick, public land surveyor, 14547 Beelitz , Wittbrietzener Dorfplatz 12, Direktor, tel: +49 33204 3290, fax: +49 33204 32911, e-mail: mpeick@vbpeick.de
Gregor Weyer
LUP - Luftbild Umwelt Planung GmbH, 14469 Potsdam Große Weinmeisterstraße 3a, Direktor, tel: +49 331 275770, fax: +49 331 2757799, e-mail: gregor.weyer@lup -umwelt. de
INSPIRE (Infrastructure for Spatial information in Europe) stands as contraction for the creation of a geodata infrastructure (GDI) for the guideline 2007/2/EC of the European Parliament and the advice in the European community. It has become for a long time no longer only headword but projects already realized to a reality with very many successfully especially in Brandenburg (also thanks to European subsidies), the geodata infrastructure.
Analogous data are digitized. Geodata are captured and integrated into a network and available for the public at disposal everywhere. Geoportals shoot from the ground like mushrooms, shall produce synergies, develop market potentials and multiply.
Key words: geographic information systems, INSPIRE, remote sensing, cadastre.
Идея
Широкомасштабные данные о типах биотопов и землепользовании
(BTLN) являются основой для целого ряда методов работы Земельных и местных ведомств по вопросам окружающей среды.
В Федеральной земле Бранденбург на базе BTLN осуществляется учет биотопов, находящихся под государственной защитой, создаются исходные данные для планирования обслуживания и развития национальных парков, биосферных заповедников и природных заказников, а также осуществляется картирование биотопов для Европейской комплексной системы биотопов по методике программы NATURA 2000.
Зарегистрированные в кадастре данные действительного использования (TN), помимо задач по статистическому и налоговому учету, служат для более подробного описания земельных участков.
Данные действительного использования из Земельного кадастра описывают характер земельного пользования, фактически зафиксированный на момент сбора информации или предполагаемый с учетом вида почвенного покрова и имеющихся зданий или технических сооружений.
При поверхностном рассмотрении типов биотопов и действительного использования есть склонность к тому, что в разных категориях данных лишь в незначительной степени учитываются сходства или точки соприкосновения.
При более подробном рассмотрении вид земельного пользования, от которого зависит действительное использование, характеризуется видом почвенного покрова и наличием на участке зданий или технических сооружений. При дифференциации в пределах типов биотопов (BTLN) основным признаком принято считать тип растительности, который при определенных условиях может отождествляться с видом почвенного покрова. Это позволяет соотнести определенные типы биотопов с заданными видами действительного использования.
Наглядный пример — лес. С точки зрения типологии биотопов в лесу может присутствовать не одна сотня различных классов, или отдельных территорий. Действительное использование по кадастру можно подразделить лишь на три класса в соответствии с тремя известными видами леса: хвойный, лиственный и смешанный.
Если поставить перед собой цель вывести из типов биотопов эти три типа территорий, то главная задача будет заключаться в разработке «таблицы соответствия», в рамках которой специалисты бы определили, какие типы биотопов должны относиться к хвойному, лиственному или смешанному лесу соответственно. Все остальное вполне может сделать программное обеспечение.
Но как же перейти от хорошей идеи к реалистичной реализации? Говоря иначе: как удачно «поженить» такие во многих отношениях
обособленные системы, как ALKIS и BIO, и при этом рационально использовать создавшиеся эффекты от их взаимодействия?
Для этого необходимо стечение нескольких удачных обстоятельств. Пожалуй, почти как всегда. В нашем конкретном случае:
1. Два официально уполномоченных инженера-геодезиста и управляющий инженерной компанией, занимающейся проектированием с учетом требований охраны окружающей среды и дистанционным зондированием, которые обладали способностью к междисциплинарному мышлению и фантазией, достаточной для того, чтобы распознать упоминавшиеся выше взаимосвязи, а также традиционно хорошо налаженные контакты с соответствующими профильными государственными органами.
2. Возникшая после первичного получения данных в 1992 г. острая необходимость в создании проекта Управления по охране окружающей среды федеральной земли Бранденбург по повторному сбору данных о биотопах на территории земли.
3. Управление кадастра и картографии, признавшее огромное значение актуальных данных действительного использования и выразившее желание воспользоваться результатами от взаимодействия в рамках идеи проекта.
Все остальное просто. Правда, лишь относительно просто:
• создать последовательности процессов;
• внедрить полученные данные в модель ALKIS;
• успешно проверить результаты на предмет практической ценности.
Следует признать, что пришлось немного потрудиться. Собственно, наряду
с характерными для соответствующих профилей проблемами сложность таких проектов заключается в возникновении вопросов в совершенно других областях. Что естественно. Одна только хорошая идея совершенно ничего не значит, если не будет подкреплена необходимыми решительными действиями и должной долей упорства.
Исходное состоянии
Главной предпосылкой успешной реализации является хорошая идея. Однако при подробном рассмотрении появляются трудности. Как всегда. Важная деталь: семантика типов биотопов и действительного использования различается.
• Тип биотопа - это абстрагированный тип совокупности однородных или похожих биотопов, который служит для описания ландшафта в рамках законодательства об охране природы. 1
• Действительное использование - это понятие земельного кадастра. Оно означает характер земельного пользования, фактически зафиксированный на момент сбора информации.
В приведенной ниже таблице наглядно представлены различия в понимании этих двух видов данных.
Характеристика BTLN TN
Уровень охвата Высокий, с четким разделением Низкий
Регистрируемый масштаб 1:10 000 1:1 000
Представление объектов Точечные, линейные, территориальные объекты Т ерриториальные объекты
Минимальная единица площади 0,5 гектара, в определенных обстоятельствах для важных структур может быть меньше > 300 м2
Структура перечня типов биотопов (указатель типов биотопов) унифицирована для всей страны, классификация представляет собой 8 -значный числовой код со строгой иерархией. Первые две цифры определяют одну из 12 основных групп. Исходя из этого, в последующих цифрах (до пятой) зашифрованы характеристики имеющихся объектов, а в цифрах 6-8, при необходимости, - дополнительные особенности, виды использования, сообщества растений, характеристики местоположения или дополнительные признаки.
Конкретные определения бранденбургских типов биотопов основаны, прежде всего, на методике наземного «локального» картирования биотопов2. Множество дифференциаций, в частности в области дифференцированных сообществ растений или характеристик местоположения, невозможно получить посредством одного только дистанционного зондирования. С другой стороны, например, такие аспекты пространственного распределения, как соотношение составных частей в смешанных лесах, полнота насаждения и проч., значительно лучше определяются методом дешифровки стереоскопических аэрофотоснимков. По этой причине в ходе реализации данного проекта имеющийся указатель был изменен и оптимизирован с учетом требований дешифровки аэрофотоснимков. Для внедрения дополнительных характеристик к имеющимся восьми цифрам добавлены еще две для класса 8 (лес), в результате чего в рамках проекта индекс принял вид 10-значного кода.
1 ВИКИПЕДИЯ: http://de.wikipedia.org/wiki/Biotoptvp.
2 Картирование биотопов федеральной земли Бранденбург, 2007 г., тома 1 и 2, Ведомство правительства федеральной земли Бранденбург по вопросам окружающей среды, здравоохранения и защите прав потребителя.
По причине более высокого уровня охвата (ок. 2 800 возможных типов биотопов) на так называемой открытой местности и в лесу (незастроенные территории) отдельные характеристики или составные части BTLN могут содержаться в различных видах пользования. С другой стороны, в свою очередь, действительное использование на застроенных территориях регистрируется существенно подробнее по сравнению с типами биотопов. При этом встречающиеся в BTLN линейные объекты (улицы, дороги, водные объекты и т. д.) требуют отдельного рассмотрения, так как линейные объекты в рамках действительного использования отсутствуют.
Обусловленные уровнем охвата и семантикой различия данных BTLN и действительного использования неизбежно сказываются на технологическом процессе сбора и объединения данных.
Различия в уровне охвата исключают возможность дирекционного сбора данных, то есть однонаправленного сбора и объединения данных (BTLN ^ TN или TN ^BTLN).
Из этого следует необходимость двунаправленного сбора данных, в ходе которого, с одной стороны, полученные на открытой местности данные BTLN с высоким уровнем охвата объединяются с данными действительного использования, и, с другой стороны, подробные данные действительного использования, собранные на застроенных территориях, включаются в данные BTLN.
Методология
Основой для сбора данных стали цифровые цветные аэрофотоснимки в инфракрасном диапазоне (CIR), которые выступили в роли геометрического эталона для аналитической и классификационной работы (гомогенизация данных).
Процесс получения данных о действительном использовании является неотъемлемой частью технологического процесса в рамках регистрации типов биотопов. Собственно получение данных о типах биотопов, равно как и данных по TN, выполняется в соответствии с приведенными на изображении технологическими операциями 2.3 и 2.4.
На основании изображения можно сказать, что оба процесса тесно связаны в области населенной территории класса 10 и 12 (районы расселения). По сути, происходит обмен полученными данными в области классов «Открытая местность», «Водоемы» и «Лес» от типов биотопов в направлении действительного использования, а в области класса населенной территории - от действительного использования в направлении типов биотопов.
1.6 Aufbau zentrale Geodatenbasis (ArcGIS-Server)
2-3 Flachendeckende Homogenes*enjng der CIR-Biotoptypen- und Landnutzungsdaten
G*otoMi*dat*n
ATKIS-ЄміХ OLM
-----:—»
$omti0« Fachdaton
D«o<ta*«^ Fetootockkecasier (Шегрге'ДОоп&ЫГеп
Aufbau zentrale Geodatenbasis (ArcGIS-Server) Построение центральной базы геоданных (сервер ArcGIS) Flächendeckende Homogenisierung der CIR-Biotoptypen- und Landnutzungsdaten Масштабная гомогенизация данных CIR о типах биотипов и использовании земли
Stereoskopische Interpretation Стереоскопическая дешифровка Offenland, Gewässer (Klassen 1-6; 9, 11) Открытая местность, водоемы (классы 1-6; 9, 11)
Wald (Klassen 7 + 9) Лес (классы 7 + 9) Siedlung (Klassen 10, 12) Населенная территория (классы 10, 12)
Schulung / Zentrales Training / rozessbegleitende QS Обучение / централизованные тренинги / контроль качества, сопровож-дающий процесс Geobasisdaten Базисные геоданные
ATKIS-Basis DLM Цифровая модель местности на базе ATKIS Sonstige Fachdaten Прочие специализированные данные
Digitales Feldblockkataster Электронный кадастр территориальных комплексов Interpretationshilfen: Вспомогательные средства дешифровки
Datenspeicher Wald База данных о лесном хозяйстве DOP 20c LGB Цифровые снимки местности DOP 20c LGB
sonstige Прочие Ableitung der tatsächlichen Nutzung Вычленение объек-тов действительного пользования
Qualitätssicherung Контроль качества Dokumentation von Fehlern im ALKIS Ведение документации об ошибках в ALKIS
NAS-Schnittstelle / Datenübergabe Интерфейс NAS / передача данных
Реализация
На основании описанной выше «тесной связи» процессов сбора данных «В^К ^ Т№> были выполнены работы по получению данных для ТК на унифицированной системной платформе ARCGIS 9.3.
Основой для проведения работ по сбору данных стала дорожная сеть цифровой модели местности официальной топографо-картографической информационной системы (АТЮЗ). Это обусловлено тем, что имеющиеся в цифровой модели местности АТЮБ многоугольные формы дорожной сети, с одной стороны, разграничивают отдельные классы типов биотопов, с другой -имеют вид центральной оси протяженных объектов определенного вида использования (улицы, дороги, железнодорожные трассы и рвы), которые можно проверить по кадастру.
Рис. Обработка цифровой модели местности АТЮЗ
В результате была получена однородная сеть линейных объектов, ячейки которой образуют отдельные фрагменты (своего рода острова), выполняющие требования к точности для последующего сбора данных.
Теперь на основе линейных объектов В^К необходимо создать протяженные объекты ТК. С помощью так называемой «буферизации» происходит создание протяженных объектов для дорог, улиц, рвов, железнодорожных трасс, источников и т. д. Скрещивающиеся или пересекающиеся улицы, дороги, аллеи, рвы, водоемы разделяются или объединяются в соответствии с иерархией и логикой.
После создания этих объектов была выполнена оцифровка в направлении «извне вовнутрь». Преимущество этого метода заключается в том, что он всегда позволяет образовать замкнутые протяженные структуры, то есть объекты ТК.
Рис. Дорожная сеть протяженных объектов
При этом каждый объект жилой области получает атрибут, одновременно соответствующий требованиям из предписания по видам пользования.
В отличие от классов населенной территории сбор данных в области классов открытой местности производится более дифференцированно. Во временном отношении эти данные включаются в массив данных проекта после сбора данных TN в жилых областях.
Автоматическое присвоение кодов типа биотопа индексам действительного использования согласно справочной/переводной таблице «CIR-код биотопа -TN» обеспечил возможность представления в соответствии с примененными методами. Результатом данного процесса стала уже закодированная согласно критериям TN фигура, протяженная на соответствующей обрабатываемой области.
Однако ввиду различий в требованиях к сбору данных на открытой местности либо, соответственно, в жилых областях существовало множество мелких видов пользования. В соответствии с предписанием по изображению ALKIS они были объединены в один объект видов пользования при условии нахождения в непосредственной близости друг от друга. Этот процесс происходил с использованием так называемого слияния (mergen) - функции ARCGIS, специально предназначенной для этой цели. При этом во внимание принимался тот факт, что выходящие за рамки кадастрового квартала / округа виды пользования «разделяются» с целью определения принадлежности к соответствующему кварталу. Это было выполнено с помощью функции «Разделить» (Intersect) смежных объектов TN.
Красный цвет: граница кадастрового квартала
Зеленый цвет: площади, относящиеся к обрабатываемой области
Желтый цвет: площади, выходящие за пределы обрабатываемой области
Рис.: Протяженная фигура TN
Обработка полученных структур данных с целью создания данных для передачи выполнялась в дальнейшем с помощью программной системы Geograf A3.
При этом методически контролируемый процесс обработки включал в себя, в частности, следующие операции:
■ Сначала в создаваемый в программе Geograf A3 проект загружается предназначенный для дальнейшей передачи массив первичных данных ALKIS. Затем выполняется внедрение протяженной фигуры вновь созданного TN.
■ После этого происходит внедрение (вновь) созданного массива TN; он задается через массив первичных данных ALKIS.
■ С помощью инструмента пересечения, который имеется в программе Geograf A3, происходит считывание и отображение всех заданных через новые объекты TN объектов вида использования из массива первичных данных.
■ В результате почти во всех случаях потребовалось изменение геометрии «старых объектов» (объекты TN из массива первичных данных): тем самым, почти все старые объекты исключаются и заменяются новыми объектами TN.
■ Информация обо всех изменениях и принятых решениях программными средствами сохраняется в блоке данных, становясь тем самым частью NAS.
Это позволяет обеспечить две вещи:
о при считывании предназначенных для дальнейшей передачи блоков данных TN с помощью NAS осуществляется «управление» видами старых объектов и видами их обработки;
о ведение документации по передаче в соответствии с законодательством.
Благодаря уже выполненному присвоению атрибутов в отношении индексов видов пользования реализовано автоматизированное преобразование в объекты TN.
Пересечение двух массивов данных (массив первичных данных ALKIS и актуальные данные) привело к сопоставлению видов пользования с целью их приведения в соответствие с новым массивом данных.
Перед окончательным выводом данных выполняется проверка качества полученных данных TN по следующим критериям:
□ замкнутые протяженные объекты;
□ присвоение атрибута (кодировка согласно предписанию по видам пользования);
□ дробные площади.
Проверка целостности площадей и присвоения атрибутов осуществлялась с помощью автоматизирующих процесс макросов программы Geograf.
И, наконец, с помощью интерфейса GeoGraf NAS было выполнено создание блока данных ALKIS, предназначенного для дальнейшей передачи и не содержащего ошибок.
Заключение
Наряду с технологическими задачами в описанном здесь проекте, в частности, существовала необходимость в сверхбыстрой, всеобъемлющей реализации в масштабах федеральной земли. Если конкретно, была поставлена задача гомогенизации и обновления данных BTLN по территории федеральной земли площадью почти 30 000 км2 за 18 месяцев. При этом обработке подверглось свыше 2,5 миллиона отдельных объектов. Процесс реализации проекта уже далеко продвинулся, и благодаря жесткому ведению проекта с самого начала, централизованному управлению геоданными и раздельной обработке по основным единицам ландшафта не только полностью укладывается в график, но и в полной мере выполняет все предварительно установленные требования к качеству. Получить представление об уже подготовленных областях, а также узнать о прогрессе выполнения работы, можно с помощью классической инфраструктуры геоинформации на нашем интернет-портале (см. www.alkis-bio.de/biotoptypen).
В проект была интегрирована пилотная реализация TN для Управлений кадастра и картографии. Заключительный отчет по пилотному проекту подтвердил не только высокое качество полученных нашим методом данных. Он также четко показал сильные экономические преимущества.
Поэтому уникальным свойством всего проекта «Объединение двух миров» можно по праву назвать «удачный» союз, который, как мы надеемся, заключен на длительное время и станет отправной точкой для множества ответвлений.
Актуализация данных BTLN с одновременным вычленением объектов TN в рамках одного процесса, а также внедрение достойных подражания инноваций в рамках работы над данным проектом в связи с созданием инфраструктуры геоинформации в Бранденбурге и других землях Федеративной Республики Г ермания, также позволяет использовать приложения и средства передачи для других федеральных земель. Это позволит внести действенный и эффективный вклад в существенное ускорение процесса федеральной гармонизации кадастрового и земельного права.
Этот проект представляет собой крупномасштабную и высокоинновацион -ную разработку: его участники предложили процесс, позволяющий объединить сбор и предварительную обработку данных о типах биотопов и земельном пользовании в рамках экологического менеджмента с одновременным вычленением объектов «Фактического пользования» для официальной информационной системы кадастра недвижимости (ALKIS). Кроме того, проект делает возможной быструю и эффективную реализацию всего комплекса мероприятий, благодаря чему данное решение претендует на использование в качестве типового на территории других федеральных земель.
Более подробную информацию можно найти на сайтах:
http://www.lup-umwelt.de/
http://www.vbpeick.de/
http://www.vbkonopka.de/
© Ф. Конопка, М. Пайк, Г. Вайер, 2013
