CC BY
137
УДК 577.4
И.М. Данилин, М.А. Ташлыков, А.И. Данилин Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, Красноярск
ТРЕХМЕРНЫЙ КАДАСТР ОБЪЕКТОВ НЕДВИЖИМОСТИ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ И ГИС
В статье рассматривается методика перехода к ведению кадастра объектов недвижимости в трёхмерной среде визуализации и учёта, а также методика обновления картографического материала на территорию населённых пунктов с использованием данных трёхмерного кадастра объектов недвижимости.
I.M. Danilin, M.A. Tashlykov, A.I. Danilin
V.N. Sukachev Institute of Forest, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch, Academgorodok, 50/28, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation
THREE-DIMENSIONAL CADASTRE OF REAL-ESTATE BASED ON REMOTE SENSING DATA AND GIS
The method for transferring to maintenance of real-estate cadastre in a three-dimensional visualization and control, as well as to renewal of cartographic materials for city lands with the use of three-dimensional cadastre of real-estate is discussed in the paper.
Одной из важнейших характеристик земной поверхности является рельеф, который выступает определяющим почвообразующим фактором и фактором, влияющим на виды хозяйственной деятельности человека, особенно на территориях городов и других населенных пунктов. Оценка рельефа должна строиться с учетом тех функций, которые он несет в природно-антропогенных системах городов. В геотехнической системе «город» рельеф выполняет сложные функции, являясь, прежде всего, базисом для градостроительной деятельности и одним из критериев разрешённого пользования землёй. Рельеф земной поверхности, естественный и созданный человеком, может усиливать в одном случае и ослаблять в другом нежелательные опасные явления. В связи с этим необходимы его учёт и максимально точное изображение при планировании и использовании земель населённых пунктов.
По сложности рельеф подразделяется на простой, относительно простой, сложный, относительно сложный. С помощью плана организации рельефа решаются задачи по преобразованию рельефа данной территории для приспособления его к застройке, благоустройству и инженернотранспортным нуждам. Организация рельефа обеспечивает: высотное
решение площадей, улиц, проездов; размещение зданий, сооружений и подземных коммуникаций; возможность стока ливневых и канализационных вод. Определяющим документом проекта является схема организации рельефа, составляемая на топографическом плане в масштабе 1 : 5 000 или 1 : 2 000 [2].
Важным моментом при проектировании схемы организации рельефа является эстетическое восприятие человеком окружающей городской среды, где основной целью является поиск гармонии, красоты объекта. Эстетическое восприятие способно рождать не только эмоциональное, но и рациональное. Поэтому «окультуренные» современные ландшафты должны не только оптимально выполнять свойственные им социально-экономические, экологические и технологические функции, но и обладать немалыми эстетическими достоинствами [3].
Наиболее развитые в социально-экономическом отношении государства (США, Германия, Франция, Япония и др.) в настоящее время активно проводят мероприятия по переходу из двухмерной среды визуализации и хранения картометрического материала к трёхмерной [4-8]. Трёхмерная система визуализации удобна не только самим фактом наиболее детального отображения территории, но и возможностью проведения различных видов планирования и организации территории, а также привязки точек к поверхности по трём координатным осям.
Учитывая территориальный потенциал и сложность природноклиматических условий, в Российской Федерации также предпринимаются попытки создания трёхмерно-визуализированных баз данных городских территорий [4-8]. Одним из актуальнейших вопросов является построение цифровой модели рельефа, которая представляет собой базис для всей трёхмерной модели городской территории.
Данные о земельных участках в Едином государственном кадастре объектов недвижимости [9] содержат лишь плановые двухмерные координаты поворотных точек земельных участков без учета высотного положения точек, несмотря на то, что высота является весьма важным показателем, по которому возможно построить цифровую модель поверхности, определить эрозионную опасность, установить возможные ограничения и мероприятия при пользовании земельными участками.
Ведение и визуализация земельного кадастра в трёхмерной системе координат позволяет улучшить планировочные возможности при обустройстве и развитии городской территории, тем самым, повышая экономическую эффективность использования городских земель.
К современным способам построения цифрового рельефа местности на городские территории относятся:
1) Построение рельефа по векторизованным картографическим материалам;
2) Построение рельефа местности по материалам аэрофотосъёмки;
3) Построение рельефа по данным радиолокационной съёмки;
4) Построение рельефа по данным лазерной съёмки.
Наивысшая точность построения рельефа достигается при использовании данных лазерной локации [6, 7].
Целью исследования явилась разработка системы перехода к трёхмерному ведению земельного кадастра и визуализации данных,
построение трёхмерной модели рельефа, совершенствование системы мониторинга земель и обновления картографических материалов.
Объектом исследования были выбраны земли г. Красноярска (Октябрьский район) в связи с разнообразием форм рельефа и видов использования земель.
Исследования проводились с использованием аэрофотоснимков масштаба 1 : 12 000 на г. Красноярск, лазерно-локационной съемки, а также блоков фотограмметрических данных. Для обработки аэрофотоснимков и лазерно-локационных сцен, проведения стереометриического построения цифровой модели рельефа и трёхмерного моделирования городских земель использовалось программное обеспечение PhotoMoD, Altexis 3.0, ArcView 3.0, фотограмметрическая станция NuVision60GX.
Базисом для создания трёхмерного кадастра объектов недвижимости является цифровая трёхмерная модель рельефа, имеющая координаты X, У, Z. При ведении земельного кадастра в реестре, содержащем геоданные, не было учтено высотное положение поворотных точек земельных участков, что обусловливает определённые сложности к переходу в трёхмерное пространство хранения и визуализации данных.
Наименее затратным и оптимальным способом создания трёхмерной цифровой модели рельефа на территорию населённых пунктов является построение рельефа в стереоскопическом режиме по материалам крупномасштабной аэрофотосъёмки. При проведении данных работ для оптимизации денежных и трудовых затрат следует учитывать недавно проведенные аэрофотосъёмочные работы на территории населённых пунктов для иных целей землеустройства и градостроительства.
По заказу «Роснедвижимости» за период 2008-2009 гг. институтом «ВИСХАГИ» были построены ортофотопланы на все населённые пункты Сибирского региона, в том числе на г. Красноярск. На этапе создания ортофотоплана была построена цифровая модель рельефа. Формирование цифровой модели рельефа для ортофотоплана заключалось в построении ТШа (Triangulated Irregular Network - нерегулярная триангуляционная сеть). По результатам глобального ТШа строилась матрица высот, которая была необходима для устранения ошибок за кривизну земной поверхности при построении ортофотоплана.
При анализе ранее построенного ТШа на территорию города Красноярска было установлено, что его использование для построения цифровой модели рельефа в масштабе 1 : 2 000 возможно при сгущении триангуляционной сети в среднем в 3 раза (рис. 1).
Рис. 1. Сгущенная триангуляционная сеть для построения трёхмерной цифровой модели рельефа масштаба 1 : 2 000
Триангуляционная сеть ТШа сгущалась в границах Октябрьского района г. Красноярска. После сгущения триангуляционной сети TIN экспортировали из программной среды PhotoMOD в программную среду ArcView для построения трёхмерной модели рельефа, с возможностью введения атрибутивных данных и создания тематических векторных слоёв.
При необходимости создания двухмерных планов с рельефом местности возможно отображение трёхмерного рельефа в двухмерных изолиниях, построенных в программной среде PhotoMOD c возможностью экспорта в любую программную ГИС среду (рис. 2).
Рис. 2. Фрагмент рельефа местности на территорию Октябрьского района г.
Красноярска.
Для геодезических и картографо-топографических задач при мониторинге земель населенных пунктов, большой интерес представляет использование лазерных сканеров, которые в последние годы активно развиваются. Лазерные сканеры (ЛС) воздушного и наземного базирования позволяют получать данные, которые обрабатываются в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Результатом лазерно-локационной съёмки является пространственная модель объекта, описанная огромным (сотни миллиардов импульсов, терабайты информации) количеством точек отраженных лазерных импульсов, каждый из которых уже в момент съемки имеет трехмерные пространственные координаты X, У, Z и координату времени. Пятой характеристикой для каждой точки является значение интенсивности отраженного сигнала, что представляется удобным для визуализации измерений. Интенсивность отраженного сигнала в каждом случае зависит от составляющего материала объекта, его структуры цвета и т. д.
Пространственная модель объекта, описанная множеством точек, называется «облаком точек». С помощью специализированного программного обеспечения Altexis 3.0 [8] и ТепазоШ [10], полученные «облака точек» «сшиваются» друг с другом. Объединенное «облако точек» может быть трансформировано в любую требуемую систему координат.
На полученной пространственной модели выполняют измерения различных геометрических параметров (расстояния, углы, диаметры, радиусы кривизны и т. д.). Также «облако точек» можно вращать, виртуально меняя положение наблюдателя и угол зрения (рис. 3).
Рис. 3. Трехмерная лазерно-локационная сцена элементов городской застройки и зеленых насаждений г. Красноярска
На рис. 3 каждый пиксел изображения имеет полный набор пространственных координат. Все изображенные на сцене объекты и видимые элементы растительности доступны для измерения параметров в камеральных условиях. Именно эти качества лазерной локации позволяют рекомендовать ее для научных и практических работ при мониторинге земель.
После первичной обработки данных лазерной локации, выполняется построение векторных моделей. Эта задача решается построением треугольников с вершинами в точках «облака» (триангуляционная или
полигональная модель), либо используется набор примитивов (точка, вектор, плоскость, цилиндр, сфера и т. д.). Полученные векторные данные экспортируются в программы, которые работают с трехмерной векторной графикой, такие как: AutoCad, ArcView, MicroStation и другие.
Для изучения характеристик рельефа, растительности и объектов недвижимости, полигональные модели являются эффективным инструментом, с помощью которых возможно выполнять прямые измерения объектов и определять их параметры в режиме реального времени. Представление сопряженной цифровой фотограмметрической, картографической (полигональной) и семантической информации в геоинформационной системе [11] реализуется в программной среде ArcView 3.0 (рис. 4).
При ведении учёта городских земель в трёхмерной системе координат с использованием высоты поворотных точек земельных участков, ставящихся на кадастровый учёт, появляется возможность обновления электронного картографического материала путём экспортирования координат поворотных точек земельных участков из Единого государственного реестра объектов недвижимости в общую цифровую модель рельефа города. Такой способ обеспечивает непрерывное уточнение рельефа местности, а также привязку земельных участков к поверхности земли.
Введение уже стоящих на учёте земельных участков в трёхмерное пространство возможно с помощью экспортирования их поворотных точек в программную среду PhotoMOD, Altexis 3.0 или Тегтазо^ и проецирования в стереоскопическом режиме на поверхность земли, таким образом устанавливая координаты 2 с плановой точностью 1 : 2 000 и выше.
Рис. 4. ГИС-представление фотограмметрической, картографической (полигональная модель) и семантической информации о земельных участках и расположенных на них объектах недвижимости
Экономическая составляющая построения трёхмерных моделей рельефа на населённые пункты Сибирского региона значительно сокращается, так как 70 % трудозатрат составляет получение аэрофотоснимков, лазерных сцен и создание ортофотопланов.
Предлагаемый метод разработан с учётом «Концепции использования информационных технологий» [12] и отвечает её принципам. Полученные трёхмерные модели рельефа и объектов могут служить основой для проектирования, градостроительной деятельности, а также базисом для создания трёхмерной системы ведения кадастра объектов недвижимости, градостроительного планирования и экологического мониторинга.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Данилова, Н. Н. Технология строительных процессов [Текст]. - М.: Высшая школа, 1997. - 464 с.
2. Киселёв, М. И. Основы геодезии [Текст]. - М.: Высшая школа, 2001. - 368 с.
3. Николаев, В. А. Ландшафтоведение, эстетика и дизайн [Текст]. - М., 2003. - 175
с.
4. Дата +, 2009. Электронный ресурс: www.Dataplus.ru /Агегеу.
5. Капралов, Е. Г., Кошкаров, А. В., Тикунов, В. С. и др. Основы геоинформатики [Текст]: Учеб. пособие для студ. вузов в 2-х кн. / под ред. В.С. Тикунова. - М.: Изд. центр «Академия», 2004. - 480 с.
6. Медведев, Е. М., Данилин, И. М., Мельников, С. Р. Лазерная локация земли и леса [Текст]: Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Геолидар, Геокосмос; Красноярск: Ин-т леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 2007. - 229 с.
7. Данилин, И. М., Медведев, Е. М. Оценка структуры и состояния лесного покрова на основе лазерного сканирования и цифровой аэро- и космической съемки [Текст] // География и природ. ресурсы. - 2005. - № 3. - С. 109-113.
8. Альтекс Геоматика, 2009. Электронный ресурс. Режим доступа: www.altex-gmt.ru.
9. Федеральный закон РФ от 24.07.2007 г. № 221-ФЗ «О государственном кадастре
недвижимости» [Текст]. - М., 2007. Электронный ресурс:
http://www.rg.ru/2007/08/01/kadastr-doc.html
10. TerraSolid, 2009. Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.terrasolid.fi
11. Берлянт, А. М. Геоинформационное картографирование [Текст]. - М.: Астрея, 1997. - 64 с.
12. Концепция использования информационных технологий. Одобрена распоряжением Правительства РФ от 27.09.2004 г. №1244-р. [Текст] Электронный ресурс. Режим доступа: www.russianlaw.net/law/acts/z42.htm
© И.М. Данилин, М.А. Ташлыков, А.И. Данилин, 2010
