Цифровые топографические карты и муниципальные географические информационные системы комплексный подход к управлению территориями Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 528.4

В.И. Ляльков, С.П. Нефедов

ФГУП центр «Сибгеоинформ», Новосибирск

ЦИФРОВЫЕ ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ КАРТЫ И МУНИЦИПАЛЬНЫЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ - КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К УПРАВЛЕНИЮ ТЕРРИТОРИЯМИ

В настоящее время для управления территориями на первый план выдвигаются новые компьютерные технологии, связанные с комплексным использованием цифровой топографической информации и созданием географических информационных систем.

Географическая информационная система (ГИС) - это система, которая базируется на совместном использовании пространственной информации о территории, представленной в виде электронных карт (топографических, тематических: экологических, природных ресурсов, климатических и т. п.), и связанной с ней информацией об объектах окружающей среды или явлениях и используется для целей управления.

Муниципальная ГИС призвана обеспечить органы власти любого муниципального образования инструментом для принятия эффективных административных и правовых решений. Пользователи муниципальной ГИС получают комплексную информацию о территории, что позволяет эффективно управлять, рационально использовать бюджетные средства, четко планировать предполагаемые виды работ и их стоимость.

ФГУП центр «Сибгеоинформ» разработал ряд ГИС-проектов, которые могут быть использованы для решения задач, стоящих перед муниципальными органами управления. Перечень решаемых задач (по информационно-темати-ческим блокам) следующий:

- Народонаселение и социальная сфера (демографическая ситуация, медицинское обслуживание, жилой фонд, коммунальное хозяйство и т. д.).

- Промышленный потенциал (производственные и социальные показатели, сырьевая база, водные и лесные ресурсы и т. д.).

- Сельское хозяйство и производство населения (урожайность, валовой сбор, кормовые ресурсы и т. д.).

- Минерально-сырьевая база (месторождения полезных ископаемых и их характеристики, горнодобывающие предприятия и т. д.).

- Лесное хозяйство и лесная промышленность (характеристики лесного фонда, размещение лесосырьевой базы, размещение лесозаготовительных предприятий т. д.).

- Водные ресурсы и водное хозяйство (запасы водных ресурсов, размещение гидромелиоративных систем, водопотребление и водоотведение И т. д.).

- Экономические связи (производственная кооперация, инвестиции и

т. д.).

При разработке геоинформационных систем использованы цифровые топографические карты (ЦТК) Роскартографии.

Основой большинства проектов геоинформационных систем является базовая разработка центра «Сибгеоинформ» - Многофункциональная адаптируемая геоинформационная система (МАГИС).

МАГИС - инструментальная оболочка, выполненная на платформе WIN 32 и предоставляющая пользователю необходимые средства для создания собственных целевых ГИС-приложений.

Некоторые ГИС-проекты, разработанные в центре:

1. Геоинформационная система недвижимости Новосибирской области (ГИС НЕДВИЖИМОСТЬ).

2. Электронная база данных автомобильных дорог федерального значения на территорию Российской Федерации (РФ).

3. Электронный экологический атлас Новосибирской области.

4. Технология создания геомультимедийных информационносправочных систем.

1. ГИС НЕДВИЖИМОСТЬ разрабатывалась в соответствии с Федеральной целевой программой «Создание автоматизированной системы ведения государственного земельного кадастра и государственного учета объектов недвижимости (2002 - 2007 годы)» в 2003 - 2004 годах. Разработка закончилась созданием опытного образца ГИС НЕДВИЖИМОСТЬ для Департамента имущества и земельных отношений Новосибирской области (далее Департамент).

Основные функции'.

- Ввод, накопление и визуализация базовых цифровых топографических слоев информации различных масштабов.

- Импорт цифровой тематической (кадастровой) информации из разных исходных форматов во внутренний формат базовой ГИС-оболочки и создание в единой системе координат цифровых тематических карт.

- Обновление цифровой топографической информации.

- Автоматизированное связывание баз семантических данных об объектах с пространственной основой.

- Оперативный поиск объектов по различным критериям с отображением результатов на карте.

- Измерения и пространственный анализ по картографическому изображению.

- Автоматизированный контроль.

- Выдача информации в цифровом и картографическом виде.

- Формирование отчетных документов в заданных форматах и структурах.

- Защита информации от несанкционированного доступа.

Единую пространственную основу опытного образца ГИС НЕДВИЖИМОСТЬ составили:

- Обзорная цифровая топографическая карта базового масштаба 1:200 ООО на всю территорию НСО;

- Цифровые топографические карты масштабов 1:10 ООО - 1 : 25 ООО;

- Цифровая топографическая карта масштаба 1 : 2 000 с земельными участками на город Тогучин.

Разработан механизм автоматического связывания объектов недвижимости, таких как здания, сооружения, постройки и т. п., и земельных участков по кадастровым или внутренним идентификационным номерам и привязки объектов недвижимости к соответствующей пространственной основе, апробация которого на реальных данных будет осуществляться в процессе проведения опытной эксплуатации.

Проведенные в конце 2004 года на базе Департамента предварительные испытания опытного образца ГИС НЕДВИЖИМОСТЬ подтвердили работоспособность системы, и руководством Департамента и в 2006 году проводится её опытная эксплуатация.

Целью опытной эксплуатации является проверка работоспособности системы на реальных объемах информации в части создания баз пространственных данных и связывания их с реестром недвижимого имущества Департамента. Эти работы выполняет ФГУП центр «Сибгеоинформ».

Проверка готовности ГИС НЕДВИЖИМОСТЬ к постоянной эксплуатации в части совместного использования пространственной и связанной с ней атрибутивной информации об объектах недвижимого имущества в условиях функционирования системы находится целиком в компетенции Департамента.

Круг задач по управлению недвижимостью на основе пространственной информации и с использованием возможностей ГИС-технологий включает, в частности:

а) Поиск объектов по заданным параметрам с отображением результатов запроса на карте;

б) Оперативное получение информации о местоположении объектов недвижимости на электронной карте, геодезических координатах их границ;

в) Автоматизированный контроль границ земельных участков;

г) Метрические операции (определение длин, площадей);

д) Топологические операции:

- Отношения пересечения (определить, например, какие объекты инженерной инфраструктуры пересекают данный участок), сервитуты;

- Включения (определить, какие здания, сооружения, строения и т. п. расположены на данном земельном участке или в заданной зоне -функциональной, экономической, экологической и т. п.);

- Принадлежности (определить, на каком земельном участке расположено строение);

- Примыкания (определить, какие (чьи) земельные участки примыкают к данному земельному участку);

- Удаленности (определить, какие земельные участки находятся, например, от инженерных коммуникаций не более чем на заданном расстоянии).

2. В 2002 г. в центре завершена разработка электронной базы данных автомобильных дорог федерального значения на территорию Российской Федерации (РФ), которая может использоваться при создании всевозможных маршрутных сетей (автодорожных, железнодорожных, водных); цифровых карт и атласов на различные территории.

Выполнены следующие работы:

- Сформирована цифровая топографическая основа дорожной сети масштаба 1 : 1 ООО ООО в единой геодезической системе координат;

- Включены схемы транзитного проезда по основным городам РФ;

- Создана навигационная модель дорожной сети РФ масштаба 1 : 1 ООО ООО;

- Разработана программа визуализации и средства ведения базы данных;

- Реализована эффективная поисковая система;

- Разработана функция построения оптимального маршрута по дорожной сети между заданными пользователем населенными пунктами;

- Реализована возможность создания маршрутной сети из объектов различных тематических слоев, в частности автомобильные дороги, железные дороги, водные артерии и т. д.

Картографическая визуализация базы данных представлена на двух масштабных уровнях. В качестве обзорного уровня используется карта Российской Федерации масштаба 1 : 7 500 000, а в качестве рабочего уровня используется единая топографическая основа масштаба 1 : 1 000 000, созданная на базе цифровых топографических карт Роскартографии. Кроме того, для ряда крупных городов имеются схемы транзитного проезда по городу масштабов 1 : 25 000, 1 : 10 000, включающие основные магистрали и улицы, соединяющие автомобильные дороги федерального значения.

База данных о дорожной сети зарегистрирована в Государственном регистре баз и банков данных России.

3. В центре разработана геоинформационная система о природных ресурсах и об охране природы - это Электронный экологический атлас Новосибирской области.

Электронный атлас содержит базу данных цифровой картографической основы и 15 информационно-тематических блоков.

Все цифровые тематические карты электронного атласа согласованы между собой и объединены в единый банк пространственных данных, основу которого составляют цифровые общегеографические карты масштабов

1 : 1 000 000, 1 : 500 000, 1 : 200 000 на Новосибирскую область и масштабов от 1 : 100 000 до 1 : 10 000 на отдельные участки области.

Банк данных атласа создан на основе более двухсот различных тематических карт, планов, схем, статистических сборников, отчетов и материалов обследования территории области.

Электронный атлас обеспечивает:

- Ведение и оперативное обновление банка данных;

- Мониторинг источников антропогенного воздействия на окружающую природную среду и мониторинг животного и растительного мира;

- Определение природно-ресурсного потенциала и экологической ситуации заданной территории с использованием пространственного анализа;

- Прогнозирование экологической ситуации;

- Создание производных цифровых тематических карт на основе семантических характеристик объектов;

- Интеграцию с внешними системами.

При создании атласа была разработана геоинформационная технология проектирования, создания и ведения региональных электронных атласов, которая обеспечивает возможность формирования многоцелевых информационно-справочных систем о природных ресурсах, экологической, социальной, медико-демографической ситуации и об охране природы.

2. С использованием современных WEB-технологий разработана Технология создания геомультимедийных информационно-справочных систем).

Особенностями технологии создания геомультимедийных информационно-справочных систем на компакт-дисках и созданного на ее основе ГИС-проекта являются:

- Предоставление пользователю большего набора ГИС-функций для работы с геоинформацией по сравнению с существующими отечественными и зарубежными аналогами подобных ГИС-проектов на компакт-дисках (в частности, наличие редактора условных знаков, картографического редактора, позволяющего моделировать пространственные объекты пользователя, поисковые операции);

- Возможность ввода собственных пространственных и связанных с ними текстовых или иллюстративных данных^

- Выбор имеющейся в системе информации об объекте и получение картографического изображения объектов, имеющих пространственную привязку;

- Получение семантической информации к выбранному объекту на карте;

- Получение необходимой информации и картографического изображения объекта по ссылкам из текстовой информации;

- Поиск необходимого объекта по заданным семантическим параметрам;

- Определение географических координат, геометрических характеристик и расстояний между объектами;

- Создание и редактирование новых пространственных объектов с необходимой семантической информацией.

На основе разработанной специалистами центра технологии создания геомультимедийных информационно-справочных систем выпущены компакт-диски: «Сибирь - неизвестный континент», «Республика Алтай»,

«Новосибирск - город - улица - дом».

Геомультимедийные информационно-справочные системы могут использоваться при создании представительских, информационнопознавательных и пр. дисков.

В состав компакт-диска можно включить обширную и разностороннюю текстовую, табличную, картографическую, фото и видеоинформацию. Например, в состав компакт-диска «Республика Алтай» входит информация следующего содержания:

- История;

- Общие сведения;

- Природа;

- Административно-территориальное деление;

- Экономика;

- Культура и искусство;

- Достопримечательности и пр.

На компакт-диске «Сибирь - неизвестный континент» размещена разнообразная информация о Сибири и всех входящих субъектах Федерации.

На компакт-диске «Новосибирск - город - улица - дом» можно выбрать информацию о любом здании, предприятии, организации, магазине и пр.

Накопленный опыт в разработке отдельных ГИС-проектов позволяет сделать вывод о возможности комплексной реализации геоинформационных систем любого уровня, включая МГИС, с использованием апробированных ГИС технологий. При этом, МГИС рассматривается как интегрированная геоинформационная система, включающая банк разнородной пространственной топографической и тематической информации по различным предметным областям и программно-технологические средства решения прикладных задач для различных категорий пользователей.

Начальным этапом разработки ГИС различного уровня является организационный этап, в ходе которого определяются цели, задачи, укрупненные этапы разработки (по исполнителям, срокам, источникам финансирования), назначается круг лиц, контролирующих реализацию стратегических направлений ГИС и т. д.

В состав организационных мероприятий, на наш взгляд, необходимо включить разработку и ввод в действие нормативно-правовых документов, касающихся:

а) Состава сторон, участвующих в создании и использовании ГИС, их прав, обязанностей, разделения полномочий и функций, условий взаимодействия;

б) Организации информационного обмена между различными ведомствами - владельцами определенной части данных об объектах управления, на основе разработанных и утвержденных протоколов обмена данными, где оговаривается порядок обмена, состав передаваемых данных, структура, форматы передачи данных;

в) Использования всеми участвующими субъектами единых классификаторов, справочников, адресных реестров;

г) Единых правил присвоения и учета идентификационных (кадастровых) номеров или иных определяющих ключевых атрибутов объектов управления, если информация о них готовится разными структурами;

д) Разграничения информации по уровням доступа, порядка и правил работы с конфиденциальной информацией.

Следует также обратить внимание на проблемы геоинформационного обеспечения ГИС.

Должна быть обеспечена возможность создания единой пространственной основы на управляемую территорию в единой системе координат для всей территории на основе цифровой топографической информации соответствующего масштаба (это задача структур Роскартографии), находящихся на подведомственной территории).

Что же касается цифровой топографической информации крупных масштабов (1 : 500 - 1 : 5 000) на муниципальные образования СФ, которая создается, как правило, организациями, не подведомственными Роскартографии, а тем более цифровой тематической информации, которая готовится специализированными организациями, по одним, только им известным правилам и технологиям, зачастую в местных и условных системах координат, то возникают проблемы, связанные:

а) С конвертацией этой информации в выбранную ГИС-оболочку;

б) С восстановлением корректной геометрической модели местности,

в) С приведением введенной информации к единой системе координат базового проекта с тем, чтобы можно было обеспечить совместное использование топографической и разноаспектной тематической пространственной информации;

г) С формированием семантики к пространственным объектам в виде связанных с объектами записей в таблицах баз данных, которое в большинстве случаев требует ручного ввода, так как информация об объекте зачастую представлена только в виде надписи на электронной карте, и др.

Таким образом, чтобы исключить или свести к минимуму обозначенные выше проблемы, в структуре Роскартографии должна быть разработана соответствующая нормативно-правовая база на уровне государственных стандартов с целью обеспечения тех, кто собирается создавать ЦТК и ЦТП для ГИС, едиными унифицированными правилами и требованиями.

Но поскольку в настоящий момент такие требования отсутствуют, при разработке ГИС для органов власти СФ следует четко согласовать между всеми участвующими сторонами выходной формат пространственных данных, используемых в ГИС, его структуру, необходимость обязательного включения паспортных данных (система координат, проекция и т. п.), семантики к пространственным объектам, разработать конвертор(ы) для ввода информации в ГИС.

Очень актуально стоит вопрос обновления геоинформации.

Речь идет не только о традиционных методах обновления карт и планов, соответственно ЦТК и ЦТП, в определенные интервалы времени, но и о постоянном дежурстве всех изменений на местности с целью получения актуальной информации, необходимой для управления и принятия решений. Вопрос актуализации топографической информации непосредственно связан с вопросом выбора средств и методов доведения актуальной информации до всех потребителей ЦТК, ЦТП на территории СФ.

Выбор оптимального решения вышеуказанных проблем и учет опыта создания различных ГИС будет способствовать более эффективному использованию ГИС для органов государственной власти федерального, регионального уровня и муниципального уровня.

© В.И. Ляльков, С.П. Нефедов, 2006