CC BY
130Ученые записки Таврического национального университета имени В.И.Вернадского Серия «География». Том 22 (61). 2009 г. № 1. С. 12-19
УДК: 528.94
ВИКОРИСТАННЯ ARCGIS ДЛЯ ШТЕГРАЦП ТА АКТУАЛ1ЗАЦП ВЕКТОРНИХ ТА РАСТРОВИХ ПЛАНОВО-КАРТОГРАФ1ЧНИХ МАТЕР1АЛ1В В ЗАДАЧАХ ЗЕМЛЕУСТРОЮ Барладт О.В.1, Миколенко Л.1.2, Скавронський В.П.2
11пститут передових техпологш, Украта, Ктв
2Киевский пащопалъпий утверситет 1мет Тараса Шевчепка, Украта, Кшв
E-mail: iat@antex.kiev.ua, lumik@ukr.net, skavr v@ukr.net
Проаналiзовано особливосп технологи застосування геошформацшних систем для штеграцп та актуал1зацп планово-картографiчних матерiалiв в задачах землеустрою. Розглянуто основнi питання щодо використання СК-63 в якост загальноприйнято1 системи координат для землевпорядних робiт. Ключов1 слова геоiнформацiйнi системи, планово-картографiчний матер1ал, система координат, актуалiзацiя
ВСТУП
Геоiнформацiйнi системи сьогоднi стали звичним iнструментом, що допомагае виршувати задачi актуатзацп та штеграци планово-картографiчних матерiалiв. Вони успiшно працюють в таких областях, як автоматичне картографування, управлшня ресурсами та господарством. Проте зовшм не всi Г1С можуть забезпечити обробку i включення до системи рiзнорiдноl за характером та джерелом створення шформацп. Необхiдна тдтримка додаткових функцiй, пов'язаних з типом представлення картографiчноl шформацп, з технолопчними розрахунками та залученням до геошформацшно! системи техшчно1 документаци.
За останш роки обсяг землевпорядно! та кадастрово! шформацп суттево збiльшився, а до перелшу ll одержувачiв додалися державш адмiнiстрацil, органи земельних ресурсiв та сотш державних, комунальних та приватних землевпорядних органiзацiй. Проте, вiдсутнiсть належно1 уваги, фiнансування та вiдповiдних методик призвела до того, що стан крупномасштабних матерiалiв (1: 10 000 та вище) е вкрай незадовшьним, !х актуалiзацiя на загальнодержавному рiвнi практично не проводилась. Тому проблема оновлення та iнтеграцil векторних та растрових даних на сьогоднiшнiй день постала в Украш надзвичайно гостро.
Для устшного вирiшення цих задач необхщне програмне забезпечення, що дозволяе на основi Г1С створити едине шформацшне середовище, що включае в себе як стандартш функц^' Г1С, так i технологiчнi, пов'язанi з сучасними методами отримання даних (GPS) та !х представлення (клiент-сервернi та штернет-технологи). Цi задачi сьогоднi устшно вирiшують програмнi продукти ArcGIS вщ ESRI, якi дозволяють реалiзувати комплексний тдхщ до оновлення планово-картографiчних матерiалiв з високим ступенем автоматизац^' графiчних робiт, накопичення та систематизац^' шформацп у вигщщ баз даних, схем та карт, ефективного збереження та пошуку iнформацil у виглядi електронних архiвiв. Довiдково-
iнформацiйнi та нормативно-техшчш данi представляються на реальному картографiчному матерiалi з можливiстю видачi «твердо! копи» як графiчноf, так i текстово! шформацп.
1. МЕТА РОБ1Т
Дослiдження ефективностi програмного продукту ArcGIS для актуалiзацil та штеграцп планово-картографiчних матерiалiв на основi використання матерiалiв аерофото- та космiчно! зйомки в единому проект та визначенiй OTereMi координат.
2. АНАЛ1З ОСТАНН1Х ДОСЛ1ДЖЕНЬ ТА ПУБЛ1КАЦ1Й
У свiтовiй практищ iснуе стiйка тенденцiя поеднання у картографiчних матерiалах рiзноманiтно! шформацп та використання !x для вирiшення широкого кола завдань. На основi аналiзу зарубiжниx публiкацiй [5-6] можна констатувати, що застосування геоiнформацiйниx теxнологiй для оновлення планово-картографiчниx матерiалiв можливе як на нащональному, так i на регюнальному та мiсцевому рiвняx. Системи управлшня базами даниx i засоби просторового аналiзу, закладенi в ГIС-системаx, дозволяють виявляти приxованi закономiрностi в данж. За допомогою такиx засобiв можна проаналiзувати вплив рельефу, гщролопчного режиму, еколопчно! ситуаци на процеси будь-якого рiвня та спланувати вщповщш заxоди [2].
Рiшенням Науково-теxнiчно! ради Держкомзему Укра!ни № 1/1 вщ 5 жовтня 2007 року були сxваленi методичнi вказiвки щодо оновлення планово-картографiчного матерiалу шляxом складання планiв iснуючого використання земель адмiнiстративниx районiв в розрiзi територш сiльськиx (селищниx, мiськиx) рад, у якж визначено меxанiзм збору та обробки у електронному вигщщ уше! ранiше накопичено! та поточно! землевпорядно! i кадастрово! iнформацi! [3]. Складеш плани мають стати картографiчною та шформацшною основою ведення райземвiддiлами черговж кадастровиx карт та присвоення кадастров^ номерiв земельним дiлянкам, а також вдосконалення ведення кiлькiсного та яюсного облiку земель та державного земельного кадастру. У 2007 р. прийнятий Наказ про прийняття в якост основи для оновлення топографiчниx карт масштабу 1: 10 000 Державно! референцно! системи координат УСК-2000 [4]. Проте, на сьогодшшнш день, переведення вiдповiдниx електронниx обмiнниx файлiв в систему координат УСК-2000 буде можливим у разi внесення змiн до «Зводу вiдомостей, що становлять державну таемницю» та оприлюднення Укргеодезкарторафiею в^тав^дн^ ключiв переxоду до ново! координатно! системи та розробки нею вщповщного програмного забезпечення.
3. ВИКЛАД ОСНОВНОГО МАТЕР1АЛУ ДОСЛ1ДЖЕНЬ
З метою оновлення планово-картографiчного матерiалу на базi ArcView 9.2 створенi експериментальнi геоiнформацiйнi проекти по територи Миxайлiвсько-Рубежiвсько! сшьради Киево-Святошинського району (iз застосуванням
космозшмюв) та Годушвсько! i Жоравсько! сшьрад Яготинського району Ки!всько! областi (i3 залученням матерiалiв аерофотозйомки).
Для ан^зу комплексу наявних планово-картографiчних матерiалiв, що отриманi з рiзних джерел, спроектоваш в рiзнi системи координат, частково знаходяться в паперовому вигляд^ необхщною умовою е !х зведення до единого набору, що забезпечуе ушфшований шдхщ до перепроектування даних, !х вiдображення та аналiзу. Для планово-картографiчного оновлення використанi актуальнi на момент оновлення матерiали, що за точшстю вiдповiдають вимогам масштабу оновлюваних матерiалiв. Постiйне пiдтримання планово-картографiчних матерiалiв на сучасному рiвнi мае здiйснюватися за рахунок впровадження системи картографiчного облшу, яка забезпечуе безперервне надходження повноцшно! шформаци про всi змiни, що вщбуваються на мiсцевостi.
В загальному випадку, пiдготовка растрових картографiчних матерiалiв до використання !х в процес планово-картографiчного оновлення включае такi етапи: шдготовка крупномасштабно! растрово! основи на територда робiт, пiдготовка знiмкiв високого просторового розрiзнення, генерацiя моделi рельефу на територда робiт, оцiнка точносп прив'язки вихiдного матерiалу.
Роботи щодо оновлення планово-картографiчного матерiалу вiдповiдно до чинного законодавства повинш виконуватись в системi географiчних координат 1963 року, але !! використання викликае цший ряд складностей та запитань до !х вирiшення. Серед них основними можна назвати наступнi:
- кшометрова сiтка на картах, створених в СК-63 не е кiлометровою, оскшьки вона е спроектованою iз СК-42, де вона дiйсно була кшометровою;
- ускладнений контроль за допомогою точних GPS вимiрювань, якщо не використовуеться диференцшний режим i не використовуються точки з вiдомими координатами в обох системах координат: СК-63 i в GPS (тобто WGS-84). Тобто залишаеться вщкритим запитання вибору методу перерахунку координат iз WGS-84 до СК-63, яких в ArcGIS9x iснуе 12.
Звичайно, данi проблеми потрiбно вирiшувати на загальнодержавному рiвнi. В свою чергу, можуть бути запропоноваш наступнi варiанти !х подолання:
- розробка та затвердження способу прямого та зворотного перерахунку WGS-84 в СК-63, можливо навт диференцшованого за регiонами кра!ни;
- розробка номенклатурних сiток СК-63 та кшометрових сiток, коректно перепроектованих до системи координат UTM, тобто WGS-84, що дасть можливють з високою точшстю використовувати карти, виконаш в СК-63, в проекци UTM пiсля прив'язки до вщповщно! трапецi!;
- для уникнення крайових проблем (на краях зон) бажано збершати координати в проекци WGS-84, що забезпечить максимальну точшсть обчислення довжин i площ та зовнiшнього i додаткового контролю;
- розробити сертифшований програмний калькулятор для перерахування координат мiж WGS-84 та СК-63.
В процес виконання картографiчних робiт дослiджене питання локалiзацi! трьохпараметричного перетворення в ArcGIS 9x для регiонiв Укра!ни при переходi з СК-63 до Свiтово! геодезично! системи координат (WGS-84). Здiйснений
вiдповiдний запит до Державно1' служби геодезiï, картографiï та кадастру (Лист № 11 вщ 09.02.2009) та отримано офщшну вщповщь (№ 382/30/2-12 вiд 13.03.2009) Î3 вiдмовою повiдомити параметри переходу вщ СК-63 до WGS-84, що пов'язано з конфщенцшнютю даноï iнформацiï. Були проведет вщповщш дослiднi роботи i3 залученням топографiчних основ масштабу 1: 10 000, 1: 2 000, mcMi4H^ зшмюв та координатних точок WGS, отриманих за допомогою GPS-вимiрювань. В результатi отриманi уточненi значення параметрiв переходу, використання яких суттево (на 1213 м) шдвищуе точнiсть зазначеного перетворення.
Виправлення планово-картографiчних матерiалiв проводилось за окремими трансформованими i приведеними до масштабу плану аерофотозшмками (для рiвнинних i горбистих районiв з достатньою кiлькiстю контурiв) i за ортофотознiмками (для райошв зi значними перевищеннями). Також використовуються космознiмки з високим просторовим розрiзненням, якщо вони задовольняють вимогам точност вiдповiдного масштабу.
Для актуалiзацiï використаш знiмки з високим просторовим розрiзненням QuickBird (0,61 м) та аерозшмки, що охопили 95 % територп робiт. Географiчна трансформацiя проводилася шляхом набору контрольних точок, що рiвномiрно розподшеш по всiй площi зшмку iз вiдповiднiстю до загальноприйнято1' методики iз розрахунку 1 контрольна точка на 2 км2. В якост первинного матерiалу використанi топографiчнi основи масштабу 1: 10 000. Контрольш точки обиралися як об'екти, що iз необхiдним ступенем детальностi вщображаються як на знiмку, так i на растровш картi (вiдповiдно, це можуть бути перехрестя дорiг, вершини кутiв основ будинкiв). Алгоритм трансформацп - полiномiальний першого порядку iз використанням моделi камери у вигщщ файлу з коефiцiентами полiномiв узагальнюючих апроксимуючих функцiй (RPC - Rational Polynomial Coefficients). Трансформащя зображень проводилась у координатну систему СК-63. Середньоквадратичне вiдхилення при данiй ректифiкацiï не перевищувало 1 м.
В процес робiт побудована цифрова модель рельефу, що вщповщае масштабу 1:10 000. В основi цифрового моделювання мюцевосп лежить така органiзацiя результатiв зйомки ситуацп i рельефу, яка дае змогу вщображати точки областi моделювання в дискретне середовище топографiчноï шформацп, тобто для кожно1' точки дано1' областi отримувати заданий набiр топографiчних даних. На основi цифрово1' моделi мiсцевостi (ЦММ) проводиться формування цифрових моделей всiх елементiв створюваного плану, тобто вщбуваеться перетворення ЦММ у цифровий та електронний топографiчний план. 1нформащя, що е в ЦММ, трансформуеться в топографiчну у вщповщносп з конкретними вимогами до змюту, масштабу, висоти перерiзу рельефу, математично1' основи, системи умовних знакiв тощо. Конкретними об'ектами е окремi структури цифрово1' моделi мiсцевостi. До ще1' обробки входять калiбрування, апроксимацiя рельефу та штерполювання горизонталей, формування моделей умовних знаюв, розмiщення цих знаюв, автоматизоване редагування i генералiзацiя, зшивання та нарiзання iнформацiï, зв'язки по рамках тощо. Для покращення зображення проведенi дослiдно-методичнi роботи по корекцп яскравостi, контрастностi та прозоростi як растрово1' онови, так i зшмюв високого просторового розрiзнення. Шляхом варiативного пiдбору
вищевказаних характеристик матер1ал1в, що використовувались для проведення робщ були встановлеш !х визначеш параметри, при яких остаточний матер!ал мав найбшьшу ч!ткють та читашсть та дозволяв розтзнавання об'екта з найвищим ступенем в!ропдносп.
До отримано! цифрово! карти ¿мпортоваш матер!али земельно-кадастрового облшу земель у формат Ш4, що мютять вичерпну шформащю про кадастров! зони, квартали та земельш дшянки: !х територ!альш меж!, код за класифшатором об'екпв адмш!стративно-територ!ального устрою Укра!ни (КОАТУУ), код форми власност зпдно Укра!нського класифшатора форм власност на землю (УКФВЗ), шформащю про землекористувача тощо. На карт були зазначеш ушкальш номери земельних д1лянок.
В програмному комплекс! ArcGIS створений наб!р даних, де в единш систем! координат СК-63 з!браш векторн! матер!али земельно-кадастрового обл!ку земель, растров! крупномасштабш топооснови, косм!чн! зшмки високого просторового розр!знення (Рис. 1), аерофотозшмки (Рис. 2), векторн! шари дорожного сполучення, г!дрограф!!, адм!н!стративно-територ!альних одиниць тощо. Сшвставлення даних продемонструвало високу ефектившсть описано! методики п!дготовки матер!ал!в, адже середньоквадратичне в!дхилення меж щентичних об'ект!в на р!знор!дних векторно-растрових матер!алах не перевищувало 1
Рис. 1. Актуал!защя з використанням синтезованого зображення космозн!мка, топограф!чно! карти та векторних шар!в.
Рис. 2. Актуалiзацiя з використанням аерофотознiмка та векторних шарiв.
Основним способом оновлення планово-картографiчних матерiалiв е камеральне виправлення !х змiсту за аерофото- та космозшмками. Плани крупних масштабiв оновлювались шляхом виправлення !х змiсту за матерiалами знiмань поточних змiн, виконавчих зшмань новобудов, а також матерiалiв польових обстежень i результатiв аерокосмозйомки територп.
Оновлення планово-картографiчних землевiдвiдних матерiалiв проводилось уточненням лiнiй наявних матерiалiв, створенням новоутворених дiлянок та видаленням i об'еднанням спрощених форм землеволодiнь. Важливим моментом дано! роботи е те, що паралельно необхiдно проводити актуатзащю атрибутiв просторових даних, якi несуть в собi значну частину шформацп, що використовуеться в земельно-кадастровш системi кра!ни. До тако! атрибутики належать номеращя кадастрових зон, кварталiв, дшянок та данi, що стосуються власника земельно! д^нки, його iдентифiкацiйного коду, адреси прописки та мiсця проживання, класифiкацiя кадастрових дiлянок за видом власносп, типом землекористування та господарським призначенням.
В процесi актуатзацп виявленi межi нових земельних дшянок, територп, що потребують уточнення шформацп щодо землевласника, розроблено класифiкацiю юнуючих дiлянок з експлiкацiею по формам власносп згiдно з Укра!нським класифшатором форм власностi на землю (УКФВЗ), по цшьовому призначенню земель зпдно з Укра!нським класифiкатором цiльового використання землi (УКЦВЗ) та по категорiях землекористувачiв згiдно з формою 6-зем.
Результатом роботи е створення актуалiзованих плашв iснуючого використання земель у розрiзi сiльських (селищних, мiських) рад на основi використання матерiалiв аерофотозйомки, космiчноï зйомки, методами наземних iнструментальних зйомок в електронному та паперовому виглядi з координатною сiткою в СК-63. Використання знiмкiв у виглядi топооснови разом з описовою та атрибутивною шформащею векторних шарiв надало змогу проводити швидку iдентифiкацiю об'ектiв, робити пошуковi запити, проводити рiзнi види ГIС-аналiзу.
ВИСНОВКИ ТА ПЕРСПЕКТИВИ РОЗРОБОК
Роботи проведет iз використанням сучасних iнформацiйних та ГIС-технологiй (програмний комплекс ArcGIS 9.2), якi забезпечують можливють роботи з планово-картографiчними матерiалами в електронному виглядi (растровi зображення в форматах TIF, TIFF, GeoTIFF, JPG тощо, векторнi - у формат обмiнних файлiв) та зворотнш зв'язок для обмiну iнформацiею iз спецiалiзованим програмним забезпеченням, яке використовуеться для обробки результатiв землевпорядних та топографо-геодезичних робiт.
Технологiя Г1С забезпечила зведення рiзнорiдноï iнформацiï в едину загальнодержавну систему координат, актуалiзацiю планово-картографiчних матерiалiв з необхiдною точнiстю, тдготовку вiдповiдних баз даних, аналiз шформацп щодо вiдомостей про статуси земельних дшянок, ïx використання, оцiнку, розподш мiж власниками, монiторинг екологiчного стану земель, та в перспективi - забезпечення мережевого доступу до ще1" шформаци за рахунок впровадження ктент-серверних теxнологiй.
Внаслiдок виконання робiт розроблено методолопчш засади щодо аналiзу стану документаци iз землеустрою та даних щодо облшу земель у розрiзi територiï сiльськоï (селищноï, мiськоï) ради та придатшсть ïx для складання планiв iснуючого використання земель; анатзу iснуючого стану iндексниx кадастрових карт та кадастрових плашв на вщповщнш територи; оновлення планово-картографiчниx матерiалiв на основi використання матерiалiв аерофотозйомки, космiчноï зйомки (враховуючи термiн актуальностi 5 роюв); порiвняльного аналiзу оновлених планово-картографiчниx матерiалiв iз даними форми 6-зем та правовстановлюючих документiв.
Створенi картографiчнi матерiали з нанесеними межами населених пунктiв, земельних дiлянок, територiальниx зон е вихщними даними для ведення державного земельного кадастру, використання, охорони та проведення монiторингу земель, швентаризацп земель усix категорiй та здшснення землеустрою. Результати виконаних робiт в електронному та паперовому виглядi е основою для внесення вiдповiдниx змш у черговi кадастровi плани при здшсненш ведення державного земельного кадастру на ушх рiвняx.
Проведенi роботи показали, що розроблений спосiб оновлення картографiчниx матерiалiв на сучасному еташ е максимально надiйним та економiчно ефективним. Оновлення планово-картографiчного матерiалу, за умов його безперервно!'
актуалiзацil, здатне поставити роботу землевпорядних оргашзацш на принципово новий якiсний рiвень.
Данi науково-дослщних робiт та експериментальний проект використаш при розробцi галузевого стандарту «Землеустрш. Правила складання техшчно! документацп щодо оновлення планово-картографiчних матерiалiв».
Список л^ератури
1. Барладш О.В., Городецький С.М., Миколенко Л.1. Використання ДЗЗ в шформацшних системах земельного кадастру // Картограф1я та вища школа: зб1рник наукових праць. - К. : 1нститут передових технологш, 2008. - Вип. 13.
2. Барладш О.В., Ярошук П.Д. Створення геошформацшних систем р1зного ршня з використанням косм1чних зшмкш р1зно! просторово! розр1зненост1 // Геошформатика. - 2005, №3.
3. 1нструкщя з топограф1чного зшмання у масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 та 1:500 (ГКНТА-2.04-02-98).
4. Про затвердження Кер1вного техшчного матер1алу з геодезичного забезпечення при створенш та оновленш топограф1чних карт масштабу 1: 10 000 у Державнш геодезичнш референций систем1 координат УСК-2000. - Наказ Державно! служби геодези, картографп та кадастру вщ 16 липня 2007 р. № 75.
5. Crane, P.J. and L. P. Herrington. 1992. GIS applications. A wide spectrum not without problems. Photogrammetric Eng. and Remote Sens. 8:1092-1094.
6. Ehlers M., Edward G., and Bedard Y., (1989). Integration of Remote Sensing with Geographic Information systems: A Necessary Evolution. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, Vol 55 № 11.
Барладин A.B. Использование ArcGIS для интеграции и актуализации векторных и растровых планово-картографических материалов в задачах землеустройства/ Барладин A.B., Миколенко Л.И., Скавронский В.П. // Ученые записки Таврического национального yниверситетa имени В.И. Вернадского. Серия: География. - 2QQ9. - Т. 22 (б1). - №1 - С. 12-19
Проанализированы особенности теxнологии использования геоинформaционныx систем для интеграции и aктyaлизaции плaново-кaртогрaфическиx материалов в зaдaчax землеyстройствa. Рассмотрены основные вопросы использования СК-б3 в качестве общепринятой системы координат для землеyстроительныx работ.
Ключевые слова: геоинформационные системы, планово-картографический материал, система координат, aктyaлизaция.
Barladin A.V. A use of ArcGIS for integration and actualization vector and raster according to plan-maps and sharts in land management problems / Barladin A.V., Mykolenko L.I., Skavronskiy V.P. //
Scientific Notes of Taurida V. Vernadsky National University. - Series: Geografics. - 2QQ9. - Vol. 22 (б1). -№1 - P. 12-19.
We have analysed features of technology of use the geoinformation systems for integration and actualization according to plan-maps and sharts in land management problems. We have considered the basic questions of use SC-63 as the standard system of coordinates for land management.
Keywords: Geoinformation systems, according to plan-maps and sharts, coordinate systems, actualization.
Поступила в редакцию 22.04 .2009 г.
