Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Теоретические положения построения системы автоматизированного проектирования в землеустройстве 17
1.1. Экономическое значение и обоснование необходимости и возможности создания системы автоматизированного землеустроительного проектирования. 17
1.2. Концептуальные положения формирования системы автоматизированного землеустроительного проектирования 38
1.3. Методологические аспекты информационного обеспечения как основы системы автоматизированного землеустроительного проектирования 43
1.4. Современные аспекты развития системы автоматизированного землеустроительного проектирования на основе систем с искусственным интеллектом и экспертных систем 57
ГЛАВА 2. Алгоритмы и методы формирования систем автоматизированного проектирования в землеустройстве 70
2.1.Информационно-логическая модель системы автоматизированного землеустроительного проектирования 70
2.2. Экономико-математическая составляющая системы автоматизированного землеустроительного проектирования 85
2.3.Программное, лингвистическое и техническое обеспечение САЗПР. 92
2.4.Автоматизация технологических приемов решения частных задач землеустройства. 96
2.5. Оптимизационные методы в решении частных задач землеустроительного проектирования. 108
ГЛАВА 3. Формирование информационного каркаса системы автоматизированного землеустроительного проектирования 120
3.1. Экономические основы и требования информационного обеспечения системы автоматизированного землеустроительного проектирования 120
3.2. Интеграция информационных систем при землеустроительном проектировании 124
3.3. Принципы создания комплексной информационной системы автоматизированного землеустроительного проектирования 128
3.4. Информационное обеспечение инфраструктуры пространственных данных землеустройства . 130
3.5. Формирование баз данных для землеустроительного проектирования. 153
ГЛАВА 4. Региональные особенности использования систем автоматизированного проектирования в землеустройстве 160
4.1. Совершенствование противоэрозионной организации территории 160
4.2. Организация территории орошаемых агроландшафтов 174
4.3. Проектирование полезащитных лесных полос средствами программного комплекса "ПЛАСТ" 186
ГЛАВА 5. Экономическое обоснование и эффективность системы автоматизированного проектирования в землеустройстве 196
5.1. Экономическое обоснование информационного обеспечения рациональной организации территории 196
5.2. Оценка организации рационального использования земельных ресурсов и ее социальная значимость. 215
5.3. Экономическое обоснование проектов землеустройства в системе адаптивно-ландшафтного земледелия на основе автоматизации 231
5.4.Экономическая эффективность применения методов автоматизированного землеустроительного проектирования 236
ГЛАВА 6. Методические подходы создания и функционирования системы автоматизированного проектирования в землеустройстве 246
6.1. Обоснование состава и структуры первоочередных мероприятий по землеустройству на территорию Российской Федерации 246
6.2. Обоснование содержания и этапов осуществления Федеральной целевой программы и организация автоматизации землеустроительного проектирования и землеустройства 261
6.3. Оценка экономической эффективности автоматизации землеустроительного проектирования и землеустройства 266
Выводы и предложения 281
Список использованных источников 293
- Концептуальные положения формирования системы автоматизированного землеустроительного проектирования
- Экономико-математическая составляющая системы автоматизированного землеустроительного проектирования
- Информационное обеспечение инфраструктуры пространственных данных землеустройства
- Оценка организации рационального использования земельных ресурсов и ее социальная значимость.
Концептуальные положения формирования системы автоматизированного землеустроительного проектирования
В этот период преобладало общинное землепользование. Информационное обеспечение осуществлялось за счет землеописаний и землеуказаний и замыкалось на знати, а реализовывалось «из уст в уста», что отражено в дошедших до нашего времени документах «Повесть временных лет», «Русская правда» и др. Установлено, что русские князья проводили «описания земельных владений своих подданных с целью распределения податей, повинностей и дани». [41] При этом информация о землевладениях и землепользованиях фиксировалась в уставных грамотах удельных князей, а опыт межевания передавался по наследству «от отца к сыну» [41, 45].
«В этот период разграничение и описание земель встречаются еще как явления случайные, не являющиеся общими явлениями жизни, зародыш всех элементов полного понятия о межевании уже имеет место (так, в знаках на деревьях, в тынах, в межниках), имеется прообраз современного способа обозначения границ; в инвентарных и юридических актах, содержащих в себе краткое описание земель…»[41, 49].
Следующий период «писцового межевания» характеризуется усилением российского государства, централизацией власти в руках царя. Что потребовало проведения новых землеустроительных работ, включающих: учет земель, установление границ, оценка качества земель, правовое оформление земельных участков. В связи с этим функции первого межевого органа России были возложены на образованный в середине XVI века Поместный приказ. Через Поместный приказ осуществлялось предоставление земель служивым людям в поместное владение. Поместный приказ вел даточные (земельные) книги, в которых записывалось где, кому и за какую службу даны земли. Здесь-же осуществлялась регистрация перехода землевладения от одного лица к другому, и разрешались земельные споры. Поместный приказ вел архив дел и документов писцовых описаний[41, 49]. В период «писцовых межеваний» стали появляться первые землеустроительные планово-картографические материалы в виде схем и рисунков.
Информационное обеспечение этого периода характеризуется сведениями о правовом статусе земель, их площадях и качестве. В этот период осуществлены валовые описания всех земель России. Писцовые описания сыграли большую роль в становлении российского землеустройства[41, 49].
В период «Петровского и Елизаветинского межевания» появилось новое понятие «геометрическое межевание», которое более полно, на новом качественном уровне отражало технологию и инструментарий проведения межевания того времени. В этот период начались картографические работы по созданию общей генеральной карты России. В ходе работ, над которой были впервые составлены атласы земель России, планы Москвы и С.Петербурга. В работах по межеванию участвовали первые российские геодезисты - выпускники Адмиралтейства. С этого времени история каждого земельного участка отражалась в межевых документах, которые включались в состав межевого дела, с подробным описанием всех событий связанных с данным участком. В это время стали появляться первые прообразы проектов организации территории поместий и других земельных наделов [33, 34].
Информационное обеспечение землеустройства данного периода составили: межевые дела, планы и карты , первые инструкции по межеванию.
В период Генерального и Специального межевания (1766-1882г.г.) начались новые работы по размежеванию российских земель, началась новая земельная реформа, длившаяся почти сто лет. Юридической основой данного межевания стал правительственный Манифест, а также «Генеральные правила, данные Межевой комиссии для сочинения по оным межевой инструкции». Главными задачами Генерального межевания были съёмка земель и утверждение границ землевладений. Межевое дело (землеустройство) считалось делом наивысшей государственной важности. При производстве генерального межевания составлялись следующие документы: полевой журнал, дневной журнал, экономический журнал. А по его результатам составлялись план и межевая книга. Генеральное межевание носило обязательный характер и являлось государственным мероприятием.
В период Столыпинского землеустройства (1906-1917г.г.) проводились работы по разверстанию общественных земель на хуторские и отрубные участки. Составление землеустроительных проектов осуществлялось с учетом качества и местоположения земель, состава земельных угодий и их пригодности под пашню, выгон, сенокос, сады, а также требований их компактности, ликвидации недостатков землепользований (чересполосицы, дальноземелья, вклинивания, вкрапливаний и др.). В этот период разрабатывались проекты землеустройства, по которым проводилось разделение общинных земель, устройство хуторов и отрубов, переселение крестьян.
Информационное обеспечение землеустройства этого периода времени содержало сведения о качестве земель, их местоположении и размерах, данные о составе и соотношении угодий.
Землеустройство в первые годы Советской власти (1917-1927 г.г.) выполнялось в соответствии с принятым Вторым Всероссийским съездом Советов 26 октября (8 ноября) 1917 г. Декретом о Земле, согласно которого была отменено право частной собственности на землю, ее недра, леса и воды, а земля передавалась в пользование. Информационное обеспечение землеустройства в этот период носило бессистемный характер.
Землеустройство в период коллективизации, предвоенные и послевоенные годы (1928-1954 г.г.). В этот период образованы коллективные хозяйства – колхозы и совхозы. В связи с недостатком специалистов-землеустроителей и необходимостью оперативного проведения работ по формированию землепользова-ний и организации территории, впервые создаваемых коллективных хозяйств, землеустройство проводилось упрощенными методами и носило характер зем-леуказаний. К 1937г. коллективизация сельского хозяйства практически завершилась. В колхозы и совхозы было вовлечено 93 % от общего числа крестьянских хозяйств. Землеустройство этого периода характеризовалось организацией в хозяйствах территории пахотных земель - установлением площадей севооборотов, размещением их полей и бригадных участков, были заложены основы информационного обеспечения различных видов землеустройства (межхозяйственного и внутрихозяйственного и др.). Советское землеустройство (1954-1990 г.г.). «Всего за 1954–1961 гг. было освоено 41,8 млн. га новых земель и организовано более 3 тыс. совхозов. В первые два года (1954–1955 гг.) в сельскохозяйственный оборот в целом по стране было вовлечено 33,0 млн. га земель, в том числе в Казахской ССР 18,0 млн. га и в РСФСР — 14,2 млн. га» [41, 277, 278]. «В общем объеме землеустроительных работ в это время преобладало межхозяйственное и внутрихозяйственное землеустройство новых совхозов, в связи с организацией в них сельскохозяйственного производства, новым строительством и организацией территории. Развитие крупного общественного производства требовало внедрения в сельское хозяйство достижений науки и передового опыта, дальнейшего развития землеустройства» [41, 44, 45, 49, 90, 208, 209, 277, 278].
Информационное обеспечение в этот период дополнилось данными дистанционного зондирования, результатами бонитировки почв и 4-мя турами экономической оценки сельскохозяйственных угодий колхозов и совхозов. В этот период была создана система проектных организаций по землеустройству по всей стране, осуществляющих его информационное обеспечение.
Современное землеустройство (1991-2011 г.г.). Начало этого периода связано с ликвидацией монополии государственной собственности на землю. Затем основное внимание было уделено созданию фонда перераспределения земель, организации крестьянских (фермерских) хозяйств, передаче земель в ведение сельских (поселковых) администраций, реорганизации колхозов и совхозов и приватизации их земель. В целом, землеустройство этого периода было направлено, в основном, на решение текущих задач, связанных с выдачей документов на право собственности на землю, поддержание земельного оборота, межеванием и упорядочением землепользований и землевладений, дальнейшей инвентаризации земель, разграничением государственной собственности на землю, способствовало формированию и становлению кадастра объектов недвижимости РФ.
Экономико-математическая составляющая системы автоматизированного землеустроительного проектирования
Неформализованность задач, решаемых ЭС, отсутствие завершённой теории и методологии их проектирования приводят к необходимости модифицировать принципы и способы построения ЭС в ходе процесса проектирования по мере того, как увеличиваются знания разработчиков о проблемной области. Как отмечал академик Г. С. Поспелов, "создание экспертных систем не может идти по обычной схеме заказчик-исполнитель... Это невозможно т.к. знания, которыми должна быть заполнена конкретная экспертная система, находятся у заказчика, а не у исполнителя.." [270]
Проектные задачи могут быть подразделены на хорошо и слабо формализуемые. Примером хорошо формализуемых проектных задач являются инженерные и технико-экономические расчёты. Большинство проектных задач является слабо формализуемыми. Примером слабо формализуемой задачи является графическая компоновка устройства территории севооборотов. В этом случае требуется высокая квалификация проектировщика для принятия принципиальных решений, и в тоже время имеют место простые хорошо формализуемые операции – подготовительные работы по сбору исходных и нормативных данных, экономическое обоснование проектных решений и др.
Экспертные системы необходимо рассматривать как самостоятельный класс информационных систем, содержащих БД и БЗ, способных осуществлять анализ, коррекцию и синтез данных, анализировать и принимать решения, как по запросу, так и независимо от запроса пользователя и выполнять целый ряд задач. В частности, ЭС должны распределять входную информацию по группам, консультировать, делать выводы, влиять на принятие правильного (рационального) проектного решения, обучать прогнозированию, идентифицировать, интерпретировать и т.д. [194, 213, 270] Для повышения эффективности САЗПР и ГИС в землеустройстве, необходимо использовать метод экспертных оценок, особенно при анализе данных и принятии проектных решений. При этом устанавливается вероятность будущего состояния природной среды в результате землеустройства. Если определены негативные изменения, то проект необходимо пересмотреть с целью установления причин их изменения и устранения. Использование экспертных оценок в землеустройстве необходимо рассматривать как этап на пути создания землеустроительной ЭС, в которой основным звеном является задача объединения эмпирического и формального знания о землеустроительном процессе (Папаскири, 1997, 2001, 2013) [48, 213, 243, 246, 259]. Сочетание ЭС с существующими АИС представляет вспомогательные средства для отбора необходимых данных и их переработки.
В наше время стремительно растёт объем и многообразие пространственно - распределённых данных, которые могут храниться и обрабатываться ГИС и САЗПР. Часто обработка данных замедлена из-за неэффективности процедур обработки. Ранние версии ГИС и САЗПР имели ограниченные возможности как при работе с ДДЗ, так и разнообразными картами, поскольку материалы ДДЗ имеют растровое представление, многие традиционные карты оцифрованы в векторном формате. Многие ГИС и САЗПР используют сейчас гибридные тех нологии (векторные+растровые). Эффективность применения ЭС в ГИС не обусловливает их использование во всех случаях. По сравнению с базами данных ЭС предъявляют более жёсткие требования, как к организации решения задач, так и к наличию необходимого минимума формализованных знаний (Па-паскири, 1997, 2001, 2013). [48, 213, 243, 246, 259]
При создании ЭС возникают как минимум три проблемы: обеспечение достаточной полноты информации. Это требует выделения ключевых (основополагающих) знаний и установления их взаимосвязи в структуре данных, а также создания и использования такой системы кодирования, которая бы позволила эффективно применять эту информацию для решения практических задач землеустройства (Папаскири, 1997, 2001, 2013) [48, 213, 243, 246, 259]; получение эффективной оценки качества функционирования ЭС и выработка соответствующих критериев. Знания специалистов - это не просто сумма сведений и фактов. Формальный учёт многомерности связей добавлением новых для представления отношений отдельных элементов могут привести к избыточной перегруженности - "жесткости" системы, и она станет "закрытой" для ввода новых элементов и установления связей с существующими (Папаскири, 1997, 2001, 2013) [48, 213, 243, 246, 259]; возможность получения недостоверного результата из-за вероятностного характера структуры решаемых землеустроительных задач и синтеза знаний.
Решение перечисленных проблем является необходимым, но недостаточным условием применения ЭС в ГИС.
ГИС и САЗПР находят сейчас широкое применение при анализе территории, природных ресурсов и их использовании. Одной из важных проблем в ГИС является то, что они приспособлены для пользования в работе экспертов, имеющих опыт исследования сложных пространственных связей с помощью компьютерных систем. Удобные для пользователя интерактивные системы, су щественно улучшили бы характеристики ГИС и САЗПР и расширили бы их применение.
Частные решения некоторых таких задач довольно очевидны. Разработка экспертных систем для ГИС могла бы позволить более эффективно проводить обработку и анализ данных, и к тому же помочь лицам, имеющим небольшой опыт в моделировании и компьютерной обработке данных. Проблема совмещения пространственных данных полученных из разных источников может решаться путём разработки новых моделей данных, совместимых с методами искусственного интеллекта в задачах сужения пространства поиска, и таким образом дополнить разработку ЭС для ГИС.
ГИС являются хорошей средой для внедрения методов ИИ и ЭС. Это вызвано, с одной стороны, разнообразием и сложностью данных в ГИС, с другой - наличием большого числа экспертных задач при использовании ГИС. В частности, для ГИС созданы экспертные системы, применяемые для решения разных задач; получения композиции карт, выделения элементов их нагрузки, получения тематических карт, поддержки принятия решений, построения оверлейных структур и др. (Папаскири, 1997, 2001, 2013). [213, 243, 246, 259]
Итак, важнейшая особенность систем ИИ состоит в том, что в рамках этих систем представляются знания, которыми они манипулируют. Знания обладают рядом свойств, отличающих их от данных: это внутренняя интерпретируемость, структурированность, связность и активность. Особая роль знаний объясняется следующими причинами: -отсутствием для большинства трудных задач алгоритмов решений, поскольку многие важные задачи возникают в сложных контекстах социальных и физических явлений, не поддающихся точному и строгому описанию; -достижением людьми высоких результатов благодаря своим познаниям; -признанием собственной ценности знаний как дорогого тиражируемого ресурса.
Информационное обеспечение инфраструктуры пространственных данных землеустройства
Как утверждают некоторые авторы, важной задачей инженерно-геодезических изысканий становится обеспечение адекватности создаваемой ЦММ физическому состоянию местности, необходимой и достаточной проектировщику для принятия проектных решений при создании ЦМП [50, 51, 53, 143, 219, 236, 254, 256, 257, 258, 259].
Такая адекватность, кроме соблюдения норм инженерно-геодезических изысканий (точность, состав, полнота данных), особо требует: соответствия ЦМР ее реальной топографической фактуре; пространственного представления в модели подземных и надземных коммуникаций; многослойности модели рельефа и ситуации с заданным, нужным проектировщику, распределением данных по иерархически организованным слоям; информационной насыщенности объектов модели сведениями, нужными для принятия проектных решений и согласований.
Использование ЦММ в землеустройстве на всех этапах инженерных изысканий и проектирования на основе 3D-проекта определяет характер специальных требований не только к содержанию ЦММ, но и к тому ПО, которое применяется для ее создания и последующего использования [219, 246, 254].
Одним из основных требований к программному обеспечению в землеустройстве является технологическая связанность программного комплекса. Всем этим требованиям отвечают современные версии известных ГИС и САПР.
Таким образом, вся землеустроительная графическая информация в СА-ЗПР должна распределяться по характерным слоям однородной тематики (например, рельеф, границы почвенных разностей, угодья, деградированные земли, границы ЗОУИТ, границы кадастровых кварталов и т.д.). Графические БД д.б. связаны с текстовыми так, чтобы по графическому изображению можно было бы получить соответствующую текстовую (семантическую) информацию и наоборот. При разработке системы необходимо стремиться к минимизации однозначных связей между отдельными графическими элементами и соответствующей им атрибутивной информацией, а создание 3D-проекта землеустройства при этом - открывает новые перспективы в исследовании территории, её потенциал в использовании, создаёт основу для минимизации иррационального использования земель. в виде отдельных подсистем включены коллективы разработчиков и пользователей (проектировщиков). Это позволяет выделить системный, функциональный аспект средств лингвистического обеспечения.
С системной точки зрения выделяются три наиболее важные функции лингвистического обеспечения САЗПР: коммуникативную, сигнификативную [42, 48] и познавательную эвристическую.
1. Коммуникативная функция лингвистического обеспечения заключается в представлении определенных средств коммуникации на профессиональном и проблемно-ориентированных языках для разработчиков и пользователей САЗПР с программной системой и комплексом технических средств, а также между отдельными подсистемами и ППП на языках внутреннего (машинного) представления. Она обеспечивает такие системные свойства организационно-технических систем, как интеллектуальность и эргатичность САЗПР.
Интеллектуальность САЗПР следует понимать, как способность взаимодействовать с другими подсистемами в рамках организационно-технической системы и получать информацию из внешней среды; способность к мотивации своей деятельности на основе анализа ситуации, состояния процесса проектирования и накопленных знаний.
Эргатичность1 САЗПР достигается развитыми средствами обеспечения диалога. Они дают возможность пользователю САЗПР играть активную роль в процессе проектирования, позволяют оперативно вводить необходимые данные на формализованном входном языке диалогового взаимодействия; вмешиваться в ход решения проектных задач на основе получения оперативной информации; принимать решения об изменении или окончании процесса проектирования.
2. Автоматизация проектирования, как наука, постоянно упорядочивает и систематизирует свои составные части, свои категории, свои понятия, свой терминологический аппарат. Сигнификативная функция лингвистического обеспечения заключается в фиксации экстралингвистических фактов в проблемно-ориентированных языках. Тем самым закрепляются накопленные разнообразные знания из предметной области САЗПР и создается необходимая база знаний, ориентированная на машинное представление.
Оценка организации рационального использования земельных ресурсов и ее социальная значимость.
Экономичность информации означает, что затраты на получение и переработку информации не должны превышать получаемый от ее использования результат. Ценность информации может быть измерена стоимостью принимаемых на ее основе решений и выражаться денежным эквивалентом разницы между решениями, принимаемыми при наличии информации и при ее отсутствии (Джон О Шонесси, 2001; Божук, Ковалик, 2002). [77, 161]
Перечисленные требования к свойствам информации в т.ч. землеустроительной должны выполняться синхронно. Они не должны распределяться по степени нужности, отсутствие хотя-бы одного свойства равносильно отсутствию информации как таковой.
Эти основные свойства информации можно расширить рядом второстепенных, обеспечивающих удобство использования землеустроительной информации: адресность (целенаправленность) - предоставление информации для конкретного управленческого уровня и конкретных задач управления (т. е. она должна быть адаптирована для конкретного пользователя); наглядность представления; возможность быстрой передачи, многократного использования (ти-ражируемость информации), неограниченного хранения во времени; пригодность для принятия различных (многих) решений.
Систематизация информации используемой в землеустройстве позволяет значительно облегчить поиск информации и упорядочить структуру баз данных. Для этих целей, по нашему мнению, можно использовать классификацию, предложенную в литературе (Джон О Шонесси, 2001; Божук, Ковалик, 2002) [79, 159, 161]: 1. По стадиям образования (переработки) информации; 2. По степени соответствия целям исследования; 3. По местонахождению источника информации относительно объекта исследования; 4. По функциональному назначению информации; 5. По периодичности поступления информации; 6. По степени стабильности информации; 7. По виду охватываемого периода; 8. По степени охвата исследуемого объекта; 9. По характеру используемых измерителей; 10. По способу восприятия информации; 11. По форме представления информации; 12. По регламенту предоставления информации. [79, 161]
Перечисленные классификационные признаки землеустроительной информации могут быть дополнены в соответствии с теми информационными потребностями, которые предъявляются пользователем.
Используя туже классификацию, источники информации, предоставляющие сведения для осуществления землеустроительных действий, можно подразделить на две основные группы: источники первичной и вторичной информации.
Названная классификация источников землеустроительной информации не является исчерпывающей; например, в зависимости от места нахождения источники информации могут быть разделены на внутренние (находящиеся внутри организации) и внешние (находящиеся вне сферы влияния организации). [161]
Все источники внешней вторичной информации могут быть сгруппированы в четыре группы: официальные издания и документы; неофициальные источники; специфические источники; синдикативные источники. Каждая из указанных групп обладает определенными достоинствами и недостатками, а информация из этих источников призвана решать специфические землеустроительные задачи. [161]
Официальные издания и документы - эта группа источников вторичной внешней информации наиболее обширна и разнообразна и включает в себя: издания государственных учреждений, статистические справочники (в том числе электронные); средства массовой информации; экономическую и техническую специальную литературу [159]; сводные годовые отчеты сельскохозяйственных организаций данного сегмента рынка; документы профессиональных сообществ, союзов, ассоциаций и др. аналогичных организаций (Ассоциация частных землемеров, Крестьянский союз, Союз землеустроителей России, Союз садоводов Российской Федерации, Общество независимых оценщиков и т.д.); другие специальные издания.
Данная группа источников характеризуется высокой доступностью, низкой стоимостью, предсказуемой достоверностью, но, как правило, является не надежным источником, предоставляет устаревшую информацию; данные могут быть неполными, несопоставимыми. Издания госучреждений предоставляют информацию органов власти, регламентирующую различные стороны деятельности хозяйствующих субъектов или отражающую практику хозяйствующих субъектов, и могут быть предоставлены как в печатном, так и электронном виде. [161]
Госкомстат России размещает информацию в Интернете, публикует ежегодники и тематические статистические выпуски. Интернет-ресурсы Госкомстата России предоставляют сгруппированные, тематически выстроенные, статистические данные в различных областях, в том числе информацию земельных и рыночных исследований. [161]
Годовые отчеты сельскохозяйственных организаций представляют собой официальную информацию, предоставляемую после анализа и обработки МСХ субъектов Российской Федерации, которые в свою очередь направляются в МСХ Российской Федерации. Здесь содержатся сведения об объеме и направлениях капитальных вложений, о взаимодействии с иными организациями, основные результаты деятельности и положение предприятия в конкретном сегменте рынка.
К источникам внутренней вторичной информации относятся внутренние документы сельскохозяйственных организаций (например, экономический паспорт хозяйства в разрезе производственных подразделений и в целом по хозяйству). В качестве внутренних источников информации помимо традиционных документов рассматриваются отчеты о предшествующих обследованиях, предыдущих проектов землеустройства, так как это позволяет глубже исследовать историю вопроса, учитывать сопоставимость информации, а также достигать косвенные эффекты и синергетического эффекта от сопоставления современной и ретроспективной ситуации [161].