Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Научно-методические подходы организации ИПД 11
1.1 Развитие инфраструктуры пространственных данных в странах Северной Америки 11
1.1.1. Национальная ИПД США 11
1.1.2. Национальная ИПД Канады
1.2 Директива INSPIRE - элемент координации усилий стран-членов ЕС по созданию ИПД единой Европы 17
1.3 Национальные инициативы по реализации директивы INSPIRE :
1.3.1. Национальная стратегия географической информации Финляндии 19
1.3.2. ИПД Федеративной Республики Германии 22
1.3.3. Национальная ИПД Австрии 24
1.4 Концепция разработки ИПД в Российской Федерации 25
Глава 2 Анализ природно-хозяйственных условий белгородской области при организации ИПД ... 31
2.1 Природные ресурсы 31
2.1.1 Климатические ресурсы 31
2.1.2 Геологическое строение и почвообразующие породы... 35
2.1.3 Водный режим 37
2.1.4 Лесные ресурсы 39
2.1.5 Почвенный покров
2.2 Социально-экономические условия 42
2.3 Состояние окружающей среды
2.3.1 Состояние атмосферного воздуха 45
2.3.2 Состояние поверхностных вод 46
2.3.2 Агроэкологическое состояние пахотных почв 47
2.4 Земельный фонд Белгородской области 49
2.4.1. Распределение земельного фонда по категориям земель 49
2.4.2 Распределение земель по формам собственности 52
Глава 3 Разработка функциональной структуры интегрированной зис и методики систематизации пространственных данных ... 55
3.1 Существующие подходы к разработке информационных аналитических систем 55
3.2 Анализ нормативно правовой документации в сфере формирования автоматизированного кадастра объектов недвижимости 60
3.3 Разработка функциональной модели интегрированной ЗИС 62
3.4 Перспективы дополнения существующих систем обработки кадастровой информации АИС ГКН инфраструктурой интегрированной ЗИС 78
3.5 Анализ методик и инструментария систематизации и менеджмента пространственно распределенной информации... 82
3.6 Концептуальное моделирование структуры пространственных данных
3.6.1. Координатное и адресное описание графических примитивов на уровне таблиц БД. 86
3.6.2. Семантическое описание наборов базовых пространственных данных 89
3.7 Оценка качества представления данных инфологической
модели интегрированной ЗИС 94
Глава 4 Разработка методики представления и визуализации данных интегрированной зис, их апробация для белгородской области 100
4.1 Роль и задачи ГИС - технологий при разработке интегрированной ЗИС 100
4.2 Апробация концепции интегрированной ЗИС и региональной ИПД на примере природно-хозяйственных условий Белгородской области 106
Заключение 115
Литература
- Национальная ИПД США
- Климатические ресурсы
- Анализ нормативно правовой документации в сфере формирования автоматизированного кадастра объектов недвижимости
- Апробация концепции интегрированной ЗИС и региональной ИПД на примере природно-хозяйственных условий Белгородской области
Национальная ИПД США
Наряду со странами, являющимися пионерами (США, Канада) в вопросе разработки ИПД и достигших значительного уровня в предоставлении геосервисов, в настоящее время активную разработку информационных систем подобного класса ведут ряд других государств, в первую очередь это страны-члены Европейского Союза (ЕС).
15 мая 2007 года вступила в силу Директива ENSPIRE (INfrastructure for SPatial InfoRmation in Europe), намечающая пути создания общеевропейской ИПД, объединяющая информационные ресурсы стран Евросоюза в единую информационно-телекоммуникационную систему на завершающей стадии программы в 2019 году.
Директива ENSPIRE представляет собой документ, состоящий из двух частей [86]. Первая часть позиционирует программу ENSPIRE в общеевропейском нормативно-правовом поле. Вторая содержит 35 разделов с тремя приложениями, объединенными в семь глав, определяющих общие положе ния, метаданные, набор БПД, минимальный перечень сетевых сервисов и геосервисов поддерживаемых национальными ИПД входящие и определяющие структуру общеевропейской ИПД.
В программном документе четко сформулирована основная цель программы INSPIRE — охрана окружающей среды: «Community policy on the environment must aim at a high level of protection...»[86, с 1]. Остальные проблемы Евросоюза в ней рассматриваются с точки зрения того, как они связаны с решением экологических проблем. По мнению разработчиков директивы, одним из путей достижения поставленной цели является увеличение объема пространственных данных и повышение их качества для поддержки процессов принятия решений и их реализаций в странах-членах ЕС. Несмотря на свою в де-факто экологическую направленность, проект открыт для потенциального использования в других областях, таких как сельское хозяйство, транспорт и энергетика.
Текст директивы определяет важнейшую задачу INSPIRE как гармонизацию пространственных данных и геоинформационных услуг в рамках национальных ИПД стран-членов Евросоюза. Механизм такой гармонизации отрабатывается под эгидой Совета национальных топографо-картографических и кадастровых служб EuroGeographics на общеевропейских геоинформационных проектах: создание общеевропейского набора данных об автодорожной сети, набора политико-административных границ Ев-, росоюза, БД государственных границ и т.п. [39, 66].
Директива является не просто декларацией о намерениях, а действующей и развивающейся системой. Все ее мероприятия предельно детализированы по существу и срокам, разработана детальная дорожная карта проведения мероприятий программы. Следует отметить, что принятие рассматриваемой директивы имело определенные предпосылки. На момент принятия документа некоторые страны-члены ЕС, обладающие детальной пространственной информацией, необходимой для поддержки принятия управленческих решений, и развитым уровнем соответствующих технологий, уже создали основу для национальных ИПД. Однако, несмотря на эти проекты, эффективное решение по вопросу широкого доступа к пространственным данным для понимания и оценки комплексных проблем развития Евросоюза в целом и ограничения неблагоприятного антропогенного воздействия на окружающую среду в рамках единой Европы, до момента принятия настоящей директивы, найдено не было в силу следующих обстоятельств: - отсутствие единых стандартов в области ИПД; - несовместимость наборов БПД различных национальных инициатив; - различие в предоставляемых геосервисах; - различия национальных интересов стран-членов ЕС. Таким образом, без координации на уровне ЕС (чем, по своей сути, и явилась директива INSPIRE) вопрос о формировании единой ИПД европейского сообщества мог бы оставаться открытым, даже, несмотря на значительные успехи некоторых европейских стран в развитии инфраструктур подобного класса. INSPIRE предназначена, прежде всего, для разработки оптимальных средств использования уже имеющихся и получаемых вновь пространственных данных, предоставления сервисов доступа к ним, обеспечивая их совместимость и устраняя препятствия в их использовании.
Национальная стратегия географической информации Финляндии (НИПД) (2005-2011г.) [72, 96], принятая Национальным советом по географической информации направлена на создание эффективной и рациональной информационной инфраструктуры, призванной поддержать широкий диапа зон общественных функций, обеспечивая тем самым доступность базовых пространственных данных для граждан. В разрезе разработки стратегии НИПД 1 июня 2005 г. была введена в действие связанная с ней Земельная информационная система Финляндии, объединившая данные об объектах недвижимости Национальной земельной службы Финляндии, и семантической информации 86 муниципалитетов, т.е. произошел переход от ведения 87 отдельных кадастров к ведению единой системы.
Основной разработчик ИПД Финляндии - Национальная земельная служба NLS (National Land Survey of Finland), которая совмещает функции национальных топографо-картографической и земельно-кадастровой служб, являясь агентством в структуре Министерства сельского и лесного хозяйства. В основе нормативной базы НИПД Финляндии лежат стандарты Национальной системы стандартизации, основанные на так называемых рекомендациях (JHS-recommendations) , разрабатываемых Консультативным комитетом по управлению информацией Министерства внутренних дел [41]. Процесс стандартизации НИПД Финляндии готовится в ближайшем будущем, и будет ориентирован на адаптацию и использование международных стандартов, в первую очередь стандартов ISO.
При создании НИПД Финляндии в нее будут включены для общего пользования следующие наборы основных пространственных данных: базовые геодезические данные (геодезическая опорная сеть); базовые данные реестров различного ведомственного назначения (объекты недвижимости, водных объектах, объектах сельского и лесного хозяйства); географические названия и адреса; данные о транспортных сетях и объектах транспортной инфраструктуры; данные об окружающей среде и природных ресурсах; статистические данные; данные дистанционного зондирования Земли. Сравнивая данный перечень пространственных данных, например, с составом данных, определяемым как базовым в структуре американской NSDI, следует отметить, что помимо БПД ЕИПД Финляндии включает в свою структуру большое множество специализированной географической информации, которая, с одной стороны, как правило, является востребованной в узкоспециализированных областях и требует отдельных мероприятий в области ее стандартизации и обеспечении общей согласованности с набором БПД, а с другой, является необходимой для обеспечения устойчивого благополучия населения, экологической безопасности и рационального природопользования. Следует отметить, что такое увеличение перечня и номенклатуры пространственных данных в составе НИПД Финляндии полностью отвечает основной цели европейской директивы INSPIRE - обеспечению охраны окружающей среды.
В структуре НИПД пока нет единого межведомственного геопортала, например, подобного геопорталу GOS ИПД США. В настоящее время его замещает национальный портал GeoFinland, аккумулирующий документацию по работам над ИПД (на финском, шведском и английском языках), но без функций поиска данных. Эти функции выполняет другой общенациональный геопортал MapSite, функционирующий как сервис национальной земельной службы. Геопортал рассчитан на две целевые аудитории: широкую публику (Citizen s MapSite) и профессионалов (Professional MapSite). Сервисы Citizen s MapSite бесплатны. Контент геопортала составляют топографические карты от мелких масштабов до масштаба 1:16 000 (максимальный масштаб визуализации). Геопортал обладает возможностями поиска по адресам, координатам, номенклатуре листов топографических карт и т. п. Кроме того, есть функции перерасчета данных в иные системы координат.
Климатические ресурсы
Большая часть территории области занята землями сельскохозяйственного назначения, которые составляют 2015,9 тыс. га (74,2 %) от общей площади. В данную категорию входят в основном товаропроизводители. Это сельскохозяйственные предприятия с различными формами хозяйствования: 61 сельскохозяйственный производственный кооператив, включая колхозы, 418 акционерных обществ, обществ с ограниченной ответственностью, товариществ на вере, агрофирм, холдингов, 33 государственных и муниципальных унитарных сельскохозяйственных предприятий, 12 подсобных хозяйств промышленных предприятий, 27 научно-исследовательских и учебных учреждений, 424 прочих сельскохозяйственных предприятий, 1776 крестьянских (фермерских) хозяйств [29, 65]. К данной категории относятся также земли, используемые гражданами за пределами черты населенных пунктов для производства сельхозпродукции. Это коллективное садоводство и огородничество, земли, используемые гражданами для сенокошения и выпаса скота.
К землям населенных пунктов относятся территории, находящиеся в пределах черты населенных пунктов, а также земли, переданные в ведение администрации города, поселка или сельского населенного пункта. Земли населенных пунктов используются как места проживания и осуществления производственной деятельности людей и удовлетворения их культурно-бытовых и иных нужд. По состоянию на 1 января 2007 года в состав области входит 1 городской округ, 21 муниципальный район, 28 городских поселений, 287 сельских поселений, из них: 11 городов, из которых 6 - областного подчинения, 18 - поселков городского типа, 1575 сельских населенных пунктов. В составе земель поселений имеются земли различного назначения [29]. Земли жилой и общественной застройки составляют 53,9 тыс. га - 16,4 % от их общей площади, земли промышленности - 11,2 тыс. га - 3,4 %, земли общего пользования - 22,1 тыс. га - 6,7 %, земли транспорта, связи, инженерных коммуникаций - 6,6 тыс. га - 2 %, земли сельскохозяйственного использования - 164,5 тыс. га - 50,1 %, земли лесного фонда - 8,1 тыс. га - 2,5 %, городские леса-0,4 га - 0,1 %, земли особо охраняемых территорий и объектов - 2,5 тыс. га - 0,8 %, земли под водными объектами - 2,6 тыс. га - 0,8 %, под военными и иными режимными объектами и объектами иного специального назначения - 1,2 тыс. га - 0,3 % земли, не вовлеченные в градостроительную или иную деятельность, составляют 55,5 тыс. га- 16,9 %.
Земли промышленности. В структуре земель данной категории преобладают земли транспорта 53,5 % и промышленности 41,6 %, земли энергетики занимают 0,2 тыс. га или 0,6 %, земли иного специального назначения 1,5 тыс. га, 4,3 %. К землям транспорта относятся земли, предоставленные предприятиям и организациям автомобильного, железнодорожного, воздушного транспорта для осуществления возложенных на них специальных задач по эксплуатации, строительству, содержанию, реконструкции, ремонту, устройству сооружений и объектов транспорта. 46,4 % земель транспорта находится под дорогами (12,7 тыс. га) и лесными защитными полосами (3,6 тыс. га).
На землях промышленности расположено более 800 различных предприятий (заводы, линейные объекты, перерабатывающие и горнодобывающие предприятия) расположенных вне границ населенных пунктов. В структуре земель промышленности 14,5 % составляют нарушенные земли (карьеры предприятий черной металлургии, производства строительных материалов), 14,8 % - застроенные территории.
К землям особо охраняемых территорий относятся земли природного заповедника «Белогорье» и его участки: «Лес на Ворскле» в Борисовском районе, «Ямская степь» и «Лысые горы» в Губкинском районе, «Стенки Из-горья» в Новооскольском районе и земли оздоровительного значения - дом отдыха «Красная Поляна» в Валуйском районе, а также спортивно-оздоровительные комплексы, детские оздоровительные и спортивные лагеря, пансионаты, базы отдыха. Наибольший удельный вес в указанной категории земель занимают лесные площади и древесно-кустарниковая растительность - 62,5 %, сельскохозяйственные угодья - 29,2 %. Застроенные и прочие угодья занимают 8,3 %.
По данным управления лесами по Белгородской области площадь земель лесного фонда на 1 января 2007 г составляет 215,8 тыс. га, из них 0,8 тыс. га на землях поселений. Основную долю земель этой категории занимают территории, покрытые лесом на площади 204,5 тыс. гектара, что составляет - 96,0 %, сельскохозяйственные угодья - 1,3 %, площади, улицы, дороги, под болотами, под водой и прочие земли - 2,7 %. Расположенные на землях лесного фонда сельскохозяйственные угодья используются лесохозяйст венными организациями под питомники, для выращивания кормовых культур, как служебные наделы для работников лесного хозяйства.
К землям водного фонда относятся земли Белгородского водохранилища площадью 0,9 тыс. га, находящейся на территории Белгородского района и площадью 1,3 тыс. га на территории Шебекинского района [65].
Анализ нормативно правовой документации в сфере формирования автоматизированного кадастра объектов недвижимости
Различают плановую (положение пунктов сети определяется геодезическими или прямоугольными координатами) и высотную геодезические сети (при помощи которой определяются высоты пунктов над уровнем моря).
Государственная плановая геодезическая сеть строится в соответствии с принципом перехода от общего к частному и делится на 1, 2, 3, 4 классы, отличающиеся друг от друга по точности измерения углов и линий, размерам сторон и способу закрепления точек на местности.
Концептуальная схема. Определившись с назначением, целями, составом и масштабом представления пространственных данных, в соответствие с пунктом четыре дорожной карты, переходим к рассмотрению концептуальной функциональной схемы интегрированной ЗИС, которая представляет собой средство описания информационной системы на уровне функциональных блоков и связывающих их процессов, являясь по своей сути первым шагом при переходе от сформулированной идеи к ее реализации (рис. 3.9). Информационное пространство банка метаданных2 Ядро метаданных: Интернет-пользователи национальных геопорталов предметная область набора ИПД; -ключевые слова; -дата создания; -кодировка; -ответственный за метаданные, его роль; -система координат, вид проекции; -исходный масштаб набора данных (твердой копии); -тип (вектор/растр); -вид покрытия Пользователи полнофункциональных ГИС и CD-версий тематических атласов Информационное пространство интегрированной ЗИС (координатное описание)1 Координаты графических примитивов - список попей координатного описания графических примитивов идентичен для всех территориальных уровней представления, характер содержания координатного описания может варьироваться в зависимости от уровня генерализации данных ядро метаданных - достаточный объем информации, необходимый для идентификации и понимания назначения набора ПД - определяется в соответствие с ГОСТ Р 52573-2006 и идентичен для всех терииториальных уровней представления ПД
Функциональная схема интегрированной ЗИС в составе РИПД Доступ пользователей к пространственным данным, посредством сервисов, предоставляемых национальным и региональными (субъектов Российской Федерации) геопорталами, предполагается осуществлять следующим образом: поиск необходимого набора из всего множества пространственных данных, представленных в составе РИПД, осуществляется посредством запроса к Федеральной базе метаданных, содержащей информацию, необходимую для идентификации и понимания назначения и структуры запрашиваемого набора данных (НД). Критериями запроса пользователя могут служить количественные и качественные характеристики НД: тип, проекция, габариты листа, масштаб, ключевые слова, назначение НД, географический адрес, название, данные о поставщике данных. В качестве результата пользователю возвращается аннотированный список уникальных (в рамках территории РФ) идентификаторов наборов ПД, отвечающих критериям запроса (например, в виде URL-ccbuiKH(-oK)). Помимо федеральной, базы метаданных ведутся отдельно и в рамках региональных ИПД (РегИПД), при этом обеспечивая согласование представления информации на различных территориальных уровнях; получив требуемую ссылку и пройдя проверку прав доступа, пользователь получает доступ к представленным в наборе ПД, размещенным на одном из национальных геопорталов, (к определенным ПД доступ может быть либо платным, либо ограниченным в рамках «привилегированных» групп); доступ к атрибутам выбранного пользователем пространственного объекта (графического примитива), осуществляется посредством автоматизированного запроса к семантической части блоков БПД и СПД интегрированной ЗИС, по уникальному (в рамках рассматриваемого НД) идентификатору пространственного объекта; помимо предоставления доступа к национальным ПД посредством Web-интерфейса геопорталов, геосервисы интегрированной ЗИС также могут применяться и для обновления семантических характеристик пространственных данных представленных на тематических электронных картах полнофункциональных ГИС и CD-версий электронных атласов, поддерживая информацию последних в актуальном состоянии, и исключая тем самым лишние изыскания со стороны разработчиков.
Таким образом, архитектоника современной системы автоматизированной обработки пространственных данных, для организации обмена информацией между различными территориальными и организационными уровнями, характеризуется наличием распределенной (на уровне субъектов РФ) сети хранилищ координатного и семантического описания пространственных объектов, организационно и технологически увязанных в рамках РИПД посредством Федерального банка метаданных.
Реализация подобных пространственно распределенных информационных систем подразумевает использование «клиент серверной» организации системы управления информационными потоками на основании понятия «реляционных баз данных».
Апробация концепции интегрированной ЗИС и региональной ИПД на примере природно-хозяйственных условий Белгородской области
В функциональном отношении ГИС-технологии при создании ЗИС должны обеспечивать [13, 50]: 1. Визуализацию информации, хранящейся в БД пользователя, на экране дисплея. 2. Обработку и интерпретацию данных БД в виде тематических карт, гистограмм, таблиц и д.р. 3. В конечном счете, обеспечивать совместное использование цифровых карт и баз пространственных данных для обеспечения рационального природопользования.
К применяемых для взаимодействия с геосервисами интегрированной ЗИС можно предъявить ряд подчас взаимоисключающих друг друга требований: 1. Послойное деление пространственных данных, широкая цветовая гамма, большие возможности в визуализации объектов, обширный инструментарий для редактирования и интерпретации, площадные, линейные измерения, создание планов и карт в различных масштабах и т.д. 2. Интерфейс графического редактора должен быть простой, доступный, понятный и ориентирован как на пользователей разного уровня, так и на специфику поставленной задачи. 3. Мобильность программного обеспечения, низкая стоимость, функциональная понятность, удобство освоения и простота использования даже со стороны неопытного пользователя.геоинформационным системам как интерпретаторам пространственных данных,
Исходя из вышеперечисленных требований, всю номенклатуру программного обеспечения, ориентированного на работу с сервисами интегрированной ЗИС, по критерию отношения мобильности приложения к ее функциональности можно условно разделить на три класса (рис. 4.1): геопорталы, пользовательские специализированные ГИС-приложения и системы поддержки принятия решений (СППР), коммерческие ГИС.
Коммерческие ГИС. Для реализации первого требования за основу графического редактора разрабатываемой ЗИС можно взять мощную ГИС (Агс-GIS, Maplnfo, Панорама) универсального назначения. При этом будут обеспечиваться многообразие поддерживаемых форматов данных, высокое качество средств визуализации картографического материала, разнообразие средств анализа, обновление версий программного обеспечения и всесторонняя техническая поддержка. Однако, высокая стоимость, громоздкость и избыточность функциональности делают реализацию такого подхода не всегда рациональным.
Программный продукт Maplnfo Professional, разработанный американской компанией Maplnfo, является профессиональным средством для создания, редактирования и анализа картографической и пространственной информации [48, 102]. ГИС Maplnfo Professional специально спроектирована для обработки и анализа информации, имеющей адресную или пространственную привязку. Maplnfo — это картографическая база данных. Встроенный мощный язык запросов SQL ММ, благодаря географическому расширению, позволяет организовать выборки с учетом пространственных отношений объектов, таких как удаленность,вложенность, перекрытия, пересечения, площади и т.п. Запросы к базе данных можно сохранять в виде шаблонов для многократного использования.
Среда разработки программ MapBasic позволяет разработать собственные меню, панели инструментов и диалоги, упрощающие работу конечного пользователя с геоинформацией, а также позволяет создать собственную ГИС, добавляя необходимую функциональность к имеющимся возможностям ГИС Maplnfo. MapBasic имеет функции и операторы, аналогичные языку BASIC, а также картографические функции ГИС. Созданные и откомпилированные в MapBasic программы можно использовать при работе с Maplnfo Professional и Runtime модулей Maplnfo. Программный продукт Pa-van позволяет создавать в Maplnfo Professional мультимедийные трехмерные модели [6].
К другим недостаткам данной ГИС можно отнести ее громоздкость и избыточность функциональности. Достоинством данного продукта является наличие инструментария для разработки пользовательских приложений.
Другая геоинформационная система - БелГИС, разработанная ФГУП ВИОГЕМ (г. Белгород) [16]. БелГИС обладает всеми характеристиками и возможностями современных ГИС и позволяет решать целый комплекс народнохозяйственных задач. Существует несколько специализированных модулей на базе комплекса БелГИС: БелГИС - АПК (автоматизированная система для сельского хозяйства), БелГИС - МЧС (ГИС-модуль для служб быстрого реагирования), БелГИС-Кадастр (ГИС-модуль автоматизированного ведения кадастровой карты с функцией изготовления межевых дел и решения геодезических задач), БелГИС-Генплан (программа для производства и ведения генеральных планов) и т.д. Все разработанные геоинформационные системы представляют собой совокупность функциональных модулей, каждый из которых включает одинаковое для всех программное ядро, и дополнительный программный компонент (прикладной модуль).
Программный комплекс БелГИС поддерживает большинство распространенных форматов обмена цифровых карт, однако отсутствие у данной геоинформационной системы инструментария для разработки пользовательских ГИС-приложений снижает ее функциональную значимость и фактически делает ее непригодной для решения задач. К недостаткам БелГИС так же отнесем несоответствие условных знаков, принятых для топографических, обзорно-географических, кадастровых и других видов карт, требованиям топографических служб РФ.
ГИС «Карта 2005» КБ «Панорама» — это геоинформационная система, предназначенная для создания и редактирования электронных карт, решения типовых прикладных задач и разработки специализированных ГИС-приложений в среде Windows [15]. Система позволяет создавать векторные, растровые и матричные карты, а также оперативно обновлять различную информацию о местности. «Карта 2005» поддерживает обмен из форматов различных ГИС и САПР в формат ГИС «Карта 2005». Импорт данных обеспечивается из форматов DXF/DBF, MIF/MID, S57, SHP/DBF, SXF (TXF).
