Дипломная работа: Геоинформационная система "Компас-2" и возможности её использования для ведения природных кадастров России

Практическая значимость результатов работы

Результаты проделанной работы имеют следующие направления применения:

в Гос.Думе как дополнение к «Компас-2» (эта ГИС-технология в настоящее время там применяется), или других государственных ведомствах

в учебном процессе, в качестве наглядного пособия по памятникам истории, архитектуры, природы, как всей России так и отдельно взятой области.

1.Кадастр

Думается, сегодня уже не надо убеждать основную массу специалистов в необходимости использования информационных технологий и того вида программных продуктов, которые для краткости называют ГИС, для эффективного создания и использования разного рода кадастров.

Но существует и сегодня большая неопределенность в самом понятии "кадастр" - особенно если рассматривать множество возможных кадастров, а не только земельный кадастр, И не меньшая неопределенность, нечеткость существует и вокруг понятия "ГИС". Даже из чисто практических соображений оптимального выбора варианта технологии, конкретного про­граммного и аппаратного (как следствие) обеспечения необходимо дать некоторые предварительные пояснения. Иначе сам предмет разговора будет весьма неопределенным и трудно будет проанализировать на должном уровне требования, предъявляемые тем или иным конкретным кадастром и совокупностью кадастров к функциональным возможностям программного обеспечения, И тем более ответить на вопрос, как выбрать тот программный продукт, а скорее набор программных продуктов, которые этим требованиям полностью удовлетворяют. Или, что более вероятно, предоставляют базовый инструментарий, требующий еще приложения определенных усилий для тонкой настройки на требования (и оценить величину этих усилий).

В чем проблема с понятием "кадастр"? А в том, что этих понятий несколько, и формулированием определений занимались явно не спе­циалисты по информатике и научной терминологии. Также и в том, что проблема определения такого понятия лежит в сразу нескольких плоскостях:

- в плоскости геоинформатики как дисциплины, оперирующей общими, не зависящими от области применения, свойствами пространственной информации и в сфере геоинформационных технологий, использующих эти свойства;

- в плоскости "обычной" информатики, так как не вся информация, обращающаяся в кадастре, имеет прямое отношение к пространственным объектам;

- в плоскости той или иной конкретной предметной области с ее специфическими задачами, сложившимися организационными структурами, терминологией и даже традициями;

- в плоскости правовых отношений и эконо­мических отношений, ибо понятие "кадастр" всегда связывается с учетом (регистрацией) и регулированием прав собственности на какие-то объекты, а также режимами их использования.

Наконец, в нашей конкретной ситуации подход к определению понятия "кадастр" имеет и политический аспект, так как вслед за определением понятия близко следуют и определение функций, задач, а, значит, прав и возможностей. Причем возможностей уже не обезличенных, а возможностей конкретных организаций, ведомств и, возможно, политических сил и экономических концепций, доминирующих в соответствующих ведомствах. В нашей ситуации "кадастр" - дело отчасти политическое еще и потому что сроки создания реально функционирую­щего кадастра и заложенные в него функциональные возможности способны существенным образом повлиять на ход экономического развития страны. В первую очередь это видимо от­носится к земельному кадастру но не только. Да и средства, необходимые для создания системы кадастров в масштабе страны настолько серьезны, что это тоже добавляет политическую окраску всем принимаемым в этой области решениям, в том числе и определениям понятий.

Все это приводит к тому, что вокруг понятия кадастр, кадастры сегодня происходит чересчур много споров, которые напоминают иногда споры о том, каков данный предмет - "круглый, зеленый или твердый?" Одни считают, что "Кадастр" с большой буквы - это имя собственное, это Земельный кадастр, и только он один как Государственный кадастр и есть и должен быть, все остальное - от лукавого и попытки примазаться. Другие перечисляют множество возможных и нужных видов кадастров различного назначения - лесной, минерально-сырьевых ресурсов, недвижимости, водных ресурсов. Говорится также и о весьма комплексных кадастрах - градостроительном, урбоэкологическом и, наконец, комплексном территориальном.

Серьезно осложняет рассмотрение вопроса о том, какие общие черты присущи разным видам кадастров, какие общие требования они выставляют (если выставляют) к функциональности программного обеспечения, также и множественность используемых при обсуждении ведомственных и специальных терминологий. Абсолютно идентичные, с точки зрения геоинформатики, типы пространственных объектов и операций с ними могут иметь совершенно различные наименования в разных предметных областях, служить разным содержательным целям и задачам.

В ГИСовских пакетах разных производителей - не меньшая путаница. Фирменная терминология даже распространенных пакетов общего назначения часто трудносопоставима без специального анализа, также встречаются и синонимы, и неполные синонимы, и омонимы. Еще хуже обстоит дело с терминологией, используемой в узкоспециализированных системах - за конкретным назначением операции пропадает ее сущность с точки зрения общей геоинформатики. Сама классификация ГИС-пакетов, хотя ей немало уже сообщений посвящено, остается областью на практике очень нечеткой. Под словом ГИС сегодня скрываются очень разные вещи. Мелькают еще и термины LIS (Land Information System - земельная инфор­мационная система), FM (Facilities Management - системы управления объектами распределенной хозяйственной инфраструктуры), AM (Automated Mapping), что иногда переводят буквально, как системы автоматизированного картографирования, забывая при этом, что в ре­альности это реализация простейшего принципа работы с пространственной информацией, пред-ГИС, заключающегося просто во вводе, хранении в компьютере и отображении карт, воспринимаемых просто как чертежи. До сих пор встречается (надеюсь, что не среди наших читателей) прямое связывание понятия "геоинформационная система" или с географией, или с геологией, или с геодезией. Тогда как связь-то на самом деле с геоинформатикой, и речь в приставке "гео" идет о географическом, прост­ранственном принципе организации информации, о пространственных информационных системах, составляющих функциональное ядро любой "настоящей" ГИС.

В такой туманной ситуации немудрено, что существуют проблемы как с формулированием требований, предъявляемых теми или иными кадастрами к программному обеспечению, так и с нахождением правильного их решения. Постараемся, без подробного рассмотрения специфики конкретных кадастров, обозначить их некоторые общие черты, существенные с точки зрения требований к программному обеспечению. Далее постараемся дать краткий обзор соответствия существующего сегодня программного обеспечения этим требованиям. При этом мы не будем, по возможности, останавливаться на конкретных пакетах и производителях программного обеспечения. И уж, тем более, не будем подробно описывать какой-либо пакет В последнем вообще нет необходимости в свете данной задачи выбора ПО, ибо достаточно убедиться в отсутствии какой-то даже одной базовой, жизненно необходимой функции, чтобы не рассматривать далее этот пакет в качестве возможного кандидата на использование в кадастре (во всяком случае в качестве базового программного обеспечения). Таким образом, мы можем заметно оптимизировать процедуру выбора из огромного спектра ПО. Достаточно выбрать в качестве ключевого то требование к пакету которое, являясь абсолютно необходимым, сразу же позволит отсечь наибольшее число кандидатов.

Какие это могут быть требования? Базовы­ми для кадастров любого типа являются функции учетные, инвентаризационные. Соответственно, критически важным является качество представления в компьютере графических данных, прежде всего, границ объектов. Качество в данном случае не исчерпывается только полнотой (отсутствием пропусков объектов) и малыми допусками на точность представления положения каждой линии по сравнению с натурой. Качество цифровой графической базы в данном случае - это еще и ее корректность, внутренняя непротиворечивость. Это внутренняя непротиворечивость внутри одного тематического слоя - соответствие формального геометрического типа каждого объекта его смысловому содержанию (я говорю о такой, например, вещи, как замкнутость всех площадных объектов. Все, что по смыслу своему является площадным объектом, должно быть представлено замкнутым полигоном, замкнутым не только визуально, но и в формальном геометрическом смысле). Все границы прилегающих полигонов должны быть в точности одной и той же линией, а не просто визуально неотличимыми двумя близкими линиями. В земельном кадастре абсолютно вся территория, без пропусков, должна принадлежать какому-либо площадному объекту - полигону, пусть даже полигону с атри­бутом "нет сведений". Не должно быть никаких, даже микроскопических паразитных полигонов, происходящих из неточных соответствий контуров. Да и между различными слоями информа­ция должны быть согласована.

Все эти требования делают необходимым использование топологического контроля в процессе создания кадастровых карт. Я берусь со всей ответственностью заявить, что никакие квалификация и усердие операторов ввода, будь то дигитайзерные технологии, сканерные технологии с ручной прорисовкой или с использованием программ-векторизаторов, не дают необходимого качества карт без использования топологического контроля. Правда, сегодня даже некоторые наиболее продвинутые отечественные пакеты по векторизации, типа Easy Trace и MapEdit, включают в себя некоторые средства такого контроля. Это очень хорошо, но окончательное редактирование карт должно производиться все-таки в самой ГИС. То есть, делаем вывод - ГИС пакет или система пакетов, используемых в кадастре, должны поддерживать векторно-топологическую модель данных по крайней мере на каких-то этапах работы и на определенном уровне рабочих мест,

Пожалуй, еще более существенно наличие топологического контроля на этапе функционирования кадастровой системы. Многочисленные редактирования, особенно проводимые как отдельные разрозненные акты редактирования, в разное время и разными исполнителями, неизбежно быстро нарушат целостность базы данных без наличия того же топологического контроля. Это касается и целостности системы связей "графические объекты-атрибуты", и корректности взаимоотношений между графическими объектами. Часто, говоря о требованиях кадастровой системы к программному обеспечению, забывают, что кадастр не создается один раз навсегда как система, фиксирующая существующие отношения собственности на, например, земельные угодья. Кадастр должен жить активной жизнью, и быть способным отслеживать оперативно и без нарушения работоспособности все происходящие изменения.

В частности, должна обеспечиваться упомянутая целостность базы данных при ее редактировании, и должна поддерживаться возможность отслеживания истории изменений базы данных. Юристы легко подтвердят важность возможности отслеживания такой истории владения объектами собственности - земельными участками, объектами недвижимости - для урегулирования спорных ситуаций. Надо понимать, что для этого необходимы специальные средства, отслеживающие каждое изменение базы данных и ведущие журнал таких изменений, а не просто хранение копий состояний базы данных в отдельные дискретные моменты времени (это, например, обеспечивает модуль ArcStorm системы ARC/INFO). А отслеживать изменения пространственной БД гораздо сложнее, чем непространственной - земельные участки не только меняют владельца и характер использования, они еще по ходу их истории делятся, объединяются, меняют форму и соседей, В такой ситуации отслеживание истории земле­пользования (например)также требует использования векторно-топологической модели данных.

Аналитические функции кадастра, без которых он по сути представляет собой бюрократическую систему регистрации и только, также требуют для реализации всего спектра необходимых операций работы с векторно-топологическим форматом.

Кадастр на значительные территории, естественно, приходится создавать порциями - по отдельным листам карт, отдельным стереопарам снимков, отдельным административным единицам. Естественно, при этом потребуется увязка и согласование по границам карт. Если мы хотим получить, хотя бы некоторую автоматизацию и контроль качества в этом процессе - единственный выход - использование тех же топологических структур данных.

Опять та же пресловутая топология! Не слишком ли много о ней разговоров. Многие говорят, что это хорошо, но вот все системы, поддерживающие векторно-топологический формат, дороги, сами структуры данных чрезвычайно сложны и, за счет этого, не обеспечивают того быстродействия, как более простые! Ответ на это должен быть простой - ни один пакет ГИС, взятый в единственном числе, не обеспечит сегодня эффективного решения задачи построения и, тем более, эксплуатации кадастра. Требуется находить некоторую комбинацию из нескольких тесно взаимоувязанных пакетов разного уровня сложности и разной стоимости, разделяющих одну и ту же идеологию, модели, форматы данных. Это, помимо прочего, позволит также радикально разрешить и проблему выбора аппаратной платформы. Ясно, что на некотором уровне кадастра совершенно необходимо сегодня - или будет необходимо завтра (не надо обольщаться!) - использование компьютеров более мощных, чем привычные офисные персоналки (будут ли это мощные сервера и рабочие станции на базе lntelовского процессора с Windows NT или RISC/UNIX рабочие станции и сервера, это не так принципиально). И так же ясно, что уровень массового пользователя не может и не должен быть обеспечен ими, а только гораздо более дешевыми ПК не само­го верхнего уровня. Я не случайно употребил во множественном числе "модели данных", а не "модель данных", потому что сегодня есть примеры комплексирования в одной системе связных пакетов нескольких моделей данных, в частности, векторно-топологической и векторной нетопологической (наглядный пример - покрытия ARC/INFO и шейп-файлы), а также и растровой моделей данных.

Следует также отдавать себе отчет, что никакая комбинация из сегодняшних ГИС (имея в виду именно ГИС-пакеты) не в состоянии обеспечить работу кадастра на федеральном и даже большом региональном уровне при высокой интенсивности пространственных запросов большого числа удаленных, то есть работающих по каналам связи, пользователей. А такая перспектива для нас является если и не ближайшей, то очень близкой. Sдecь необходимо использование принципиально нового и в мире, а в России почти совсем неизвестного, класса программных продуктов - серверов пространственных баз данных. Эти системы обычно опираются как на подстилающий уровень на мощные реляционные СУБД класса Oracle или Informix, но представляют собой совершенно отдельный, новый тип систем. (О сервере пространственных данных SDE мы уже кратко рассказывали в предыдущих номерах ARCREVIEW, а в этом номере ему посвящен целый разворот).

Наконец, о самом, на мой взгляд, важном -о квинтэссенции всего этого, о комплексном территориальном кадастре. Совершенно ясно, что создавая любые, пусть самые совершенные, системы частных кадастров, мы сможем решить только узковедомственные проблемы. В реальности, все они должны взаимодействовать друг с другом. Как на федеральном уровне, помогая решать большие аналитические и прогнозные задачи, так и, в особенности, на местном уровне, решая конкретные повседневные задачи управления. Как может земельный кадастр не взаимодействовать с кадастром минерально-сырьевых ресурсов, когда требуется на их стыке решать проблему выделения горных отводов? Как может градостроительный кадастр или кадастр объектов недвижимости не взаимодействовать с земельным? Или с кадастром водных ресурсов? Число таких

- возможных и необходимых - связей огромно, и всех их заранее не предусмотреть. Попытки под крышей какого-то частного кадастра объединить несколько, или тем более все возможные кадастры, наталкиваются на сопротивление со стороны других ведомств и специалистов. И, наверное, на оправданное сопротивление. С другой стороны, местные администрации заявляют, и также вполне обоснованно, что им важнее всего комплексный взгляд на территорию, ее ресурсы и проблемы. Под лозунгом комплексного территориального кадастра нельзя объять необъятного. Тем более, что приоритетные задачи у конкретных регионов различные и меняются с течением времени, и всех необходимых связей предусмотреть заранее нельзя. Единственное разумное решение - комплексный территориальный кадастр должен представлять собой не отдельную систему а систему комплексного использования на региональном уровне отдельно существующих, но согласованных частных кадастров. Так вот, такое согласование разных кадастров, разных тематических слоев и даже разных масштабов возникло на базе использования векторно-топологических данных. В последнее время программные продукты ESRI приняты за основу при создании ряда национальных и региональных систем ведения земельного кадастра (достаточно часто он является основой прочих кадастров). В их числе:

Австрия. Дистрибьютор ESRI в этой стране, компания Datamed Informations Systeme, выиграл проект стоимостью 2,5 млн. долл. США Австрийского федерального кадастрового агентства. К интегрированной информационной кадастровой системе подключены все 68 региональных офисов Агентства. В числе других создаются кадастровая карта страны и карта сельскохозяйственного использования земель. Установлено 78 ли­цензий ARC/INFO и ArcStorm, 250 ArcView. Помимо этого, в рамках тематически связанного с кадастровым проекта, Datamed поставила ГИС си­стему австрийскому правительственному департаменту по дистанционному зондированию. В нее входит три лицензии ARC/INFO, ArcStorm, ARC GRID, 6 лицензий ERDAS Imagine с модулем ORTHOMAX.

Кипр. Компания Dansoft и ESRI выиграли US $ 12 млн. контракт на создание системы национального кадастра и регистрации земель.

Иордания. Центральный аппарат Департамента земель и съемки, а также региональные офисы регистрации земель во' всех городах страны переведены на работу с продуктами ESRI. В базу данных занесена информация по 812 тыс. земельных участков, 2 285 тыс. землевладельцев. Ежегодно фиксируется порядка 15 тыс. сделок с землей. Королевским географическим центром Иордании (национальное картографическое ведомство) с помощью ГИС продуктов ESRI переведено в цифровую форму (в виде покрытий ARC/INFO) более 23 тыс. листов кадастровой карты.