Наукові основи укладання планів міст за космічними знімками для потреб містобудування

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОГРАФІЇ

УДК 528.94:528.8

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Наукові основи укладання планів міст

за космічними знімками для потреб містобудування

(на прикладі окремих міст України)

Спеціальність 11.00.12 - географічна картографія

СОЛОМАХА ІРИНА ВІТАЛІЇВНА

КИЇВ - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті географії НАН України

Науковий керівник: доктор географічних наук, професор

Козаченко Тамара Іванівна

Інститут географії НАН України,

головний науковий співробітник

відділу картографії

Офіційні опоненти: доктор географічних наук

Бондаренко Едуард Леонідович,

Київський національний університет

імені Тараса Шевченка,

доцент кафедри геодезії та картографії

доктор технічних наук, професор

Бурштинська Христина Василівна,

Національний університет

«Львівська політехніка»,

професор кафедри фотограмметрії та геоінформатики

Захист відбудеться «7» липня 2010 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.163.01 при Інституті географії НАН України

за адресою: 01034, Київ-34, вул. Володимирська, 44.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту географії

НАН України (01034, Київ-34, вул. Володимирська, 44).

Автореферат розісланий «4» червня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат географічних наук

А.А. Мозговий

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дослідження. Починаючи з 2000-х років в Україні спостерігається велика кількість замовлень на розробку містобудівної проектної документації, в першу чергу, це стосується генеральних планів міст. Для виконання цих робіт необхідно мати картографічні матеріали масштабів 1:2 000 - 1:10 000, на яких ситуація відповідає дійсності на рік розробки документації.

Криза 90-х років і ринкова економіка незалежної держави майже зруйнували налагоджену роботу картографо-геодезичної служби України. Тому сьогодні маємо невтішну статистику забезпеченості території країни актуальними картографічними матеріалами. Аналіз наявних великомасштабних топографічних карт і планів засвідчує старіння інформації. Враховуючи стрімкий розвиток будівництва в Україні, питання оновлення зазначених картографічних матеріалів є дуже актуальним, адже саме вони відіграють роль графічної основи при розробленні містобудівної документації.

Сьогодні одним із найефективніших методів одержання оперативної комплексної інформації про міста є дистанційне зондування Землі з космосу. Єдиним методом, що дає можливість оперативно контролювати стан забудови міст на великих площах, є комплексне дешифрування космічних знімків високої роздільної здатності із застосуванням геоінформаційних технологій.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційне дослідження виконано у відповідності до напрямів наукової роботи Українського державного науково-дослідного інституту проектування міст (УДНДІПМ) «Діпромісто». Він розробляє близько 70% містобудівної документації для міст України, має міжнародний сертифікат ISO 9001: 2008, ліцензію Мінекоресурсів України на виконання топографо-геодезичних та картографічних робіт. Сьогодні з усього обсягу містобудівної документації 75% виконується у вигляді ГІС-продукції. Дисертаційне дослідження здійснено також у рамках тематики Інституту географії НАН України - «Методика застосування даних дистанційного зондування Землі для моніторингу еволюції ландшафтів» (№ держреєстрації 0107U000866).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційного дослідження є розробка методологічних і концептуальних основ картографічного обґрунтування укладання планів міст із використанням матеріалів дистанційного зондування Землі та ГІС-технологій для їх подальшого залучення при розробці містобудівної документації. Для досягнення цієї мети було поставлено та вирішено такі завдання:

- вивчити, проаналізувати й систематизувати знання про місто - об`єкт картографування з двох боків: як елемент розселення і як сукупність структурно-планувальних елементів;

- розглянути систему графічних матеріалів, які є основними при розробленні містобудівної документації і специфіку плану міста як основи для укладання її графічної частини;

- визначити закономірності напряму змін у забудові населених пунктів та їх динаміку залежно від типу населеного пункту;

- визначити стан вітчизняного космічного знімання і роль матеріалів ДЗЗ у містобудуванні; ступінь їх обробки при застосуванні для укладання планів міст і розробки документації;

- розробити методику укладання планів міст, передбачених ДБН з використання ГІС-технологій і космічних знімків;

- розглянути можливості перспективного використання космічних знімків у містобудуванні - створення локальних містобудівних ГІС, ведення моніторингу забудови міста.

Об`єкт дослідження - території міст України, їх планувально-функціональна структура та організація.

Предмет дослідження - методологічні, концептуальні та методичні засади дослідження (підходи, принципи, методи, прийоми та способи картографічного моделювання) планувально-функціональної структури та організації міста на планах за космічними знімками з метою використання отриманої інформації для розробки містобудівної документації.

Методи дослідження. Теоретичну та методологічну основу досліджень становлять теорія і методи геоінформаційного картографування. У процесі дослідження було використано загальнонаукові методи й підходи: системний підхід та системно-структурний аналіз; моделювання (картографічне, структурно-графічне); кібернетичні методи (в опрацюванні космічних знімків та використанні сучасних програмних продуктів з їх комп`ютерної обробки і укладанні планів міст в електронному вигляді); методи класифікації; методи географічного дешифрування космічних знімків; історичного і порівняльного аналізу (для вивчення досвіду укладання планів міст та їх оновлення).

При дисертаційному дослідженні автор опирався на теорію, наукові принципи й методи картографування, що містяться в працях О.М. Берлянта, Т.В. Верещаки, М. Де Мерса, М. Зейлера, Т.І. Козаченко, О.В. Кошкарьова, І.К. Лур`є, О.О. Лютого, О.І. Мартиненка, Е. Мітчела, Г.О. Пархоменко, Л.Г. Руденка, К.О. Саліщева, С.М. Сербенюка, Р.І. Сосси, В.С. Тікунова; на теоретико-методичні основи аерокосмічних методів географічних досліджень - І.А. Лабутіної, В.І. Лялька, Ю.Ф. Книжникова, В.І. Кравцової, Л.Є. Смірнова, О.В. Тутубаліної; теоретико-методичні основи соціальної і економічної географії, зокрема розвитку міст і міського розселення, районного планування, територіальної організації населених пунктів - Е.Б. Алаєва, М.Г. Бархана, Ю.М. Білоконя, В.В. Богданова, Д.І. Богорада, Ю.П. Бочарова, В.Г. Давидовича, В.О. Джамана, А.І. Доценка, М.М. Дьоміна, В.В. Загороднього, С.О. Ковальова, Г.М. Лаппо, В.І. Нудельмана, Ю.І. Пітюренка, В.В. Покшишевського, А.В. Степаненка, Ю.Л. Шувалова, М.С. Фішельсона, І.А. Фоміна, З.Н. Яргіної.

Основну довідково-інформаційну базу досліджень становили картографічні джерела: плани міст, різночасові космічні знімки високої роздільної здатності, одержані супутниками Ikonos та QuickBird, топографічні карти та плани, архівні матеріали УДНДІПМ «Діпромісто» (система графічних матеріалів, що використовується в містобудуванні, пояснювальні записки генеральних планів), літературні джерела фондів Національної бібліотеки України ім. В.І. Вернадського НАН України, бібліотек Інституту географії НАН України, ЗАТ «Інститут передових технологій», УДНДІПМ «Діпромісто», а також зібрані особисто автором матеріали ДЗЗ та ГІС фахівців провідних картографічних підприємств України й компаній-дистриб`ютерів, космічне зображення на WEB-сервісі Google Earth.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у таких розробках:

Вперше одержано:

- обґрунтовано методологічні і концептуальні основи укладання планів міст за космічними знімками високої роздільної здатності як за просторово-часовими інформаційними моделями місцевості, що піддаються істотним перетворенням для їх практичного застосування у вигляді планів; визначено принципи, форми, шляхи і методи укладання планів існуючих міст і їх аналізу на основі системного, інформаційного та кібернетичного підходів, структурно-графічного та електронно-графічного моделювання;

- обґрунтовано роль картографічного забезпечення в містобудівній документації; розкрито поняття її графічної частини, визначені елементи змісту схем, що її складають, особливо опорного плану; запроваджено і обґрунтовано термін «містобудівні карти»;

- створено структурно-графічні моделі, що впорядковують наукові уявлення про міста як об`єкти картографування, сприяють забезпеченню їх адекватного відображення на планах і в системі графічних матеріалів, які є основними у містобудуванні;

- проведено порівняння детальності подачі змісту топографічного плану та опорного плану;

- розроблена методика укладання планів міст згідно ДБН з використанням ГІС-технологій;

- запропоновані методичні засади дослідження динаміки забудови міст та розроблена і реалізована технологія оновлення планів міст із використанням космічних знімків і ГІС;

Вдосконалено:

- використання космічних знімків з погляду на потреби містобудування;

- розроблено алгоритм методики дешифрування космічних знімків і способів одержання тематичної інформації, яка використовується при укладанні опорного плану;

Дістало подальший розвиток:

- аналіз міста як об`єкта картографування в двох напрямках: як елемент розселення і як сукупність структурно-планувальних елементів.

Практичне значення одержаних результатів. Методологічні й концептуальні основи, методи оновлення планів міст, викладені в дисертаційному дослідженні, були сформовані в процесі їх практичного застосування при розробці генеральних планів Великої Алушти (АРК, 2003 р.), Ірпінського регіону (Київська обл., 2005 р.), м. Білгород-Дністровського (Одеська обл., 2003 р.), м. Одеси (2005 р.) та смт Козина

(Київська обл.), а також нормативних грошових оцінок м. Щастя (Луганська обл., 2007 р.) та м. Вишгорода (Київська обл., 2007 р.).

Запропоновані методи були застосовані при розробленні генерального плану м. Баштанки (Миколаївська обл. 2008 р. - замовлення). Також на прикладі цього проекту та Ірпінського регіону розглянуто перспективне використання матеріалів ДЗЗ при опрацюванні містобудівної документації.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є одноосібною науковою працею, в якій реалізовано ідеї автора щодо методологічних і концептуальних основ, методики і практики досліджень укладання планів міст на базі цифрової обробки космічних знімків із використанням сучасних технічних і програмних засобів, що складають фундамент геоінформаційних технологій. Проектами, на основі яких була сформована і апробована методична база досліджень, є: Велика Алушта, смт Козин, м. Вишгород і м. Щастя. Також використані роботи різних архітектурно-планувальних майстерень УДНДІПМ «Діпромісто»: м. Одеси - для вивчення дешифрувальних ознак; м. Білгород-Дністровського - для вивчення особливостей планувальної організації історичного міста за знімком; Ірпінського регіону - для обгрунтування перспективи використання матеріалів ДЗЗ. Повне ГІС-супроводження виконано автором при розробленні генерального плану м. Баштанки.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації та окремі практичні результати доповідались, обговорювались і були опубліковані в матеріалах конференцій і семінарів національного та міжнародного рівнів: «Географические исследования в начале ХХI века» (м. Іркутськ, 2007 р.); «Геоинформационные технологи в управлении территориальным развитием» (м. Ялта, 2008 р.); «Проблеми безперервної географічної освіти і картографії» (м. Харків, 2008), «Національне картографування: стан, проблеми та перспективи розвитку» (м. Київ, 2008).

Публікації. Результати дисертаційних досліджень опубліковані у восьми наукових працях загальним обсягом 2,9 авт. арк., з них шість одноосібних у фахових виданнях, затверджених ВАК України (2,4 авт. арк..).

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота складається із переліку умовних скорочень та термінів, вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Обсяг основного тексту становить 160 сторінок. Робота містить 57 рисунків, 26 таблиць, 15 додатків. Список використаних джерел складається з 231 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

Перший розділ «Міста України як об`єкт картографування у містобудуванні. Зміст містобудівних графічних матеріалів» присвячено аналізу та систематизації знань про міські поселення України як об`єкт картографування. Для висвітлення структури об`єкта картографічного моделювання побудовано дві структурно-графічні моделі, які розкривають місто з двох боків: як елемент розселення та як сукупність структурно-планувальних елементів, що формують власне його територію.

Населені пункти поділяють, в першу чергу, на дві великі групи: міста та села. Віднесення поселення до того чи іншого типу є питанням спірним і в кожній країні вирішується по-різному; в Україні воно закріплюється законодавчо, в першу чергу, за чисельністю населення - більше 10 тис. жителів. Саме тому, не існує єдиного загальноприйнятого поняття «місто» і в дослідженні наводиться кілька визначень. Для картографування міських поселень у роботі проведено детальний аналіз існуючих класифікацій їх типів. Були виділені наступні класифікаційні ознаки, покладені в основу побудови структурно-графічної моделі, представленої на рис. 1: адміністративне значення, час виникнення (генетична ознака), виробничо-функціональний профіль, людність і розмір території, просторове положення та зміст взаємодії з прилеглою територією, особливості планувальних та архітектурних форм.

У процесі проведення типізації міських населених пунктів було виконано аналіз зображення міст на картографічних творах. Отже, умовно їх можна поділити на дві групи: дрібніші за 1:1 000 000, коли як зображувальний засіб використовується пунсон і топографічні карти й плани, на яких міста показують способом ареалів.

В роботі приділена велика увага класифікації міст за особливостями планувальних та архітектурних форм у взаємозв`язку з генетичною ознакою та виробничо-функціональним профілем. На території окремого міста виділено планувально-структурні одиниці кількох умовних порядків, з яких до першого відносяться: функціонально-планувальні елементи, вулично-дорожня мережа та напрямок територіального розвитку забудованих територій.

Об`єктом картографування згідно теми дисертаційного дослідження є функціонально-планувальні елементи та вулично-дорожня мережа. Планувальна структура міста показує відмінності в геометрії просторових форм складових території і пов`язана з конфігурацією вулично-дорожньої мережі, а функціональна - вказує на їх призначення щодо використання. Велику увагу приділено виділенню територій, що займають об`єкти культурної спадщини, в першу чергу архітектурно-містобудівним комплексам та ансамблям, оскільки вони мають зону обмеженого регулювання забудови, що необхідно враховувати в перспективі розвитку міста.

В роботі наведені існуючі види меж міської території, адже саме вони є однією з головних причин розробки нового генерального плану. До них відносяться: юридична межа - існуюча межа на дату замовлення генплану, в межах якої земельними ділянками розпоряджається міська влада; фактична межа - додатково до попередньої включає ще й забудову в передмісті на примежовій території - вона є підставою для розробки генплану; проектна межа - окреслює територію, яка, в першу чергу, враховує всю фактичну забудову та вільні земельні ділянки, якщо місто має намір розбудовуватись далі.

В дисертації проаналізовано стан вітчизняного містобудування та картографічних матеріалів, які використовуються при розробленні містобудівної документації. Необхідність у загальногеографічних картах певного масштабу визначається рівнем містобудівних робіт в залежності від рівня територіального розселення України: від загальнодержавного (національної системи розселення) до локального (первинних систем розселення), якому присвячено дисертаційне дослідження. Документацією цього рівня є генеральний план окремого міста - основний документ, який визначає містобудівну політику міста, його розвиток на найближчі 20 - 25 років. Основні креслення виконують на топографічних картах і планах масштабів 1: 50 000 - 1: 2 000.

Проведений аналіз містобудівної діяльності в Україні за часів незалежності показав, що сьогодні спостерігається тенденція замовлення нових генеральних планів на міста, строк дії попередніх у яких ще не закінчився. До таких міст відносяться і ті, які є об`єктом дисертаційного дослідження - строк дії попереднього генплану коливається в межах 10 - 15 років. Така ситуація виникла, насамперед, через бажання міських органів влади збільшити юридичну межу внаслідок зростання попиту населення на садибну забудову в передмісті.

Відзначено тісний зв`язок між містобудуванням і його картографічним забезпеченням, починаючи від класифікації за змістом. Кожній із 3-х груп карт відповідає тип графічних матеріалів, які складають містобудівну документацію:

I. Загальногеографічні карти. Використовуються як основа, тобто несуть вихідні дані на всіх рівнях прийняття містобудівних рішень.

II. Тематичні карти. Будь-яка містобудівна документація включає певну кількість графічних креслень. Вони відрізняються між собою саме за тематичним змістом. Серед тематичних напрямків виділяються карти населення, господарства, науки та культури, еколого-географічні та природно-технічних умов.

III. Спеціальні карти. Містобудівні карти є спеціальними за своєю сутністю, оскільки призначені і для вирішення містобудівних завдань, і розраховані лише на певне коло споживачів.

Таким чином, містобудівна документація у своїй графічній складовій є спеціальною, а кожна з серії карт, що входить до складу певного проекту, є тематичною. Класифікація карт містобудівного змісту за масштабом - досить спірне питання. Її можна виконувати відповідно до масштабу загальногеографічних карт, які покладені в основу конкретної роботи, а можна і за масштабом, в якому готові схеми надруковані. Графічні матеріали в складі містобудівної документації можуть бути надруковані в масштабах не традиційних для картографії, наприклад 1:15 000, 1:7 500, 1:3 000 тощо. Адже головні вимоги, які до них висуваються, - це точна прив`язка географічних об`єктів земної поверхні. Проекція містобудівних графічних матеріалів приймається та, що була на вихідній картографічній основі, у випадку з топографічними картами - рівнокутна поперечно-циліндрична проекції Гаусса-Крюгера в умовній системі координат.

В основу дисертаційного дослідження покладено зміст графічних матеріалів, які складають документацію, що розробляється для генерального плану. Згідно ДБН Б. 1-3-97 до них відносяться: план існуючого населеного пункту (опорний план); схема планувальних обмежень; схема розташування населеного пункту в системі розселення з приміською і зеленою зонами; головне креслення генерального плану. Перший, другий та четвертий графічні документи друкують залежно від прогнозованої чисельності населення, в масштабах 1:10 000 - 1:2 000, а третій - 1:100 000 - 1:25 000. При цьому, перший і третій показують існуюче використання земель у місті на певну дату і укладаються безпосередньо на основі топографічних карт і планів відповідних масштабів. Інші два потребують додаткових спеціалізованих схем і в дисертації не розглядались.

Відмічено різницю в поняттях «карта», «план» і «схема» по відношенню до містобудівних робіт, оформлених графічно. Зроблено висновок, що будь-яке креслення пакету містобудівної документації має всі властивості, якими характеризується карта в традиційному розумінні, тобто, за своєю сутністю - це карта, але вона має назви «план» або «схема». Іншими словами, на відміну, від загальноприйнятих стандартів назв у картографії, термін «план» використовується без прив`язки до масштабу. Так само креслення «схема» не залежить від точності нанесеного графічного змісту, який не завжди носить суто схематичний характер. Таким чином, усі креслення графічної частини містобудівної документації в роботі пропонується називати «містобудівні карти».

Роль основного графічного документу, який є вихідним для укладання другого і четвертого, виконує опорний план. Саме він показує існуюче використання земель

за функціональним призначенням на певну дату. Зміст опорного плану, на відміну від топографічного, не регламентується жорстко жодним нормативним документом, але ДБН Б. 1-3-97 визначає певний перелік обов`язкових елементів. Проведено аналіз багатьох опорних планів міських населених пунктів різного функціонально-виробничого профілю та величини і укладено таблицю елементів опорного плану для умовного міста (на основі м. Одеси), територія якого включає всі існуючі сьогодні в Україні планувально-структурні частини згідно з їхнім функціональним використанням (табл. 1). Звичайно, найбільше такий перелік підходить для міст-мільйонерів, а для всіх інших набір наведених елементів буде зменшуватись.

Табл. 1. Елементи опорного плану

Елементи першого порядку	Елементи другого порядку	Елементи третього порядку
Забудовані території
Території житлової забудови	Багатоквартирної	Поділ за поверховістю: малоповерхової, середньоповерхової, багатоповерхової
	Садибної
Території громадської забудови	Адміністративної	Установи органів влади: Обласної Ради, Міської (Селищної) Ради чи Виконавчого комітету, міліції, суду
	Громадської	Заклади пов`язані з обслуговуванням населення: пошта, податкова служба, контори комунальних служб міста (Управління газу, водоканалу, тепло- та електропостачання, доріг та вулиць, прибирання сміття і т.д.), Управління земельними ресурсами, міська архітектура, вокзали (автовокзали, залізничні, морські та річкові вокзали, аеровокзали), пожежні депо, готелі
	Ділових установ	Банки, офіси, бізнес-центри
	Закладів культури і мистецтва	Театри, кінотеатри, філармонії, консерваторії, концертні зали, музеї, цирки, художні галереї, будинки культури, бібліотеки, заклади позашкільного виховання
	Учбових та виховних установ	Дошкільні (дитячі садки), школи, ліцеї, профтехучилища, середні спеціальні навчальні заклади, школи-інтернати, вищі навчальні заклади
	Культових споруд
	Науково-дослідних інститутів та конструкторських бюро
	Закладів охорони здоров`я	Аптеки, поліклініки, лікарні, диспансери, амбулаторії, профілакторії, будинки-інтернати для старих, ветеранів, інвалідів, фельдшерські пункти, станції швидкої медичної допомоги, санітарно-епідеміологічні установи, молочні кухні
	Закладів харчування	Кафе, їдальні, ресторани
	Підприємств торгівлі та побутового обслуговування	Магазини, торговельно-розважальні центри, ринки, пральні, хімчистки
	Спортивних закладів та споруд	Спортивні комплекси, палаци спорту, стадіони
Території зон відпочинку	Санаторно-курортних закладів	Санаторії, санаторії-профілакторії
	Рекреаційно-оздоровчих комплексів	Пансіонати, бази відпочинку, турбази, дитячі табори, готелі курортні та для туристів, кемпінги
	Дачно-будівельних кооперативів
	Зелені загального користування	Парків, скверів
	Пляжів
Території промислових зон	Промислових підприємств (без поділу за галузями), території під розробками: шахти, кар`єри
	Будівельних підприємств	Ремонтно- та монтажно-будівельних управлінь, пересувних механізованих колон
	Сільськогосподарських об`єктів	МТФ, СТФ, ПТФ
Комунально-складські території	Комунальних підприємств	Господарських дворів комунальних служб міста, міських звалищ, очисних споруд каналізації, кладовищ
	Складів та баз, включаючи території АТП
	Гаражних кооперативів
	АЗС, СТО
Території зовнішнього транспорту	Аеропорти, морські та річкові порти, смуга відводу залізниці
Території спецпризначення	Закриті об`єкти (ЛТП), землі оборони (військові частини), землі МНС
Вулиці з твердим покриттям
Території поточного будівництва
Незабудовані території
Землі сільськогосподарського призначення	Рілля, включаючи городи, пасовища (луки)
Землі лісового фонду
Території природно-заповідного фонду
Зелені насадження спецпризначення	Лісопарки, санітарно-захисні смуги
Землі водного фонду
Відкриті землі	Землі без рослинного покриву, порушені землі (недіючі кар`єри, відвали, терикони), пустирі та землі відведені під будівництво
Території культурної спадщини
Заповідники (музеї-заповідники) та комплексні групові охоронні зони	Окремі історичні містобудівні комплекси, архітектурні ансамблі, елементи історичного середовища у цілісному міському середовищі	Пам`ятки історії, археології, містобудування та архітектури, монументального мистецтва

Під час укладання опорних планів міст було виявлено основну відмінність їх від топографічних - показ структури території міста способом ареалів, використовуючи площові умовні знаки. В той же час, на топографічних планах переважають значкові та лінійні умовні знаки, які відображають ситуацію в місті у вигляді контурів, що заважає сприйняттю території як сукупності планувально-структурних елементів, які відрізняються між собою за функціональним призначенням.

Другий розділ «Теоретико-методичні засади оцінки матеріалів космічного знімання як основи для укладання плану існуючого міста» присвячено аналізу стану вітчизняного космічного знімання, оцінці матеріалів ДЗЗ та їх обробці з метою використання для локального рівня містобудування, а також питанням дешифрування території міст.

Космічні знімки почали використовувати в містобудуванні ще за часів радянської влади, але на загальнодержавному та регіональному рівнях (в масштабах СРСР) здебільшого для вирішення питань розселення. Нині ж для потреб містобудування в Україні виникає необхідність у космічних знімках лише для вирішення питань на локальному рівні - для приведення зображення території міста на топооснові до існуючого стану, тобто оновлення. Аналіз стану вітчизняного космічного знімання показав, що отримані знімки не можуть бути використані при розробках генеральних планів, але можуть бути залучені в містобудуванні на інших рівнях, що потребують дрібніших масштабів, якщо в цьому виникне потреба.

При проведенні оцінки матеріалів ДЗЗ з космосу відмічені їх відмінні риси відносно загальногеографічних карт та аерофотознімків. Серед переваг виділяємо велику оглядовість території, що має велике значення при здійсненні планувальних робіт на загальнодержавному та регіональному рівнях, а також ландшафтному картографуванні; оперативність отримання зображення з космосу (у режимі реального часу в цифровому форматі); відкритість інформації - відзняту територію можна подивитись на WEB-сервісі Google Earth; меншу величину спотворень за рельєф за умови проведення знімання в надирі та можливість укладання карт одночасно всього масштабного ряду. До недоліків віднесено залежність від хмарності, та проведення на практиці знімання зі значним відхиленням від надиру 30 - 60, що призводить до меншої точності в положенні контурів при укладанні карт і планів.

Оцінка існуючих матеріалів ДЗЗ показала, що серед великої кількості різних типів космічних знімків, які відрізняються між собою: за видом знімання, фізико-хімічними особливостями формування зображення, його геометричними відмінностями та технологією проведення знімання - для укладання першої і третьої містобудівної карти, які входять до складу генерального плану (див. вище) можуть бути використані знімки, отримані з сучасних супутників, оздоблених оптико-електронною скануючою системою та приладом із зарядовим зв`язком (ПЗЗ-знімки) з колоподібних сонячно-синхронних полярних (субполярних) орбіт з висоти 150 - 500 км. До них відносяться іноземні комерційні супутники Ikonos, OrbView-3, Cartosat-2, Komposat-2, Ресурс-ДК, QuickBird, WorldView, Geoeye-1, які почали запускати на орбіти з 1999 року. ПЗЗ-знімки представляють собою цифрове зображення, яке відрізняється від фотографічних піксельною структурою. До визначальних характеристик цього типу знімків відносяться просторова роздільна здатність (0,5 - 1 м у панхроматичних та до 4 м у мультиспектральних) й отримання зображення в цифровому форматі.

Опорний план за знімком укладають виконуючи візуальне розпізнавання планувально-структурних елементів території міста, тобто дешифрування. В дисертації його подано в порівнянні з об'єктним дешифруванням для укладання топографічного плану масштабу 1:5 000, яке виконується за аерофотознімками.

Проаналізовано всі відомі дешифрувальні ознаки і зроблено висновок, що головною з них при розпізнаванні планувально-структурних одиниць території міста є рисунок зображення, який, по суті, є комплексом прямих дешифрувальних ознак: геометричних (форма, розмір, тінь), структурних (текстура і структура), кольору чи фототону. Рисунок зображення допомагає визначити за принципом еталонного дешифрування і функціональне призначення виділених ділянок. Отже, за прямими ознаками на знімках, в першу чергу, дешифруються без залучення додаткових матеріалів функціональні зони міста: сельбищна, виробнича, масиви деревної рослинності, об`єкти гідрографії, пустирі. Поділ території за елементами опорного плану, особливо забудованих територій, згідно табл. 1 відбувається завдяки розпізнаванню будинків, які зведені за типовим проектом або є унікальними. Серед непрямих дешифрувальних ознак, завдяки яким можна визначити функціональний тип ділянки, виділено її географічне розташування та середовище, що її оточує.

В дисертації розроблено методику дешифрування, головний принцип якої - від загального до окремого, тобто, від розпізнавання території фактичної забудови як єдиного цілого серед навколишнього ландшафту (рис. 2) до окремих складових на цій території (рис.3). Виділено еталонні типи рисунків зображення планувально-структурних елементів згідно їх функціонального призначення. З огляду на специфічність містобудівних карт виділено ще одну групу дешифрувальних ознак, які певним чином пов`язані з відомими: візуальні елементи та невидимі. Необхідність робити такий поділ виникає внаслідок великого значення межі міста в містобудуванні. На знімку не відображується жодна з наведених вище меж, а тому всі три можна віднести до групи невидимих елементів.

Отримане зображення з космосу з метою його залучення для укладання карт і планів проходить певну обробку за допомогою різних комп`ютерних програм, лідером серед яких є Erdas Imagine. Обробка ПЗЗ-знімків включає кілька процесів, найголовнішими з яких є радіометрична і геометрична корекція та ортотрансформування. Як показав аналіз використаних у роботі знімків, перші два етапи і досить часто третій зазвичай виконують компанії-дистриб`ютери, що постачають космознімки. Для досягнення найкращої точності при виконанні їх прив`язки до топооснови, бажано отримувати знімки лише після обробки на перших двох етапах.

Третій розділ «Методологічні й концептуальні основи оновлення планів міст за космічними знімками з використанням ГІС-технологій» присвячено питанням застосування ГІС при розробці містобудівної документації та її оформлення, аналізу специфіки змін на території міста та укладання плану існуючого населеного пункту шляхом оновлення ситуації на вихідній топографічній основі, а також окресленню перспективи використання матеріалів ДЗЗ, отриманих з космосу в містобудуванні.

Містобудування вирішує питання планування і забудови міст, тобто пов`язане з географічним простором, а графічна документація укладається на картографічній основі. Тому використання ГІС у даній галузі є необхідним. Одними з найпоширеніших продуктів є Erdas Imagine та ArcMap, саме вони і були використані в даному дослідженні: перша - для покращення цифрового зображення (корекції яскравості та контрастності) та прив`язки знімків до топооснови; друга - також для прив`язки й, крім того, укладання опорного плану у векторному форматі. Послідовність укладання генерального плану представлено на рис. 4, де подано перелік усіх графічних матеріалів, які супроводжують цей процес, починаючи від блоку введення інформації і закінчуючи блоком виведення.

Аналіз великої кількості графічної документації генпланів різних міст показав, що жорстка регламентація щодо її оформлення відсутня. Звичайно існують певні аналоги, але вони не затверджені жодним нормативним документом. Отже, кожна містобудівна карта на виході, певною мірою, - творчий продукт окремого архітектора.

В процесі укладання опорного плану при замовленні нового генплану постає питання оновлення попереднього. Саме на його основі укладають план існуючого міста на відповідну дату, виправляючи в проектних межах зміни, які відбулись. Найкращим матеріалом для виявлення змін є матеріали ДЗЗ, відповідно до теми дисертації - космічний ПЗЗ-знімок. Саме територія міста є найдинамічнішою геосистемою. Зміни в містах відбуваються по-різному, як це наведено в таблиці 2, але об`єднує їх одне - всі вони поділяються на дві групи: очікувані, тобто передбачені попереднім генпланом, та незаплановані, ті що відбуваються через недотримання його рішень.

Табл. 2. Можливі зміни території міських поселень

Типи міст	Територія, що найбільш піддається змінам	Характер змін
Міста з рекреаційно-оздоровчою та курортною функціями	Територія вздовж берегової лінії, частина лісовкритих площ поблизу вже існуючої забудови, околиці міста та приміська зона.	Поява нових баз відпочинку, готельних комплексів, спорткомплексів, цілих мікрорайонів садибної забудови - в просторовому аспекті; в функціональному - зведення садибної та котеджної забудови на території колишніх баз відпочинку чи дитячих таборів.
Промислово та економічно розвинуті міста	Околиці міста; центри міста та вільні незабудовані території без рослинного покриву - колишні пустирі.	Розвиток садибної забудови; багатоквартирна і громадська забудова; у громадській забудові - змінюється функціональне призначення; зміни у конфігурації вулично-дорожньої мережі.
«Зачинені» міста - міста, які оточені землями інших адміністративно-територіальних одиниць	Незабудовані території, якщо такі були; квартали існуючої забудови, за виключенням територій індивідуальної садибної забудови, а також працюючих на повну потужність промислових підприємств.	Поява нових багатоквартирних будинків; поява АЗС; зміна функціонального призначення існуючої громадської забудови.
Депресивні міста	По всій території міста	Зникнення сільгосппідприємств (МТФ, СТФ, ПТФ); всихання відстійників каналізаційних відходів; території незавершеного будівництва залишаються без змін; поява окремих будинків.

В роботі наведено алгоритм та методичні принципи дослідження динаміки змін у забудові території міста, а також розроблені на їх базі методичні основи оновлення опорного плану. На рис. 5 показані способи укладання опорного плану із внесенням змін за допомогою ГІС-технологій. Перший з них потребує менше часу, адже опорний план у векторному форматі укладається одразу із змінами, в той же час на практиці використовується другий спосіб, який передбачає внесення змін у копії векторної карти, попередньо укладеної за наявною топоосновою.

Розглянуто перспективи використання космічних знімків у містобудуванні. Серед них виділено створення локальної містобудівної ГІС як складової частини міської. Її головна мета - постійне ведення моніторингу змін на території міста за допомогою налагодженого процесу оперативного отримання ПЗЗ-знімків, своєчасне їх виправлення, що забезпечить одержання в будь-який час опорного плану, на якому буде відображено сучасний стан. Оскільки містобудівні карти завжди розглядаються на різних засіданнях, вони повинні мати репрезентативний вигляд. Найкращим способом досягнення цього є створення тривимірних моделей території міста, зображеного на космічному знімку: на основі цифрової моделі рельєфу - загальний вид; забудови окремих кварталів, що проектуються, вмонтованих на знімок.

ВИСНОВКИ

Проведені фундаментальні та прикладні дослідження з використанням картографії, як конкретно-наукового методу пізнання, а також із залученням знань з соціально-економічної географії, аерокосмічних методів географічних досліджень та геоінформатики дали можливість розробити методологічні та концептуальні основи укладання планів міст із використанням космічних знімків і ГІС-технологій та дійти таких висновків:

1. Основу методологічної концепції укладання планів міст за космічними знімками складають обґрунтований автором поняттєво-термінологічний апарат картографічних досліджень, який базується на аналізі ролі міст у системі розселення, особливостях їх планувальної структури; визначені принципи, форми, шляхи, методи електронно-графічного моделювання змін за дешифрувальними ознаками та їх аналіз на основі ГІС-технологій. Картографічне моделювання просторових структур міста полягає у відображенні просторово-координованих характеристик об`єктів (їх положення, протяжності та відношень), дискретних і континуальних просторових структур, їх тополого-геометричних форм. Системний підхід і системне моделювання склали теоретико-методологічну основу створення планів міст на всіх етапах від приведення в логічну послідовність попередньо упорядкованої інформації про міста (структурно-графічне моделювання) до створення планів на основі різних стадій цифрової обробки космічних знімків та їх дешифрування.

2. Міста України як об`єкт картографування в містобудівній документації представлено: як елемент розселення та як сукупність структурно-планувальних елементів, які його формують. Проведено аналіз типізації населених пунктів за різними класифікаційними ознаками, особлива увага приділена планувально-територіальній організації. Окремо виділена класифікація міст за генезисом дозволяє визначити статус міста як історичного і необхідність виявлення на його території історико-архітектурного ландшафту. Основними містобудівними характеристиками міста є його функціональне зонування та планувальна структура.

4. Аналіз розвитку і стану містобудування в Україні показав, що існуюча періодичність замовлення нових генеральних планів міст за часів незалежності в багатьох випадках менше 20-25 років. Це пов`язано з станніми тенденціями у житловому секторі будівництва, а саме зростання попиту населення на індивідуальну житлову забудову.

При обґрунтуванні ролі картографічного забезпечення містобудування була визначена специфіка змісту графічної частини документації. Вона подана в порівнянні з топографічними картами і планами, оскільки вони є основою для укладання містобудівних карт. Відмінними рисами їх є укладання за прийнятими стандартами щодо точності у положенні контурів, умовних позначень, масштабів, генералізації. В основу загальних принципів укладання опорного плану міста покладено показ використання земель за функціональним призначенням.

5. Для укладання планів міст здійснено аналіз використання космічних знімків у вітчизняному містобудуванні. Суттєвими перевагами останніх відносно загальногеографічних карт і аерофотознімків є: природна генералізація, висока просторова роздільна здатність, оглядовість, відкритість інформації. Розвиток знімальних супутникових систем у поєднанні з ГІС-технологіями дає змогу використовувати матеріали ДЗЗ для вирішення різноманітних задач. При розробках генпланів агломерацій та окремих міст базовими масштабами карт є 1:5 000 - 1:10 000, тому доцільно залучати знімки з надвисокою просторовою роздільною здатністю - 1-0,5 м.

Сучасні вітчизняні космічні знімки за своїми характеристиками не можуть бути використаними для укладання чи хоча б оновлення топографічних планів і карт масштабів 1:10000 - 1:2 000.

6. Теоретико-методичні засади оцінки матеріалів космічного знімання для укладання плану існуючого міста базуються на аналізі матеріалів аерокосмічного знімання в залежності від технології їх отримання. Для укладання вітчизняних генпланів міст використовують знімки, отримані оптико-електронним способом за допомогою приладу із зарядовим зв`язком - ПЗЗ-знімки (Ikonos, QuickBird, OrbView, WorldView, Geoeye). Ці космознімки географічно чи за координатами, якщо є така можливість, прив`язують до топографічної основи необхідного масштабу. Таким чином, точність у положенні контурів об`єктів території міста, які залишились без змін, відповідають точності вихідної топографічної карти чи плану. Нові, чи ті, які зазнали змін, розпізнаються на знімку, але точність їх нанесення залежить від якості обробки знімку.

7. Аналіз традиційних дешифрувальних ознак відносно елементів міста дозволив провести поділ об`єктів дешифрування загальногеографічного та тематичного (містобудівного) спрямування на його території. З двох груп дешифрувальних ознак - прямих та непрямих - перевагу слід надати першим, а саме їх комплексу, який формує рисунок зображення. Власний рисунок зображення має як місто в цілому так і його частини (квартали) згідно функціонального призначення.

8. Отримане зображення з космосу з метою його залучення для укладання карт і планів проходить певну обробку за допомогою різних комп`ютерних програм, лідером серед яких є Erdas Imagine. Обробка ПЗЗ-знімків включає кілька процесів, найголовнішими з яких є радіометрична, геометрична корекція й ортотрансформування - з точки зору вартості знімків як комерційних продуктів, та покращення зображення - з точки зору використання знімків для конкретної роботи. Інститутом «Діпромісто» були отримані зображення на зазначені в роботі населені пункти на різних стадіях обробки, що потребувало виконання для кожного з них додаткових процедур.

9. Сутність методологічних і концептуальних основ укладання планів міст за космічними знімками з використанням ГІС-технологій представлено: результатами розробки методичних основ дослідження динаміки забудови міст за космічними знімками; опрацьованою методикою укладання планів міст для потреб містобудування; окресленими перспективами використання космічних знімків у містобудуванні. Геоінформаційні методи укладання планів та схем містобудівного змісту здійснюються в середовищі ГІС завдяки його трьом головним складовим частинам: блоку введення інформації, її обробки і перетворення та блоку виведення новоствореної інформації. Відзначені переваги ГІС-технологій. Найпоширенішими програмними продуктами ГІС є ArcMap та Erdas Imagine.

10. В основу розроблених методичних основ дослідження динаміки забудови міст за космічними знімками покладено поділ змін на її території на очікувані, передбачені генеральним планом, та незаплановані, ті, що відбуваються через недотримання його рішень. Необхідною умовою для виявлення та дослідження динамічних процесів у місті є наявність різночасових матеріалів зображення земної поверхні на одну і ту ж територію у порівнювальних масштабах. ПЗЗ-знімки є найкращим картографічним джерелом для виявлення змін та своєчасного оновлення ситуації, через можливість їх оперативного отримання. Інтервал отримання зображення з космосу з метою виявлення змін для різних населених пунктів коливається в межах 3-10 років.

Предметом динамічних досліджень на території міста є зміни зовнішнього вигляду сформованих територій відносно певної дати елементів міста У просторовому аспекті інтерес для містобудування становить динаміка: містоформуючих вісей - вулично-дорожньої мережі та берегової лінії; земель запасу, примежової території.

11. Розроблені методичні основи укладання планів міст для потреб містобудування базуються на камеральному методі. Відомості про поділ території міста за функціональним призначенням, інженерні комунікації містяться в різних документах у графічному та текстовому вигляді. Після збору всіх наявних графічних матеріалів виконується їх аналіз за масштабом, за роком видання, за площею покриття проектної території, за змістом. Саме рік видання вказує на відповідність ситуації в місті сучасному стану і саме він, в першу чергу, вказує на необхідність проведення оновлення.

Етап обробки даних включає цілий комплекс робіт із застосуванням геоінформаційних технологій та порівняльно-географічного методу. При укладанні містобудівних схем вирішуються два завдання - приведення плану міста у відповідність із сучасною ситуацією (оновлення) в проектних межах й укладання схем інфраструктурного забезпечення, інженерної підготовки та санітарно-гігієнічного стану. За космічними знімками оновлюється саме ситуація плану.

12. Перспективи використання космічних знімків для розробки містобудівної документації в графічному вигляді пов`язані зі створенням містобудівних ГІС в структурі локальних міських ГІС; здійсненням моніторингу забудови міста; укладанням карт змін забудови міської території; використанням тривимірних моделей та віртуальних карт для забезпечення візуальної презентації проектів.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Соломаха І.В. Методичні основи виявлення змін у забудові міст за космічними знімками (на прикладі смт Козин)/ І.В. Соломаха// Вісн. геодез. та картогр. - 2007 - №2. - С. 30-35.

2. Соломаха І.В. Міста України, як об`єкт картографічних досліджень та їх відображення на аерокосмічних знімках/ І.В. Соломаха// Вісн. геодез. та картогр. - 2007 - №5. - С. 14-20.

3. Соломаха И.В. Обновление планов населённых пунктов по космическим снимкам с использованием ГИС-технологий (для градостроительства). Географические исследования в начале ХХI века/ И.В. Соломаха, Л.В. Сухина// Матер. XVI науч. конф. молодых географов Сибири и Дальнего Востока. - Иркутск: Изд-во Ин-та географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2007. - С. 140-142. (Особистий внесок: 0,2 авт. арк. - методичні засади оновлення планів міст при розробленні генеральних планів).

4. Соломаха І.В. Взаємозв`язок просторової роздільної здатності космічних знімків з масштабом укладених з їх використанням планів і карт для потреб містобудування України/ І.В. Соломаха// Учён. зап. Таврич. нац. ун-та им. В.И. Вернадського. - Сер. География. - Т.21 (60). - 2008 - №1 - С.149-156.

5. Соломаха І.В. Створення містобудівних локальних ГІС на основі ПЗЗ-знімків/ І.В. Соломаха// Проблеми безперервної географічної освіти і картографії: зб. наук. праць. - К.: Інститут передових технологій, 2008. - Вип. 8. - С. 261-265.

6. Соломаха І.В. Дослідження географічного положення та планувальної структури поселення за космічним знімком на прикладі м. Білгород-Дністровський/ І.В. Соломаха// Географія і сучасність: зб. наук. праць Нац. пед. ун-ту ім. М.П. Драгоманова. - К.: Вид-во Нац. пед. ун-ту імені М.П. Драгоманова, 2008. - Вип. 19. - С. 31-36.

7. Соломаха І.В. Містобудівні карти України: їх зміст та відмінності від топографічних. Застосування космічних знімків для укладання опорних планів/ І.В. Соломаха// Національне картографування: стан, проблеми та перспективи розвитку: зб. наук. праць ; відп. за вип.. А.А. Москалюк. - К.: ДНВП «Картографія», 2008. - Випуск 3. - С. 107-112.

8. Соломаха І.В. Методичні засади вивчення динаміки міської території за космічними знімками з високою роздільною здатністю/ І. В. Соломаха // Укр. геогр. журн. - 2009. - №4. - С. 61-67.

АНОТАЦІЯ

Соломаха І.В. Наукові основи укладання планів міст за космічними знімками для потреб містобудування (на прикладі окремих міст України). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.12. - географічна картографія. - Інститут географії НАН України, Київ, 2010.

Дисертація присвячена розробленню теоретичних і методичних положень укладання спеціальних картографічних творів для потреб містобудування на локальному рівні. Розкрито методи та способи картографування планувально-територіальної організації міста за космічними знімками надвисокої просторової роздільної здатності (ПЗЗ-знімками) з використанням ГІС-технологій. Створені структурно-графічні моделі, що упорядковують наукові уявлення про міста як об`єкт картографування та сприяють забезпеченню їх адекватного відображення на планах і в системі графічних матеріалів, які є основними в містобудуванні

Розглянуто роль картографічного забезпечення в містобудуванні України, розкрито поняття графічної складової містобудівної документації, визначено елементи змісту опорного плану; проведено його порівняння з топографічним, як основи для укладання інших схем.

Удосконалено алгоритм методики дешифрування космічних знімків і способів одержання тематичної інформації, яка використовується при укладанні опорного плану. Запропоновані методичні засади дослідження динаміки забудови міст за космічними знімками й розроблена і реалізована технологія оновлення планів міст з використанням космічних знімків та ГІС при укладанні системи планів і схем Великої Алушти та Ірпінського регіону, міст Білгород-Дністровського, Вишгорода, Баштанки, смт Козин, передбачені ДБН при розробленні генерального плану, а також міста Щастя передбачених Правилами розроблення технічної документації з нормативної грошової оцінки земель населених пунктів.