Использование геоинформационных систем и технологий в земельном кадастре

Принципиальным отличием ЦТО ЗК от топографической карты является требование отражения (картографирование) недвижимости на местности на текущий момент. В расширенном понимании ЦТО ЗК - это система создания и поддержания в актуальном состоянии пространственной (картографической) модели (кадастровых) объектов недвижимости.

ЦТО ЗК состоит из трех базовых и нескольких тематических информационных слоев.

Первый базовый информационной слой содержит информацию о координатах геодезической сети города и задает метрическое пространство города.

Второй базовый слой содержит информацию о координатах границ и кадастровых номерах земельных участков.

Третий базовый информационный слой содержит векторную цифровую карту недвижимости города при минимальном объеме топографической информации.

Количество тематических слоев государственного земельного кадастра не определяется. В тематических слоях ЦТО ЗК могут отражаться: административные и территориальные границы города, кадастровое районирование города, подземные коммуникации, сервитуты, границы оценочных зон и т. д.

Состав информации ЦТО ЗК должен быть минимально необходимым для поддержания земельного кадастра и обеспечения выполнения указанных задач. В основном, это контуры объектов недвижимости при минимальной топографической информации, которая необходима для понимания положения объекта в пространстве.

Каждому объекту недвижимости ставится в соответствие кадастровый номер.

ЦТО ЗК создается в высокоточной местной системе координат в разграфке и номенклатуре по принятому для земельного кадастра информационному обеспечению. Ключ перехода к государственной геодезической системе координат должен обеспечивать переход с точностью 1 см. ЦТО ЗК строится на основе (с учетом) требований по созданию крупномасштабных топографических планов.

Точность модели определяется методами её создания. При аналитическом определении координат углов поворота границ земельных участков или объектов недвижимости - ошибка порядка 5 см относительно ближайшего пункта геодезической сети город а. Фотограмметрические методы позволяют строить модель с погрешностью не хуже 40 см. Оцифровка топографических карт масштаба 1:500 позволяет строить модель с погрешностью порядка 20см, а масштаба 1:2000 - 100 см. Поэтому модель должна иметь векторную форму представления и необходимо указывать характеристику точности каждого элемента модели. Это позволяет начать создавать ЦТО ЗК с оцифровки планов масштаба 1:2000 и постепенно уточняя положение элементов ЦТО ЗК довести точность положения наиболее важных элементов до 5 см. Возможность ведения ЦТО ЗК в оперативном режиме с постоянным повышением точности её элементов - принципиальное отличие ЦТО ЗК от топографических карт.

ЦТО ЗК должна удовлетворять следующим основным требованиям:

- достоверно и с соответствующей масштабу точностью и полнотой отображать современное состояние кадастровых объектов;

- обеспечивать определение координат кадастровых объектов с необходимой для ведения земельного кадастра точностью;

- создаваться в специальной системе координат, разграфке и номенклатуре топографических планов, принятых для ведения земельного кадастра;

- кадастровые объекты должны быть согласованы по содержанию, системе классификации и кодирования, форматам и структурам представления; смежные планы в цифровом виде должны быть сведены по всем элементам их содержания, включая и кадастровые данные;

- информационное содержание ЦТО ЗК должно позволять автоматизировать выполнение основных работ по созданию и ведению земельного кадастра.

ЦТО ЗК предназначена для решения следующих задач:

- регистрация прав на земельные участки;

- учет и отслеживание изменений (мониторинг) земельных ресурсов;

- контроль использования земельных участков;

- экономическая оценка земель;

- информационное обеспечение конкурсов и аукционов земельных участков;

- учет и контроль поступлений земельных платежей.

ЦТО ЗК позволяет:

- показывать положение земельных участков в городской среде;

- показывать положение недвижимости относительно земельного участка и городской среды;

- являться связующим элементом между различными тематическими слоями банка данных земельного кадастра;

- связывать объекты недвижимости с их адресами (почтовыми и ГорБТИ) и земельно-правовыми документами, которые зарегистрированы в земельном кадастре;

- создавать кадастровые карты на бумажных носителях и т.д.

ЦТО ЗК создаются путем:

- цифрования существующих топографических планов;

- обработки материалов аэрофотосъемки на автоматизированных фотограмметрических комплексах;

- проведение комплексов полевых работ с преобразованием их результатов в цифровую форму;

- сбор и перевод в цифровую форму информации о кадастровых объектах, а также с использованием других методов создания цифровых топографических карт и кадастров.

Ведение в оперативном режиме ЦТО ЗК выполняется путем:

- ввода в базу данных информации при регистрации прав землепользователей;

- ввода в базу данных результатов операций с недвижимостью;

- обработки и анализа материалам аэрофотосъемок и космических снимков;

- полевого обследования, исполнительных топографических съемок с привлечением дополнительных и справочных материалов.

Базовым масштабом топографических карт крупных городов является масштаб 1:500. Создание ЦТО ЗК эквивалентной по точности и детальности плану масштаба 1:500 настолько дорогой и трудоемкий процесс, что следует начинать работы с масштаба 1:2000. Нет прямой связи между требованиями к топографическим картам и цифровым топографическим картам. Современные фотограмметрические методы обеспечивают точность порядка 40см, что примерно соответствует требованиям к топографическому плану масштаба 1: 1000.

Важным достоинством ЦТО ЗК является то, что она позволяет на отдельные важные районы или отдельные объекты города создавать более детальные и точные планы. Более того, ЦТО ЗК позволяет постепенно перейти к "координатному банку" данных, т.е. к векторной карте, координаты которой определены инструментально с точностью порядка 5см.

Методы оперативного ведения ЦТО ЗК обеспечивают и ведение мониторинга городских земель. Информационная поддержка рынка недвижимости возможна только на основе ЦТО ЗК.

Проект тематических слоев ЦТО ЗК .

Административное деление (информация получается из НИиПИ Генплана):

- границы административных округов (проектные и утвержденные);

- границы муниципальных округов (проектные и утвержденные);

- карта старого административного деления.

Территориальное деление города:

- границы промышленных зон, номер зоны;

- границы селитебных зон, номер селитебной зоны;

- земли общего пользования (в том числе границы улиц, площадей, проездов);

- земли водного фонда;

- земли городской инфраструктуры (ж/д; метро; ЛЭП; трубопроводы);

- земли с/х назначения.

Кадастровое деление:

- границы кадастровых кварталов; кадастровых выделов;

- границы базисных кварталов;

- границы экономических зон.

Оперативная карта оформления прав землепользования:

- границы земельных участков с выделением стадии оформления прав на землю и вида документа (декларация, распорядительный документ, госакт, договор краткосрочной или долгосрочной аренды);

- кадастровый номер участка, номер и дата договора или выданного документа;

- земельные участки, которые имеют льготы по платежам.

Земельные участки по характеру льготного обложения:

- скидка 100%

- частичная скидка.

Регулятивные линии (архитектура и градостроительство):

- красные линии ограничения застройки;

- линии строительных кварталов;

- полосы отвода железных дорог;

- технические зоны;

- границы охранных зон памятников архитектуры;

- границы зон регулирования застройки у памятников архитектуры;

- границы территории памятников садовопаркового искусства;

- границы памятников природы;

- границы охранных зон памятников садовопаркового искусства и природы;

- границы зон охраняемого ландшафта памятников садово-паркового искусства и природы;

- границы зон регулирования застройки у памятников садово-паркового искусства и природы;

- границы заповедных зон городской застройки;

- границы зон общественных центров;

- шумозащитные полосы вдоль железных дорог;

- археологические зоны;

- зоны особого градостроительного режима, историко-архитектурная зона центра;

- зоны ограничения застройки по высоте (между Останкинской и

Шаболовской телебашнями и другими объектами);

- границы водоохранных зон;

- границы прибрежных зон;

- границы санитарно-защитных зон;

- границы земель выводимых предприятий (проектных предположений);

- границы земель утвержденных к выводу предприятий.

Градостроительное зонирование (архитектура и градостроительство):

- границы лесопаркового защитного пояса;

- площадки для стоянки автомашин и отстоя общественного транспорта;

- площадки конечных станций общественного транспорта;

- станции метрополитена и подземные пешеходные переходы;

- границы рекреационных зон;

- границы территорий и участков зеленых насаждений городского значения;

- границы территорий и участков зеленых насаждений префектурного

значения (лесопарки, парки, скверы, бульвары).

Недвижимое имущество на земле:

- границы объектов недвижимости;

- памятники архитектуры;

- памятники культуры;

- памятники скульптуры;

- жилые дома пригодные для проживания;

- жилые дома не пригодные для проживания;

- здания культурно-бытового назначения;

- здания административные;

- здания учебных заведений;

- детские учреждения;

- здания коммунальных учреждений;

- промышленные предприятия;

- надстройки, пристройки;

- здания, подлежащие сносу;

- объекты гражданской обороны;

- прочие здания.

Примечание: 1. Для каждого объекта недвижимости и земельного участка указывается кадастровый номер; по кадастровому номеру из семантической базы данных выбирается адрес объекта и его характеристики.

2. В земельно - имущественном кадастре основной единицей является объект недвижимости, поэтому перечень объектов (например, типов зданий) может быть сокращен (здание).

Современное состояние процесса автоматизации в цифровой картографии.

Работы по автоматизации в тематической картографии в настоящее время зависят и опираются в первую очередь на технические средства, используемые для этих целей, и знания, формализованные при помощи математики. В основном автоматизация коснулась процессов, требующих больших вычислительных и временных ресурсов, а также многих черновых работ, которые приходилось выполнять в картографии ранее. Однако, всем этим процессам присуще одно свойство - четкая алгоритмизация. Именно это не позволяет, и скорее всего не позволит в ближайшие годы, решить многие, наиболее важные проблемы цифровой картографии. В первую очередь это касается автоматического чтения информации, процесса генерализации, некоторых других вопросов. Т.е. всех тех задач, при решении которых мы не можем описать четкую последовательность элементарных шагов, приведших к решению, и используем наши собственные субъективные ощущения. Успех в автоматизации этих задач зависит от прогресса в области распознавания образов и искусственного интеллекта. Хотя, конечно, постоянно ведутся исследовательские работы по созданию более совершенных алгоритмов и новых технических средств, способных взвалить на себя больший груз проблем, связанный с интеллектуальной деятельностью человека, до решения этих проблем еще далеко. Средства автоматизации в цифровой картографии условно можно разделить на две группы: аппаратные и программные. К аппаратным средствам относится все оборудование, используемое на различных этапах технологического цикла создания карт. Это ЭВМ, сканеры, дигитайзеры, плоттеры, принтеры, видеотерминалы и различные специализированные устройства для выполнения некоторых узких задач (цветоделители, фотонаборные автоматы и т.д.). Однако, существует тенденция - заменять специализированные устройства соответствующим программным обеспечением (ПО). Цифровая картография становится все более "цифровой". Преимущество аппаратных средств перед программными состоит в том, что они выполняют свои функции иногда намного быстрее, но они дороги, а по мере увеличения мощности ЭВМ разница в скорости исчезает. По-видимому, единственными специализированными устройствами, которые никогда не исчезнут, кроме самой ЭВМ, обеспечивающей функционирование программных средств, будут устройства ввода-вывода, без которых диалог человека с машиной невозможен. Сейчас устройствами, автоматизирующими ввод, являются сканеры, устройства фото- и телеввода, позволяющие в короткое время вводить в ЭВМ изображения в растровой форме: дигитайзеры различных конструкций и автоматические отслеживатели, используемые для ввода исходной графической информации в векторной форме. Устройства для ввода растровой информации выгодно отличаются от других тем, что позволяют быстро и точно перенести графические образы в ЭВМ и сразу же отказаться в дальнейшем от бумажной технологии. При этом достигается высокая степень автоматизации: современные промышленные сканеры требуют минимального участия человека в процессе работы благодаря автоматической подаче материала, настройке, цифровой фильтрации, сжатию и передаче информации. При этом важной особенностью такого способа является то, что вводимые данные представляют собой просто описание графического образа карты без указания на смысловое значение каждого элемента изображения. Те объекты, которые мы видим на карте, на изображении в растровом формате нет. Они существуют только в нашем сознании, интерпретирующем группы пикселов, связывая их в какой-то целостный объект. Реально такой связи в растровых данных нет, все пикселы равноценны между собой и отличаются только цветом или яркостью. Поэтому машина не может непосредственно интерпретировать растровое изображение. Вот почему такие данные необходимо для дальнейшей обработки перевести в векторный формат. Но недостаток такого способа то, что преобразованная информация еще никак не обработана в содержательном плане, имеет малое количество семантических атрибутов и требует дальнейшего распознавания и множества операций по обработке. Напротив, устройства для ввода информации в векторном виде позволяют одновременно с вводом произвести все необходимые операции по идентификации объектов и их оцифровке. Причем, данные в ЭВМ передаются практически в том самом виде, в каком они и будут храниться как ЦК, а поэтому требуют минимальной дальнейшей обработки. При кажущемся преимуществе этот способ имеет свой недостаток: он требует большого количества человеческого труда, менее поддается автоматизации из-за наличия в нем большего количества электромеханических компонентов. Сравним хотя бы сложность создания программы - автоматического отслеживателя линий и устройства, преследующего ту же цель. Несмотря на всю громоздкость оборудования для ввода информации в векторном виде, его дороговизну, малую производительность и значительное участие человека в процессе работы, способ ввода информации в растровом виде с последующей автоматической обработкой и преобразованием в векторный формат тоже пока не получил должного распространения из-за сложности создания программ, способных автоматических распознавать и преобразовывать графическую информацию. Поэтому в настоящее время существуют оба способа первичного ввода графической информации в ЭВМ. Хотя, анализируя развитие современной науки и техники, предпочтение следует отдать растровым устройствам ввода изображений. Тем более, что в настоящий момент активно развивается гибридный способ ввода картографической информации в ЭВМ, использующий именно эти устройства. Он предполагает преобразование изображения на физическом носителе в растровую форму с последующей записью цифрового кода на машинный носитель. После этого изображение векторизуется способом, похожим на применяемый при работе с дигитайзером, в ручном, полу- и автоматическом режиме. Изображение контролируется на экране видеотерминала. При этом достигаются преимущества, даваемые обоими вышеописанными методами, и одновременно частично компенсируются их недостатки: уменьшается громоздкость оборудования, его общая стоимость, осуществляется переход на "безбумажную" технологию, увеличивается возможность автоматизации процессов, растет точность и производительность труда. К устройствам, автоматизирующим вывод информации, относятся графические видеотерминалы, матричные, струйные и лазерные принтеры, графопостроители (плоттеры). Все они используются в различных случаях. Для быстрого динамического вывода картографической информации без ее дальнейшего сохранения и с высокой изобразительной способностью используются всевозможные типы графических видеотерминалов. Для быстрого получения твердых копий карт в зависимости от требований к качеству, скорости и материалу носителя применяют разные типы принтеров. А для получения высококачественных материалов для долговременного пользования применяют графопостроители. В качестве ЭВМ, используемых в современной цифровой картографии, существовали попытки использовать все наиболее известные типы ЭВМ и аппаратные платформы. Зачастую в автоматизированных комплексах используются и персональные компьютеры, и рабочие станции, связанные в ЛВС (локальную вычислительную сеть) и имеющие выход на мейнфрейм, осуществляющий централизованное хранение и обработку информации. Программное обеспечение, управляющее всеми устройствами и выполняющее многочисленные операции по сбору, хранению и обработке картографической информации, постоянно совершенствуется. Автоматизация в цифровой картографии в наибольшей степени зависит от того, какое ПО разработано и используется на данный момент. Учитывая, что в последние годы наметилась тенденция использования в цифровой картографии не специализированного картографического, а стандартного компьютерного оборудования, ясно, что все специальные функции ложатся на программное обеспечение и его роль в автоматизации картографии достигла практически 100 процентов. Современное ПО позволяет производить предобработку введенного изображения для повышения его качества, автоматизирует процесс перевода его в форму ЦК, управляет сложными базами картографических данных, представляющими из себя огромное количество информации. Это ПО дает в руки пользователей мощные аналитические возможности для пространственного анализа информации. Существуют прикладные пакеты, позволяющие моделировать различные процессы природной среды (например, рельефообразующие) и использовать данные моделирования в картографировании явлений. Велико значение программных систем, используемых в производстве карт. Цветоделение, расчет различных проекций и автоматический подбор лучшей для заданного участка местности, выбор оптимальной компоновки листа и оформления - вот далеко не полный список операций, производимых ПО уже в наше время и поднимающих технологию производства на качественно иной уровень. Поэтому сегодня хорошо видно повышение роли человека-картографа в автоматизированных комплексах, где его труд применяется для решения каких-то принципиальных вопросов, а рутинные операции возлагаются на технику. Контрольные вопросы:

1. Провести анализ современного состояния процесса автоматизации при создании цифровой топографической основы для автоматизированных информационных систем государственного кадастра недвижимости.

Технические и программные средства преобразования картографической информации в цифровую форму и ее обработки.

Описав общие особенности и принципы автоматизации в цифровой картографии, попытаемся сделать небольшой обзор конкретных технологических схем, предлагаемых сегодня производителями. Все они базируются на основе ГИС. Сейчас широко распространено понимание того, что ГИС - это не класс или тип программных систем, а группа технологий, базовая технология ("umbrella technology") для многих компьютерных методов и программ, относящихся к работе с пространственными данными. ГИС имеет тесные взаимосвязи (отчасти генетические) со многими типами программных средств. С одной стороны, это графические средства САПР, векторные графические редакторы, с другой - реляционные СУБД. Данное обстоятельство объясняет, почему наряду с полностью самостоятельными системами существуют ГИС, базирующиеся на этих средства. Яркие примеры - MGE, корпорации INTERGRAPH, использующая графический редактор MicroStation и СУБД типа Oracle и ArcСAD (ESRI, Inc.), созданная на основе AutoСАD и внешней СУБД, совместимой с dBASE. На современном рынке предлагаются ГИС практически для всех компьютерных платформ. В 1993 году число предлагаемых ГИС-пакетов составило около 400, с базовой ценой от $50 до $250,000. В основном цены колеблются в пределах от $400 до $60,000. Разумеется, в большинстве своем предлагаются специализированные системы, разрабатываемые мелкими фирмами. Реально на рынке полнофункциональных ГИС (full GIS) общего назначения серьезных игроков не так много - не более 20. В основном ПО для ГИС разрабатывают специализированные фирмы, только в некоторых случаях это продукты крупных фирм, для которых ГИС - не основной продукт (Intergraph, IBM, Computervision, Westinghouse Electric Corp., McDonnel Douglas, Siemens Nixdorf). По числу инсталляций и по числу известных пакетов резко преобладают ПК (MS-DOS, MS Windows) и UNIX рабочие станции. Конечно, областью распространения полнофункциональных ГИС общего назначения сейчас в мире являются почти исключительно рабочие станции с UNIX. На ПК функционируют в основном системы с редуцированными возможностями (РС ARC/INFO) или даже не "full GIS", а продукты класса "desktop mapping" (типичный пример - MapInfo). Это определяется, отчасти, спецификой пользователей ПК, которые обычно являются конечными (а для них полноценная система может оказаться "тяжеловесной"). Но главная причина - требования к аппаратуре. Серьезные проекты с использованием ГИС требуют работы с большими объемами данных - часто необходимо иметь диск емкостью не менее 1 Гбайт. При использовании в ГИС растровых изображений, их обработке требования к величине RAM, ее быстродействию еще более ужесточаются, т.к. требуется обработка в режиме, максимально приближенном к режиму реального времени. Современные рабочие станции еще кое-как справляются с такой задачей, для ПК же она еще слишком трудна. Вот почему все известные ГИС-пакеты (Arc/Info, MGE и т.д.) в полном объеме функционируют пока только на станциях с RISC-архитектурой. Практически под "всеми известными ГИС" следует понимать как раз эти две (Arc/Info), т.к. при общем доходе от продаж ГИС в мире в 1993 году, составившим $46,000,000, доход ESRI (Arc/Info) составил $126,015,000 (27,10%), а INTERGRAPH (MGE) - $117,180,000 (25,20%). Для сравнения - доходы других компаний не составили >5,5%. Кроме продуктов, относящихся в той или иной степени к ГИС, существует рынок более простых и более специализированных систем, предназначенных исключительно для конвертирования растрового изображения в векторный формат. Следует отметить популярные пакеты I/RAS B, I/RAS C, I/RAS 32, I/GEOVEC, I/VEC (производимые Intergraph Corporation), OptiDRAFT Workstation и MAGNUS (производства Optigraphios Corporation), CADCore Hybrid и CADCore Tracer (Information & Graphios Systems, Inc.), GTX Raster CAD и Expert Conversion Series (GTX Corporation) и ScanEdit (SCAN-GRAPHICX, Inc.). Все фирмы, представленные здесь списком своих продуктов, отличаются стабильным финансовым положением, за исключением, может быть, GTX Corp., что гарантирует в будущем поддержку, сопровождение и модернизацию продуктов. Цены на предоставленные ПО находятся в пределах от $1,995.00 у GTX Raster CAD (программа интерактивной дигитализации для РС) до $15,000.00 у I/VEC (ПО автоматического преобразования, работающее в пакетном режиме, для Intergraph UNIX-workstation).Это ПО способно выполнять гибридное растрово-векторное редактирование и дигитализацию в различных режимах (ручной, полуавтоматический, автоматический). Базируется в основном на РС и заметная доля на Sun SPARCstation. Среди других платформ - DEC, HP, RISC 6000.Для рассмотрения остановимся подробнее на технологии фирмы INTERGRAPH, как одной из наиболее передовых фирм в области геоинформатики. Один из ключевых моментов этой технологии - преобразование исходных документов в растровую форму, попросту говоря - сканирование. В процессе работы сканера данные в форме изображения на документе преобразовываются в компьютерный файл, который может быть отредактирован, воспроизведен, передан по сети, отпечатан или архивирован. Сканерный механизм использует узкий пучок света для получения сканированного изображения, которое может представляться в цветном (чаще RGB), полутоновом (серая шкала) и бинарном виде. Но в процесс сканирования нужно также включить все возможные операции, вовлекаемые в перевод изображения на документе в компьютерный формат, пригодный для использования. А это, кроме непосредственно считывания информации сканирующим механизмом, процесс корреляции, квантования, сжатия, преобразования данных, их передачи в компьютер и, наконец, файловые манипуляции для создания соответствующего файла. Некоторые из этих операций выполняются аппаратно схема-ми, встроенными в сканер. Другие осуществляются чисто программным путем. Баланс между ними определяет стоимость и производительность системы, причем зависимость обратно пропорциональная. Ранние, а также более дешевые модели все операции, кроме, разве что, считывания светового сигнала и яркостной коррекции, проводимой для компенсации неоднородностей при освещении соседних элементов изображения, возлагали на компьютер, поглощая его вычислительные и другие ресурсы. Современные промышленные сканеры производства одного из подразделений Intergraph (ANA Tech), все операции по обработке совершают автономно, а в компьютер передают данные уже в формате записываемого файла. Таким образом, экономится место на диске - от единиц до нескольких тысяч мегабайт (в зависимости от размера документа, изображения на нем и режима сканирования). Уменьшается время на обработку документа, освобождается процессор, что очень важно в многозадачных средах и при работе компьютера в сети. До недавнего времени все программные продукты фирмы INTERGRAPH, базировались только на своем "железе" (Intergraph UNIX-station), и только у I/RAS B существовали версии для РС и Sun. Однако, в настоящее время корпорация сделала ставку на процессоры Intel и ОС Microsoft Windows NT. Intergraph и дальше будет поддерживать и развивать приложения для ОС UNIX, но акцент будет перенесен на платформу Intel + Windows NT из-за присущего ей лучшего отношения цена/производительность. Все приложения базируются на векторном графическом редакторе MicroStation. Более того, они выполняются в среде MicroStation и написаны на MDL, встроенном языке разработки приложений. MicroStation поддерживает наиболее совершенные сети, объединяя пользователей в DOS, Windows NT, Macintosh, UNIX и VAX. Пользовательский интерфейс удовлетворяет установленному Фондом Открытого Программного обеспечения (OSF) стандарту Motif. Плюс ко всему этот мощнейший в мире редактор может быть соединен такими мощными СУБД, как Informix и Oracle. Все это позволяет с легкостью строить сложные интегрированные системы, собирая, как бы из кубиков, необходимую конфигурацию из продуктов, исполняемых в единой среде. Спектр приложений, предлагаемых фирмой INTERGRAPH, покрывает весь набор задач, с которыми приходится сталкиваться, создавая и используя автоматизированную картографическую систему. Это приложения для ввода картографической информации в ЭВМ, трансформирования, управления и сложного анализа введенных данных, для обработки аэрокосмических изображений и для стереофотограмметрических измерений. Сюда можно включить пакеты для геодезии, а также специализированные приложения, ориентированные на издание карт и моделирование физических процессов природной среды. Вообще преимуществом этой технологии является то, что все компоненты от необходимого оборудования (сканеры, дигитайзеры, вычислительные системы, др. периферия) до сервисных утилит производятся корпорацией INTERGRAPH, а поэтому не возникает проблем при интеграции этих компонентов друг с другом из-за несовместимости. При этом нет опасности монополии поставщика, так как большое число независимых фирм разрабатывает и предлагает аппаратные и программные продукты, совместимые с этой технологией. Начиная с 1989 года MGE (Modular GIS Environment) - модульная ГИС-среда и программные продукты, примыкающие к ней, начинают добиваться на рынке больших успехов. MGE сегодня является самой распространенной интегрированной ГИС и сквозной производственной картографической системой в мире, имеющей в области картографической издательской деятельности свыше 100 клиентов в 25 странах.

Схема дигитализации карт растровыми методами.

Ручная дигитализация. Из всех методов дигитализации ручной возник самым первым, что является совершенно логичным следствием развития техники и технологии. Вместе с тем, он же является и наиболее используемым в настоящее время. Правда, со времени своего возникновения эта технология претерпела некоторые изменения. В отличие от традиционного способа дигитализации при помощи физического устройства (дигитайзера) появился альтернативный способ, связываемый с некоей программой, позволяющей оцифровывать изображение, наблюдая его на экране. Благодаря чему эту программу часто называют "экранным дигитайзером", а всю схему обозначают термином "heads-up" (с поднятой головой). По своей сути, не меняя весь смысл метода ручной дигитализации, этот способ добавил множество преимуществ.

Перечислим основные из них.

Первое - это то, что появилась возможность более точно наводиться на объект, так как появилась возможность увеличить масштаб изображения, т.е. как бы увеличить картинку, приблизить ее. Это кроме непосредственной выгоды дает и то, что теперь уменьшается нагрузка на зрительную систему оператора, т.к. с крупными объектами работать легче. А это уже в свою очередь уменьшает ошибки дигитализации, повышает производительность труда. Вторым преимуществом является возможность визуального контроля за выходной информацией, т.к. оператор может наблюдать след, оставляемый векторной линией, т.е. посмотреть, как точно получаемые вектора описывают исходное растровое изображение, выступающее в качестве подложки, путем одновременного совмещения их на одном экране или в окне. Другие преимущества нельзя было бы отнести непосредственно к экранной дигитализации, как к методу цифрования, но некоторый анализ показывает, что часто это становится стандартными элементами "экранной" технологии. Речь идет прежде всего о функциональных возможностях программных средств, применяемых при работе. Технологическая схема фирмы INTERGRAPH предполагает использование для такого вида работ продукт MicroStation I/RAS B. В этом случае создание самого векторного изображения происходит посредством базового графического редактора среды MS, а возможность работы с растром представляет пакет I/RAS B. Он позволяет загружать до 64 индивидуальных растровых файлов в качестве подложки и визуализировать их любым цветом из палитры в 254 цвета, а также отключать вообще. После того, как необходимые файл или группа файлов загружены, оператор может начинать дигитализацию, пользуясь устройством ввода типа "мышь". Как и при работе с дигитайзером ввод информации осуществляется указанием вершин графических примитивов при непосредственно визуальном распознавании объектов, которые они описывают. Но если в первом случае такими объектами зачастую являются линия (отрезок) и общий случай полилинии (ломаной), то в последнем - существует большое число графических примитивов, ввод которых не возможен при использовании классического дигитайзера. Приведем несколько примеров. При вводе полилинии можно указать, что угол между ее сегментами является фиксированной величиной и равен 90 градусов, что очень часто требуется при оцифровке антропогенных объектов (контура зданий, кварталов в городах и т.д.). При оцифровке объектов, имеющих смежную границу, вновь изображаемая векторная линия может точно повторить другую, которая уже относится к какому-либо объекту посредством привязки ее вершин к вершинам уже существующей. Количество примеров, конечно, не ограничивается только этими двумя, потому что базовый графический редактор среды MicroStation является одним из наиболее мощных векторных графических редакторов, применяемых в промышленности сегодня.

Интерактивная дигитализация.

Дальнейшим развитием технологии дигитализации растровых изображений стало появление ПО, позволяющего работать в полуавтоматическом интерактивном режиме. Облегчая векторизацию линейных элементов карт, такие пакеты позволили увеличить скорость растрово-векторного преобразования и избавить человека-оператора от утомительной процедуры ручной дигитализации. На сегодняшний день такие пакеты являются наиболее часто используемыми, благодаря своей универсальности. Большинство не предлагают аналогичные услуги, отличаясь интерфейсом, заложенными алгоритмами, точностью преобразования, способностью разбираться в сложных ситуациях и скоростью работы. Таким продуктом из серии приложений, предлагаемых известной фирмой, является пакет I/GEOVEC. Его работа базируется на MicroStation и I/RAS B или I/RAS 32.C его помощью можно, используя технику "heads-up digitizing", интерактивно вводить векторные данные поверх существующего растрового изображения. Для этого достаточно визуально идентифицировать растровый объект на экране и поставить первую точку рядом с ним. I/GEOVEC отслеживает растровую линию, пока она не закончится или он не достигнет точки, требующей дальнейших инструкций оператора. Пользователь может установить параметры отслеживания для преодоления некоторых трудностей (разрывов в растре, пересечений с др. линиями, развилок, касаний контуров и наложений текста). Отслеженную линию можно подвергнуть фильтрации и сглаживанию для спрямления векторов с малым углом расхождения, удаления избыточных узлов и скругления резких перегибов. Эти операции также доступны, как пост-процесс, запускаемый в пакетном режиме. I/GEOVEC позволяет вводит криволинейные изображения объектов в 4 или 5 раз быстрее и более точно, чем при ручном методе. Функция REVERS VIDEO позволит отслеживать не сам растр, а фон, считая его как бы изображением. Эта возможность не заменима при обработке дорог, которые изображаются двумя параллельными линиями. Настроив параметр "величина разрыва в растре" и "угол обзора", можно заставить приложение отслеживать линии, состоящие из точек или штрихпунктирные линии, что применимо при вводе контуров растительности и разнообразных границ. При встрече пересекающихся линий (развилок) есть возможность установить действие программы по умолчанию - останавливаться, поворачивать налево или направо, следовать прямо, присоединиться к пересекаемой векторной линии, присоединиться и разорвать пересекаемую векторную линию для создания узла. Довольно уникальной для такого рода ПО является способность I/GEOVEC распознавать текст и одиночные условные знаки. Этот пакет увеличивает эффективность работы, расширяя набор инструментальных средств другими менее часто используемыми, но полезными функциями, ускоряющими процесс преобразования и позволяющими его контролировать.В настоящее время существует версия только для UNIX(CLIX). В скором времени ожидается выход версии для другой известной ОС - Microsoft Windows NT. 5.3. Автоматическая дигитализация. Как известно, до сих пор не создано программы, позволяющей полностью в автоматическом режиме осуществлять ввод обычных топографических карт. Это происходит по целому ряду причин, здесь нами не рассматриваемых. Поэтому, говоря об автоматической дигитализации, следует сразу же оговориться, что речь идет о линейных элементах карт. Уже из того, что речь идет об автоматической дигитализации, следует то, что программа должна работать в пакетном режиме. Отсюда получаем, что, скорее всего исходными данными для такой программы будут изображения с простой топологической структурой. Например, рисунок горизонталей. Причем эти случаи имеют место только в 10% всех задач дигитализации. Для решения таких задач по векторизации растровых изображений INTERGRAPH предлагает пакет I/VEC. Этот продукт конвертирует бинарные растровые данные в векторные данные (полилинии, точки и контуры многоугольников). Базовые функции векторной графики основываются на MicroStation 32, а функции растрового редактирования - на пакете I/RAS 32. Функционально I/VEC делится на три этапа: предобработку, обработку и постобработку, каждый со своими специфическими установками, управляемые пользователем. Все вместе это в себя включает:- преобразование линейных растровых объектов в векторный формат в пакетном режиме;- манипуляции с введенным изображением или указанной пользователем области;- вывод полученных векторных данных по сети;- функции постобработки: генерирование соединений векторных полилиний, сжатие данных, удаление висячих концов, заполнение разрывов, автоматическое обнаружение и коррекция ошибок, генерация очереди нерешенных проблем (предлагается пользователю);- специальные параметры для обработки упакованных пакетов данных;- миграцию отсканированных данных в другое Intergraph'овское картографическое ГИС приложение (MGE);- экспорт в другие, стандартные для индустрии платформы САПР.5.4. MicroStation MDL, как среда разработки пользовательских приложений. MicroStation - это векторный графический редактор и одновременно программная среда для исполнения и создания приложений. Она включает полный набор средств разработки, состоящий из компилятора, полностью поддерживающего стандарт ANSL, редактора связей, символьного отладчика и утилиту make. Она имеет встроенный язык разработки приложений - MDL. Это полная реализация языка С внутри MicroStation. Фактически все функции MicroStation могут быть вызваны из MDL. Предлагаемый API обеспечивает доступ к более, чем 1000 функций для создания и модификации векторных данных. MicroStation является событийно-ориентированной программной средой, что требует принципиально нового подхода к программированию. Но, предлагаемый API, набор средств для создания элементов интерфейса (диалоговых окон, выпадающих меню, палитр кнопок с пиктограммным обозначением и т.д.), который выполнен в стандарте Motif, обеспечивает программистам создание приложений с укороченным циклом разработки. Тесное соединение между MicroStation и приложениями, создаваемыми через MDL, означает, что программисты могут объединять свои команды прозрачно в среде MicroStation. Множественные MDL-приложения могут работать одновременно. Это позволяет разработчикам создавать интегрированные тесно связанные решения прикладной специфики. MicroStation поддерживает наиболее совершенные сети и позволяет нескольким разработчикам работать над проектом одновременно. Пользователи DOS, Macintosh, UNIX, Windows NT и VAX операционных систем могут интерактивно разделять данные. Это возможно благодаря тому, что файлы данных MicroStation двоично совместимы между множественными платформами, допускающими передачу файлов без перекодировки. Благодаря тому, что MDL - встроенный язык, а программа компилируется и собирается средствами, предлагаемыми разработчиками MicroStation, она практически получает аппаратную независимость. Т.е. может выполняться на всех типах вычислительных систем и в тех операционных системах, для которых доступна сама система MicroStation.

Оценка СУБД на соответствие требованиям, предъявляемым к автоматизированным информационным системам кадастра.

Эффективное использование цифровых данных предполагает наличие программных средств, обеспечивающих функции их хранения, описания, обновления и т.д. В зависимости от типов и форматов их представления, от уровня программных средств ГИС и некоторых характеристик среды и условий их использования могут быть предложены различные варианты организации хранения и доступа к пространственным данным, причем способы организации различаются для позиционной (графической) и семантической их части. В достаточно простых программных средствах ГИС, отсутствуют специфические средства организации хранения, доступа к данным и манипулирования или эти функции реализуется средствами операционной системы в рамках ее файловой организации. Большинство же существующих программных средств ГИС используют для этих целей достаточно изощренные и эффективные подходы, основанные на организации данных в виде баз данных (БД), управляемых программными средствами, получившими название систем управления базами данных (СУБД). Под базой данных принято понимать "совокупность данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, независимую от прикладных программ", а под СУБД - " комплекс программ и языковых средств, предназначенных для создания, ведения и использования баз данных".

Рассмотрим стандартные современные реляционные СУБД по каждому классу продуктов, основные возможности, которые они предоставляют. Классификация СУБД в соответствии с используемой моделью данных:

1. Иерархическая.

2. Сетевая.

3. Реляционная.

4. Объектная.

5. Гибридная (элементы объектной с реляционной).

Особое широкое применение при разработке программного обеспечения ГИС получили СУБД. СУБД реляционного типа позволяют представить данные о пространственных объектах (точках, линиях и полигонах) и их характеристиках (атрибутах) в виде отношения или таблицы, строки которой - индексированные записи - соответствуют набору значений атрибутов объекта, а колонки (столбцы) обычно устанавливают тип атрибута, его размер и имя атрибута. В число атрибутов не входят геометрические атрибуты, описывающие их геометрию и топологию. Векторные записи координат объектов упорядочиваются и организуются с использованием особых средств. Связь между геометрическим описанием объектов и их семантикой в реляционной таблице устанавливается через уникальные номера - идентификаторы. Удобство манипулирования данными в БД существенно зависит от языковых средств СУБД.

В связи с этим остановимся на рассмотрение только реляционных СУБД (РСУБД). Классификация РСУБД в зависимости от объема поддерживаемых БД и количества пользователей.

Произведем оценку их, в соответствии с требованиями предъявляемым системам автоматизации кадастрового учета.

Высший уровень: Oracle, corp. Oracle. Продукт этого класса обладает широким диапазоном функциональных возможностей, включая поддержку двухфазной фиксации, тиражирования данных, хранимых процедур, триггеров, оперативно резервного копирования. Он предназначен для организации оптимального использования системных ресурсов, что гарантирует максимальную расширяемость. Поддерживает БД, занимающие несколько физических дисков, хранение новых типов данных. Поддерживает почти все аппаратные и программные платформы, существующие на сегодняшний день, а также протоколы передачи данных. Широко применяется во многих отраслях промышленности. Зарекомендовал себя с самой лучшей стороны. Хорошая поддержка со стороны производителя, corp. Oracle. SQL Server 10, comp. Sybase. Мощный продукт, поддерживающий обработку в реальном времени и процессы решений. Одного уровня с Oracle, но обладает некоторыми ограничениями в плане масштабируемости, поддерживает ограниченное число аппаратных и программных платформ.

Средний уровень: Informix-OnLine, comp. Software. Данный продукт поддерживает такие современные технологии, как тиражирование данных, синхронизирующее распределенные БД, и большие двоичные объекты. Он может применятся для запуска OLTP-приложений (высокоскоростной обработки транзакций), но скорость обработки оказывается меньше, чем у продуктов верхней части рынка. Установка возможна для ограниченных количеств платформ. Имеет большие возможности для расширения. Microsoft SQL Server, corp. Microsoft. Очень хорошая СУБД. Корпорация Microsoft разработала хороший продукт, который вписывается в общую концепцию компании, выпуская только интегрированные продукты. Эта СУБД интегрирована с Windows, дополняя ее. Недостатки: недостаточная масштабируемость, малое количество поддерживаемых программных платформ.

Низкий уровень: В эту группу входят Cupta SQL-Base Server, Watcom SQL Network Server и другие. Они обладают ограниченными возможностями по сравнению с СУБД более высокого класса, но в небольших компаниях, где БД небольшие и количество пользователей ограничено несколько десятками людей, они прекрасно выполняют свои обязанности по управлению БД.

Настольные СУБД: FoxPro, corp. Microsoft. Очень ограниченные возможности по обработке данных. Отсутствие возможности установки в сети. Предназначена для личных дел. Не рекомендуется для использования в крупных системах. Отсутствует возможность защиты данных, управление доступом и многое другое. Paradox, comp. Borland. В своем классе одна из лучших, однако, ей присущи все недостатки настольных СУБД. Ограниченные возможности по применению. Удобный интерфейс.

Оценка современных СУБД:

При использовании конкретной СУБД необходимо учитывать три ключевых фактора:

§ в какой архитектуре клиент/сервер он будет работать,

§ каким образом реализуются основные функции,

§ каков уровень поддержки распределенных БД.

В зависимости от этого надо делать свой выбор. Среди представленных продуктов только Oracle наиболее полно поддерживает нужные требования.

Широкие возможности предоставляются пользователю СУБД, в которых реализован язык обработки запросов SQL, и его расширения, адаптированные к описанию пространственных запросов к БД ГИС и содержащие конструкции, включающие пространственные переменные и условия. Одним из главных мотивов, определяющих необходимость использования технологии баз данных при создании ГИС в настоящее время, является поддержка современными СУБД сетевых возможностей хранения и использования технологий локальных сетей (LAN) и удаленных сетей в так называемых распределенных БД. Тем самым достигается оптимальное использование вычислительных ресурсов и возможность коллективного доступа пользователей к запрашиваемым БД.

Анализ данных и моделирование.

Блок анализа данных, являясь одним из трех крупных модулей ГИС (ввода, обработки и вывода), составляет ядро геоинформационных технологий, все остальные операции которых с некоторой точки зрения могут представляться сервисными, обеспечивающими возможность выполнения системой ее основных аналитических и моделирующих функций. Содержание аналитического блока современных программных средств сформировалось в процессе реализации конкретных ГИС, выкристаллизовавшись в форме более или менее устоявшегося набора операций или групп операций, наличие, отсутствие или эффективность (неэффективность) которых в составе данного продукта может служить надежным индикатором его качества. Существуют различные классификации позволяющие сгруппировать элементарные операции аналитического характера или их последовательности в группы. Обобщая некоторые из них, и опираясь на состав и структуру аналитических модулей, можно выделить следующие их группы:

1. Операции переструктуризации данных.

2. Трансформация проекций и изменение систем координат.

1. 3.Операции вычислительной геометрии.

3. Оверлейные операции (наложение разноименных и разнотипных слоев данных).

4. Общие аналитические, графо-аналитические и моделирующие функции.

Применение ARC/INFO в кадастровых системах.

ARC/INFO - программный продукт предназначен для создания и редактирования географических баз данных, для целей пространственного анализа, поиска, представления и управления данными. Это программное обеспечение разработано в Институте исследований систем окружающей среды, США (Environmental Systems Research Institute Inc., California - ESRI) имеет более 60 тысяч пользователей по всему миру.

ARC/INFO позволяет:- вводить и проверять- составлять- обновлять и изменять- управлять и обмениваться- оперировать- искать и представлять- анализировать и комбинировать информацию о качественных и количественных характеристиках и связях между объектами, имеющими географическую привязку.

В качестве исходной информации могут использоваться:

· обычные и тематические карты или планы

· фотографии, рисунки, чертежи, схемы

· аэроснимки и космические изображения

· геодезические данные

· статистические таблицы и текстовые описания

· данные переписи, почтовые индексы, телефонные книги и справочники

· геохимические, геофизические, экологические и любые другие сведения о природе или деятельности человека.

Функциональные возможности.

ARC/INFO позволяет собрать эти разрозненные данные и в едином виде хранить, обновлять, анализировать, производить любые операции, следить за всеми изменениями, получать самые разные карты и таблицы. Важно, что результатом может быть не только серия карт в любом, выбранном Вами, масштабе с исходной информацией или ее суммой, но и аналитические карты, видеоизображения, массивы данных, полученные в результате компьютерного анализа всех данных с помощью большого набора программных средств ARC/INFO. Настоящая сила программного обеспечения ARC/INFO заключена в его функциональных возможностях пространственного анализа и интерпретации данных, которые позволяют исследовать и анализировать данные в многомерной среде, помогая пользователям решать задачи типа "что если". Пользователи ГИС успешно применяют ARC/INFO как компьютерный инструмент для оценки многосторонних связей, наблюдающихся на земной поверхности.

Система

Пример обработки данных:

· производство карт

· трехмерные изображения

· анализа данных - анализ конфликтов

· оптимизация транспорта

· информационная система - общественные службы

· документация и каталогизация

· система управления - управление сетями и их поддержка

· управление недвижимостью

· управление природными ресурсами

· система планирования - дорог и других транспортных систем

· выработок, каналов и т.п.

· водоснабжения и стоков

· лесного хозяйства

Современные оценки показывают, что от 50до 80% данных, используемых для решения региональных и локальных вопросов управления, контроля и анализа, являются географическими данными. Система ARC/INFO позволяет решать сложные задачи управления кадастрами, городским хозяйством, управления ресурсами и природной средой, планирования и развития, администрирования и работы общественных служб, безопасного плавания, транспортных перевозок и сетей, военной области. Чем сложнее задача, тем выгоднее использовать систему ARC/INFO.По оценкам экспертов использование географической информационной системы в сложных задачах уменьшают затраты в 4-8 раз по сравнению с тем, если бы эти задачи решались обычными способами.