Геоинформационная система "Компас-2" и возможности её использования для ведения природных ...

1.3.Автоматизированная система градостроительного кадастра.

1.3.1.О проекте

Проект создания автоматизированной системы градостроительного кадастра разрабатывается с 1996 года под эгидой и финансированием международного донора GTZ (техническая поддержка немецкого правительства). Его целью является создание современного комплексного градостроительного кадастра .

1.3.2.О системе

Система предназначена для ведения учета и управления градостроительством. Основными возложенными на нее задачами являлись: централизация градостроительной проектной документации, ведение учета информации о зданиях, визуализация процесса планирования строительных проектов, осуществление контроля по соблюдению ограничений правового зонирования, регулярное ведение пространственного и атрибутивного анализа, оперативное генерирование отчетов.

На данном этапе выполнены блоки градостроительного кадастра, земельного кадастра и блок правового зонирования. Пространственные и атрибутивные данные по земельным участкам должны экспортироваться из земельного кадастра и доступны только для чтения. В ближайших планах разработка блока зеленых насаждений.

Система основана на технологии ArcGIS 8.2, помимо прочего обеспечивающей топологическую корректность хранения пространственных данных в базе геоданных. ArcObjects предоставляет превосходный набор инструментов для автоматизации выполняемых задач в АгсМар.

Работу с пространственными данными пользователь проводит в АгсМар, а систему для ввода и обработки атрибутивной информации было принято решение разработать отдельно. Она получила название City Analyst и может работать независимо от ArcGIS. Существуют и английская версии программы.

Основой системы является разработанная структура базы геоданных, в которую должны загружаться пространственные и атрибутивные данные по городам. Поскольку адресные данные и данные о собственности оказались наиболее обновленными и доступными, было принято решение создать гео­информационную систему.

База данных включает в себя следующие слои: дороги, секторы, кварталы, земельные участки, здания и специальные слои правового зонирования. Были введены коды для кадастровых объектов и на их основе определены соответствующие классы отношений между объектами. База также содержит большое количество таблиц словарей, которые делятся на две логические группы: постоянные, не зависящие от определенного города, классификаторы, вроде строительного материала или функционального назначения здания, и словари данных, меняющихся для каждого города, например, список улиц. Система подтипов и доменов базы геоданных не была использована, поскольку работу с атрибутивными данными не планировалось проводить из АгсМар.

Основным объектом базы геоданных является здание. Для его описания предусмотрено 74 поля. Чтобы избежать большого количества нулевых значений в базе данных, атрибутивные поля распределены по десяти тематическим таблицам, каждая из которых связана с пространственной таблицей зданий отношением один-к-одному.

Важным компонентом является правовое зонирование. Город подразделяется на различные функциональные, территориальные, планировочные и ценностные зоны. Система позволяет выявить правонарушения по различным коэффициентам, характеризующим застройку.

1.3.3.City Analyst

Программа City Analyst, разработанная в среде Delphi 6, предоставляет удобный пользовательский интерфейс для работы с базой данных. Она обеспечивает универсальный поиск, редактирование, анализ данных, генерирование отчетов, а также связь с картой города в АгсМар.

Поиск. В программе существует понятие найденных объектов. Это - множество земельных участков и зданий (их кодов), которые удовлетворили критериям поиска. По этому множеству осуществляется редактирование атрибутивных данных, генерирование отчетов и анализ.

После соединения с базой данных, секторы, кварталы, участки и здания отображаются в иерархическом дереве, которое используется для просмотра и поиска на основе административного деления. Возможен поиск по правовому зонированию, адресу, кадастровым кодам и по данным о собственности. Также разработан расширенный поиск по всем атрибутивным полям. Результаты поиска можно отображать на карте.

Есть возможность проводить поиск поэтапно - искать здания и земельные участки среди уже найденных объектов. Этот способ бывает полезным, если требуется совмещать пространственный поиск с поиском по атрибутивным данным. Сначала проводится пространственный поиск в АгсМар, затем соответствующей командой выделенные объекты передаются в City Analyst, где по ним проводится атрибутивный поиск.

Редактирование. Атрибутивные данные по зданиям распределены по десяти тематическим таблицам:

Адрес

Общие сведения

Техническое состояние

Данные технического бюро

Пристройка

Инженерное оборудование

Оценочные параметры

Историко-культурное значение

Справки и документация

Строящиеся объекты.

Для редактирования полей каждой таблицы создана отдельная форма.

В City Analyst данные земельных участков доступны только для чтения. Например, система дает возможность просматривать и осуществлять поиск по владельцам, но не позволяет редактировать данные о собственности.

Отчеты. Созданы формы отчетов по разным атрибутивным данным для зданий, а также отчеты по правовому зонированию. Они переданы пользователям для тестирования и определения содержания и вида остальных отчетов.

Анализ. Было разработано два типа анализа: анализ по нарушениям ограничений на застройку и сравнительный анализ атрибутивных данных. City Analyst вычисляет значения разных коэффициентов застройки и записывает результаты в соответствующую таблицу. Затем в АгсМар эти данные отображаются в виде специальных слоев .

Сравнительный анализ позволяет оценивать распределение значений одного поля по значениям другого. Например, сравнивая поле «Функциональное назначение здания» с полем «Материал стены», получаем таблицу, содержащую информацию о процентном (или количественном) распределении различных строительных материалов по зданиям разной функциональности. Сравнительный анализ работает с результатом поиска. По мере тестирования системы планируется создание дополнительных видов специализированного анализа.

Справка. Программа снабжена системой справки с документацией по закону о правовом зонировании.

Связь с АгсМар. Связь City Analyst с ArcGIS реализована в режиме клиент-сервер, где АгсМар выступает в роли СОМ сервера. Она заключается в следующем:

Открытие .mxd файла из City Analyst;

Соединение с открытым .mxd файлом (с указанием названия файла);

Переключение на окно АгсМар;

Показ выделенного объекта на карте;

Показ результата поиска на карте;

Отображение множества зданий или участков;

Поиск с карты. Выделенные в АгсМар здания становятся результатом поиска в City Analyst (обратная связь);

Запуск VBA скриптов из City Analyst;

Закрытие .mxd файла.

1.3.4.АгсМар

С помощью ArcObjects были автоматизированы некоторые задачи в АгсМар. Написаны вспомогательные VBA скрипты для осуществления связи с City Analyst. Создана отдельная панель инструментов. Автоматизированы следующие задачи:

Поэтажный просмотр чертежа здания;

Просмотр чертежа участка;

Просмотр фотографии здания;

Подсчет и визуализация различных коэффициентов застройки.

Созданы специальные слои с количественным символом для наглядного отображения распределения различных значений полей классификаторов для зданий .

Система градостроительного кадастра постоянно расширяется, как функционально, так и территориально.

Глава 2. Геоинформационные системы. Исследование различных вариантов представления атрибутивной и пространственной информации в базах данных ГИС и процедуры работы с данными в ГИС

2.1.Общее представление о ГИС

Термин "географическая информационная" система является до­словным переводом с английского "Geographic(al) information system". Различные определения ГИС, отражают историю эволюции ГИС как синтеза методов и средств, первоначально развивавшихся в системах автоматизированного проектирования, автоматизированного картографирования, цифровой обработки данных дистанционного зондирования и управления базами данных. Одно из первых определений ГИС в русской литературе гласит: "ГИС - это аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением природной средой и территориальной организацией общества".

Следует подчеркнуть два определяющих момента:

географические информационные системы, прежде всего, имеют дело с географической информацией, тематически разнообразной, сопоставимой, координированной, масштабированной и генерализованной в пространстве и времени;

используют законы информатики, которая в свою очередь есть "система знаний, относящихся к производству, переработке, хранению и распространению всех видов информации в обществе, природе и технических устройствах".

Изучение конкретного пространства - привилегия не только ГИС. Из­начально изучение пространственных форм объектов реального мира относится к основным задачам математики. Космическое и земное про­странство исследуется также физическими науками. Изучение прост­ранственных представлений действительности входит в задачи математико-картографического моделирования. Специфика геоинформационного изучения пространства состоит в использовании геоинформационных моделей действительности и в их разработке в комплексе с методами других наук. Но изучение только пространственного расположения - сильное сужение задачи, важен учет существа явлений, их пространственного состояния, структуры, взаимосвязей и функционирования.

Термин ГИС часто употребляется и в другом значении - он обозначает программное средство ГИС, программный продукт, ГИС-пакет, обеспе­чивающий функционирование ГИС как системы (ГИС ArcView , ГИС IDRISI).

2.2.Основные этапы развития ГИС

Начальный этап становления автоматизации обработки пространственной информации связан с открытием доступа к ЭВМ, в первую очередь на Западе, не только для пользователей-математиков и системных программистов и относится к концу 50-х годов. Начало положило создание достаточно простых картографических изображений, в основном картограмм, выводимых на геометрически неточное алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ). Первым значительным пакетом программ для этих целей стал SYMAP, выпущенный в 1967 году Гарвардской лабораторией машинной графики и пространственного анализа.

Первоначально ГИС предназначались для решения достаточно узких задач, в первую очередь инвентаризации земельных или экономических ресурсов, обработки статистической информации. Первые ГИС появились в Швеции в середине 60-х годов. В период 1963-1971 годов велась разработка Канадской лесной ГИС, которая до сих пор остается одной из крупнейших.

До 1980 года из-за высоких цен на аппаратуру интерес к этим техно­логиям в России проявляли лишь крупные государственные научные и производственные организации. Затем затраты на применение ЭВМ существенно снижались, примерно на порядок за каждые шесть лет. Основной причиной прогресса в ГИС-технологиях с начала 90-х годов, несомненно, явилось развитие и распространение электронно-вычис­лительной техники, и именно персональных компьютеров (ПК). Особенно сказались повышение быстродействия ПК, значительное увеличение оперативной и дисковой памяти, новых запоминающих устройств, повы­шение качества графических устройств ввода и вывода картографической и аэрокосмической информации. И конечно - доступность программных средств ГИС мирового уровня, допускающих многовариантное их использование. Крупные фирмы-производители программных ГИС-продуктов, такие как ESRI, ERDAS, INTERGRAF , предоставили свои пакеты бесплатно или с большими скидками целому ряду научных и образо­вательных организаций, что способствовало скорейшему освоению и использованию ГИС-технологий, позволило быстрее увидеть и оценить перспективы. Правда, это явление существенно затормозило процесс создания отечественных ГИС-продуктов, в теоретических разработках и в программном обеспечении отдельных модулей которых были уже достигнуты значительные результаты на начальных стадиях работ по автоматизации.

Потребность в использовании и создании ГИС, анализе количественных и качественных показателей пространственно привязанных объектов и явлений возникает в настоящее время у представителей различных областей деятельности и профессиональных знаний - науки, техники, образования, управления, маркетинга и многих других. Отсюда все возрастающий интерес к ГИС и геоинформационным методам.

Роль ГИС не ограничивается сбором, обработкой, хранением и передачей информации. Для наук о Земле ГИС стала одним из основных ин­струментов моделирования природных, хозяйственных, социальных процессов и ситуаций, изучения их связей и взаимодействий, прогнози­рования развития в пространстве и времени, получения новой качественной и количественной информации, а главное средством обеспечения (поддержки) принятия решений управленческого характера и представления выводов. Каждая из наук, имеющих дело с пространственно распределенной информацией, предоставляет целый ряд методов, которые в совокупности своей способствуют созданию и функционированию ГИС.

2.3.Карты как основа ГИС. Понятие о геоинформационном картографировании

Картография, имеющая богатые традиции отображения пространственной информации на картах, на которые ранее возлагалась и задача ее хранения, представляет основные источники данных для ГИС. Поэтому традиционные методы картографии имеют основополагающее значение для них. В то же время можно выделить основные области ГИС-приложений для картографии:

автоматизация создания картографического произведения;

обновление и создание производных карт как результат анализа, преобразования данных и моделирования на основе ГИС-технологий;

новые методы использования карт как в ГИС, так и например, при построении динамических картографических анимаций.

ГИС базируется на анализе картографической информации и позволяет преодолеть ограниченность "ручного" анализа. С другой стороны, появляется возможность составления производных карт по имеющимся, например, морфометрических карт по картам рельефа, карт изменений на основе разновременных карт. ГИС, использующая для создания слоев множество тематических карт, представляет хорошее средство их согласования.

Компьютерная картография разрабатывает методы цифрового пред­ставления картографических характеристик. Современные ГИС-пакеты обладают средствами форматирования карт и размещения надписей, огромными библиотеками знаков и шрифтов, управления дорогостоящими устройствами, обеспечивающими высокое качество конечной продукции. Получило развитие новое направление в картографии - геоинформационное картографирование (ГК), занимающееся автоматизированным составлением и использованием карт на основе геоинформационных технологий и баз географических данных и знаний.

Геоинформационное картографирование не сводится только к ис­пользованию ГИС-технологий. Это, прежде всего картографирование объектов и явлений, основанное на методах анализа и синтеза их со­держательной сущности.

Однако карты обладают ограниченными аналитическими средствами по сравнению с ГИС. В отличие от данных для ГИС, форма хранения картографических данных не обеспечивает, например, возможности анализа взаимосвязей между различными феноменами, если они не отображены на карте. Некоторые вопросы могут вызвать затруднения или потребовать много времени для ответа, например, "какова площадь этого озера?", "что показано на определенной тематической карте для данной точки на этой топографической карте?".

Перевод карт и других источников пространственной информации в цифровую форму и ГИС-технологий ее анализа открывают новые пути манипулирования географическими знаниями и их отображения (ви­зуализации).

Карты для ГИС поставляют разную информацию и в ГИС они ис­пользуются по-разному. Топографические карты, показывающие контуры объектов на поверхности Земли, чаще всего являются основой для БД ГИС, для привязки и отображения другой дополнительной информации. Тематические карты служат средством изображения географических явлений, поставляя информацию для тематических слоев БД ГИС, служат основой для пространственного анализа взаимосвязей, отраженных на картах.

Существенное значение для ГИС имеет использование тематических карт и фотокарт, созданных на основе данных дистанционного зондирования.

При использовании карт в ГИС нужно постоянно помнить их важные особенности:

изображение на картах абстрактно и генерализовано, что требует их весьма осторожной интерпретации;

карты показывают только статичную картину, один временной срез;

от масштаба карты зависит не только как, но и какие объекты изображены, а большая часть ГИС не учитывает различий между наборами данных, полученных с разномасштабных карт;

при показе сферической поверхности Земли на плоском листе карты неизбежны искажения; наименьшие искажения возникают, когда на карте изображены небольшие территории, наибольшие - когда на карте стремятся показать всю поверхность Земли.

Свойства карт, заложенные при их создании, переносятся и на данные, полученные с этих карт, а обнаруживаются часто лишь при последующей обработке цифровых данных.

2.4.Типы ГИС

Географические информационные системы подразделяются на несколько типов, определяемых их задачами и характером используемой информации:

по проблемной ориентации;

по предметной(объектной) специализации;

по территориальному охвату.

Проблемная ориентация ГИС определяется возлагаемыми на нее научными или прикладными задачами, полностью определяемыми пользователем. Это прежде всего инвентаризационные задачи, кадастр, мониторинг, оценка и прогноз, управление и планирование, поддержка принятия решений.

Предметная или объектная ориентация может определяться ведомственными или отраслевыми интересами (землеустройство, природные катастрофы, охрана природы), которые имеют дело с различными объектами и явлениями на определенной территории: земля, лес, население и т.д.

По территориальному охвату различают ГИС:

глобальные, имеющие дело с информацией планетарного характера;

субконтинентальные, обычно государственного (национального) характера, и океанов;

региональные;

локальные, включающие городские или муниципальные ГИС, часто экспериментальные или учебные.

В ГИС показатели масштабов и точности должны соответствовать территориальному уровню исследований.

2.5.Проблемно-ориентированные ГИС

Анализ действующих ГИС показывает, что все они могут быть отне­сены к проблемно-ориентированным, поскольку формулировка проблемы обычно включает предметные и территориальные аспекты. Разработка и функционирование ГИС любой проблемной ориентации определяются типом и структурой пространственных данных и техническими и программными средствами реализации ГИС-технологий.

Таким образом, базовые составляющие проблемно-ориентированной ГИС - это: решаемая проблема, пространственные данные, технические и программные средства реализации ГИС-технологий.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9