Контрольная работа по "Землеустройству". 3

1. Каковы отличительные особенности программных средств, используемых в землеустройстве.

Программным продуктом принято называть функционально законченный программный комплекс, поставляемый в качестве промышленного изделия. Как показывает анализ современного состояния рынка таких продуктов, пригодных для использования в САЗПР, они существенно различаются по назначению, мощности, сервисным функциям, надежности, заложенными в них концептуальными решениями.

Программные продукты (ПП), которые  могут применяться при решении  задач землеустройства, условно  можно разделить на использующие различные инструментальные пакеты и не использующие таковых. В зависимости от функциональных возможностей, а также полноты их реализации все продукты, относящиеся к первой группе, можно разделить на несколько уровней.

Первый уровень составляют программные продукты, основным назначением которых является создание систем автоматизированного проектирования. Наиболее распространенными являются Auto СAD фирмы Autodesk, CAD + GEO, Credo. В ранних версиях AutoCAD при написании сложных программ на AutoLISP (AutoLISP~ встроенный в AutoCAD язык программирования. В AutoCAD 2000 также встроены языки программирования Visual LISP и Visual Basic) приходилось сталкиваться с проблемами, обусловленными ограничениями по быстродействию и емкости оперативной памяти ЭВМ.

В последних версиях AuioCAD многие проблемы сняты, однако необходимо учитывать, что этот пакет предназначен главным образом для решения задач САПР, а не является базовым инструментальным средством для формирования автоматизированной технологии землеустройства. Вместе с тем он может быть успешно использован как один из элементов системы, включенный в общую технологическую схему землеустроительных работ.

Ко второму уровню можно отнести программные средства, которые помимо основной функции САПР имеют дополнительные возможности, например, для решения отдельных картографо-землеустроительных задач и создания относительно несложных геоинформационных систем. Продукты данного уровня включают в состав своей среды систему управления базами данных (СУБД) и обеспечивают установление взаимосвязей между фафическими образами и их семантическими описаниями. К ним можно отнести, в частности, пакет CADdy, программный комплекс Кадастр Юг, разработанный ФКЦ «Земля», Object Land, Геополис.

На третьем уровне располагаются программные продукты, которые предоставляют развернутые средства для создания полномасштабных геоинформационных систем, обладают необходимым встроенным математическим аппаратом для многофункциональной обработки изображений и установления жестких взаимосвязей между информацией из семантических и графических баз данных. К этим продуктам можно отнести Arc/Info, Arc View до версии 3.5, Map Info, Geo Media Professional.

Достаточно широко распространенным средством для создания геоинформационных  систем, решения задач автоматизированного  картографирования и землеустроительного  проектирования является Arc/Info — программный продукт, разработанный в американском Институте исследований систем окружающей среды (ESRI). В отличие от CADdy эта система полностью ориентирована на решение широкою круга задач, связанных с географическими исследованиями.

Серия интегрированных модулей, составляющих Arc/Info, обеспечивает цифрование карт, обмен данными в различных форматах, работу с реляционной базой данных, наложение карт, их показ на экране, топологическое структурирование данных, создание таблиц сопряженных характеристик, формирование разного рода запросов, интерактивное графическое редактирование, поиск объектов по их адресам и анализ линейных сетей типа коммуникационных с решением оптимизационных задач, вывод карт в виде твердых копий, наличие модулей топологической обработки. К недостаткам системы относятся сравнительно невысокая скорость графической обработки и определенная закрытость для пользователя.

Интересным примером сочетания  технологий САПР и ГИС является программный продукт ArcCAD, который можно рассматривать как систему AutoCAD, полностью интегрированную с Arc/Info и созданными в ее формате продуктами, что обеспечивает наличие таких функциональных возможностей, как редактирование растровых изображений, моделирование поверхностей, наложение полигонов, создание буферных зон и т. д.

К четвертому уровню относятся программные продукты, характеризующиеся наличием мощных средств как для создания геоинформационных систем (ГИС) и обработки картографического материала, так и для построения полностью автоматизированной технологической линии — от обработки исходного картографо- геодезического материала до подготовки составительного оригинала. К ним относятся продукты MGE фирмы Intergraph, современные комплексы фирм ESRI и Erdas—Arclnfo 8.0 и выше и Erdos Imaging.

Одним из наиболее известных  и мощных программно-технических комплексов, предназначенных для работы с географической информацией и обработки картографического изображения, является линия MGE и программных средств обработки данных дистанционного зондирования (ДДЗ) фирмы Intergraph. Данная система обладает большим перечнем функций и возможностей для ввода, хранения, обработки, анализа, интерпретации и моделирования различной пространственно-л ока л изованной и атрибутивной информации, представленной на всевозможных картах, космических и аэрофотоснимках и т. д.

В среде программных продуктов  Intergraph можно построить свою пользовательскую систему высокой степени сложности, обеспечивающую различные прикладные функции для работы с графическим изображением, обработки и анализа картографического материала (включая топологический и логический анализ данных), ввода и хранения информации в базах данных, построения трехмерных моделей, включения в свои технологии готовых или разработанных пользователями модулей тематического моделирования, создания необходимых интерфейсов.

Приведенное деление программных  продуктов по четырем уровням  достаточно условно, и различными специалистами  одной и той же системе может  быть дана разная оценка. Главным является факт качественных различий между уровнями: программные средства первого уровня не имеют никаких специальных функций ГИС; второго уровня — имеют их минимальный набор; третьего — широкий набор, но с рядом ограничений по использованию (например, определенная закрытость системы); ПП четвертого уровня имеют полный набор специальных функций ГИС и являются наиболее мощным инструментальным средством для создания ГИС различной ориентации и построения автоматизированных технологических линий обработки информации.

Таким образом, программные  средства первой группы не решают в полном объеме задачи землеустройства, а ПП второй группы, имея четко выраженную прикладную ориентацию, менее требовательны к аппаратуре и системному программному обеспечению, проще в освоении и использовании, чем пакеты третьей и четвертой групп. В большинстве случаев ПП данной группы разрабатывались для решения вполне конкретных задач с учетом специфики предметной области.

Подобная система должна быть ориентирована на интегрированную обработку многоаспектной графической информации о земле и неразрывно связанных с ней атрибутивных данных. В настоящее время САЗПР, отвечающая поставленным требованиям, в целостном виде еще не создана, но вместе с тем существуют различные по сложности и функциональному назначению системы автоматизированной обработки и интерпретации геодезических, картографических, почвенных, геоботанических, оценочных и прочих данных, необходимых для решения землеустроительных задач. Эти системы основаны на использовании определенных математических (экономико-математических, оптимизационных) моделей. Основу соответствующих программных комплексов (ПК), как правило, составляет библиотека программ, каждая из которых предназначена для выполнения конкретной функции, а множество взаимосвязанных по заданным правилам программ обеспечивает комплексное решение отдельной задачи. Подобные ПК создаются как с обратной связью, так и на основе применения жестко фиксированной схемы прохождения задачи.

При обработке и интерпретации  информации, используемой при решении  землеустроительных задач, до сих пор  применяются лишь логико-математические процедуры, построенные на использовании детерминированных математических моделей преобразования данных и фиксированной логики, а это значит, что автоматизации подлежат только отдельные этапы обработки, анализа, интерпретации или моделирования данных, носящие чисто вычислительный характер. Вместе с тем необходимость в получении наиболее объективной информации в условиях ее дефицита и ограничений, присущих фиксированным алгоритмам, требует качественно других решений и программных средств.

Анализируя современные  отечественные разработки, можно  отметить следующие их характерные  особенности:

большая часть отечественных  программных продуктов находится в стадии постоянного совершенствования;

нередки случаи, когда осуществляется адаптация программных средств, разработанных для целей и  задач, отличных от землеустройства;

 в подобных продуктах  отсутствует ряд функций, необходимых при решении землеустроительных задач (например, вычисление площадей внемасштабных линейных и вкрапленных контуров, логическое наложение отдельных тематических слоев и формирование интегрированного слоя при работе с электронными картами);

программные средства должны обеспечивать вывод в соответствии с заданными формами выходных документов;

с течением времени они  могут изменяться, но поскольку при  разработке ПП (например, в модуле генератора отчетов) это часто не учитывается, любые корректировки возможны только с помощью разработчика;

часть вводимой информации определяется существующими нормативными актами, классификаторами и т. д. Поэтому  многие программные продукты для  облегчения работы пользователя предлагают вводить такие данные с использованием системы справочников, которые нередко  бывают жестко зашиты в тело программы, и тем самым все изменения (ввод новых данных, исключение и редактирование существующих) опять-таки возможны только при участии разработчика;

некоторые ПП являются узкоспециализированными (например, предназначенные для векторизации растра), и разработчики далеко не всегда указывают программные средства, в которых могут использоваться далее полученные результаты без необходимости проведения дополнительных разработок;

ряд программных продуктов  имеет ограничения, которые связаны с принципиальными решениями разработчиков по форматам представления данных, с отказом от концепции многослойной организации информации и связанных с этим возможностей (по созданию топологических оверлеев и т. п.).

Таким образом, несмотря на большое количество уже используемых в землеустройстве программно-технических средств (реализованных как на базе использования различных инструментальных пакетов, ГИС-оболочек и т. д., так и без их участия), в настоящее время отсутствуют примеры создания комплексных автоматизированных систем, обеспечивающих взаимоувязанное решение многочисленных и разноплановых землеустроительных задач. На разных этапах обработки информации, как правило, используются ПП различного происхождения, что создает массу неудобств и удорожает систему. Исключение составляют редкие случаи, когда в качестве базового средства используются мощные инструментальные системы типа Arc/Info.

Разработка конкретного  варианта САЗПР тесно связана  с составом задач, которые предполагается решать с ее помощью. Требования и ограничения существующих автоматизированных технологий во многом диктуют выбор конфигурации программнотехнических средств (инструментальных пакетов для обработки графических изображений, систем управления базами данных, интеллектуальных систем и т.д.). Каждое из таких средств является лишь одним из локальных элементов требуемой системы автоматизированного проектирования с ограниченными возможностями и специфическими особенностями используемых программных оболочек. Для обеспечения взаимодействия между всеми этими элементами приходится разрабатывать специальные механизмы, условия, интерфейсы взаимодействия одной задачи с другими, учитывать возможности дальнейшего увеличения функциональных возможностей и мощности создаваемого программного обеспечения.

Исходя из сказанного очевидно, что построение системы автоматизированного землеустроительного проектирования предполагает решение следующих задач:

разработка цели, определение  объектов, структуры и функций  САЗПР;

разработка концепции  САЗПР как теоретической основы ее создания;

определение требований к  проектированию элементов САЗПР, вытекающих из ее концептуальных положений;

уточнение состава, назначения, функциональных особенностей элементов САЗПР на основе теоретических положений и с учетом особенностей сельскохозяйственного производства;

формирование обобщенной блок-схемы САЗПР;

практическая реализация САЗПР в рамках действующей землеустроительной службы.

2.  Перечислите  основные требования, предъявляемые к САЗПР

Внедрение компьютерных технологий в практику землеустроительных работ предполагает автоматизацию получения, накопления и обработки информации о земельных ресурсах и процессе организации использования земель, разработку новых теоретических положений в области землеустройства, а также перестройку технологии работ на основе использования информации, отражающей пространственные аспекты землепользования.

Компьютерные  технологии — это сочетание программных средств, реализующих функции хранения, обработки и визуализации данных в определенной организационной структуре с использованием выбранного комплекса технических средств.

Современные методические, программные и технические средства позволяют отказаться от многих рутинных процессов, улучшить качество выходных документов, ликвидировать многие промежуточные  звенья традиционных технологий, облегчить  процесс использования графических материалов за счет перевода в цифровую форму в процессе автоматизированного проектирования.

Автоматизированная система, обеспечивающая решение отдельных задач землеустроительного проектирования с системных позиций, является частью единой интегрированной системы землеустроительного проектирования. Необходимо отказаться от еще достаточно распространенных взглядов на возможность создания таких систем как автономных и тем более от взглядов, которые трактуют автоматизированную систему как простой набор самостоятельных задач по автоматизации расчетов и графического проектирования в сфере землеустройства. Такой упрощенный подход не приносит ожидаемого эффекта, так как требует создания для каждой отдельной задачи своей информационной базы и технологии ее получения, нормативной базы, технологии использования результатов каждой задачи в проектировании, что приводит к параллелизму и дублированию при сборе и предварительной обработке информации.

Система автоматизированного  землеустроительного проектирования в процессе функционирования должна обеспечивать:

обработку первичной информации о земельных ресурсах (их качестве, количестве и распределении по землепользователям), результатах использования земель и осуществлении в натуре землеустроительных мероприятий;

накапливание информации и ее генерализацию в соответствующих базах данных на каждом иерархическом уровне системы;

аккумулирование и поддержание  на различных уровнях системы экономических и технологических нормативов, связанных с организацией использования земельных ресурсов;

генерирование ответов на стандартные и нестандартные  справочные запросы конечных пользователей САЗПР.

Состав программных модулей, включенных в систему, должен обеспечивать комплексное решение взаимосвязанных  задач землеустройства с получением экономического эффекта от внедрения средств автоматизации по следующим направлениям:

автоматизация типовых решений, когда однократно проведенная работа по трудоемкой обработке и вводу нормативно-справочной и исходной информации в последующем может многократно использоваться на однотипных объектах;

сокращение затрат трудовых ресурсов в связи с ликвидацией  ручной обработки;

повышение качества землеустроительных проектных решений за счет использования  комплексного экономико-математического  моделирования, многовариантной проработки проектов, современных методов и технических средств, расширяющих диапазон возможностей проектировщика в принятии решений;

понижение квалификационных требований в области землеустройства к пользователям автоматизированных систем (так как в них реализованы всесторонне обоснованные математические алгоритмы, система новейших методов и технологий решения землеустроительных задач).

Качество программного обеспечения — это совокупность его свойств, обеспечивающих удовлетворение требований пользователей: правильность, надежность, модифицируемость, экономичность, мобильность (возможность переноса его из одной среды функционирования в другую с минимальными затратами).

Программно-техническим  комплексом (ПТК) называется взаимосвязанная совокупность программно-методических комплексов и средств технического обеспечения.

При проектировании и создании элементов системы автоматизированного землеустроительного проектирования следует базироваться на рассмотренные выше концептуальные положения. При этом в соответствии с концепцией надежности целесообразно использовать единые требования к ее элементам (которые, являясь системой формальных показателей, обеспечивают сопоставимость в подходах к этим элементам и их оценке).

Учитывая многообразие возможных  программных реализаций для землеустройства, рассмотрим только те из них, которые  укладываются в систему схема — проект — рабочий проект.

Плановый материал при  землеустройстве может быть представлен  штриховыми контурными планами (или  фотопланами), тематическими картами и схемами (почвенными, геоботаническими и т. д.), а также аэро- и космическими фотоснимками. В зависимости от вида используемого планового материала и программных средств применяют различные технологии обработки и представления планового материала в цифровом формате.

Ввод графических данных может осуществляться с помощью  сканеров и дигитайзеров, прочей информации — в режиме диалогового и пакетного вводов. Возможно также считывание информации любого типа с магнитных носителей электронных тахеометров, кассет стриммера, дискет, CDR, DVD и т. д.

Сканер (сканирующее устройство) — это устройство аналого- цифрового преобразования изображения для его автоматизированного ввода в ЭВМ в растровом формате; сканированием называется преобразование изображения в цифровую растровую форму.

Дигитайзер — это устройство для ручного цифрования картографической и графической документации в виде последовательности точек методом потокового ввода, при котором генерируется поток координатных пар через равные промежутки времени.

Исходную информацию, а  также данные, полученные в результате ее обработки (как графические, так и текстовые), удобнее хранить рассортированными по тематическим слоям в базах данных. При этом графические базы данных должны быть связаны с текстовыми таким образом, чтобы по любому изображению можно было легко найти соответствующую текстовую информацию, и наоборот.

Для работы в любой автоматизированной системе пользователь создает проект, который позволит корректно хранить  и обрабатывать данные, относящиеся к определенному объекту, и управлять ими. Поэтому система должна обеспечивать следующие функции:

создание набора директорий, в которых будет размещаться  входная, выходная и служебная информация;

генерирование баз данных;

описание таблиц семантических  баз данных, в том числе для  интегрированных слоев;

задание установочных параметров системы (разрешение, цензы, точности, единицы измерения, параметры переходов в разные системы координат и т. д.);

описание слоев пользователя, классификаторов, их привязки к слоям;

регистрирование пользователей, паролей, разграничение уровня доступа для разных пользователей и т. д.

Изображение на исходном графическом  материале практически всегда имеет какие-либо погрешности (например, связанные с деформацией носителя). В одних случаях их удается исключить полностью, в других — частично. Для этой цели применяются специальные процедуры коррекции, которые должны позволять:

приводить изображение на карте к теоретической трапеции по координатам углов рамки и  координатной сетке;

оценивать точность результатов  коррекции;

корректировать отсканированное  изображение по точным значениям координат опорных точек различными методами (например, аффинного, проективного, полиномиального или иного преобразования).

Для обработки фотоснимков  необходимо, чтобы САЗПР осуществляла цифровое ортофототрансформирование. Метод коррекции выбирает пользователь. Довольно распространена ситуация, когда исходное изображение сканируется по частям. В этом случае возникает необходимость в объединении фрагментов в единое изображение с геометрической коррекцией, контролем и редактированием по линии сшивки. Более общей является проблема объединения нескольких карт со сводкой и редактированием изображения по рамкам.

Исходная графическая  информация может иметь различную  геодезическую и математическую основу. Для совместной обработки и дальнейшего использования таких данных необходимы функции преобразования — из одной картографической проекции в другую, из прямоугольных координат проекции в геодезические, из одной системы геодезических координат в другую, с эллипсоида на эллипсоид, из местной системы координат в государственную и наоборот (по заданным ключам перехода или на основе установления аналитических зависимостей).

Вся графическая информация должна распределяться по тематическим слоям (например, топография и угодья; кадастровые границы; границы земель с ограничениями в их использовании; деградированные земли и т.д.).

Число, тематика и названия слоев должны определяться пользователем  на этапе проектирования.

Слой —это совокупность однотипных (одной мерности) пространственных объектов, относящихся к одной теме {классу объектов) в пределах некоторой территории и в системе координат, общей для набора слоев.

Необходимо, чтобы одному и тому же слою могли принадлежать точка, линия, полигон, внемасщтабный условный знак и текст, а каждому из слоев при необходимости могли быть приписаны свои классификаторы типов точек, линий, полигонов, заливок, штриховок и условных знаков. Перечисленные объекты можно определить следующим образом.

Точка — это  объект, характеризуемый координатами и ассоциированными с ними атрибутами.

Узел — это начальная или конечная точка дуги в векторном представлении пространственных объектов типа линии или полигона, имеющая атрибуты и устанавливающая топологическую связь со всеми замыкающимися в ней дугами.

Линия — пространственный объект в векторном представлении, образованный последовательностью не менее двух точек с известными плановыми координатами.

Полигон — двухмерный объект в векторном представлении, образованный замкнутой последовательностью дуг или сегментов, идентифицируемый внутренней точкой и ассоциированными с ней значениями атрибутов.

3. Каких принципов  необходимо придерживаться при  формировании баз данных?

Автоматизированные  банки данных графической и атрибутивной информации, типовых решений (элементы EBG, ЕВТ и ЕВХ) представляют собой систему математических, программных, информационных и лингвистических средств, обеспечивающих решение задач накопления, хранения, обработки и предоставления информации о графических объектах и связанных с ними семантических характеристиках, параметрах расчета, реализациях отдельных проектных решений. В них накапливается информация о фактической результативности и эффективности наиболее типичных землеустроительных мероприятий с целью последующего использования в конструктивных подсистемах САЗПР для планирования, проектирования и обоснования землеустроительных мероприятий в перспективе.

Информация, хранимая в автоматизированных банках, состоит из баз данных, управляемых  соответствующими СУБД, и содержит справочные данные, системы документации, классификаторы и кодификаторы, прогнозы и планы, типовые проектные решения.

Каждая такая база данных содержит сведения о пространственных объектах, включая их позиционную и непозиционную (атрибутивную) составляющие, организованные по определенным правилам, относящимся к их описанию, хранению и преобразованию. При этом позиционная часть данных обычно организуется и управляется собственными программными средствами САЗПР, а атрибутивная — той или иной коммерческой СУБД.

При формировании баз данных реализуются следующие принципы:

информационного единства, предполагающий использование единой системы классификации, условных обозначений  и символов, терминологии и размерности данных, проблемно-ориентированных языков, способов представления и кодирования однородной информации, обеспечение уникальной идентификации объектов;

надежности хранения информации, что означает возможность ее возобновления  в случае разрушения и обеспечения  адекватных реакций на ошибочный  запрос;

избыточности (контроль за объемом  хранимой информации, полнотой исходных данных, недопущение повторного ввода  информации);

комплексности (регламентирование  информационных связей между всеми  задачами, решаемыми при обосновании  проектов внутрихозяйственного землеустройства, унификация форм и методов обращения к информации);

динамичности и достоверности  используемых показателей, допустимой точности их определения;

однородности информации (обеспечение уникальной идентификации данных);

прогрессивности (обеспечение  возможности расширения информационных массивов с учетом перспектив развития САЗПР);

переносимости (возможность  изменения физической реализации базы данных на конкретных машинах и носителях без изменения ее логической организации).

Особое значение в рамках функциональной структуры САЗПР  имеет автоматизированный банк атрибутивных данных (подсистема специального информационно-нормативного обеспечения). Строго говоря, эту подсистему следует рассматривать скорее как обеспечивающую, так как ее главная функция — аккумулирование, создание и ведение базы специальной информации и нормативов, не содержащихся в стандартных компонентах информационного обеспечения, но необходимых для автоматизации проектирования в главных функциональных подсистемах САЗПР и предназначенных в основном для внутреннего использования.

Тем не менее то обстоятельство, что данная подсистема предназначена для создания самостоятельного информационного продукта, который может поставляться и внешним потребителям, делает целесообразным ее включение в число функциональных подсистем САЗПР. Это позволяет более четко выстроить связи всех остальных функциональных подсистем и избежать ошибок в определении их функций.

Обслуживание базы данных заключается в постоянном ее пополнении и корректировке информации. Периодичность этих операций зависит от степени консервативности содержащейся в ней информации.

4. В чем заключается общая технология подготовки проекта для перевода его в ГИС или САПР?

В землеустроительном проектировании все шире используются методы графического компьютерного проектирования. При  этом технология работ независимо от применяемых программных средств состоит из следующих главных элементов:

ввод планового материала  объекта землеустройства в компьютер;

редактирование введенного изображения с целью получения  хорошего растра;

цифрование растра с вводом семантики по слоям;