Применение ГИС и ЗИС в обработке кадастровой информации

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                   3                

ГЛАВА 1. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ   ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ                                                                  6

1.1. Требования к  ГИС       и       ЗИС       при     обработке   кадастровой

информации                                                                                                   6

1.2.  Характеристика  пакетов прикладных программ 9

1.3.  Основные элементы ГИС  и ЗИС при кадастровых работах 15

1.4. Типы данных, используемых  в ГИС и  ЗИС      при       кадастровых                                 работах                                                                                                                    18                        

1.5  Функции    обработки      данных   ГИС и  ЗИС  при  кадастровых

работах                                                                                                         22

1.6 Области применения ГИС и ЗИС                                                       25

ГЛАВА2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ 27            

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                           33              

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК                                                        34                                                                                  

Введение.

 В экономически  развитых странах кадастр земель и другой недвижимости прошел этапы становления и развития на протяжении последних 200-400 лет. В настоящее время эти государства имеют юридически полноценный, организационно оформленный инструмент учета и ведения налогообложения, что является важнейшей составляющей экономической и социальной стабильности государства.

Учитывая современные технические  возможности по сбору, обработке, хранению и выдаче данных о кадастре, его возрастающее значение, изменения, происходящие в общественном переустройстве России, опыт ведущих европейских стран, США и Канады, целесообразно сформировать современный подход к структуре кадастров России, и городского кадастра в частности, решить правовые и юридические вопросы создания, ведения и мониторинга кадастра. Это касается не только отдельных видов кадастра, но и системы Государственного кадастра России, для успешного воплощения которого необходимо подготовить и принять соответствующие законодательные и нормативно-технические акты и как можно быстрее разработать стандарты на термины и определения.

Конечным продуктом при ведении  государственных кадастров должны быть банки кадастровой информации. Пользователями информации, хранящейся в таких банках данных, могут быть органы управления территориями, администрации  городов, областей, краев, республик в составе Российской Федерации и Федеральные органы управления.

Для того, чтобы эффективно возможности  банков данных использовались органами управления, необходимо соблюдение трех условий.

1. Любой банк кадастровых данных  должен содержать достоверную и полную информацию о кадастрах.

2. Доступ заинтересованных служб  к кадастровой информации, хранящейся  в банках данных, должен быть  мгновенным, что достижимо благодаря  терминальной связи между банками  данных и соответствующими службами.

3. Форматы и классификаторы банков данных всех объектов кадастровой информации должны быть едиными.

В настоящее время отмечается неудовлетворительное положение в области учета  природных и муниципальных объектов, что приводит к значительным экономическим  потерям, снижению доходов федерального и местного бюджетов и другим негативным результатам. Государственные кадастры, созданные в условиях отраслевого управления экономикой, отличаются ведомственной разобщенностью, несовместимостью содержащейся в них информации, а поэтому не могут служить для комплексной оценки объектов и ресурсов.

Единая система государственных  кадастров (ЕСГК) должна представлять собой взаимосвязанный комплекс        территориалтьнораспределенных государственных кадастров, ведущихся на единой географической информационной основе и в соответствии с определенными правовыми, технологическими и экономическими нормами.

В состав Единой системы государственных  кадастров должны войти следующие  основные группы государственных кадастров :

- природных ресурсов (земельный, водный, месторождений полезных ископаемых, экологический, растительного и животного мира и др.);

- кадастры недвижимости (инженерных сетей и коммуникаций, жилых и нежилых строений, транспортных магистралей, улично-дорожных сетей и др.);

- регистры (населения,  предприятий, административно-территориальных образований).

Создание и ведение  всех видов кадастра остается одной  из важнейших проблем управления территориями на современном этапе. Данные кадастров необходимы для  информационного обеспечения хозяйственной деятельности в регионах и городах, экологического мониторинга и рационального использования природных ресурсов.

1.1. Требования к ГИС и ЗИС при обработке кадастровой информации.

Уровень и объемы имеющейся сейчас информации о городской жизни настолько велики, что уже не возможны ее обработка, анализ и понимание без современных аппаратнопрограммных средств. Поэтому становится крайне необходимой создание автоматизированной системы для городского кадастра на основе современных компьютерных технологий и телекоммуникаций как единого комплекса для получения полной информации об окружающем мире, имеющихся ресурсах, возможностях и тех последствиях, которые оказывает на мир наша деятельность. Поскольку кадастр оперирует с данными и информацией, имеющими пространственную привязку, то взаимосвязь его автоматизации с проблематикой ГИС очевидна. Но здесь следует помнить, что, как и при создании любой автоматизированной системы, задача разделяется на разработку отдельных видов обеспечения : организационного, технического, программного, информационного и, в том числе, картографического. При этом обязательным является требование совместимости картографической системы с остальными компонентами.

Решение задач кадастра на современном  уровне требует не только применения современных программных средств, но и глубокой технологической проработки проектов информационных систем.

Набор функциональных компонент  информационных систем кадастрового назначения должен содержать эффективный и быстродействующий интерфейс, средства автоматизированного ввода данных, адаптированную для решения соответствующих задач систему управления базами данных, широкий набор средств анализа, а также средств генерации изображений, визуализации и вывода картографических документов.

При выборе программных  продуктов необходимым условием является обеспечение устойчивых связей с различными системами через файловые стандарты обмена геометрическими и тематическими данными. С учетом фактора постоянной модернизации аппаратных средств информационных систем и модификации программных средств, необходимым условием функционирования систем является обеспечение сохранности и переносимости данных в новые программно-аппаратные среды.

К технологическим проблемам  обеспечения работы информационных кадастровых систем относятся проектирование математической основы электронных карт, проектирование цифровой модели местности, задачи преобразования данных в цифровую форму, геометрическое моделирование пространственной информации, проблемное моделирование тематических данных и т.д.

Наибольший интерес  вызывают новые ГИС-технологии, обеспечивающие оперативность, полноту и достоверность информации как о существующем состоянии городской среды в пределах той или иной территории города, так и о предлагаемых мероприятиях по ее изменению в ходе освоения и реконструкции.

В настоящее время  традиционно применяются литературные, статистические, картографические, аэро - и космические материалы. Как правило, их подборка и систематизация для последующего использования осуществляется вручную. Такой путь хорошо известен. Другое направление, активно развивающееся, связано с геоинформатикой, позволяющей формализовать и реализовать в машинной среде значительную часть рутинных операций накопления, хранения, обработки и использования пространственно координатных данных с помощью средств географических

информационных систем (ГИС).

 1.2. Характеристика пакетов прикладных программ.

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 схемами, 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.

1.3. Основные элементы ГИС и ЗИС при кадастровых работах.

Обязательными элементами более или  менее полного определения ГИС и ЗИС следует считать указание на “ пространственность”, операционное - функциональные возможности и прикладную ориентацию систем.

Считалось, имея ввиду ГИС профессионально - географической направленности, что пространственность является необходимым условием для квалификации некоторой информационной системы как географической (например, автоматизированные радионавигационные системы, хотя и оперируют пространственно определенными данными, к географическим информационным системам не принадлежат). Основанием для отличия “ географических ” от “ негеографических “ информационных систем не может служить и содержание собираемых данных: идентичные по своему содержанию базы данных могут обслуживать совершенно различные (в том числе чисто географические и явно негеографические) приложения. Наоборот, системы разного целевого назначения вынуждены аккумулировать одинаковые сведения. Например, база данных с цифровым представлением рельефа используется для автоматизированного вычерчивания изогипс на топографической карте (топографическая картография), расчета и картографирования морфометрических показателей (геоморфология и тематическая картография), поиска оптимальных трасс шоссейных дорог или иных коммуникаций (инженерные изыскания и проектирование).

Одной из разновидностей ГИС становятся системы, основанные на материалах дистанционного зондирования, объединяющие функциональные возможности геоинформационных технологий с развитыми функциями обработки дистанционных изображений, так называемые интегральные (интегрированные) ГИС.

Минимальный набор критериев, позволяющих идентифицировать каждую конкретную геоинформационную систему, образует “ систему координат “ трехмерного пространства, осями которого являются: территориальный охват и связанный с ним функционально масштаб (или пространственное разрешение), предметная область информационного моделирования и проблемная ориентация.

При всем многообразии операций, целей, областей информационного моделирования, проблемной ориентации и иных атрибутов, характерных для создаваемых и действующих ГИС, логически и организационно в них можно выделить несколько конструктивных блоков, называемых также модулями или подсистемами, выполняющими более или менее четко определенные функции. Функции ГИС в свою очередь вытекают из четырех типов решаемых ею задач:

1. Сбор;

2. Обработка;

3. Моделирование и анализ;

4. Их использование в процессах  принятия решений. 

Что касается классификации ГИС, то здесь наметилось тоже несколько направлений. Например, классификация по их проблемной ориентации:

1. Инженерные;

2. Имущественные (ГИС для учета  недвижимости), предназначенные для  обработки кадастровых данных;

3. ГИС для тематического и статистического картографирования, имеющие целью управление природными ресурсами, составление карт переписям и планирование окружающей среды;

4. Библиографические,  содержащие каталогизированную  информацию о множестве географических  документов;

5. Географические файлы  с данными о функциональных  и административных границах;

6. Системы обработки  изображений с Ландсата и др.

Однако быстрая изменчивость и множественность вариантов  решаемых проблем требует введения иных классификаций, учитывающих структуру и архитектуру ГИС. Разработана и представлена 3 - х компонентная классификация ГИС по следующим признакам:

1) характеру проблемно  - процессорной модели;

2) структуре модели  баз данных;

3) особенностям модели  интерфейса.

На верхнем уровне классификации все информационные системы подразделены на пространственные и непространственные. ГИС, естественно, относятся к пространственным, делясь на тематические                (например социально - экономические) и земельные (кадастровые, лесные, инвентаризационные и др.). Существует разделение по территориальному охвату (общенациональные и региональные ГИС); по целям (многоцелевые, специализированные, в том числе информационно - справочные, инвентаризационные, для нужд планирования, управления); по тематической ориентации (общегеографические, отраслевые, в том числе водных ресурсов, использования земель, лесопользования, туризма, рекреации и др.).

 1.4. Типы данных, используемых в ГИС и ЗИС при кадастровых работах.

Среди источников данных, широко используемых в геоинформатике, наиболее часто привлекаются картографические, статистические и аэрокосмические материалы. Помимо указанных материалов гораздо реже используются данные специально проводимых полевых исследований и съемок, а также текстовые источники. Важный признак используемых данных - в какой цифровой или нецифровой (аналоговой) форме получается, хранится и используется тот или иной тип данных, от чего зависят легкость, стоимость и точность ввода этих данных в цифровую среду ГИС и ЗИС.

Использование географических карт как источников исходных данных для формирования тематических структур баз данных удобно и эффективно по ряду причин. Сведения, считанные с карт, обладают следующими достоинствами:

• имеют четкую территориальную  привязку,

• в них нет пропусков, “белых пятен” в пределах изображаемой территории,

• они в любой своей  форме возможны для записи на машинные носители информации.

Картографические источники  отличаются большим разнообразием  кроме общегеографических и топографических  карт насчитываются десятки и даже сотни типов различных тематических карт.

Следует отметить особую роль серий карт и комплексных  атласов, где сведения приводятся в  единообразной, систематизированной, взаимосогласованной форме; по проекции, масштабу, степени генерализации, современности, достоверности и другим параметрам. Такие наборы карт особенно удобны для создания тематических баз данных. Прекрасным примером может служить трехмерный Атлас океанов, содержащий подробные сведения о природных условиях, физико-химических параметрах, биологических ресурсах Мирового океана, представленных на сериях карт разной тематики, разновременных и разновысотных (глубинных) срезов.

Одним из основных источников данных для ГИС и ЗИС являются материалы дистанционного зондирования. Они объединяют все типы данных, получаемых с носителей космического (пилотируемые орбитальные станции, корабли многоразового использования типа ”ШАТТЛ”, автономные спутниковые съемочные системы и т.п.) и авиационного базирования (самолеты, вертолеты и микроавиационные радиоуправляемые аппараты) и составляют значительную часть дистанционных данных (remotely sensed data) как антонима контактных (прежде всего наземных) видов съемок, способов получения данных измерительными системами в условиях физического контакта с объектами съемки. К неконтактным (дистанционным) методам съемки помимо аэрокосмических относятся разнообразные измерительные системы морского (наводного) и наземного базирования, включая например фототеодолитную съемку, сейсмо - , электро - магниторазведку и иные методы геофизического зондирования недр, гидроакустические съемки рельефа морского дна с помощью гидролокаторов бокового обзора, иные способы, основанные на регистрации собственного или отраженного сигнала волновой природы.

Материалы аэрофотосъемки используются в основном для топографического картографирования, также широко применяется в геологии, в лесном хозяйстве, при инвентаризации земель. Космические снимки начали поступать с 60 - х годов и к настоящему времени их фонд исчисляется десятками миллионов.

В последние годы в  среде ГИС широко используются портативные  приемники данных о координатах  объектов с глобальной системы навигации (позиционированная) GPS, дающие возможность  получать плановые и высотные координаты с точностью от нескольких метров до нескольких миллиметров, что в сочетании с портативными персональными ЭВМ и специализированным программным обеспечением обработки данных с системы GPS позволяет использовать их для полевых съемок в условиях необходимости их сверхоперативного выполнения (например, при ликвидации последствий стихийных бедствий и техногенных катастроф).

Обратившись к статистическим материалам, имеющим цифровую форму, можно сказать, что они удобны для непосредственного использования  в ГИС, среди которых особое место  занимает государственная статистика. Основное ее предназначение - дать представление об изменениях в народном хозяйстве, составе населения, уровне его жизни, развитии культуры, учете недвижимости, наличии материальных резервов и их использовании, соотношении в развитии различных отраслей хозяйства и др.

Для получения государственной  статистики на территории страны обычно используется единая методика ее сбора. В России кроме Госкомстата страны эту работу проводят также некоторые  отраслевые министерства, например Министерство путей сообщения о железнодорожном транспорте и т.д. Статистическая отчетность различается по периодичности, она может быть суточной, недельной, полумесячной, квартальной, полугодовой и годовой. Кроме того, отчетность может быть и единовременной.

Для упорядочения всей совокупности данных государственной службой определены показатели по отраслям статистики. В качестве таких групп в нашей стране использовались отрасли статистики:

1) промышленности;

2) природных ресурсов  и окружающей среды; 

3) технического прогресса;

4) сельского хозяйства  и заготовок;

5) капитального строительства;

6) транспорта и связи;

7) торговли;

8) труда и заработной  платы;

9) населения, здравоохранения  и социального обеспечения;

10) народного образования,  науки и культуры и т. д.

1.5. Функции обработки данных ГИС и ЗИС при кадастровых работах.

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.