Технологии ГИС в государственном земельном кадастре России
Опыт зарубежных стран показывает, что основой эффективного управления экономикой является использование современных методов и технологий учета и контроля земельной собственности. Для решения этой проблемы необходима мобильная, всеобъемлющая информационная база о земле - земельный кадастр. Напомним, что под кадастром понимают карты и другие описания земельных участков с идентификацией всех, кто имеет юридические права на земельную собственность.
Кадастровые карты (cadastral maps) можно определить как графические отображения юридических описаний земельных участков. Таким образом, основу эффективного землепользования составляют кадастровые карты, получение которых входит в комплекс технологий ГИС.
В настоящее время Комитетом Российской Федерации по земельным ресурсам и землеустройству (Роскомзем) формируется и внедряется единая система государственного земельного кадастра, мониторинга земель и землеустройства.
Автоматизированная система кадастрового картографирования (АСКК)
АСКК - интегрированная автоматизированная картографическая система, основанная на цифровых методах создания карт. Система является полной. Она включает все три системных уровня: сбор, моделирование и хранение, представление информации.
В состав системы входят следующие подсистемы:
• подсистема фотограмметрического сбора данных;
• подсистема сбора полевых данных;
• подсистема ортофототрансформирования;
• подсистема цифрования карт;
• подсистема обработки цифровой картографической информации;
• подсистема издания карт.
АСКК предназначена для получения цифровых кадастровых карт путем использования комплекса работ, связанных с фотограмметрической обработкой материалов аэрофотосъемки, цифрованием карт, обработкой цифровой картографической информации, собранной различными методами (включая полевую съемку), и формирования цифровых моделей местности, получением кадастровых карт на основе автоматизированных технологий.
Входными данными системы являются:
• материалы аэрофотосъемки: черно-белые аэрофотоснимки формата 23 х 23 см масштабов 1:8 000 и 1:40 000. Аэрофотосъемка должна выполняться с помощью аэрофотоаппарата, сопряженного с GPS-обору-дованием, обеспечивающим навигацию во время полета и определение координат центров проектирования;
• результаты полевых тахеометрических съемок или досъемок отдельных объектов, которые по тем или иным причинам невозможно снять фотограмметрическими методами. Эти данные представляются в виде файлов векторных моделей контуров снятых объектов в каком-либо из распространенных графических форматов (DXF, DON и др.);
• картографические материалы, представленные в графической форме;
• каталоги координат и высотных отметок опорных точек, которые могут быть представлены в виде файлов на машинном носителе и в виде бумажного документа.
В результате функционирования АСКК создаются следующие карты:
• карты масштаба 1: 2 000, получаемые по материалам аэрофотосъемки масштаба 1:8000 с площадью охвата 1км2;
• карты масштаба 1:10 000, получаемые по материалам аэрофотосъемки масштаба 1:40 000 с площадью охвата около 20 км2.
Плановая точность этих карт, характеризуемая средней ошибкой положения контуров с четкими очертаниями относительно ближайших точек съемочного обоснования, должна быть не хуже 0,5 мм в масштабе карты.
Содержание карт охватывает следующие объекты:
• пункты геодезических и опорных межевых сетей;
• объекты земельного кадастра;
• территории политико-адинистративного деления;
• земельные участки с указанием владельцев, арендаторов и других пользователей - юридических и физических лиц;
• границы земель различных видов и категорий (сельскохозяйственного назначения, промышленности, транспорта, лесного фонда, водо-охранные, природоохранные, историко-культурного и рекреационного назначения);
• объекты недвижимости, прочно связанные с земельными участками;
• инженерные сооружения (линии электропередач, связи, теплосети, трубопроводы);
• объекты транспорта (автомобильные и железные дороги и объекты, связанные с ними);
• гидротехнические сооружения, объекты водоснабжения;
• улицы и проезды в населенных пунктах;
• ограждения;
• объекты гидрографии (реки, водохранилища и прочие водоемы);
• объекты растительности (древесная и кустарниковая );
• заболоченные и засоленные земли.
Карты в системе АСКК изготавливают в графической форме на бумаге тиражом 5-10 экземпляров, полиграфическая печать не предусматривается. Они должны быть многоцветными и достаточно высокого качества с использованием условных знаков для точечных, линейных и площадных (ареальных) объектов.
Ареальные объекты отображаются как в виде окрашенных полигонов, так и в виде полигонов, заполненных условными знаками. Качество линий штриховых элементов содержания карт, характеризуемое "шероховатостью" линии, должно быть не хуже 0,04 мм. Карты должны иметь координатную сетку, зарамочное оформление и легенды.
Цифровые карты должны содержать координатную (метрическую) информацию о положении объектов и атрибутивную информацию, характеризующую их свойства, и представляться в виде файлов принятых стандартных форматов (как минимум DGN, DXF, DBF).
Форматы данных и технология проекта во многом обусловлены участием фирмы Intergraph. В то же время по условиям проекта внутренние форматы баз данных цифровой картографической информации открыты с тем, чтобы обеспечить возможность создания конвертеров в формат цифровой карты в виде ASCII-файлов, принятый в качестве стандарта Роскомзема.
Ортофотокарты масштабов 1:2 000 и 1:10 000 должны представляться как в цифровой растровой форме, так и визуализированными на твердом носителе (черно-белое полутоновое изображение) с координатной сеткой и зарамочным оформлением. Площади охвата и требования к точности фотокарт аналогичны требованиям, предъявляемым к картам указанных масштабов.
В системе АСКК используются референц-эллипсоиды Красовского и WGS84. В системе применяются проекции Гаусса - Крюгера, UTM, поперечная проекция Меркатора с задаваемыми параметрами, конформная коническая проекция Ламберта.
Для обеспечения эффективной обработки в АСКК включены шесть различных картографических прикладных программных пакетов (фототриангуляция, сбор данных на фотограмметрической рабочей станции, редактирование собираемых данных, обработка картографической информации, ортофототрансформирование, издание карт).
Преобразование форматов данных в форматы DXF, DON и обратно обеспечивают конвертеры векторных картографических данных.
Прикладное программное обеспечение открыто для дополнения, модернизации и создания новых приложений с использованием языка развития и библиотеки объектных файлов.
Подсистема фотограмметрического сбора данных. В качестве исходных подсистема использует следующие данные:
• черно-белые аэрофотоснимки формата 23 х 23 см и 18 х 18 см на пленке с углами наклона до 5 °, продольное перекрытие 58 - 85 %, поперечное 27 - 40 %, а также контактные и увеличенные (при необходимости) отпечатки;
• каталоги координат опорных и контрольных точек, а также координаты центров проектирования аэрофотоснимков;
• данные аэрофотоаппарата;
• параметры аэрофотосъемки.
В результате функционирования подсистемы формируются следующие типы данных:
• векторная модель контуров снятых объектов в стандартных обменных форматах, в число которых по крайней мере должны быть включены DXF, DGN;
• каталоги координат точек фотограмметрической сети в открытом формате (коды ASCII);
• каталоги элементов внешнего ориентирования аэрофотоснимков в открытом формате (коды ASCII);
• цифровая модель рельефа;
• контрольный абрис собранных контуров объектов. Основными функциями подсистемы являются:
• предварительное камеральное дешифрирование аэрофотоснимков перед сбором данных на фотограмметрической станции или приборе (выполняется в тех случаях, когда это необходимо);
• стереоскопическое опознавание и искусственное маркирование точек сети фототриангуляции в пределах маршрутов и блока, а также маркирование точек, используемых для ортофототрансформирования снимков; если используется цифровая стереофотограмметрическая станция, то должно обеспечиваться цифровое маркирование точек любым способом, позволяющим передавать связующие точки между моделями и маршрутами;
• измерение координат точек сети фототриангуляции;
• уравнивание сети фототриангуляции с использованием координат центров проектирования аэрофотоснимков;
• получение цифровой модели рельефа для последующего ортофототрансформирования;
• стереоскопическая съемка объектов картографирования;
• получение (автоматическое вычерчивание) контрольных абрисов снятых контуров объектов.
При измерении координат точек фотограмметрического сгущения предусмотрены следующие возможности:
• ввод номеров точек, стереопар, маршрутов;
• измерение координат точек с представлением результатов в виде ASCII-файлов, содержащих наборы: номер точки, X, Y, P, Q или номер точки, X, Y левого снимка, X, Y правого снимка, а также номер точки, X, Y, Z , если измеряются координаты точки модели;
• коррекция измерений;
• повторное измерение;
• быстрое перемещение в зону расположения точки;
• оперативный контроль результатов измерений.
Требуемая точность измерений, характеризуемая средней квадратической ошибкой, составляет 4 мкм в масштабе обрабатываемого снимка.
Программа фототриангуляции должна обеспечивать построение блочной сети с использованием центров проектирования аэрофотоснимков, координаты которых получены с помощью GPS, в качестве опорных точек с контролем точности по нескольким наземным опорным точкам.
Цифровая модель рельефа может быть получена в двух вариантах: в виде регулярной сетки и параллельных профилей.
Для повышения эффективности обработки программный интерфейс подсистемы должен обеспечивать следующие возможности:
• управление проектом, ввод координат опорных и контрольных точек, параметров аэрофотосъемки, параметров аэрофотоаппарата, включая элементы внутреннего ориентирования и данные дисторсии; измерение координатных меток с автоматическим перемещением в окрестности метки;
• измерение координат точек для фототриангуляции с автоматическим перемещением в зоны стандартного расположения точек;
• взаимное ориентирование аэрофотоснимков;
• измерение координат отдельных точек модели для фототриангуляции ;
• внешнее ориентирование модели;
• измерение координат точек объектов (как плоских, так и пространственных) и рельефа (горизонталей и пикетов);
• выбор различных режимов измерений координат контуров (с автоматическим выбором точек при заданном шаге по длине пути или в зависимости от кривизны линии, а также с выбором и регистрацией отдельных точек, указываемых оператором);
• корректировка результатов измерений в режиме диалога и повторные измерения;
• задание способа соединения точек (отрезками прямых, плавной кривой, дугой окружности, замкнутой окружностью);
• замыкание контуров (линий);
• разрыв контуров;
• построение линий, параллельных данной линии или ее фрагменту;
• присоединение одной линии к другой;
• обработка соединений (пересечение, отсечение, продолжение, слияние);
• копирование объекта, перенос;
• сглаживание криволинейных контуров объектов;
• ортогонализация контуров объектов;
• построение недостающих (невидимых ) углов у прямоугольных объектов;
• ввод точек с известными координатами;
• удаление отдельных точек, всего объекта, фрагмента контура объекта;
• задание типа и цвета линии и использование упрощенных условных знаков для более наглядного графического воспроизведения результатов съемки;
• "сшивка" линий по границе смежных стереопар. Допускается использование цифровых фотограмметрических станций с применением методов сканирования аэрофотоснимков, а также хранение всех необходимых цифровых изображений в течение технологического цикла обработки.
Подсистема ортофототрансформирования. Она выполняет следующие функции:
• сканирование аэрофотоснимков;
• преобразование аэрофотоснимков в цифровую форму;
• ввод цифровой модели рельефа, элементов внутреннего ориентирования снимков, каталогов координат опорных точек, элементов внешнего ориентирования;
• ортофототрансформирование аэрофотоснимков;
• трансформирование цифровых аэрофотоснимков с учетом рельефа;
• монтаж фотоплана и выравнивание гистограммы по границе стыковки снимков;
• съемка контуров объектов на ортофотоплане;
• оформление ортофотокарты и вывод на твердый носитель;
• получение контрольного абриса собранных контуров объектов. При реализации перечисленных функций применяют входные материалы и данные, полученные в подсистеме фотограмметрического сбора данных. На выходе подсистемы в результате обработки данных получают следующие материалы:
• фотоплан или фотокарту с координатной сеткой, зарамочным оформлением и требуемой графической нагрузкой, представленные на твердом носителе;
• цифровой фотоплан или фотокарту в форматах TIFF и Binary;
• текстовые документы с результатами контроля точности трансформирования;
• цифровую картографическую информацию в векторном формате (как минимум DGN.DXF), представляющую результаты съемки объектов на фотоплане;
• цифровые изображения аэрофотоснимков в виде машинных файлов стандартного формата для возможного хранения в архиве и передачи в подсистему фотограмметрического сбора данных (если она основана на использовании цифровой фотограмметрической станции);
• контрольные абрисы собранных контуров. Работа подсистемы должна обеспечивать следующую точность трансформирования:
• максимальное расхождение положения маркированных опорных точек на трансформированном изображении относительно их положения, определяемого координатами из каталога, не должно превышать 0,4 мм в масштабе создаваемой фотокарты;
• максимальное расхождение в положении соответствующих контуров по границе монтажа смежных трансформированных снимков не должно превышать 0,7 мм.
Подсистема цифрования карт (дигитализации). Она предназначена для сбора картографических данных в ручном и автоматизированных режимах с использованием планшетных дигитайзеров и сканеров.
Входными материалами и данными являются:
• листы тиражных цветных оттисков карт различных масштабов на бумаге;
• оригиналы и копии листов карт на пластиках;
• оригиналы карт на диэлектрических носителях (бумага, пленка, картон) толщиной до 2мм;
• оригиналы карт на металлических (карта, наклеенная на алюминиевый лист) носителях толщиной до 2мм.
Выходные данные включают векторные файлы и контрольные абрисы.
Подсистема обработки цифровой картографической информации. Это основной компонент автоматизированной системы кадастрового картографирования.
Подсистема выполняет все производственные процессы, необходимые после фотограмметрического сбора данных, цифрования карт, проведения полевых съемочных работ для получения цифровых карт как одного из видов конечной продукции системы.
Входными данными подсистемы служат:
• цифровые модели местности (векторные данные), получаемые от подсистемы фотограмметрического сбора данных в том формате, в котором они формируются;
• результаты цифрования карт, поступающие от подсистемы цифрования карт в виде файлов векторных данных;
• кадастровая картографическая информация, получаемая в результате полевых съемок с использованием тахеометров (формат DXF);
• контрольные абрисы снятых контуров объектов различными методами;
• атрибутивные данные картографируемых объектов в документальной (текстовой) форме и в виде машинных файлов;
• данные создаваемых листов карты (название, номенклатура, координаты углов, система координат, проекция и др.). В ходе работы подсистема осуществляет:
• ввод цифровых картографических данных и приведение их к такому виду, в котором представляется информация в картографических базах данных системы;
• пространственное сопряжение всех исходных данных;
• диалоговую и пакетную "сшивку" данных смежных территорий, листов карт;
• структурирование картографических объектов по тематическим слоям;
• формирование топологически корректной векторной цифровой модели (полной топологической модели);
• ввод атрибутивных данных и соединение их с графическими данными;
• управление архивом цифровых карт;
• обеспечение хранения, защиты, санкционированного доступа, распределения и управления всеми типами цифровых данных требуемых для функционирования автоматизированной системы кадастрового картографирования;
• управление технологическими процессами обработки информации всей системы, диспетчеризация движения и состояния информации в ходе ее обработки;
• обеспечение сетевого распределения данных и прозрачного сетевого доступа к базам данных;
• управление сетью всего комплекса технологий.
В итоге работы подсистемы формируется содержание баз данных цифровой картографической информации, включая графические и связанные сними атрибутивные данные.
Подсистема издания карт. Она включает все производственные процессы, необходимые после формирования цифровой картографической информации для того, чтобы выпустить тираж вычерченных карт масштабов 1:2 000 и 1:10 000 с качеством, соответствующим требованиям издания карт.
Система не предусматривает большого тиража издания. Вычерченные на бумаге многоцветные карты с штриховыми и фоновыми элементами, с координатной сеткой, подписями, зарамочным оформлением и легендами издаются тиражом 5-10 экз.
Реализация таких систем в рамках любого государства обеспечивает интересы землевладельцев:
• права на землю и другую недвижимость, подтвержденные юридически заверенным документом с прилагаемым планом участка;
• гарантии государства по защите прав земельной собственности, безопасность длительного владения землей, снижение конфликтов между претендентами на земельный участок;
• упрощение земельных сделок;
• повышение контроля и экологически безопасное использование собственной земли.
В не меньшей степени ГИС/ЗИС выгодны для государства. Они обеспечивают:
• сбор земельного налога и налога на прочно связанную с землей недвижимость;
• пополнение бюджета за счет большего контроля пошлинных сборов с земельных сделок и операций с недвижимостью;
• функционирование земельного рынка и другой недвижимости;
• предоставление юридически обоснованных и достоверных данных о правах на землю для органов управления судов, земельных банков, юридических и физических лиц;
• оптимальное планирование развития территорий;
• ведение государственной статистики и учета с большей достоверностью.
Следует выделить основные этапы создания и эксплуатации этих систем: проектирование, реализация, накопление данных, функционирование и обновление данных, модернизация.
В заключение отметим, что ГИС/ЗИС соответствуют схеме обобщенной ГИС. В технологическом плане они отличаются повышением требований к точности координатных данных и спецификой организации запросов в зависимости от целей ГИС/ЗИС.