Использование геоинформационных систем в сфере кадастра
АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
"Ленинградский государственный
университет
Имени А.С. Пушкина"
КОЛЛЕДЖ
КУРСОВАЯ РАБОТА
НА ТЕМУ:
"Использование ГИС в сфере
кадастра"
Выполнил:
Громов Данила Алексеевич,
Специальность: "Земельно-имущественные отношения"
Проверила: Петрова Юлия Николаевна
Санкт-Петербург
Содержание
Введение
1. Основная часть
1.1 Использование ГИС-технологий в сфере кадастра
1.2 Характеристика современных ГИС-технологий
1.3 Классификация ГИС-технологий
Заключение
Список использованной литературы
Приложение №1
Введение
Геоинформационная система (географическая
информационная система, ГИС) - система сбора, хранения, анализа и графической
визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними
информации о необходимых объектах.
Актуальность темы использования
ГИС-технологий обусловлена беспрецедентной важностью в сфере земельных
отношений, так как ГИС-технологии применяют для комплексного изучения
природно-экономического потенциала крупных регионов, инвентаризации природных
ресурсов, проектирования природных магистралей, обеспечения безопасности
человека и т.д. Спектр использования ГИС-технологий очень велик и, перечислять
все аспекты, которые он затрагивает, можно бесконечно.
Целью курсовой работы являются
исследование и анализ ГИС-технологий в сфере кадастра. Для достижения
поставленных в курсовой работе целей решались следующие задачи:
. Изучение классификации
ГИС-технологий
2. Исследование деятельности
ГИС-технологий в сфере кадастра
. Анализ важности ГИС-технологий
Моим объектом рассуждений является работа
и использование ГИС-технологий в кадастре.
Основой написания курсовой работы
послужили работы отечественных и зарубежных ученых, а также статьи из
периодических изданий, сети интернет, нормативная база.
географическая информационная система кадастр
1. Основная
часть
1.1
Использование ГИС-технологий в сфере кадастра
Традиционно ГИС - технологии применяются в
земельном кадастре, кадастре природных ресурсов, экологии, сфере работы с
недвижимостью и других областях, требующих оперативного управления ресурсами и
принятия решений. Сейчас все шире начинают внедряться ГИС-системы массового
пользования, типа электронных планов города, схем движения транспорта и т.п. По
некоторым оценкам до 80-90% всей информации, с которой мы обычно имеем дело,
может быть представлено в виде ГИС. Например, список телефонов сельских
хозяйств можно представить в виде схемы контор на карте землепользователей и
др.
Таким образом, кроме прочего, ГИС - это
закономерный этап на пути перехода к безбумажной технологии обработки
информации, открывающий новые широкие возможности манипулирования данными,
имеющими пространственную привязку.
Большинство перечисленных выше задач могут
решаться и решались раньше и без использования ГИС-средств. Последние, однако,
позволяют с большой эффективностью и удобством для пользователя организовать в
единый комплекс операции ввода и обновления исходной информации, ее переработки
и отображения результатов, решать задачи так называемого пространственного
анализа.
Используя ГИС-технологии, вы получаете
возможность:
· значительно повысить
оперативность всех этапов работы с пространственно-распределенными данными,
начиная от ввода исходной информации, ее анализа и до выработки конкретного
решения; вам не потребуется разыскивать нужные сведения среди кип карт и планов
- вы сможете получить их на экране вашего ноутбука по пути на конференцию или
незадолго до деловой встречи;
· использовать для ввода и
обновления информации в базе данных современные электронные средства геодезии и
системы глобального позиционирования (GPS), а значит - постоянно иметь самую
точную и свежую информацию;
· заручиться высокой
компетенцией специалистов, разрабатывающих программное обеспечение для ГИС-систем;
для того, чтобы использовать, например, программы расчета распространения
загрязнений, не нужно иметь математического образования.
Внедрение геоинформационных систем (ГИС) и
строящихся на их базе технологий дает необходимую основу для создания комплексных
территориальных кадастров на качественно новом уровне. ГИС позволяют создавать
карты непосредственно в цифровом виде по координатам, полученным в результате
измерений на местности или при обработке материалов дистанционного
зондирования. При создании цифровых карт в среде ГИС упор делается на создание
структуры пространственных отношений между объектами (четко различаются понятия
точного и неточного совпадения границ, легко осуществимо использование уже
ранее оцифрованных границ при создании смежных объектов, в том числе и при
работе в других отраслях, легко и в явном виде фиксируются отношения связности,
соседства, смежности, вложенности, пересечения и др. пространственных объектов,
необходимые при решении широкого круга аналитических и практических задач).
Твердые копии согласованных цифровых карт в виде изображений на бумажных и
других носителях при этом рассматриваются как производный продукт работ в среде
ГИС. Цифровые карты, в отличие от бумажных, не подвержены естественной
деформации при хранении и копировании и т.д.
Из установки на создание и использование
картографических материалов в среде геоинформационных систем логически
вытекает, что должно быть обеспечено соответствие создаваемых цифровых
пространственных объектов на уровне, обеспечиваемом инструментарием современных
ГИС (т.е. абсолютно точное, а не с какой-то погрешностью, совпадение границ
смежных объектов, использование одного и того же координатного описания одних и
тех же объектов в разных службах без дополнительных погрешностей при копировании
либо за счет разного качества отрисовки объектов, обеспечения работы в разных
системах координат на основе автоматического согласованного преобразования
координат в цифровом виде и др.). К сожалению, следует констатировать, что путь
оцифровки имеющихся картографических материалов любыми способами (путем
оцифровки на дигитайзерах или сканирования и векторизации по растру) не
обеспечивает требуемого уровня качества. Это обусловлено рядом факторов.
Традиционные карты и планы, которые приходится переводить в цифровую форму,
создавались для целей преимущественно визуального анализа без учета того, что
их кто-либо будет переводить в цифровую векторную форму и далее использовать в
среде ГИС. Поэтому исходные пространственные объекты, представляемые в ГИС в
виде точек, линий и полигонов, на таких изображениях оператору при цифровании
приходится восстанавливать, поскольку при их отображении использованы знаки
совсем другого назначения - значительная часть нагрузки изображения (чем выше
плотность объектов или мельче масштаб изображения, тем большая) относится к
внемасштабным знакам, надписям, фактическое расположение которых из-за этого в
картографическом изображении, как правило, искажено относительно исходных.
Фактически при векторизации исходных изображений необходимо производить их
определенную интерпретацию и пересоставление, качество которого очень сильно
будет зависеть от уровня подготовки оператора. Поэтому чем выше сложность
исходного материала в данном отношении, тем менее эффективны элементы процедур
автоматической векторизации и выше требования к квалификации операторов (в
общем случае на качестве подготовки оператора удается сэкономить только за счет
ухудшения качества создаваемых векторных карт). Ситуация осложняется тем, что
традиционные карты и планы создавались в ориентации на попланшетное
использование, поэтому проблема состыковки объектов на границах, при которой
меняется фактическое положение получаемых векторных объектов относительно
исходных картматериалов, требует дополнительной проработки (и в плане
дополнительных затрат труда, и в плане обеспечения статуса получаемого таким
образом картографического документа (поскольку цифровую карту приходится
дополнительно пересоставлять относительно непосредственного источника).
Картографические материалы разных служб часто выполняются на разных основах, в
том числе не просто различающихся системами координат, но и по качеству
математической основы. Например, планы, с которыми работают лесоустроители, в
этой части очень отличаются от топографической основы того же масштаба,
подземные коммуникации в большинстве городов ведутся отраслевыми службами на
основах, отличных от общегородских и др. Уровень актуальности данных смежных
листов и даже в пределах одного листа может существенно различаться. Поэтому опора
на цифрование уже имеющихся картографических материалов при кадастровых работах
может использоваться лишь как некоторая временная мера и не может служить
основой, имея в виду, что при переходе на цифровые технологии нужно не только
оцифровать имеющуюся ситуацию, но и поставить согласованные технологии их
обновления в разных отраслях. Земельные комитеты многих городов уже хорошо
знакомы с отмеченной проблемой (земельные участки, измеренные на местности,
пересекаются со зданиями, зафиксированными на отсканированных планах и т.д.) В
связи с этим при развертывании кадастровых работ целесообразно уже в настоящее
время ориентироваться на технологии получения, использования и обновления
картографических кадастровых материалов непосредственно в цифровом виде и, что
существенно, осуществлять эти работы согласованно по линии всех отраслей,
работающих по данной территории. По территории регионов такие подходы находятся
в основном в стадии разработки. При таком подходе в связи с большими объемами и
трудоемкостью работ необходимо использовать боле прогрессивные технологии. В
отношении наземных съемок - это использование приборов GPS, электронных
тахеометров и др. с получением координатной информации непосредственно в
цифровом виде и построением по ней цифровых векторных карт, что позволяет
создавать высокоточные (вполне удовлетворяющие масштабу 1: 500) планы и
одновременно получать качественные опорные точки для дальнейшей привязки (в
настоящее время задача реконструкции геодезической сети актуальна для многих
городов - так, по данным руководителей геослужб городов и ТИСИЗов,
зафиксированы отклонения до 2 метров при измерении смежных участков из-за
дефектов при развитии опорной геодезической сети). Другим дополнительным
источником могут быть материалы аэро - и космосъемки (эти материалы в
большинстве случаев ограничиваются масштабом 1: 2000 для создаваемых
производных карт). Для решения этого круга задач программное обеспечение
GeoDraw/GeoGraph/GeoConstructor позволяет осуществлять ввод данных по
координатам (в том числе и полученным с использованием GPS), по растрам
большого размера и большого числа цветов и оттенков серого (в том числе снимкам
и отсканированных картам и планам), создавать по ним топологически корректные
карты и осуществлять точное согласование цифровых материалов различных служб,
широкий спектр высокоточных преобразований векторных карт и растров в нужные
системы координат, включая работу с системой на эллипсоиде WGS-84, координаты
на котором поступают с приборов GPS, с системой координат 1963 года и др.,
связывать их с базами данных и осуществлять различные операции класса ГИС
конечного пользователя, связанные с использованием картографической кадастровой
информации при принятии решений, обслуживании и др. задачах.
За последние годы произошли фундаментальные
изменения в области использования ГИС-технологий в различных областях
управленческой, хозяйственной, проектной, природоохранной и научной
деятельностях.
Использование ГИС и пространственных
данных является повсеместным и обязательным для систем учета и управления
недвижимым имуществом. Кадастр является наиболее активным производителем и
потребителем пространственной информации среднего и крупного масштабов, данных
дистанционного зондирования высокого разрешения.
Создание современных кадастровых систем основывается
на применении новых технологий и стандартов распространения информации через
интернет с использованием web-сервисов, стандартах ISO и OGC (рис.1).
Рисунок 1 Система учета объектов недвижимости Швеции Arc Cadastre реализована на программной платформе ArcGIS.
1.2
Характеристика современных ГИС-технологий
Создание и функционирование ГИС сопряжено
с рядом специфических задач организационно-правового, научно-технического и
финансово-экономического характера. Например, в Польше функционируют такие
системы, как "Земля", "Здания и сооружения",
"Инженерные коммуникации". В ГИС используются колоссальные по
размерам базы данных и качественная графика. Это требует значительных объемов машинной
памяти и быстродействующих процессоров. Для этого необходимы более мощные
компьютеры или так называемые рабочие станции профессионального уровня,
стоимость которых значительно превышает стоимость персонального компьютера.
Однако на базе персональных компьютеров также может быть создана полноценная
ГИС, только с меньшим набором функциональных возможностей. Под функциональными
возможностями ГИС понимается комплекс функций геоинформационных систем и
соответствующего программного обеспечения, позволяющих пользователям решать
свои научные, производственные и бытовые задачи [1].
ГИС не являются серийным продуктом,
поскольку заказчик не в состоянии с самого начала точно представить себе все
задачи, которые ему предстоит решать. Фирмы - разработчики ГИС, как правило,
имеют для них готовые модули, обеспечивающие выполнение одной из задач,
например: поддержка устройств ввода и вывода, работа с базами данных,
визуализация и анализ данных. В процессе оформления заказа на геоинформационную
систему согласовывается перечень модулей, необходимых конкретному заказчику.
Некоторые модули могут быть созданы разработчиками в индивидуальном порядке. На
рис.2 (Приложение 1) показаны основные функции ГИС, которые обеспечивают
пользователям решение широкого круга задач.
Ввод данных в ГИС представляет собой операцию
чтения информации с различных носителей. Данные перед вводом в ГИС должны быть
преобразованы в цифровой формат. Этот процесс называется оцифровкой и в
современных ГИС может быть автоматизирован за счет применения сканерной
технологии, что особенно важно для реализации крупных проектов. Если объемы
работ незначительны, то целесообразно использовать дигитайзеры, которые также
позволяют преобразовывать изображения в цифровую форму. Некоторые ГИС имеют
встроенные векторизаторы, автоматизирующие процесс оцифровки растровых
изображений. Ввод цифровой информации в ГИС может осуществляться с клавиатуры,
из GPS-приемников, систем дистанционного зондирования, фотограмметрических
приборов, электронных тахеометров, лазерных и магнитных носителей информации, а
также путем импортирования из других систем и посредством речевого ввода.
Устройство речевого ввода данных, как правило, включает микрофон, анализатор
речевых звуков и блок их распознавания, блок эталонов звуков и блок их
кодирования для ввода в компьютер.
Функция хранения, манипулирования и
управления графической и атрибутивной (неграфической) информацией дает
возможность пользователям осуществлять отбор, обновление, преобразование и
хранение данных. Эта функция включает также статистические вычисления, поддержание
информационной безопасности, формирование стандартных форм пользовательских
запросов и представление полученных результатов.
В небольших проектах географическая
информация может храниться в виде обычных файлов. При увеличении объема
информации для ее структуризации и хранения целесообразно применять системы
управления базами данных и специальные компьютерные средства для работы с
интегрированными наборами данных. Как правило, в современных ГИС используются
реляционные модели данных, которые обеспечивают хранение информации в табличной
форме. Манипулирование данными осуществляется в целях упорядочения информации
по какому-либо полю (полям), а также ее поиска, редактирования и предоставления
пользователям по их запросам. Управление информацией, имеющейся в различных
таблицах, осуществляется по общим полям (например, поле "Владелец объекта
недвижимости") при помощи языка структурированных запросов. Этот простой
прием достаточно гибок и широко используется во многих приложениях для
организации связи между данными и их преобразования.
Вывод данных является одним из важнейших
этапов, в результате которого реализуется возможность изучения информации, ее
корректировки и предоставления потребителю в удобном для него виде. Информация
может быть представлена в графической, текстовой или табличной форме. К
основным устройствам вывода данных относятся: монитор, принтер,
графопостроитель, магнитные и лазерные носители информации, а также другие
информационные системы (операция экспорта).
Картометрические операции представляют
собой процесс выполнения различных измерений по карте для определения
геометрических параметров пространственных объектов (например, длины линий,
периметры и площади замкнутых объектов), а также оценки полученных результатов.
Генерация пользовательских запросов и
документирование. Если в ГИС имеется необходимая информация, то предоставляется
возможность получать ответы как на простые вопросы (кто владелец данного
земельного участка), так и на более сложные запросы, требующие дополнительного
анализа (например, где выбрать площадку для строительства нового дома с учетом
сложившейся застройки). Решение таких задач осуществляется посредством
использования Structured Query Language (SQL), что в переводе означает
"язык структурированных запросов". Запрос - это поиск на электронной
карте (плане) нужной информации и выделение каким-либо условным знаком
объектов, соответствующих теме запроса.
Информация, предоставляемая пользователям
по их запросам, должна не только удовлетворять поставленным условиям, но также
быть формализована, то есть представлена в виде единых унифицированных форм
документов, отчетов, графиков, таблиц, схем и т.д. Реализация вышеуказанных
действий может быть осуществлена посредством встроенных языков программирования
и макросов.
Оверлейные операции обеспечивают
реализацию одной из основных функций геоинформационных систем, которые
предназначены для наложения друг на друга различных слоев, представленных в
цифровой форме, в целях комплексного изучения содержания электронной карты.
Моделирование данных представляет собой
процедуру преобразования пространственных данных, включающую совокупность
правил формирования структуры таблиц и взаимосвязей информации в базах данных.
Геоинформационное моделирование - это
процесс преобразования моделей пространственных объектов, обеспечивающий
корректировку их форм по изменившимся значениям таблиц баз данных.
Настройка геоинформационной системы на
требования пользователя предназначена для ее адаптации под конкретные
требования пользователей, которыми могут являться физические или юридические
лица, использующие ГИС для решения своих научных, производственных или бытовых
задач.
Визуализация данных обеспечивает
отображение информации на экране монитора, ее масштабирование, перемещение,
редактирование, а также создание и использование библиотеки условных
обозначений в растровом или векторном форматах. Функция визуализации цифровой
информации позволяет решать задачи по выявлению пространственно-логических
отношений.
Преобразование пространственных данных. В
процессе работы с данными возникает задача их преобразования для последующего
картографического отображения и представления в удобном для пользователя виде.
Сюда включаются операции по реструктуризации данных, которые обеспечивают,
например, изменение размера ячеек растрового изображения, перевод данных из
одного формата в другой. Процедура преобразования данных реализует задачу
трансформации координат объектов при переходе из одной проекции в другую, а
также перевычисление прямоугольных координат точек в географические (или
географических координат в прямоугольные). Кроме перечисленного, данная функция
позволяет осуществлять конвертирование данных в различные форматы в процессе
реализации функций экспорта и импорта, а также растрово-векторное и
векторно-растровое преобразование данных для последующего использования в
различных ГИС.
Пространственный анализ является наиболее
важной функцией, которая базируется главным образом на процессах визуализации
объектов электронной карты (плана). Пространственный анализ включает следующие
основные операции [2]:
· анализ наличия видимости
(невидимости) между объектами;
· установление
геометрических характеристик объектов, включая вычисление длин сторон
полигонов, их периметров, площадей, расстояний между различными объектами и
т.д.;
· определение
топологических отношений между объектами (например, пересечение, примыкание,
включение, соседство). Задание топологии возможно автоматически или вручную;
· построение буферных зон
вокруг точечных, линейных и полигональных объектов. Такие зоны формируются
эквидистантными линиями (то есть равноудаленными друг от друга), отражающими
область действия каких-либо факторов. Под буферной зоной понимается территория,
отделяющая две или несколько зон различного функционального назначения. Такие зоны
создаются например, для выделения опасных территорий вокруг аварийных объектов.
Они могут быть рассчитаны по нормативам предельно-допустимых концентраций
вредных веществ с учетом мощности концентрации, направления ветров, рельефа
местности, а также сферы распространения вредных веществ, вибрации, шума и
т.д.;
· поиск кратчайшего пути
или оптимального расстояния по какому-либо критерию, а также ближайшего соседа.
На основании пространственного анализа
решаются задачи по выявлению наличия пересечений и примыканий объектов, а также
многие другие операции. Современные ГИС имеют множество мощных инструментов для
пространственного анализа, среди которых наиболее значимы анализ видимости,
близости и наложения.
Анализ видимости обеспечивает определение
прямой видимости (или невидимости) между изучаемыми объектами с учетом рельефа
местности и окружающих строений.
Для проведения анализа близости объектов
относительно друг друга в ГИС применяется ранее указанный процесс, называемый
буферизацией. При этом можно решать ряд практических задач, например,
определить количество домов, расположенных в радиусе пятисот метров от
указанного учреждения, подсчитать численность населения в конкретной зоне и
т.д. Использование процесса буферизации предоставляет возможность решать
проблемы водопользования, размещения объектов культурно-бытового назначения и
т.д. Процесс наложения информации обеспечивает интеграцию данных, расположенных
в различных тематических слоях. Кроме обычного отображения объектов, здесь
могут быть применены операции их физического объединения. Таким образом, могут
быть решены различные задачи, связанные с определением рельефа местности,
величины уклона и т.д.
Геоинформационные системы содержат
информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, которые объединены
по принципу типизации объектов. Для представления, например, застроенной
территории в ГИС можно выделить несколько слоев: "Здания",
"Улицы", "Подземные коммуникации", "Зеленые
насаждения", "Водные объекты". Этот простой и вместе с тем очень
гибкий подход доказал свою актуальность в процессе решения разнообразных задач,
к основным из которых можно отнести отслеживание передвижения транспортных
средств, определение кратчайшего расстояния между двумя пунктами с учетом
наличия транспортных коммуникаций и т.д. При этом предоставляется возможность
детально изучать любые объекты, не перегружая изображение второстепенными
элементами. Обычная топографическая карта этого достичь не позволяет. Таким
образом, подключая нужные для изучения слои и накладывая их друг на друга,
пользователь может решить любую задачу (вычисление площадей и расстояний,
определение координат объектов и т.д.).
глобальные ГИС;
субконтинентальные ГИС;
национальные ГИС;
региональные ГИС;
субрегиональные ГИС;
локальные или местные ГИС.
По уровню управления:
федеральные ГИС;
региональные ГИС;
муниципальные ГИС;
корпоративные ГИС.
По функциональности:
полнофункциональные;
ГИС для просмотра данных;
ГИС для ввода и обработки данных;
специализированные ГИС.
По предметной области:
картографические;
геологические;
городские или муниципальные ГИС;
природоохранные ГИС и т.п.
Если помимо функциональных возможностей
ГИС в системе присутствуют возможности цифровой обработки изображений, то такие
системы называются интегрированными ГИС (ИГИС). Полимасштабные, или
масштабно-независимые ГИС основаны на множественных, или полимасштабных
представлениях пространственных объектов, обеспечивая графическое или
картографическое воспроизведение данных на любом из избранных уровней
масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим
пространственным разрешением. Пространственно-временные ГИС оперируют
пространственно-временными данными.
Заключение
Геоинформационная система широко распространена
не только в России, но и в других странах. К сожалению, полностью показать все
аспекты ГИС не позволяет объём курсовой работы. Однако, опираясь на
поставленные задачи, удалось раскрыть сущность ГИС-технологий в сфере кадастра.
Изначально были раскрыты базовые вещи,
включающие описание общих понятий о ГИС. На базе полученных знаний были
выявлены положительные и отрицательные качества геоинформационных систем. Для
завершения полной картины автором данной курсовой работы был раскрыт вопрос о
важности ГИС-технологий в кадастровой и других сферах деятельности.
Таким образом, выяснилось что ГИС - это
закономерный этап на пути перехода к безбумажной технологии обработки
информации, открывающий новые широкие возможности манипулирования данными,
имеющими пространственную привязку.
Необходимо понимать, что с ГИС можно
эффективно и удобно для пользователя организовать в единый комплекс операции
ввода и обновления исходной информации, ее переработки и отображения
результатов, решать задачи так называемого пространственного анализа.
При написании курсового проекта мною была
изучена специальная литература, включающая в себя статьи и учебники по
геоинформационным системам, описаны теоретические аспекты, раскрыты ключевые
понятия исследования и рассмотрено практическое применение ГИС-технологий в
кадастровой деятельности.
Список
использованной литературы
1.
Берлянт, А.М. Взаимодействие картографии и геоинформатики [Текст] / А.М.
Берлянт. - М.: Научный мир, 2000. - 189 с.
.
Карпик, А.П. Методологические и технологические основы геоинформационного
обеспечения территорий [Текст]: монография / А.П. Карпик. - Новосибирск: СГГА,
2004. - 260 с.
.
В.А. Середович, В.Н. Клюшниченко, Н.В. Тимофеева ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
(назначение, функции, классификация) Монография. - Новосибирск: СГГА, 2008.
4.
Геоинформационная система. // URL: https: //
ru. wikipedia.org/wiki/Геоинформационная_система
<https://ru.wikipedia.org/wiki/Геоинформационная_система>
. В.Г. Капустин.
ГИС-технологии как инновационное средство развития географического образования
в России. - Педагогическое образование в России, Выпуск № 3/2009.
.
Геоинформационный портал ГИС-Ассоциации. // URL: http://www.gisa.ru/
Приложение №1
Рис. 2. Функциональные возможности ГИС