Тема 2. Необходимость использования ГИС при создании кадастров
Уровень и объемы имеющейся сейчас информации настолько велики, что уже не возможны ее обработка, анализ и понимание без современных аппаратно-программных средств. Поэтому становится крайне необходимой создание автоматизированной системы для кадастровой информации 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). По мнению А. М. Берлянта: «Сегодня геоинформатика предстает в виде системы, охватывающей науку, технику и производство ... Геоинформатика - научная дисциплина, изучающая природные и социально - экономические геосиcтемы (их структуру, связи, динамику, функционирование в пространстве - времени) посредством компьютерного моделирования на основе баз данных и географических знаний. С другой стороны, геоинформатика - это технология (ГИС - технология) сбора, хранения, преобразования, отображения и распространения пространственно - координатной информации, имеющая целью обеспечить решение задач инвентаризации, оптимизации, управления геосистемами ... Наконец, геоинформатика, как производство (или геоинформационная индустрия) - это изготовление аппаратных средств и программных продуктов, включая создание баз и банков данных, систем управления, стандартных (коммерческих) ГИС разного целевого назначения и проблемной ориентации». Добавим, что «геоинформационная индустрия» включает разнообразные приложения технологий ГИС, реализованных в стандартных коммерческих программных продуктах , т. е. проектирование, создание (разработку) и эксплуатацию ГИС в рамках выполнения территориально-, проблемно- и предметно- конкретных геоинформационных проектов.
Карта - один из наиболее важных источников массовых данных для формирования позиционной и содержательной части баз данных ГИС в виде цифровых карт - основ образующих единую основу для позиционирования объектов, и набора тематических слоев данных, совокупность которых образует общую информационную основу ГИС. Послойное представление пространственных объектов имеет прямые аналогии с поэлементным разделением тематического и общегеографического содержания карт.
Многие процедуры обработки и анализа данных в ГИС основаны на методическом аппарате, ранее разработанном в недрах отдельных отраслей картографии. К ним принадлежат операции трансфомации картографических проекций и иные операции на эллипсоиде, опирающиеся на теорию и практику математической картографии и теории картографических проекций, операции вычислительной математики, позволяющие осуществлять расчет площадей, периметров, показателей форм геометрических объектов, не имеющие аналогов в карто - и морфометрии.
В большинстве ГИС в качестве одного из основных элементов выступает блок визуализации данных, где важную роль занимают графические и картографические построения. Картографический модуль ГИС обеспечивает картографическое представление исходных, производных или результирующих данных в виде цифровых, компьютерных и электронных (видеоэкранных) карт, являясь элементом интерфейса пользователя и средством документирования итоговых результатов. Высококачественная картографическая графика, имитирующая традиционные средства картографического языка и способы картографического изображения (и некоторые возможности, доступные реализации исключительно машинными средствами, например, мультипликационные и анимационные возможности) при поддержке разнообразных устройств отображения, принадлежит к числу обязательных средств программного обеспечения ГИС.
Однако задачи ГИС выходят далеко за пределы картографии, делая их основой для интеграции частных географических и других (геологических, почвенных, экономических и т. д.) наук при комплексных системных геонаучных исследованиях.
Методический аппарат геоинформационных технологий прямо или опосредованно связан с различными областями прикладной математики (вычислительной геометрии, аналитической и дифференциальной геометрии, откуда заимствованы алгоритмические решения многих аналитических операций технологической схемы ГИС), с машинной графикой (в частности машинной реализации визуализационно - картографических возможностей ГИС), распознаванием образов, анализом сцен, цифровой фильтрацией, и автоматической классификацией в блоке обработки цифровых изображений растровых ГИС, геодезии и топографии (например, в модулях обработки данных топографо - геодезических съемок традиционными методами или с использованием глобальных навигационных систем GPS).
Практически все системы обработки данных информационных систем независимо от сферы их применения включают один и тот же набор составных частей (компонентов), называемых видами обеспечения Принято выделять информационное, программное, техническое, правовое, лингвистическое обеспечение.
Информационное обеспечение - это совокупность методов и средств по размещению и организации информации, включающих в себя системы классификации и кодирования, унифицированные системы документации, рационализации документооборота и форм документов, методов создания внутримашинной информационной базы информационной системы. От качества разработанного информационного обеспечения во многом зависит достоверность и качество принимаемых управленческих решений.
Программное обеспечение — совокупность программных средств для создания и эксплуатации СОД средствами вычислительной техники. В состав программного обеспечения входят базовые (общесистемные) и прикладные (специальные) программные продукты.
Базовые программные средства служат для автоматизации взаимодействия человека и компьютера, организации типовых процедур обработки данных, контроля и диагностики функционирования технических средств СОД.
Прикладное программное обеспечение представляет собой совокупность программных продуктов, предназначенных для автоматизации решения функциональных задач информационной системы. Они могут быть разработаны как универсальные средства (текстовые редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных) и как специализированные — реализующие функциональные подсистемы (бизнес-процессы) объектов различной природы (экономические, инженерные, технические и т. п.).
Техническое обеспечение представляет собой комплекс технических средств, применяемых для функционирования системы обработки данных, и включает в себя устройства, реализующие типовые операции обработки данных (см. рис. 4) как во вне ЭВМ (периферийные технические средства сбора, регистрации, первичной обработки информации, оргтехника различного назначения, средства телекоммуникации и связи), так и на ЭВМ различных классов.
Правовое обеспечение представляет собой совокупность правовых норм, регламентирующих создание и функционирование информационной системы. Правовое обеспечение разработки информационной системы включает нормативные акты договорных взаимоотношений между заказчиком и разработчиком ИС, правовое регулирование отклонений. Правовое обеспечение функционирования СОД включает: условия придания юридической силы документам, полученным с применением вычислительной техники; права, обязанности и ответственность персонала, в том числе за своевременность и точность обработки информации; правила пользования информацией и порядок разрешения споров по поводу ее достоверности и др.
Лингвистическое обеспечение представляет собой совокупность языковых средств, используемых на различных стадиях создания и эксплуатации СОД для повышения эффективности разработки и обеспечения общения человека и ЭВМ.
Думается, сегодня уже не надо убеждать основную массу специалистов в необходимости использования информационных технологий и того вида программных продуктов, которые для краткости называют ГИС, для эффективного создания и использования разного рода кадастров.
Но существует и сегодня большая неопределенность в самом понятии "кадастр" -особенно если рассматривать множество возможных кадастров, а не только земельный кадастр. И не меньшая неопределенность, нечеткость существует и вокруг понятия "ГИС". Даже из чисто практических соображений оптимального выбора варианта технологии, конкретного программного и аппаратного (как следствие) обеспечения необходимо дать некоторые предварительные пояснения. Иначе сам предмет разговора будет весьма неопределенным и трудно будет проанализировать на должном уровне требования, предъявляемые тем или иным конкретным кадастром и совокупностью кадастров к функциональным возможностям программного обеспечения. И тем более ответить на вопрос, как выбрать тот программный продукт, а скорее набор программных продуктов, которые этим требованиям полностью удовлетворяют.
Или, что более вероятно, предоставляют базовый инструментарий, требующий еще приложения определенных усилий для тонкой настройки на требования (и оценить величину этих усилий).
В чем проблема с понятием "кадастр"? А в том, что этих понятий несколько, и формулированием определений занимались явно не специалисты по информатике и научной терминологии. Также и в том, что проблема определения такого понятия лежит в сразу нескольких плоскостях:
· в плоскости геоинформатики как дисциплины, оперирующей общими, не зависящими от области применения, свойствами пространственной информации и в сфере геоинформационных технологий, использующих эти свойства;
· в плоскости "обычной" информатики, так как не вся информация, обращающаяся в кадастре, имеет прямое отношение к пространственным объектам;
· в плоскости той или иной конкретной предметной области с ее специфическими задачами, сложившимися организационными структурами, терминологией и даже традициями;
· в плоскости правовых отношений и экономических отношений, ибо понятие кадастр всегда связывается с учетом (регистрацией) и регулированием прав собственности на какие-то объекты, а также режимами их использования.
Наконец, в нашей конкретной ситуации подход к определению понятия "кадастр" имеет и политический аспект, так как вслед за определением понятия близко следуют и определение функций, задач, а, значит, прав и возможностей. Причем возможностей уже не обезличенных, а возможностей конкретных организаций, ведомств, и, возможно, политических сил и экономических концепций, доминирующих в соответствующих ведомствах. В нашей ситуации "кадастр" – дело отчасти политическое еще и потому, что сроки создания реально функционирующего кадастра и заложенные в него функциональные возможности способны существенным образом повлиять на ход экономического развития страны. В первую очередь это видимо относится к земельному кадастру, но не только. Да и средства, необходимые для создания системы кадастров в масштабе страны настолько серьезны, что это тоже добавляет политическую окраску всем принимаемым в этой области решениям, в том числе и определениям понятий.
Все это приводит к тому, что вокруг понятия "кадастр, кадастры" сегодня происходит чересчур много споров, которые напоминают иногда споры о том, каков данный предмет - "круглый, зеленый или твердый?" Одни считают, что "Кадастр" с большой буквы - это имя собственное, это Земельный кадастр, и только он один как Государственный кадастр и есть и должен быть, все остальное - от лукавого и попытки примазаться. Другие перечисляют множество возможных и нужных видов кадастров различного назначения - лесной, минерально-сырьевых ресурсов, недвижимости, водных ресурсов. Говорится также и о весьма комплексных кадастрах - градостроительном, урбоэкологическом и, наконец, комплексном территориальном.
Серьезно осложняет рассмотрение вопроса о том, какие общие черты присущи разным видам кадастров, какие общие требования они выставляют (если выставляют) к функциональности программного обеспечения, также и множественность используемых при обсуждении ведомственных и специальных терминологий. Абсолютно идентичные, с точки зрения геоинформатики, типы пространственных объектов и операций с ними могут иметь совершенно различные наименования в разных предметных областях, служить разным содержательным целям и задачам.
В ГИСовских пакетах разных производителей - не меньшая путаница. Фирменная терминология даже распространенных пакетов общего назначения часто трудносопоставима без специального анализа, также встречаются и синонимы, и неполные синонимы, и омонимы. Еще хуже обстоит дело с терминологией, используемой в узкоспециализированных системах - за конкретным назначением операции пропадает ее сущность с точки зрения общей геоинформатики. Сама классификация ГИС-пакетов, хотя ей немало уже сообщений посвящено, остается областью на практике очень нечеткой. Под словом ГИС сегодня скрываются очень разные вещи. Мелькают еще и термины LIS (Land Information System - земельная информационная система), FM (Facilities Management - системы управления объектами распределенной хозяйственной инфраструктуры), AM (Automated Mapping), что иногда переводят буквально, как системы автоматизированного картографирования, забывая при этом, что в реальности это реализация простейшего принципа работы с пространственной информацией, пред-ГИС, заключающегося просто во вводе, хранении в компьютере и отображении карт, воспринимаемых просто как чертежи. До сих пор встречается (надеюсь, что не среди наших читателей) прямое связывание понятия "геоинформационная система" или с географией, или с геологией, или с геодезией. Тогда как связь-то на самом деле с геоинформатикой, и речь в приставке "гео" идет о географическом, пространственном принципе организации информации, о пространственных информационных системах, составляющих функциональное ядро любой "настоящей" ГИС.
В такой туманной ситуации немудрено, что существуют проблемы как с формулированием требований, предъявляемых теми или иными кадастрами к программному обеспечению, так и с нахождением правильного их решения. Постараемся, без подробного рассмотрения специфики конкретных кадастров, обозначить их некоторые общие черты, существенные с точки зрения требований к программному обеспечению. Далее дается краткий обзор соответствия существующего сегодня программного обеспечения этим требованиям. При этом мы не будем, по возможности, останавливаться на конкретных пакетах и производителях программного обеспечения. И уж, тем более, не будем подробно описывать какой-либо пакет. В последнем вообще нет необходимости в свете данной задачи выбора ПО, ибо достаточно убедиться в отсутствии какой-то даже одной базовой, жизненно необходимой функции, чтобы не рассматривать далее этот пакет в качестве возможного кандидата на использование в кадастре (во всяком случае в качестве базового программного обеспечения). Таким образом, мы можем заметно оптимизировать процедуру выбора из огромного спектра ПО. Достаточно выбрать в качестве ключевого то требование к пакету, которое, являясь абсолютно необходимым, сразу же позволит отсечь наибольшее число кандидатов.
Какие это могут быть требования? Базовыми для кадастров любого типа являются функции учетные, инвентаризационные. Соответственно, критически важным является качество представления в компьютере графических данных, прежде всего, границ объектов. Качество в данном случае не исчерпывается только полнотой (отсутствием пропусков объектов) и малыми допусками на точность представления положения каждой линии по сравнению с натурой. Качество цифровой графической базы в данном случае - это еще и ее корректность, внутренняя непротиворечивость. Это внутренняя непротиворечивость внутри одного тематического слоя - соответствие формального геометрического типа каждого объекта его смысловому содержанию (я говорю о такой, например, вещи, как замкнутость всех площадных объектов. Все, что по смыслу своему является площадным объектом, должно быть представлено замкнутым полигоном, замкнутым не только визуально, но и в формальном геометрическом смысле). Все границы прилегающих полигонов должны быть в точности одной и той же линией, а не просто визуально неотличимыми двумя близкими линиями. В земельном кадастре абсолютно вся территория, без пропусков, должна принадлежать какому-либо площадному объекту - полигону, пусть даже полигону с атрибутом "нет сведений". Не должно быть никаких, даже микроскопических паразитных полигонов, происходящих из неточных соответствий контуров. Да и между различными слоями информация должны быть согласована.
Все эти требования делают необходимым использование топологического контроля в процессе создания кадастровых карт. Я берусь со всей ответственностью заявить, что никакие квалификация и усердие операторов ввода, будь то дигитайзерные технологии, сканерные технологии с ручной прорисовкой или с использованием программ-векторизаторов, не дают необходимого качества карт без использования топологического контроля. Правда, сегодня даже некоторые наиболее продвинутые отечественные пакеты по векторизации, типа Easy Trace и MapEdit, включают в себя некоторые средства такого контроля. Это очень хорошо, но окончательное редактирование карт должно производиться все-таки в самой ГИС. То есть, делаем вывод - ГИС пакет или система пакетов, используемых в кадастре, должны поддерживать векторно-топологическую модель данных по крайней мере на каких-то этапах работы и на определенном уровне рабочих мест.
Пожалуй, еще более существенно наличие топологического контроля на этапе функционирования кадастровой системы. Многочисленные редактирования, особенно проводимые как отдельные разрозненные акты редактирования, в разное время и разными исполнителями, неизбежно быстро нарушат целостность базы данных без наличия того же топологического контроля. Это касается и целостности системы связей "графические объекты-атрибуты", и корректности взаимоотношений между графическими объектами. Часто, говоря о требованиях кадастровой системы к программному обеспечению, забывают, что кадастр не создается один раз навсегда как система, фиксирующая существующие отношения собственности на, например, земельные угодья. Кадастр должен жить активной жизнью, и быть способным отслеживать оперативно и без нарушения работоспособности все происходящие изменения.
В частности, должна обеспечиваться упомянутая целостность базы данных при ее редактировании, и должна поддерживаться возможность отслеживания истории изменений базы данных. Юристы легко подтвердят важность возможности отслеживания такой истории владения объектами собственности - земельными участками, объектами недвижимости - для урегулирования спорных ситуаций. Надо понимать, что для этого необходимы специальные средства, отслеживающие каждое изменение базы данных и ведущие журнал таких изменений, а не просто хранение копий состояний базы данных в отдельные дискретные моменты времени (это, например, обеспечивает модуль ArcStorm системы ARC/INFO). А отслеживать изменения пространственной БД гораздо сложнее, чем непространственной - земельные участки не только меняют владельца и характер использования, они еще по ходу их истории делятся, объединяются, меняют форму и соседей. В такой ситуации отслеживание истории землепользования (например) также требует использования векторно-топологической модели данных.
Аналитические функции кадастра, без которых он по сути представляет собой бюрократическую систему регистрации и только, также требуют для реализации всего спектра необходимых операций работы с векторно-топологическим форматом. Кадастр на значительные территории, естественно, приходится создавать порциями - по отдельным листам карт, отдельным стереопарам снимков, отдельным административным единицам. Естественно, при этом потребуется увязка и согласование по границам карт. Если мы хотим получить хотя бы некоторую автоматизацию и контроль качества в этом процессе – единственный выход - использование тех же топологических структур данных.
Опять та же пресловутая топология! Не слишком ли много о ней разговоров. Многие говорят, что это хорошо, но вот все системы, поддерживающие векторно-топологический формат, дороги, сами структуры данных чрезвычайно сложны и, за счет этого, не обеспечивают того быстродействия, как более простые! Ответ на это должен быть простой - ни один пакет ГИС, взятый в единственном числе, не обеспечит сегодня эффективного решения задачи построения и, тем более, эксплуатации кадастра. Требуется находить некоторую комбинацию из нескольких тесно взаимоувязанных пакетов разного уровня сложности и разной стоимости, разделяющих одну и ту же идеологию, модели, форматы данных. Это, помимо прочего, позволит также радикально разрешить и проблему выбора аппаратной платформы. Ясно, что на некотором уровне кадастра совершенно необходимо сегодня - или будет необходимо завтра (не надо обольщаться!) - использование компьютеров более мощных, чем привычные офисные персоналки (будут ли это мощные сервера и рабочие станции на базе Intel-овского процессора с Windows NT или RISC/UNIX рабочие станции и сервера, это не так принципиально). И так же ясно, что уровень массового пользователя не может и не должен быть обеспечен ими, а только гораздо более дешевыми ПК не самого верхнего уровня. Я не случайно употребил во множественном числе "модели данных", а не "модель данных", потому что сегодня есть примеры комплексирования в одной системе связных пакетов нескольких моделей данных, в частности, векторно-топологической и векторной нетопологической (наглядный пример - покрытия ARC/INFO и шейп-файлы), а также и растровой моделей данных.
Следует также отдавать себе отчет, что никакая комбинация из сегодняшних ГИС (имея в виду именно ГИС-пакеты) не в состоянии обеспечить работу кадастра на федеральном и даже большом региональном уровне при высокой интенсивности пространственных запросов большого числа удаленных, то есть работающих по каналам связи, пользователей. А такая перспектива для нас является если и не ближайшей, то очень близкой. Здесь необходимо использование принципиально нового и в мире, а в России почти совсем неизвестного, класса программных продуктов - серверов пространственных баз данных. Эти системы обычно опираются как на подстилающий уровень на мощные реляционные СУБД класса Oracle или Informix, но представляют собой совершенно отдельный, новый тип систем. (О сервере пространственных данных SDE мы уже кратко рассказывали в предыдущих номерах ARCREVIEW, а в этом номере ему посвящен целый разворот).
Наконец, о самом, на мой взгляд, важном - о квинтэссенции всего этого, о комплексном территориальном кадастре. Совершенно ясно, что создавая любые, пусть самые совершенные, системы частных кадастров, мы сможем решить только узковедомственные проблемы. В реальности, все они должны взаимодействовать друг с другом. Как на федеральном уровне, помогая решать большие аналитические и прогнозные задачи, так и, в особенности, на местном уровне, решая конкретные повседневные задачи управления. Как может земельный кадастр не взаимодействовать с кадастром минерально-сырьевых ресурсов, когда требуется на их стыке решать проблему выделения горных отводов? Как может градостроительный кадастр или кадастр объектов недвижимости не взаимодействовать с земельным? Или с кадастром водных ресурсов? Число таких - возможных и необходимых - связей огромно, и всех их заранее не предусмотреть. Попытки под крышей какого-то частного кадастра объединить несколько, или тем более все возможные кадастры, наталкиваются на сопротивление со стороны других ведомств и специалистов. И наверное, на оправданное сопротивление. С другой стороны, местные администрации заявляют, и также вполне обоснованно, что им важнее всего комплексный взгляд на территорию, ее ресурсы и проблемы. Под лозунгом комплексного территориального кадастра нельзя объять необъятного. Тем более, что приоритетные задачи у конкретных регионов различные и меняются с течением времени, и всех необходимых связей предусмотреть заранее нельзя. Единственное разумное решение - комплексный территориальный кадастр должен представлять собой не отдельную систему, а систему комплексного использования на региональном уровне отдельно существующих, но согласованных частных кадастров. Так вот, такое согласование разных кадастров, разных тематических слоев и даже разных масштабов возможно только на базе использования все тех же векторно-топологических структур данных. Более того, работая с такой моделью данных, мы оказываемся в состоянии согласовать и привлечь к совместному рассмотрению даже те данные, которые ранее вообще не предполагалось использовать совместно. Мир сложен, и он постоянно меняется, появляются новые комплексные задачи на стыке таких предметных областей и данных, которые никогда ранее не было необходимости рассматривать совместно
Государственный земельный кадастр включает систему сведений и документов о правовом режиме земель, их распределении по собственникам земельных участков, землевладельцам, землепользователям и арендаторам; по категориям земель, а также о качественной характеристике и хозяйственной ценности земель
Деятельность специалиста по кадастру заключается в юридической регистрации землевладений и землепользований учете и оценке земель, контроле за использованием земельных ресурсов, выполнении необходимых проектно-изыскательских работ, предусмотренных земельным законодательством для кадастровой службы в областях, районах, городах, поселках и сельских населенных пунктах, осуществлении мониторинга земель.
Использование таких специалистов как экономисты-менеджеры напрямую связано с формированием общей модели рынка недвижимости, на котором действуют различные субъекты; собственники имущества, фонды имущества, конкурсные управляющие, инвесторы, ипотечные банки др.
В специалистах данного профиля нуждаются агентства недвижимости, инвестиционные и страховые компании, биржи, аукционные фирмы, тендерные и конкурсные комиссии и другие участники рынка недвижимости.
Особо следует отметить потребность в специалистах по управлению имуществом и земельными ресурсами для таких Государственных органов, как комитеты по земельным ресурсам и землеустройству, комитеты по управлению имуществом, налоговые инспекции, бюро технической инвентаризации, арбитражный суд и др.
Повышенный интерес проявляют к специалистам по управлению инвестициями коммерческие банки и другие финансово-кредитные институты.
Контрольные вопросы:
1. Взаимосвязь проблематики ГИС с решением задач кадастра.
2. Понятие геоинформатики.
3. Цифровая карта как элемент ГИС.
4. В чем заключается деятельность специалиста по кадастру.