ГИС в градостроительном проектировании и управлении территориями

Сергей Скатерщиков, Научно-проектная фирма ЭНКО,
Санкт-Петербург, http://www.cl.spb.ru/enko

Процесс градостроительного проектирования и управления территориями крайне сложен и неоднозначен. Для того чтобы принимать правильные решения, необходимо учитывать значительное количество факторов из разных отраслей знаний, причем не просто учитывать их, но рассматривать их в причинно-следственной взаимосвязи, которая зачастую бывает не очевидной. Не случайно в урбанистике работают не только архитекторы-планировщики, а в разработке градостроительной документации принимают участие специалисты различных специальностей: архитекторы, транспортники, инженеры по инженерным системам, географы, геологи, экономисты и т.д.

Подготовка и обновление документации

Традиционная градостроительная документация, создававшаяся в «докомпьютерную эру», имела ряд существенных недостатков, главные из которых:

• Недостаточная информационная обеспеченность проектов;
• Большой формат чертежей, выполненных, как правило, в одном экземпляре;
• Сложность для восприятия некоторых чертежей Генерального плана, вызванная перенасыщенностью графических изображений условными обозначениями;
• Ограничительный гриф, связанный, главным образом, с использованием закрытой картографической информации в качестве подосновы;
• Практическая невозможность оперативной корректуры проектных предложений, необходимых из-за достаточно быстро меняющихся ситуаций, что особенно наглядно проявилось в 1990-е годы в Российской Федерации.

Эти негативные моменты настолько затрудняли эффективное использование градостроительной проектной документации, что она фактически не использовалась службами города (района, области) в повседневной работе. Это, в свою очередь, приводило к многочисленным градостроительным ошибкам, результаты которых мы пожинаем практически во всех городах страны.
Появление компьютерных технологий и, в частности, геоинформационных систем, качественно изменило ситуацию в градостроительном проектировании. Появилась реальная возможность создания градостроительной документации нового поколения. Более того, в корне изменился сам подход к проектированию. При этом, ГИС-технологии могут быть эффектно применены для всего иерархического ряда градостроительной проектной документации: от схем расселения до проектов застройки. В данной статье мы рассмотрим уровень Генерального плана города и частично коснемся вопросов Схем районных планировок — то есть тех градостроительных документов, в которых у нас есть реальный опыт использования ГИС-технологий.

Градостроительная ГИС

Сам процесс создания и само структурное построение градостроительной проектной документации очевидно свидетельствует об эффективности использования ГИС-технологий.
Во-первых, поскольку исходные данные множества организаций, в том числе графические документы, обычно представляются на разных картографических основах и часто в виде схем, то именно ГИС-технологии позволяют приводить их к “единому знаменателю”, т.е. к единой картографической основе. Во-вторых, создаются в цифровом виде разделы и картографические материалы по отдельным направлениям, представляющим, по существу, тематические картографические и семантические базы геоинформационной системы. В-третьих, проводится сопряженный анализ указанной выше информации и создается синтетическая схема «Комплексный градостроительный анализ территории», где весь мощный арсенал ГИС-технологий может быть успешно применен. В-четвертых, базируясь на проведенном анализе, разрабатываются проектные предложения по градостроительному развитию территории (Проектный план) и отраслевые инженерные проектные схемы, детализирующие и подкрепляющие проектные предложения Генерального плана, где также использование ГИС-технологий представляется весьма эффективным (рис.1).

Рис.1.Блок-схема «Упрощенная схема разработки Генерального плана города с использованием ГИС-технологий».

Результатом такой работы становится создание полноценной градостроительной геоинформационной системы, которая вполне может рассматриваться как ядро территориальной (областной, районной, муниципальной) ГИС, поскольку градостроительная документация содержит в себе именно комплексное осмысление территории.

ГИС «Генеральный план»

Прежде чем перейти к изложению содержания ГИС «Генеральный план», хотелось бы остановиться на принципиальном вопросе использования в градостроительном проектировании и в управлении территориями материалов космических съемок.
Методика использования космических изображений в градостроительном и территориальном проектировании разрабатывается НПФ ЭНКО с момента ее образования в 1992 году. Она обеспечила безусловный прогресс в развитии современных методов градостроительного проектирования, в том числе с применением ГИС-технологий. Резюмируя свой опыт в этом вопросе, хотелось бы отметить следующее.

1. Самая очевидная функция материалов космических съемок — это получение объективной и актуальной информации о современном состоянии и использовании территории города.
   Не секрет, что традиционные картографические документы устаревают достаточно быстро, обновляются редко и, фактически, целостной актуальной картины современного состояния и использования территории города обычно нет. Ведущийся в управлении архитектуры Дежурный план города, а также аналогичные планы других служб не дают общей картины происходящих в городе изменений. А эти изменения, как правило, весьма значительны: рост оврагов, изменения береговой линии, новое жилищное строительство, новые дороги, садоводства, гаражи, свалки и многое другое — все это может быть опознано и закартировано с помощью дешифрирования космических изображений. Более того, как показывает наш опыт, во многих случаях на топографических картах изначально бывают существенные ошибки и неточности, которые не связаны с произошедшими изменениями.
2. Не менее важное преимущество космических изображений — это возможность оперативного получения объективной информации о современном состоянии природы и хозяйства изучаемой территории в виде разнообразных тематических карт (цифровых картографических слоев ГИС), получаемых путем ландшафтно-индикационного дешифрирования одного и того же снимка. Другими словами, одно космическое изображение хранит в себе информацию и о ландшафтах, и об отдельных компонентах природы (растительность, гидрография, рельеф, почвы и пр.), и о направлении использования земель и т.д. Учитывая, что природные факторы во многом определяют размещение селитебных территорий, промышленно-коммунальных зон, рекреационных объектов, объектов инженерной инфраструктуры и имея в виду, что в России не ведется планомерное государственное создание тематических карт необходимых для проектирования масштабов, значение материалов космических съемок для этих целей трудно переоценить.
3. Третья уникальная функция космических изображений заключается в том, что космический снимок представляет собой, по существу, фотопортрет территории. Архитектор-проектировщик получает возможность воочию, в натуре, увидеть предмет своей деятельности (город, район, область), что дает совершенно уникальный эффект, не сравнимый с изучением картографических материалов. Дело в том, что при составлении карт, в результате генерализации, многие, не существенные на взгляд картографа, детали пропадают, что обедняет общую картину территории.

Важно и то, что в настоящее время мы применяем цифровые космические изображения, которые позволяют:

• Совмещать на экране компьютера картографические слои и космическое изображение, что позволяет обновлять картографические материалы (рис.2);
• Использовать масштабирование космического изображения — изучение территории от общего к частному и наоборот. Другим словами, имеется возможность изучения города в целом, отдельными частями, конкретными участками, так как разрешение ряда космических изображений составляет от 1 до 10 м на местности (рис.3 — 5);
• Вести реальный мониторинг с использованием вновь поступающих космических изображений (рис. 6). Методика совмещения разновременных космических изображений, разработанная НПФ ЭНКО, позволяет в автоматическом режиме проводить выделение всех участков, на которых произошли какие-либо изменения за период между космическими съемками.

Возвращаясь к содержанию ГИС «Генеральный план» отметим, что собственно цифровое космическое изображение составляет один из картографических слоев территориальной ГИС, а материалы дешифрирования космического изображения ложатся в основу многих тематических слоев ГИС.

Итак, ГИС «Генеральный план» состоит из следующих блоков (рис. 7):

1. Вспомогательный блок:

— 1а — Цифровая топографическая основа
— 1б — Цифровое космическое изображение

2. Архитектурно-планировочный блок:

— 2а — архитектурно-планировочная организация территории
— 2б — градостроительная экономика

3. Природно-экологический блок:

— 3а — природные и инженерно-геологические условия
— 3б — загрязнение окружающей среды
— 3в — охрана окружающей среды

4. Инженерно-инфраструктурный блок:

— 4а — транспортное обслуживание
— 4б — инженерная инфраструктура
— 4в — инженерная подготовка территории

Каждый из указанных блоков системы содержит определенное количество тем, каждая из которых, в свою очередь, состоит из значительного числа тематических картографических слоев с более или менее обширной семантической базой данных. Например, блок 2а — архитектурно-планировочная организация территории — содержит следующие темы:

• Опорный план (план существующего города);
• Зоны охраны и собственно памятники истории и культуры;
• Структура землепользования;
• Концепция планировочной модели города;
• Планировочные мероприятия по основным функциональным зонам города;
• Проектный план и проектное зонирование.

Рис. 8.Градостроительное зонирование территории г. Пермь.

Как сказано выше, каждая из тем содержит большое количество тематических картографических слоев с соответствующей семантической базой данных. Например, тема «Опорный план», как правило, содержит десятки тематических слоев (рис. 8):

• промышленные предприятия, с базой данных характеризующих его название, адрес, размер участка, класс санитарной вредности, размер нормативной санитарно-защитной зоны и т.п.;
• жилые образования с соответствующей базой данных;
• объекты обслуживания с соответствующей базой данных;
• зеленые насаждения с соответствующей базой данных;
• и так далее.

Кажущаяся сложность ГИС «Генеральный план», на самом деле, относится исключительно к ее созданию. Для создания такой ГИС требуются значительные интеллектуальные и физические затраты. Но вот для ее дальнейшей эксплуатации и поддержания в актуальном состоянии необходима просто четкая организация процесса работ и минимальная подготовка специалистов. Современные ГИС-программы, в частности используемая нами ArcView GIS, ориентированы на конечного пользователя — специалиста в своей отрасли, а не программиста. Они удобны, просты в эксплуатации, не требуют длительной специальной подготовки.
ГИС «Генеральный план» позволяет решать множество задач:

1. Базы данных не являются статичными. Картографические слои можно обновлять, создавать новые тематические слои; семантические базы данных также можно обновлять и, кроме того, расширять, т.е. вводить новые характеристики. Таким образом, это реальное воплощение идеи мониторинга, поддержание баз данных всегда в актуальном состоянии.
2. Возможность совмещения цифровых картографических слоев в любом сочетании. Эту возможность трудно переоценить, так как она позволяет, по сути, создавать уникальные картографические документы для конечного пользователя, под конкретные задачи. Все, кто работает с картографическими документами, знают, как сложно читать сильно загруженную карту, большая часть информации на которой не нужна для решения определенной задачи. ГИС-технологии позволяют создавать карты такого содержания, которое точно отвечает требованиям пользователя.
3. Автоматическая работа с базами данных для принятия решений. ГИС-технологии позволяют в автоматическом режиме решать задачи по выбору территорий, отвечающих заданным критериям.

Например, можно поставить задачу выбора территории «вне санитарно-защитных зон», «вне ареалов загрязнения почв», «с уровнем грунтовых вод ниже двух метров», «с нахождением лесного массива в радиусе 500 м», «с возможностью подключения к инженерным сетям». Имеются примеры решения и более сложных задач. Так, например, ГИС-технологии использовались немецкими проектировщиками для выбора площадки для нового аэропорта Берлина, для чего были проанализированы более 70 цифровых картографических тематических слоев, вплоть до трасс пролета перелетных птиц.
Применительно к проектной градостроительной документации это означает возможность принятия научно обоснованных, доказуемых проектных предложений, опирающихся на комплексный компьютерный анализ современного состояния и использования территории города, улично-дорожной сети, инженерных систем и т.д. Особенно эффективны ГИС-технологии при создании, например, схемы планировочных ограничений, когда на одну схему необходимо нанести сведения из разных отраслей знаний, влияющие на планировочные решения Генерального плана. Это и инженерно-строительные ограничения, и санитарно-защитные зоны предприятий, и водоохранные зоны водоемов и водотоков, и зоны санитарной охраны водозаборов, и зоны от магистральных трубопроводов, ЛЭП и прочих инженерных объектов, и охраняемые природные территории и т.п.
Но главным, пожалуй, является то, что таким образом создается единое городское (территориальное) информационное пространство. Впервые проектная градостроительная документация перестает быть «вещью в себе» — она становится широко доступной для всех служб города. Принимая какое-либо решение по своему ведомству, достаточно легко по электронной версии уточнить решения Генерального плана по этой территории и тем самым избежать градостроительных ошибок при решении локальных задач.
Более того, каждая из городских служб может не только использовать в своей работе созданные тематические слои ГИС Генеральный план по своему направлению, но и расширять и дополнять базы данных. То есть, на основе ГИС Генеральный план фактически создать свои отраслевые ГИС. В идеале, службы могут обмениваться по сети обновленными данными между собой и, тем самым, всегда иметь свежую информацию не только по своему, но и по смежным направлениям, что исключительно важно для такого сложного механизма, как территориальное управление. Отмечу в скобках, что сбор исходных данных в службах города представляет собой в настоящее время сложный и мучительный процесс, главным образом, из-за отсутствия единой идеологии информационного обеспечения в Администрациях городов, что приводит к тому, что все службы города ведут свои архивы по собственным стандартам и правилам.

Генеральный план развития региона

В заключение хотелось бы сказать несколько слов о Схемах районных планировок, незаслуженно забытых в настоящее время. Этот тип градостроительной документации, представляющий собой, по сути, Генеральный план развития региона (субъекта Федерации, района или группы районов), с нашей точки зрения, должен быть первым документом, который разрабатывается для субъекта Федерации. Причем разрабатываться он должен именно в виде ГИС — как для удобства и эффективности использования, так и для решения повседневных задач управления территорией.
Поясню свою мысль таким примером. Уже много лет идут разговоры и ведутся определенные работы по созданию, так называемой ГИС для органов государственной власти (ОГВ), но “воз — как известно — и ныне там”. Почему? Потому, что, на самом деле, в нашей стране исторически сложилось так, что комплексно с территорией умеют работать только урбанисты, которых к работе-то и не привлекли. А комплексная оценка территории и сбалансированный план ее оптимального развития содержатся именно в Схемах районной планировки, которые представляют из себя:

• во-первых, инвентаризацию природных, экономических, демографических ресурсов;
• во-вторых, комплексный градостроительный анализ территории;
• в-третьих, план развития, базирующийся на социально-экономической концепции развития региона. Кроме того, этот план включает и разработку мероприятий по оптимизации экологической обстановки и улучшению условий проживания населения.

Мне, например, трудно понять, как можно управлять территорией, не имея четкого представления о том, какими ресурсами она располагает, в каком состоянии они находятся и не имея комплексного плана развития региона. Забывая о территориальной составляющей развития субъекта Федерации, мы делаем очень большие ошибки, как в размещении производительных сил, так и в экологической и социальной политике.
Рассматривать развитие отдельных хозяйственных комплексов вне взаимосвязи с другими недопустимо по двум причинам. С одной стороны, развитие какого-то комплекса может и, очень часто, приводит к невозможности развития других отраслей, часто более прибыльных или более социально значимых. С другой стороны, как показывает практика, очень трудно ожидать от ведомства объективной оценки собственного состояния дел и объективных планов перспективного развития. В качестве примера можно привести опыт создания карт современного состояния и использования территорий республики Коми и Пермской области, разработанных нами по материалам космических съемок в рамках Схем районных планировок этих субъектов Федерации. Для руководства этих субъектов, в частности, стало неприятной неожиданностью состояние лесов, а точнее их отсутствия на больших площадях, в том числе и на эрозионно-опасных склонах Урала. У них была несколько иная информация от комитетов по лесному хозяйству.
Естественно, поэтому, что объективной картины состояния территории путем простого опроса руководства отдельных отраслей получить невозможно. Невозможно и планировать территориальное развитие субъекта Федерации путем простого сложения планов отдельных ведомств. Наоборот, на основании комплексного градостроительного анализа, в том числе с применением всех возможностей ГИС-технологий, должна быть выработана Концепция территориального развития региона и затем детально проработана в рамках Схемы районной планировки. Именно она даст ответы на такие вопросы: какие отрасли хозяйства и где территориально надо развивать; какие мероприятия необходимо проводить для оптимизации экологической обстановки; какие проекты и где территориально следует предлагать для внутренних и внешних инвесторов; какие мероприятия являются для субъекта Федерации первоочередными и т.д.
Более того, на основе Схем районных планировок необходимо разрабатывать Закон субъекта федерации «Правила застройки и землепользования», который гарантировал бы как выполнение проектных предложений Схемы, так и право граждан на достойную среду обитания.