Нина Лебедева, Анна Самохина, ДАТА+
Суть задачи
Новый Градостроительный кодекс Российской Федерации принят в начале прошлого года. В числе прочего, этот документ ввел в практику Информационные системы градостроительной деятельности (ИСОГД), ставшие обязательными для всех муниципальных образований. Цель ИСОГД – обеспечение органов государственной власти, органов местного самоуправления, физических и юридических лиц достоверными сведениями, необходимыми для осуществления градостроительной, инвестиционной и иной хозяйственной деятельности, проведения землеустройства (ст.56, гл.3). Эти системы должны создаваться и вводиться на муниципальном уровне, предположительно, Комитетами по градостроительству и архитектуре. Концепция ИСОГД тесно переплетается с концепций инфраструктуры пространственных данных РФ. В качестве центрального элемента инфраструктуры выделяются базовые пространственные данные всех уровней или, проще говоря, цифровые топографические материалы. Эти данные используются в качестве основ для создания и ведения тематических пространственных данных.
Базовыми в ИСОГД являются цифровые топокарты и планы крупных масштабов (1:25000 и крупнее), что, с учетом существующих ограничений по секретности, создает большие сложности в их создании и использовании. Вопрос секретности, который активно обсуждается во многих публикациях по использованию цифровых картографических материалов, очень актуален, но в данной статье мы его касаться не станем.
Тем не менее, базовые данные крупных масштабов нужны, и работать с ними как-то надо. Вариантов выхода из данной ситуации несколько. Один из них – работа в местной системе координат с разгрузкой данных, определяющих режим использования топооснов. Так работают, например, энергетики Московской области, аэропорт Домодедово, кадастровые органы, использующие цифровые топоосновы, соответствующие по своему содержанию картам масштаба 1:25000.
Созданием базовой основы ИСОГД занялся и Комитет архитектуры и Градостроительства Краснодарского края. В качестве пилотных регионов были выбраны два муниципальных образования: города-курорты Геленджик и Анапа. Популярность этих муниципальных образований, как мест рекреации, в последние годы быстро возрастет. В связи с этим, в соответствии с планами администрации Краснодарского края, эти территории подвергнутся существенным изменениям. Их развитие закладывается в проекты районных планировок, которые предполагается выполнить в ближайшее время на цифровой картографической основе. Был объявлен тендер на подготовку такой основы, соответствующей масштабу 1:25000, и ее актуализацию по данным дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Времени на эти работы было отведено немного – основы для двух районов предстояло выполнить в течение трех месяцев.
Ниже мы приведем описание выполненных работ по району Геленджика, в порядке обмена опытом, который, по-видимому, будет полезен многим муниципальным образованиям, ведущим или планирующим работы по созданию ИСОГД.
Опыт работы
Территория города-курорта Геленджик включает 29 номенклатурных листов карты м-ба 1:25000. Имеющиеся листы карты созданы 5-10 лет назад, так что они явно «устарели» и требовали корректировки. В данном случае работа проводилась в несколько этапов: оцифровка существующих данных, разгрузка материалов до уровня ДСП и уточнение информации по данным ДЗЗ.
Исходными материалами послужили бумажные номенклатурные листы карт и космические снимки. Для уточнения содержания карт было решено использовать снимки с разрешением 2,5м, сделанные не позднее 2003г. Из архивных материалов выбрано три космических снимка SPOT, которые покрывали большую часть, но не всю нужную территорию. Поэтому дополнительно пришлось заказать специальную съемку города и его окрестностей, которая была выполнена в течение двух недель в декабре 2005г. Для поставленных задач по цене и качеству оптимально подходят панхроматические (черно-белые) снимки SPOT. На этих снимках хорошо читаются линии дорог, можно различить класс дорог, вполне различимы улицы в населенных пунктах, области застройки, контура виноградников, фруктовых садов, полян в лесу и других элементов, отображаемых на картах данного масштаба (рис. 1). Один из архивных снимков имел многоспектральную составляющую. Синтезированный снимок, полученный слиянием панхроматического снимка с разрешением 2,5м с цветным трехзональным снимком с разрешением 10м, позволил существенно улучшить качество исходных материалов и их дешифровочные возможности.
Рис. 1. Фрагмент панхроматического снимка Spot с разрешением 2,5 м.
Оцифровка карт проведена в соответствии с режимом использования карт высокого разрешения. Затем карты были разгружены и переведены в местную систему координат. В результате оцифровки слои ЦТК масштаба 1:25000 были предоставлены полистно в формате шейп-файлов, в технической структуре, наиболее удобной для дальнейшей работы. В отдельных слоях были оцифрованы линейные объекты карт (реки, дороги, ЛЭП, трубопроводы, насыпи), полигональные объекты (контура лесов, моря, озера, болота, кварталы населенных пунктов), точечные объекты карт (отметки высот, здания, промышленные объекты и т.п.). Поскольку бумажные источники имели разную актуальность, перед началом работ была проведена сравнительная оценка состояния местности на ЦТК и на снимках (рис. 2).
Рис. 2. Сравнительная оценка состояния местности на снимке и на ЦТК. Фрагмент снимка с наложенными элементами векторной карты (дороги, растительность, область застройки).
Было принято решение обновлять все слои цифровой карты. Однако, разные слои карты соответствуют объектам местности с разной степенью изменений. Пришлось разделить слои на несколько групп, требующих разного уровня корректировки. В особую группу были выделены слои с наибольшим количеством изменений: населенные пункты и дачные участки, автомобильные дороги, дорожные сооружения, растительность, гидрография, а также гидротехнические сооружения, трубопроводы и ЛЭП. Именно эти объекты на местности претерпевают наибольшие изменения во времени. Корректировке этих слоев уделялось особое внимание.
Подготовительный этап включал в себя обработку снимков и перевод слоев векторной карты в модель данных, разработанную для представления цифровых топографических карт и их использования в геоинформационных системах (см. статью «Единая модель данных для цифровых топографических карт и планов» в ArcReview №2(37), 2006 год). Исходные векторные данные по отдельным листам были объединены в единую цифровую модель местности (ЦММ), а затем проведено изменение структуры данных согласно разработанному шаблону. Перевод в шаблон осуществлялся с использованием дополнительного модуля ArcGIS Data Interoperability. Этот модуль особенно полезен при радикальных изменениях структуры данных. Речь идет не только об изменении формата представления данных (из шейп-файлов в персональную базу геоданных), названий слоев и их атрибутов, но и о распределении объектов по отдельным слоям. Так, объекты из одного слоя оцифровки могли распределяться в три разных слоя созданной модели при соблюдении тех или иных условий их атрибутики, или, наоборот, из нескольких слоев объекты попадали в один класс объектов базы геоданных.
Модуль Data Interoperability достаточно удобен в использовании. Его функциональные возможности и интерфейс позволяют графически определить пути «перемещения» цифровых объектов из исходных слоев в целевые. Для данной работы созданы 43 модели, где целевыми были слои разработанного шаблона. Пример одной из таких моделей, определяющей переход линейных объектов гидрографии из исходной структуры данных в целевую, приведен на рис. 3. На входе указываются слои источника, коды используемого классификатора, поля и их значения, которые проходят через геометрические и атрибутивные фильтры (условия), на выходе – коды классификатора гидрографических объектов базы геоданных, а также соответствующие значения атрибутивных полей.
Рис. 3. Пример схемы, составленной с помощью модуля Data Interoperability для линейных объектов гидрографии.
По разработанным схемам векторная основа была автоматически преобразована в формат персональной базы геоданных с требуемой структурой. Перевод в этот формат позволил сформировать карты и проверить их на топологическую корректность. Топологические правила сформулированы как для отдельных слоев, так и для отношений объектов разных слоев. Они позволили отслеживать корректность цифровой карты: непрерывность дорожной сети, отсутствие наложений между полигональными объектами гидрографии и растительности, совпадение объектов дорожных сооружений (мостов, насыпей) с дорогами и т.п.
Подготовка снимков включала, прежде всего, создание ортотрансформированных изображений. Для проведения ортотрансформирования по векторным данным была построена подробная цифровая модель рельефа (ЦМР) с разрешением ячейки 5м. Ортотрансформирование проводилось с помощью программного продукта LPS (компании Leica) по векторным данным и ЦМР. Полученные ортотрансформированные снимки были уложены в общую мозаику. Таким образом, космоснимки были подготовлены для совмещения с векторной картой и уточнения слоев последней.
Работа по уточнению карт осуществлялась в приложении ArcMap с классами объектов базы геоданных. В ArcMap был создан проект с мозаикой снимков и набором слоев ЦММ – редактируемых и вспомогательных. Уточнение контуров, как правило, касалось полигональных объектов. На местности изменились площади виноградников и садов, разрослись населенные пункты, появлялись новые городские кварталы. Оцифровывались и новые линейные объекты: дороги, трубопроводы, просеки. Также уточнялась береговая линия.
Процесс дешифрирования и редактирования объектов проходил в определенной последовательности. Сначала дешифрировались границы населенных пунктов и их структура, затем улицы в населенных пунктах, главные и прочие дороги, контура растительности,объекты гидрографии, трубопроводы, социально-культурные и промышленные объекты и др. Совместное использование снимка, цифровой карты и ЦМР позволило лучше распознавать объекты (рис. 4).
Рис. 4. Пример совместного использования снимка, ЦТК и ЦМР.
После завершения дешифрирования осуществлялась увязка объектов на стыках листов, сделанных разными исполнителями.
Для дешифрирования социально-культурных, сельскохозяйственных и промышленных объектов в пределах населенных пунктов привлекались дополнительные картматериалы: план-схема г. Геленджик м-ба 1:20000 и его Центральная часть м-ба 1:10000, изд. ФГУП “11 ВКЧ” 2004г.; топографическая карта “Курортные поселки города Геленджик” м-ба 1:130 000; планы-схемы поселков масштаба 1:15000-1:18000, изд.ФГУП “11 ВКЧ” 2002 г. Также информация о некоторых объектах была получена с разных информационных сайтов Интернет.
В результате работ была создана актуальная векторная цифровая модель местности, которая может быть использована для архитектурных и планировочных работ и других целей. Карта оформлена в стандартных условных знаках как проект ArcGIS.
В заключение отметим, что использование космоснимков не только полезно при уточнении векторных карт, но и удобно для их последующего совместного использования с цифровой картой в ИСОГД в качестве основы градостроительных материалов. В таком сочетании создается наиболее реалистичный визуальный образ пространства, дающий достоверную информацию о точности и актуальности пространственных данных.
