WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

«Разработка методики геоинформационного обеспечения оперативного обновления электронных карт большого объёма с использованием банка пространственных данных ...»

-- [ Страница 1 ] --

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Московский государственный университет геодезии и картографии" (МИИГАиК)

На правах рукописи

ЖЕЛЕЗНЯКОВ ВЛАДИМИР АНДРЕЕВИЧ

Разработка методики геоинформационного

обеспечения оперативного обновления

электронных карт большого объёма с

использованием банка пространственных

данных

Специальность 25.00.35 – Геоинформатика



Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор В.Я.Цветков Москва - 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ОПРЕДЕЛЕНИЙ

Введение

1. Информационное обеспечение пространственных данных

1.1. Обзор ГИС

1.2. Современное состояние информационного обеспечения банка пространственных данных

1.3. Обзор основных современных средств и методов картографирования и получения информации

1.3.1. Фонды

1.3.2. Данные ДЗЗ

1.3.3. GPS/ГЛОНАСС

1.3.3. Получение, обновление и обмен пространственными данными.

2. Разработка методов доступа и обновления банка пространственных данных

2.1. Инкрементальный подход к проектированию банка пространственных данных...... 30

2.2. Методика получения данных ДЗЗ для ГИС из Интернет - источников

2.3. Методика получения данных c GPS и ГЛОНАСС устройств для ГИС

2.4. Методика получение данных из фондов и применение стандартов OGC для обмена пространственными данными.

2.4.1. Применение международного стандарта OGS WMS

2.4.2. Применение международного стандарта OGS WFS

2.4.3. Применение международного стандарта OGC WCS.

2.4.4. Получение данных из фондов.

2.5. Применение международных стандартов OGC для обмена и предоставления пространственной информацией.

2.6. Организация распределенного доступа к данным, их хранение и накопление........... 68

2.7. Публикация информации в закрытых сетях и сетях Интернет.

2.8. Формирование тайловой структуры пространственных данных

2.9. Автоматическое интеллектуальное обновление данных

2.10. Концептуально функциональная модель применения БПД.

3. Реализация и апробация на примере программного обеспечения обработки и создания пространственных данных ЗАО «КБ Панорама».

3.1. ГИС Карта 2011

3.2 ГИС Сервер

3.3 GIS WebServer

3.4 ImageryCreator

3.5 Сравнение аналогов и прототипов

Заключение

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АИС Автоматическая интелектуальная система АКС Автоматизированная кадастровая система АСК Автоматизированная система картографирования БД База данных БПД Банк пространственных данных ГИС Геоинформационная система ДЗЗ Дистанционное зондирование Земли ЗИС Земельная информационная система ИР Информационные ресурсы ИС Информационная система ИТ Информационная технология ООП Объектно-ориентированное программирование ПО Программное обеспечение САПР Система автоматизированного проектирования СКИ Система картографической информации СЭК Система электронных карт СЦК Система цифровых карт УС Управляющая система ЦК Цифровая карта ЦКИ Цифровая картографическая информация ЦКМ Цифровая картографическая модель ЦММ Цифровая модель местности ЦМР Цифровая матрица рельефа ЭК Электронная карта ЭП Электронный план

СПИСОК ОПРЕДЕЛЕНИЙ

Адаптивность – способность приспособления системы к внешним условиям.

Адаптивный алгоритм — алгоритм, который пытается выдать лучшие результаты путём постоянной подстройки под входные данные.

База данных - совокупность данных представленная в объективной форме и систематизированная таким образом, чтобы они могли быть найдены с помощью ЭВМ.

Банк пространственных данных - это совокупность специальным образом организованных данных (баз данных), программных, технических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и использования данных.

Геоинформационная система - специализированная информационная система, предназначенная для работы на интегрированной основе с геопространственными и различными по содержанию семантическими данными и выполняющая ввод, хранение, обработку и вывод геопространственной информации по запросам пользователей [73].





Инкрементный доход (Incremental Revenue) - добавочный доход - в сумме либо во времени в результате выбора альтернативного образа действий.

Инкрементное планирование (Incremental Budgeting) - планирование методом приращений - Процесс формирования бюджета на основе показателей прошлых бюджетов, которые корректируются на суммы положительных или отрицательных приращений.

Инкрементальное копирование информации - копирование информации путем добавления только изменений к хранимому файлу.

Инкрементальное обновление хранилища - Обновление хранилища с дочерних хранилищ на основе консолидации метаописания центрального сервера с метаописаниями дочерних хранилищ.

Инкрементальное обновление репозитария - обновление репозитария на основе обновелия его метаописания путем инкрементальногог один или более раз в сутки сбора метаописаний дочерних репозитариев.

Инкрементный поиск. В режиме инкрементного поиска после ввода очередного символа автоматически осуществляется установка на первую запись, удовлетворяющую текущему тексту поиска. Эта процедура имеет место в большинстве Интернет ресурсов.

Инкрементальное обновление многомерной базы данных (incremental update) - самый быстрый вариант, который подгружает в куб БД только новые данные, появившиеся в реляционной базе с момента последней полной обработки или обновления.

В программировании инкрементом (инкрементированием) называется увеличение на единицу. Запись - к := к + 1 - называется инкрементом и, соответственно – к := к – 1 – декрементом.

Инкрементальным [Кристофидес, 1978] называется такой граф G ( ) ( X, A ), в

–  –  –

Инкрементальные пропускные способности графа состоят в возможности наращивания интенсивности потока при сохранении структуры графа.

Инкрементная компиляция - компиляция, которая позволяет вместо компиляция целых модулей перекомпилировать только отдельные описания и операторы, то есть перекомпиляции большинства клиентов можно избежать.

Инкрементное построение модели (в ООП с помощью графической нотации UML) построение модели пошаговым образом - сначала создать схему диаграмму, потом добавить семантику в спецификацию модели, а потом на ее основе создавать технологическую схему.

Потом рабочую. Потом реализацию.

Интеллектуальный агент программа, которая в фоновом режиме ждет наступления определенного события и выполняет действия при его наступлении.

Информационные ресурсы – совокупность, данных, массивов информации, информационных моделей, документов, интеллектуального капитала, информационных объектов, которые способствуют или служат основой производства материальных или информационных продуктов или накоплению знаний и увеличению интеллектуального капитала.

Представление пространственных данных способ цифрового описания пространственных объектов, тип структуры пространственных данных.

Пространственные данные - цифровые данные о пространственных объектах, включающие сведения об их местоположении и свойствах, пространственных и непространственных атрибутах.

Пространственный объект цифровое представление объекта реальности, содержащее его местоуказание и набор свойств, характеристик, атрибутов или сам этот объект.

Ресурсность модели заключается в возможности, на основе накопления информации (опыта), качественного изменения свойств модели.

Система электронных карт – совокупность электронных карт, объединенная общим замыслом, упорядоченная и согласованная по масштабам, системам координат, проекциям, содержанию и условным знакам, создаваемая по единым требованиям.

Система цифровых карт – совокупность цифровых карт, объединенная общим замыслом, упорядоченная и согласованная по масштабам, системам координат, проекциям и содержанию, создаваемая по единым требованиям.

Сокет - название программного интерфейса для обеспечения обмена данными между процессами. Процессы при таком обмене могут исполняться как на одной ЭВМ, так и на различных ЭВМ, связанных между собой сетью. Сокет — абстрактный объект, представляющий конечную точку соединения.

Трехмерная модель местности – наглядная и измеримая модель местности, построенная на экране средствами отображения информации в трехмерной системе координат в соответствии с заданными условиями наблюдения.

Цифровая карта - цифровая картографическая модель, содержание которой соответствует содержанию карты определенного вида и масштаба.

Цифровая картографическая информация – картографическая информация, представленная в цифровом виде.

Цифровая картографическая модель – логико-математическое представление в цифровой форме объектов картографирования и отношений между ними.

Цифровая модель местности - цифровая картографическая модель, содержащая данные об объектах местности и ее характеристиках.

Цифровая модель рельефа - цифровая модель местности, содержащая информацию о ее рельефе.

Электронный атлас - система электронных карт, созданных по единой программе как целостное произведение с единой библиотекой условных знаков.

Электронная карта - цифровая картографическая модель; визуализированная или подготовленная к визуализации на экране средствами отображения информации в специальной системе условных знаков, содержание которой соответствует содержанию карты определенного вида и масштаба.

Введение Актуальность темы исследования: в настоящее время для оперативной обработки пространственной информации необходимы электронные карты большого объёма. Такие карты могут занимать терабайты информации в банке пространственных данных. Они могут содержать различную информацию в зависимости от сферы применения, например административные данные (информацию об участке, его владельце, даты постановки на учёт и др.), логистические данные (время оперативного выезда до точки, оптимальные маршруты с учетом текущей ситуации и др.), среднюю занятость и другую информацию необходимую для принятия решений или оценки текущей ситуации.

Эффективное решение задач невозможно без постоянного обновления получаемой информации и осуществления мониторинга возможного только при наличии развитого банка пространственных данных на территорию Российской Федерации.

Обновление и поддержание достоверных данных, своевременное выявление изменений в состоянии, оценки, предупреждение и устранение последствий негативных процессов должны быть основными целями мониторинга не осуществимыми без банка пространственных данных (БПД), использование которого требует новых и современных методов обработки, получения, анализа и интерпретации пространственной информации.

Необходима четкая структурированность информации для создания БПД различных уровней потребления и применения. Необходимо применение различных методов мониторинга разнообразных показателей с использованием геоинформационных технологий, применением геоинформационных систем (ГИС), электронных карт, данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), ГЛОНАСС/GPS и наземных обследований, наблюдений. Важным фактором при создании и использовании БПД является обмен, передача и доступность уже имеющейся и накопленной информации полученной из различных источников в течении многих лет.

Так как такие электронные карты занимают большие объемы информации, то для их формирования могут потребоваться месяцы работы. Например, для формирования карты России масштаба 1:200 000, общим объёмом файлов 595.7 МБ потребовалось три недели работы четырёх компьютеров. Формирование растров выполнялось для электронных карт содержащих 1 миллион 686 тысяч объектов на 86 листах, с размерами растров в несжатом виде не более чем 130.7 ГБ. К основной карте было добавлено 46 матриц высот общим объёмом 199.35 ГБ и общим количеством файлов около 17 миллионов. Для удобства использования полученных данных они представляются в виде тайлов и публикуются на геопорталах и геосервисах в локальных сетях и сетях Интернет.

Информация на таких картах постоянно изменяется и добавляется, поэтому остро встаёт вопрос об оперативном обновление таких карт. В тоже время классические ГИС, такие как ArcGIS и MapInfo не в состоянии решить эту задачу из-за невозможности решить проблему хранения карт большого объема, так как они ориентированы на хранение данных в виде базы данных. Они не способны вести банк пространственных данных, так как в них по другому организовано хранение информации. Уже для размеров векторных данных около 1 ГБ отображение информации в этих системах может занять десятки минут, что неприемлемо для оперативного просмотра таких карт.

В основе БПД должна лежать наиболее простая и удобная в использовании детализирующая сущность, способная объединить самые разнообразные сведения об объектах управления, их пространственном описании. Векторное представление данных способно связать воедино исчерпывающую информацию о земельном участке, площадных характеристиках, атрибутивной информации, то есть всю информацию необходимую для осуществления мониторинга земель. Таким образом, совокупность этих интегрирующих сущностей и должна лечь в основу оптимальной модели единого информационного банка, основанном на пространственном описании данных, доступ к которому осуществляется с помощью геоинформационных технологий.

В данной работе проведены исследования, посвященные основным методам доступа к БПД для осуществления мониторинга, обмена и обновления пространственной информацией. Эти исследования позволят по-новому решать задачи в области геоинформатики, мониторинга, региональном управлении, создании инфраструктуры пространственных данных, для решения задач экономического управления, транспорта, государственного управления.

Цель исследования разработка принципов, геоинформационных методов и геоинформационных технологий Объект исследования — геоинформационные инфраструктуры, методы и технологии хранения и использования геоинформации на основе распределенных баз данных и знаний Предметом исследования является банк пространственных данных

Основные задачи

исследования:

1. Унификация информационного обеспечения пространственных данных, необходимого для осуществления мониторинга.

2. Разработка метода сбора, хранения, передачи и обработки геоинформации.

3. Разработка метода получения пространственных данных, используемых в геопорталах для осуществления мониторинга.

4. Разработка метода обмена и обработки пространственными данными для ГИС на основе современных геоинформационных стандартов.

5. Разработка метода обновления электронных карт большого объёма.

6. Разработка системного подхода для осуществления мониторинга.

Для достижения поставленной цели и решения определенного выше круга задач применялись: системный анализ, дескриптивный анализ. коррелятивный анализ, казуальный анализ, вычислительные эксперименты, методы теории баз данных.

В процессе работы были проанализированы и использованы труды следующих авторов: Цветкова В.Я., Верещаки Т.В., Берлянта А.М., Малинникова В.А., Ямбаева Х.К., Майорова С.А., Савиных В.П. и других, международные стандарты обмена пространственными данными, а также технические руководства по различным ГИСпродуктам фирмы ЗАО КБ «Панорама», «ESTI MAP», «DATA+».

Научная новизна. В диссертационной работе автором получены следующие новые результаты:

1. С использованием инкрементального подхода к формированию БПД разработана методика получения пространственных данных из геопорталов. Для данной методики усовершенствованы и разработаны формулы.

2. Автоматическая интеллектуальная система формирования и обновления пространственных данных. Введены понятия: виртуальная матрица обновления тайлового пространства, матрица состояния системы. Разработаны формулы для функционирования системы.

3. Концептуально - функциональная модель применения БПД с использованием автоматической интеллектуальной системы.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Методика формирования пространственных данных, полученных из геопорталов для осуществления мониторинга.

2. Методика обмена и отображения пространственных данных между БПД.

3. Автоматическая интеллектуальная система формирования и обновления электронных карт большого объёма.

4. Концептуально - функциональная модель функционирования и применения БПД для осуществления мониторинга.

Обоснованность и достоверность теоретических выводов и практических рекомендаций определяются корректностью логических и математических выкладок, объективностью теоретических основ и теоретических предпосылок, лежащих в основе экспериментальной верификации теоретических положений, использованием методов компьютерного моделирования, положительным опытом применения апробированных методов на практике.

Кроме того, выдвинутые в диссертации положения подтверждаются успешностью их применения для реализации программного обеспечения «ГИС Карта 2011», «ГИС Сервер», «GIS WebServer», «ImageryCreator», «ImageryService».

Практическая значимость.

Результаты, полученные в ходе исследования, могут применяться при формировании БПД, использоваться при мониторинге, хранении и обновлении данных. Обеспечивая более высокий уровень автоматизации, предложенный подход ведет к существенному упрощению формирования БПД, обменом и публикацией пространственной информацией, осуществлением мониторинга и, соответственно, к уменьшению временных и стоимостных затрат. При этом подход имеет достаточную степень общности, что позволяет использовать его во множестве прикладных областей самой различной направленности. Например, в сельском хозяйстве, в земельном кадастре, в геодезии и других областях.

Результаты данной работы можно использовать в качестве основы при создании банков и баз данных управления недвижимостью и природопользованием. При мониторингах разных типов, при проектирования. Инженерных изысканиях, при строительстве и при муниципальном управлении.

Внедрение результатов работы.

Результаты работы использовались при создании и улучшении программного обеспечения «ГИС Карта 2011», «ГИС Сервер», «GIS WebServer», «GIS WebFeatureService», «GIS WebCoverageService», «ImageryCreator», «ImageryService».

1. Информационное обеспечение пространственных данных

1.1. Обзор ГИС Для оперативной обработки и анализа большого объёма пространственной и атрибутивной информации, находящейся в банке пространственных данных (БПД), нужно использовать современное оборудование и специальное программное обеспечение, учитывающее как пространственную привязку, так и специальные сведения об объектах. [28] Основу такого БПД должны составлять электронные карты, растровые и матричные данные. А программное обеспечение должно обеспечивать выполнение следующих функций:

сбор пространственных данных, их обработку и получение пространственного описания объектов учета;

сбор атрибутивных сведений об объектах учёта и их обработку для помещения в банк данных;

накопление атрибутивных сведений с привязкой к времени их регистрации – история объектов учета;

В качестве программного обеспечения, удовлетворяющего всем вышеперечисленным функциям возможно использовать ГИС различного назначения [35]. Они должны сочетать в себе аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий учет данных и информационноаналитическую поддержку для принятия решения. В основе такой системы должна лежать электронная карта, информационная база, и иные атрибутивные сведений об объектах.

Загрузка...

Сведения о координатах для формирования пространственных объектов можно получить из различных источников сканированные изображения планов [85]:

внутрихозяйственного обустройства, аэрофотосъемка, данные дистанционного зондирования земли, измерения местности геодезическими приборами и аппаратурой спутникового позиционирования, данными лазерного сканирования. Подготовку пространственных данных об объектах можно выполнить с различной точностью [43].

Среди ПО ГИС отвечающим вышеперечисленным требованиям можно выделить следующие наиболее современные: ПО компании "Панорама" - ГИС «Карта-2011», ГИС «Панорама-АГРО», ПО компаний MapInfo, ArcGIS.

ГИС должна обеспечивать технологию векторизации объектов местности на основе распространенных Интернет ресурсов: Google, Космоснимки, DigitalGlobe, LandSat, Yandex карты. Данные WEB-ресурсы обеспечивают покрытие всей территории Российской Федерации и имеют встроенные средства для оперативной векторизации границ объектов с разрешением до 0.5м на пиксель изображения [62]. Этого разрешения достаточно для принятия выполнения операций классификации данных, оцифровки границ и принятия управленческих решений. Пример карты с оцифровкой данных из Google представлен на рисунке 1. Для обработки сканированных изображений планов внутрихозяйственного обустройства или цифровых ортофотопланов [87] необходима функция загрузки растров из форматов графических файлов (BMP, JPEG, JPEG200, TIFF, GeoTIFF, MrSID и пр.)[49].

Рис. 1 Пример карты с оцифровкой данных из Google Планы внутрихозяйственного обустройства чаще всего составлены в условной или местной системе координат. Для преобразования изображений планов в условной системе координат проводится трансформирование растров по набору опорных точек, при этом в качестве опорных точек выбираются контуры местности, четко читаемые как на схеме в условной системе координат, так и на карте в государственной системе координат [24]. На основании загруженных растровых данных необходимо провести оцифровку контуров с помощью функций редактирования карты [86].

Для получения боле точных значений координат объектов применяют геодезические измерения местности. ГИС Карта 2011 позволяет обрабатывать информацию об обследованиях различными способами [141]. Данные, считываемые с геодезических приборов представляют собой файл с описанием всех съемочных точек. Файлы с результатами изысканий обрабатываются блоком программ «Геодезические вычисления»

[143]. Набор функций позволяет рассчитывать и уравнивать теодолитные, тахеометрические и нивелирные ходы, решать прямые (метод полярных координат и линейных засечек) и обратные геодезические задачи, уравнивать сети полигонометрии по методу узловых точек [88], формировать отчетные ведомости по результатам расчетов и уравниваний. В итоге на электронную карту наносятся объекты и пикетные точки с отметками рельефа.

Для эффективного планирования и построения трёхмерных моделей местности кроме сведений об объектах на электронных картах необходимо учитывать информацию о рельефе местности [38]. В качестве исходной информации используются точки с измеренными значениями высоты [145]. По набору точек автоматически строятся изолинии рельефа, используя методику триангуляции Делоне и интерполяции значений высот. Рельеф может быть получен и другим способом – полуавтоматической векторизацией горизонталей по сканированному изображению топографических карт [64].

Для дальнейших расчетов рельеф, представленный горизонталями и отметками высот необходимо преобразовать в матричный формат [61]. Наглядное представления форм рельефа местности обеспечивается с помощью формирования трехмерной модели на рисунке 2.

Рис. 2 Построение трёхмерной модели местности Например, в сельском хозяйстве, по этим данным специалисты выносят решения о том, где лучше посадить ту или иную культуру, какие поля будут находиться на теневой стороне склона, где будут скапливаться сточные воды или существует их недостаток и т.д [40]. Определение этих важнейших характеристик местности выполняется средствами матричных расчетов и преобразований [140]. По матрице высот рельефа строятся матрицы уклонов местности и экспозиций склонов, формируются водосборные бассейны и зоны аккумуляции сточных вод [41].

Получить иные атрибутивные сведения о пространственном объекте можно за счёт фондов, то есть тех документов, которые уже имеются у компании. Например, в ГИС «Панорама-АГРО» для ввода данных в ручном режиме предназначены специальные формы ввода данных, а для загрузки данных в цифровом виде существуют механизм импорта данных из различных источников [146]. Накопление атрибутивных сведений производится с привязкой к году урожая, что обеспечивает автоматизированное ведение истории паспортов полей на рисунке 3.

Рис. 3 Ведение истории паспортов полей с гепространственной привязкой ГИС «Панорама-АГРО» обеспечивает ввод и накопление сведений о севооборотах, характеристиках гранулометрического состава пашни, агрохимическом составе почв, фитосанитарном состоянии полей, урожайности и пр. [42]. Актуализация сведений о землях сельскохозяйственного назначения выполняется в процессе мониторинга полей [46].

Методика основывается на применении приборов спутникового позиционирования для определения координат точек измерения показателей мониторинга. Значения показателей могут определятся визуально или при помощи специальных измерительных средств [47].

Наиболее оптимальным портативным навигатором для эксплуатации в полевых условиях является Garmin GPSMAP 60Sx [62].

Результаты измерений и лабораторного анализа наносятся на карту, при этом каждая точка хранит информацию о координатах, высоте и показателях мониторинга. Далее по точкам строятся матрицы распределения характеристик по анализируемой местности [44], выполняются расчеты усредненных значений для рабочих участков и объектов учета.

Развитие БПД является одним из важных направлений, развивающихся в текущее время.

Исследование, развитие и апробация данных систем необходима по ряду причин, основанных на принятии экономических, территориальных навигационных и статистических решений [45]. Знание полноты и точности всей необходимой информации поднимет структуру и использование пространственных данных предприятиями на новый уровень [25].

Практическая эксплуатация «ГИС Карта 2011» и «Панорама АГРО» в хозяйствах Белгородской области, Краснодарского и Ставропольского крев, показала высокую эффективность комплексного применения спутникового геодезического оборудования и программных средств обработки данных, полученных в результате инженерных изысканий.

Исследование современного опыта создания БПД и собственные исследования автора привели к выводу о том, что для построения и использования ГИС необходимо информационное обеспечение, полученное из различных источников:

Данные ДЗЗ Цифровые аэрофотоснимки Данные GPS/ГЛОННАС приборов Данные, полученные из фондов (цифровые карты, измерения, планы внутрихозяйственного обустройства) Данные, полученные из ГИС Результаты измерительных геодезических приборов Материалы лазерного сканирования Исследования отечественных и зарубежных литературных источников показали, что обновление БПД на территорию Российской Федерации сложный процесс, требующий систематизации данных. Для осуществление обновления БПД необходимо решение различных задач, зависящих от степени детализации данных, области их применения и конечного результата. Для систематизации и обобщения этих задач необходимо деление всей системы учета на следующие уровни:

Государственный уровень Региональный уровень Муниципальный уровень Уровень предприятия/холдинга

–  –  –

Федеральный уровень (масштаб 1:2 500 000 и/или 1:1 000 000) :

топографическая основа схема административно-территориального деления цифровая модель рельефа (разрешение 500 м) тематические схемы растровые данные.

данные ДЗЗ

–  –  –

топографическая основа схема административно-территориального деления цифровая модель рельефа (разрешение 100 м) тематические схемы растровые данные.

данные ДЗЗ

–  –  –

Сложившаяся в настоящее время система обеспечения федеральных органов исполнительной власти, органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации и органов местного самоуправления оперативной информацией об объектах управления, землях опирается на данные государственной статистической отчетности [82]. При этом данные представляются в систему сбора статистической информации непосредственно предприятиями и поэтому во многих случаях не являются достоверными и не отражают реальное состояние БПД, что подтверждается разнородностью информации полученной из БПД [48, 98].

Во многих регионах Российской Федерации отсутствие актуальной картографической основы не позволяет решать поставленные задачи мониторинга. Имеющиеся в большинстве субъектов Российской Федерации топографические карты относятся к середине 80-х — началу 90-х годов прошлого века. Темпы работ по централизованному обновлению карт существенно снизились, при этом за последние годы состояние этих карт существенно изменилось, особенно в интенсивно развивающихся регионах [83].

Эффективным инструментом решения части поставленных задач является создание единого информационного банка пространтсвенных данных на всю территорию Российской Федерации, разделенного на соответствующие уровни, в совокупности с системой дистанционного мониторинга земель, совмещенной с наземными обследованиями таких земель [89].

Для обеспечения функционирования мониторинга необходимо внедрение новых средств и технологий, систем наблюдения, сбора и обработки информации, в том числе на основе данных дистанционного зондирования Земли как наиболее объективных и оперативных в применении [99], что позволяет одновременно вести наблюдение за использованием земли, а также, например, давать прогнозы развития культур и величины потенциального урожая [45].

В настоящее время дистанционный мониторинг (в первую очередь спутниковый) позволяет получать объективную информацию по всей территории [147]. Время обновления данной информации составляет от нескольких дней до 1 года (в зависимости от множества факторов, в том числе от ее пространственного разрешения). Необходимы лишь средства для обобщения, хранения, прогнозирования и выдачи полученной информации [50].

Проводимая оценка динамики использования и состояния земель на основе сравнительного анализа разновременных картографических материалов, данных дистанционного зондирования Земли и наземных обследований с целью выявления сценариев развития процессов и прогноза ситуации базируется на использовании современных геоинформационных технологий [90,91].

На основании результатов проведенных обследований министерствами Российской Федерации сформирована постоянно обновляемая многоуровневая база данных (район — субъект Российской Федерации — федеральный округ — Российская Федерация), содержащая данные за последние 10 лет [137]. Ведутся работы по векторизации электронных карт в различных регионах. На основе данных дистанционного зондирования Земли в этих округах на территории 60 субъектов Российской Федерации осуществляется мониторинг данных [30].

Так например, Федеральная служба государственной регистрации, кадастра и картографии организует:

работы по созданию, внедрению, сопровождению и ведению автоматизированной системы Единого государственного реестра прав на недвижимое имущество и сделок с ним, автоматизированной системы государственного кадастрового учета объектов недвижимого имущества, а также информационно-коммуникационной системы, необходимой для функционирования данных автоматизированных систем;

создание и обновление государственных топографических карт и планов в графической, цифровой, фотографической и иных формах, точность и содержание которых обеспечивают решение общегосударственных, оборонных, научно-исследовательских и иных задач;

дистанционное зондирование Земли в целях обеспечения геодезической и картографической деятельности.

Федеральная служба государственной регистрации, кадастра и картографии также осуществляет ведение государственного фонда данных, полученных в результате проведения землеустройства, государственный мониторинг земель в Российской Федерации (за исключением земель сельскохозяйственного назначения), официальный статистический учет наличия и распределения земель в границах территориальных образований и ежегодно готовит государственный (национальный) доклад о состоянии и использовании земель в Российской Федерации [101,102].

В настоящее время Федеральное космическое агентство обеспечивает поставку данных только высокого и среднего пространственного разрешения, получаемых с космических аппаратов дистанционного зондирования Земли «Ресурс-ДК» и «Метеор-М».

Однако существующие российские и зарубежные спутниковые группировки не в полной мере обладают функциональными возможностями, необходимыми для решения стоящих задач по мониторингу пространственных данных [144]. Федеральная космическая программа России на 2006—2015 годы в настоящее время не предусматривает создания узкоспециализированных спутников дистанционного зондирования Земли, обладающих необходимой функциональностью, в частности обеспечивающих регулярное покрытие с высокой периодичностью всех земель, подлежащих мониторингу [84].

Решение поставленных задач государственного мониторинга требует полного набора данных дистанционного зондирования Земли различного пространственного разрешения.

Поэтому Государственной программой в рамках создания системы государственного информационного обеспечения предусмотрено дальнейшее развитие системы дистанционного мониторинга данных с учетом перехода на отечественное оборудование дистанционного зондирования Земли [130]. В связи с этим Федеральное космическое агентство при участии организаций Российской академии наук ведут работы по созданию специализированной системы спутникового дистанционного зондирования Земли (рабочее название «Космос-СХ»), которая позволит осуществлять регулярное покрытие с высокой периодичностью всех сельскохозяйственных земель и получать информацию об их состоянии [96].

Например, министерство сельского хозяйства Российской Федерации осуществляет финансирование работ по созданию специализированных приборов и аппаратов в рамках мероприятий, предусмотренных Государственной программой, а Федеральное космическое агентство в рамках заключенного соглашения обеспечивает запуск аппаратов и их эксплуатацию (управление) [77].

Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды осуществляет сбор и формирование пространственно распределенных агрометеорологических данных и пространственно распределенных характеристик биоклиматического потенциала пространственных данных с учетом изменения климата [123, 124].

Однако работы, проводимые по государственному мониторингу, в основном носят разрозненный, ведомственный характер [19]. Отсутствует межведомственная координация и организация этих работ.

В то же время имеется положительный опыт межведомственного взаимодействия, который доказал эффективность согласованных совместных действий при проведении работ.

Так, данные дистанционного зондирования Земли не позволяют сегодня получить исчерпывающую информацию без наличия наземных измерений, которые должны использоваться для калибровки алгоритмов обработки спутниковых данных [31]. Учитывая это, необходимо проведение наземных наблюдений, осуществление географической привязки полученных данных и формирование соответствующих государственных информационных ресурсов по данным наземных наблюдений [120].

Информация, предоставляемая на основе государственных информационных ресурсов, должна быть доступна федеральным органам исполнительной власти, органам исполнительной власти субъектов Российской Федерации, органам местного самоуправления, товаропроизводителям, а также иным заинтересованным физическим и юридическим лицам [129].

1.3. Обзор основных современных средств и методов картографирования и получения информации Динамичное развитие производства требует внедрения высокоэффективных систем, современных технологий сбора и обработки информации, необходимой для решения многочисленных производственных и управленческих задач. Такие системы должны опираться на развитый БПД [93], доступ к которому осуществляется за счет современных ГИС. Более чем 10-летний зарубежный опыт убедительно подтверждает, что съемки из космоса, аэрофотоснимки, данные с GPS устройств, измерительные приборы, лазерное сканирование, фонды, данные других ГИС [94, 95], не только дают возможность улучшить качество данных, повышая точность, однородность, объективность и частоту наблюдений, но и позволяют существенно усовершенствовать методы оперативного контроля за данными, как в глобальном, так и локальном масштабе[73]. Для этого необходима электронная карта, которая включает различные векторные, матричные и растровые слои [74].

Электронная карта дает возможность вести строгий учет и контроль всех операций, поскольку опирается на точные знания: площадей объектов, протяженности дорог, атрибутивной информации об объектах и др. На основании карты проводится полный анализ условий [78], влияющих на производственные показатели на данном конкретном объекте или на отдельных локальных участках, размер которых определяет пользователь (например, 100х100 м или 10х10 м). Карты составляют основу для получения структуры данных и служат для оптимизации производства[97] с целью получения максимальной прибыли, а также рационального использования всех участвующих в производстве ресурсов [75].

1.3.1. Фонды

Управление производством на различных уровнях требует наличия объективной и регулярно обновляемой информации. Например, для инвестиций в агропромышленный комплекс необходимо проведение инвентаризации сельхозугодий. Здесь при существующей в стране традиционной системе получения данных о состоянии пространственных данных возникают практически непреодолимые (без применения технологий ДЗЗ) сложности.

Для проведения учета, инвентаризации и классификации данных необходимо наличие специальных крупномасштабных планов и карт. В СССР и России крупномасштабная съемка никогда системно в общегосударственном масштабе не проводилась. Имеющиеся в наличии разнородные планы, схемы внутрихозяйственных обустройств и карты по районам и хозяйствам безнадежно устарели, так как создавались в советские времена. Кроме того, они зачастую примитивны по содержанию (показаны только границы) [117], не обладают единой координатной привязкой, топооснова их искажена (из-за существовавших в те времени инструкций по соблюдению секретности) [118].

Происходившие в стране в начале 1990-х гг. перестроечные процессы существенно затронули аграрный сектор. Многие земли были выведены из оборота и брошены. За прошедшие с тех пор годы часть этих земель пришла, практически, в негодность с точки зрения возможности сельскохозяйственного использования (например, заросла лесом) [119].

Естественно, что эти явления никакого отражения на старых планах и картах не имеют, поэтому пользуясь ими, предполагаемый инвестор даже приблизительно не может подсчитать необходимые площади [92].

Важным источником материала служат карты и планы, созданные до 90х годов центром ВИСХАГИ. Трудно представить на современном этапе развития землеустройства и государственного кадастрового учёта отдел, где не используются планы масштабов 1:10000 и 1:25000 производства ВИСХАГИ (если, конечно, речь не идёт о городах) [127]. Без них невозможно создание проектов перераспределения земель и внутрихозяйственного землеустройства.

Это зачастую единственный материал, в котором установлены черты населённых пунктов, границы лесов, садовых товариществ и отводов дорог [106,107]. При создании и внедрении автоматизированных систем учёта возникла необходимость в картографическом материале как плановой основы для принятия решений и контроля при государственном кадастровом учёте, только ранее созданные ВИСХАГИ планы, смогли заполнить этот пробел [128]. Для большинства в России, это единственная (в полном смысле этого слова), рабочая дежурно-кадастровая карта, причём используется и востребована она как в электронном, так и в бумажном виде [108,109].

Тем не менее использование фондов при создании и учете электронных карт позволит существенно сократить временные и стоимостные затраты.

1.3.2. Данные ДЗЗ Методы ДЗЗ широко используются в агропромышленном комплексе многих стран мира (США, Канада, страны Евросоюза, Индия, Япония и др.). К наиболее известным примерам действующих систем мониторинга можно отнести проект MARS (The Monitoring of Agriculture with Remote Sensing [16]; разработка Объединенного исследовательского центра Еврокомиссии по мониторингу сельскохозяйственных земель), который позволяет определять площади посевов и урожайность сельскохозяйственных культур, начиная с уровня государств и регионов и вплоть до отдельных ферм [27]. Результаты расчетов используются для налогового контроля за производителями продукции, выработки гибкой системы цен и квот, планирования экспортно-импортных операций и других мероприятий.

Аналогичная система используется Минсельхозом США [76].

В России разрабатывается национальная Космическая система дистанционного зондирования Земли для мониторинга за пространственными данными.

Из вышесказанного следует, что важнейшей задачей, которую необходимо, в первую очередь, решать с помощью данных ДЗЗ в некоторых секторах экономики России является инвентаризация данных и создание специальных тематических карт. Большинство данных ДЗЗ, например сельхозугодья, брошенные, засоренные, зарастающие (в т. ч. и лесной растительностью) земли хорошо дешифрируются по текстуре изображения. В наличии имеется большой массив архивных снимков, который может оказать существенную помощь.

Если, взять, например, снимки Landsat 90-х гг. и провести их сравнение с современными, то несложно выявить земли, пришедшие в негодность и которые невозможно вернуть в оборот без громадных финансовых вложений.

1.3.3. GPS/ГЛОНАСС

Специалисты, работающие в области природных ресурсов, такие как, геологи, географы, лесники и биологи использую GPS картографические системы для записи GPS положений и дополнительной информации об объектах. Например, лесники в качестве дополнительной информации могут регистрировать возраст, состояние, количество и тип леса. Они могут также проводить съёмку территорий подлежащих вырубке или посадке.

Биологи имеют возможность регистрировать ареалы расселения диких животных, маршруты их миграций, численность популяций и другую информацию.

GPS помогает при сборе данных о типах почв, которые в комбинации с трёхмерными моделями территорий позволяют выделить отдельные слои и аспекты для предсказания областей, требующих специального управления. Кроме того, GPS можно использовать для картографирования местоположения колодцев и других источников воды; записи размеров озёр и их состояния; регистрации ареалов распространения рыбы и диких животных;

изменений береговой линии, полевых угодий и климатических зон [125].

GPS картографические системы помогают описывать особенности участков находящихся в интенсивном применении [11]. Можно точно связать такие характеристики как микроклимат, тип почвы, участки урожая, повреждённые насекомыми или болезнями, объём собираемой продукции и т. п. с их местоположением [116].

Положение трактора или самолёта может быть использовано совместно с данными о типе почвы для выполнения более экономного расхода удобрений или химических распылителей. Это напрямую снижает стоимость затрат на удобрения и уменьшает загрязнение природных водных источников этими веществами.

Технология GPS оказывает агрономам существенную помощь в создании баз данных, после анализа которых можно оценить эффект влияния различных методик проведения сельскохозяйственных работ на сбор выращенной продукции.

Точная навигация до минимума сокращает пропуски и перекрытия [126] при смежных проходах агрегатов, что, в конечном счете, приводит к экономии посевного материала, удобрений, химикатов и ГСМ [12]. Поскольку система устраняет потребность в сигнальщиках, сокращаются расходы на дополнительный персонал. Операции выполняются быстрее. Немаловажно, что система дает возможность работать в условиях плохой видимости в том числе, в темное время суток [114]. Более того, система является ресурсосберегающей технологией: за счет уменьшения полос перекрытий до минимума снижается перерасход удобрений и средств защиты растений (СЗР) [115]. За счет точной навигации не «размывается» первоначальная технологическая колея: система запоминает траекторию движения и дает механизатору возможность точно попасть в ту же колею при повторной обработке поля [110].

Навигация, оптимальна при обработке поля СЗР, которую желательно проводить ночью, когда нет ветра, высокой инсоляции и испарений, а температуры окружающей среды ниже дневных [38]. Основное преимущество применения систем параллельного вождения при опрыскивании – сокращение до минимума огрехов [111], неизбежно возникающих при этой операции, особенно если она производится широкозахватной техникой и в условиях плохой видимости. Например: при обработке гербицидами, такие огрехи могут негативно отразиться на урожайности не только необработанных участков, но и всего поля. При вождении обычным способом, механизатор, чтобы избежать пропусков, старается проходить соседние ряды с перекрытием, что значительно усугубляет фитотоксичность препаратов. В конечном счете, перекрытия составляют, по разным оценкам, от 5 до 15% площади [113].

Применение GPS-навигации снижает взаимное перекрытие рядов до 1-3% [104].

1.3.3. Получение, обновление и обмен пространственными данными.

На различных уровнях управления и использования пространственных данных участвует ряд разнообразных служб, ведомств и предприятий [80]. Эти организации должны оперировать единым банком пространственных данных, преследуя разные цели. Вместе с тем, службы и ведомства, задействованные в управлении и мониторинге [20], имеют разную ведомственную подчиненность: муниципальную, региональную, федеральную, уровень предприятия [79].

Эти обстоятельства порождают типичную для России проблему – межведомственную разобщенность и стремления к информационной дезинтеграции[81]. В результате чего каждая муниципальная служба стремится вести свой банк данных об объектах. Такое положение вещей снижает эффективность управления в целом [103,105].

Исходя из объективных потребностей различных образований необходимо сформулировать единый базовый подход к решению актуальных задач на различных уровнях управления [33]. В его основе должна лежать необходимость создания единого интегрированного банка пространственных данных (БПД), который обладает рядом свойств [34].

Во-первых, БПД должен обеспечить единую структурированную схему хранения данных, а также обеспечить исключение дублирования данных.

Во-вторых, необходимо обеспечить единый подход к занесению новых пространственных данных и обновлению уже имеющихся в БПД [133].

В-третьих, информация, содержащаяся в БПД должна быть доступна всем заинтересованным службам и ведомствам, предприятиям, а также гражданам и организациям в рамках имеющихся у них полномочий [131,132].

В-четвертых, на основании информации, содержащейся в БПД должно осуществляться информационное взаимодействие между различными уровнями государственного, муниципального, регионального управления.

В-пятых, БПД должен обеспечивать возможность создания внутриведомственных информационных систем, упорядочивающих деятельность в каждой конкретной структуре [112].

В-шестых, БПД должен легко интегрироваться по вертикали, т.е. в рамках БПД данные должны передаваться вышестоящим и нижестоящим органам, ведомствам, организациям [36].

В основе БПД должна лежать наиболее простая и удобная в использовании детализирующая сущность, способная объединить самые разнообразные сведения об объектах управления, их пространственном описании – объект электронной карты.

Векторное представление данных способно связать воедино исчерпывающую информацию о земельном участке, площадных характеристиках, атрибутивной информации, то есть всю информацию необходимую для осуществления мониторинга. Таким образом, совокупность этих интегрирующих сущностей и должна лечь в основу оптимальной модели единого информационного банка, основанном на пространственном описании данных, доступ к которому осуществляется с помощью геоинформационных технологий [66].



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
Похожие работы:

«Конорев Максим Эдуардович ВИРТУАЛЬНЫЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ АРХИВ КАК СРЕДСТВО ИНФОРМАТИЗАЦИИ ИСТОРИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ПОДГОТОВКЕ БАКАЛАВРОВ В ВУЗЕ 13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания (информатизация образования) Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Научный руководитель: доктор педагогических...»

«Егоров Алексей Юрьевич ФОРМИРОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ РЫНКА ОРГАНИЧЕСКОЙ АГРОПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ (НА ПРИМЕРЕ ЦФО) Специальность 08.00.05 Экономика и управление народным хозяйством (экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами – АПК и сельское хозяйство) ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата экономических наук...»

«УДК 316.32 АБДУЛЛАЕВ Ильхом Заирович «ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ОБЩЕСТВЕННО-ПОЛИТИЧЕСКОЙ ЖИЗНИ В УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛИЗАЦИИ РАЗВИТИЯ» Специальность – 23.00.04 – Политические проблемы мировых систем и глобального развития Диссертация на соискание ученой степени доктора политических наук Ташкент – 2007 ОГЛАВЛЕНИЕ с. 3 – 15 ВВЕДЕНИЕ Глава 1. Понятийно-категориальные основы теории информационного...»

«Шереужев Мурат Альбертович Совершенствование товародвижения на рынке подсолнечного масла Специальность: 08.00.05. – Экономика и управление народным хозяйством (экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами: АПК и сельское хозяйство) Диссертация на соискание ученой степени кандидата экономических...»









 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.