Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Другое / Конспекты / Лекции по землеустроительному проектированию
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Другое

Лекции по землеустроительному проектированию

библиотека
материалов

Лекция № 1 (2 часа)

Тема: Общие сведения о проектировании

План лекции:

  1. Основные понятия.

  2. История развития автоматизированного проектирования.

  3. Три группы программ автоматизированного проектирования.


1. Предварительно остановимся на рассмотрении ряда понятий.

СИСТЕМА - целостное образование, состоящее из взаимосвязанных (взаимодействующих) компонент, (элементов, частей) и обладающее свойствами, не сводимыми к свойствам этих компонент и не выводимыми из них.

В приведенном определении зафиксировано основное свойство системы - ее целостность, единство, достигаемое через посредство определенных взаимосвязей (взаимодействий) элементов системы и проявляющееся в возникновении новых свойств, которыми элементы системы не обладают. Данное определение включает наиболее характерные особенности концепции системы.

Вместе с тем необходимо представлять, что реальные системы существуют в пространстве и во времени и следовательно, взаимодействуют с окружающей их средой и характеризуются теми или иными переменными во времени величинами.

Важным шагом на пути от вербального к формальному определению системы является определение понятия модели системы.

МОДЕЛЬ - (некоторой исходной системы) система, в которой отражаются по определенным законам те или иные стороны исходной системы.

Среди различных способов моделирования важнейшее место занимает моделирование с помощью средств математики - математическое моделирование.

Формальное определение системы по существу сводится к определению соответствующей математической модели.

В основу построения математических моделей систем может быть положено следующее определение системы:

СИСТЕМА - определяется заданием некоторой совокупности базисных множеств (элементов, компонент системы), связанных между собой рядом отношений, удовлетворяющих тем или иным правилам (аксиомам) сочетания как элементов множеств, так и самих отношений.

В простейших случаях это определение описывает систему как одно или несколько взаимосвязанных отношений, заданных на одном или нескольких множествах. В то же время данное определение допускает возможность нескольких вариантов таких представлений для одной и той же системы, а также использование их композиции. Последнее имеет место в случае необходимости многоаспектного моделирования системы.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ - комплекс работ по исследованию, расчетам и конструированию нового объекта (изделия) или нового процесса.

В основе проектирования лежит первичное описание - техническое задание.

Мировой опыт создания и практического применения информационных технологий, основанных на использовании современной компьютерной техники, показывает, что они базируются на различного рода автоматизированных системах.

Проектирование называют АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ, если осуществляется преобразование первичного описания при взаимодействии человека с ЭВМ, и автоматическим, если все преобразования выполняются без вмешательства человека только с использованием ЭВМ.

СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ - организационно-техническая система, представляющая собой подразделения проектной организации и комплекс средств автоматизированного проектирования.

Автоматизация приводит к существенному изменению методов проектирования.

Вместе с тем, сохраняются многие положения и принципы традиционного проектирования, такие как:

  • необходимость блочно-иерархического подхода,

  • деление процесса проектирования на этапы,

  • деление на уровни представления об объектах.


2. Как известно, традиционное проектирование ориентировано, главным образом, на ручной счет, который не позволяет использовать современные методы вычислений, необходимые при реализации большинства проектных процедур. В этом случае преимущественно используются методы экспертных оценок качества проектных решений, которые базируются на инженерном опыте и интуиции.
Системы автоматизированного проектирования резко повышают производительность труда, качество и научную обоснованность управленческих решений во многих сферах народного хозяйства.
При использовании САЗПР достигается значительный прямой эффект в области непосредственного проектирования и косвенный эффект в сфере использования более качественных проектных разработок.
Автоматизация землеустроительного проектирования обеспечит выполнение с высоким качеством возрастающего объема проектно-конструкторских работ в сжатые сроки с помощью ограниченных трудовых и материальных ресурсов.

Сущность автоматизации обработки землеустроительной информации заключается в активном применении компьютерной технологии работ при обработке материалов землеустройства в цифровом виде.

Существующая математическая постановка большинства землеустроительных проектных процедур неочевидна, а алгоритмическая реализация этих процедур часто бывает неудовлетворительна. Поэтому по-прежнему актуальными являются работы по развитию таких разделов теории автоматизированного проектирования в землеустройстве, как формализация задач, выбор и разработка математических моделей, методов и алгоритмов выполнения проектных процедур.

Любая САПР, в том числе и система автоматизации землеустроительного проектирования, должна строиться, во-первых, на основе специальных приемов разделения процессов проектирования на ряд иерархических уровней и аспектов, во-вторых, на основе сохранения за человеком тех функций, которые не могут быть выполнены формальными методами с приемлемыми затратами времени и средств.

В результате процесс автоматизированного проектирования сводится к необходимости решения конечной последовательности задач приемлемой сложности в режиме взаимодействия человека и ЭВМ.

Автоматизация землеустроительного проектирования - основной способ повышения производительности труда инженерно-технических работников, занятых проектированием.

Свое начало система автоматизированного землеустроительного проектирования получила с момента применения экономико-математических методов и ЭВМ в землеустройстве, который относится к концу 60-х годов. Длительное время эти вопросы в научном и методическом плане развивали профессора Е.Г. Ларченко, И.Ф. Полунин, М. В. Андриишин, В. В. Артеменко, А. А. Варламов, С.Н. Волков, В. Я. Заплетин, В.А. Кудрявцев, А.В. Купчиненко, М.Д. Спектор, М.А. Сулин, доценты, кандидаты экономических наук В.В. Вершинин, Н.Г. Конокотин, Н.И. Кресникова, В.К. Мизюрин, В.П. Подтележников, И.М. Стативка, Л. С. Твердовская, Е.М. Чепурин, а также А.Н..Безгинов, Г.П. Березенко, С.Г. Мирошниченко, Т.В. Папаскири, В.В. Бугаевская, Е.Е. Прохорова и другие ученые.

Однако, до настоящего времени, комплексная, системная проработка вопросов создания и использования системы автоматизированного землеустроительного проектирования отсутствует.

Выполнением проектных работ по землеустройству заняты десятки проектных организаций. При этом землеустроительное проектирование охватывает широкий комплекс проектных работ, затрагивающих не только организацию рационального использования земельных ресурсов, но и в значительной мере развитие и размещение производительных сил, формирование земельных отношений, вопросы организации и технологии производства, создания социальной инфраструктуры, экологические проблемы землепользования.

Решение этих сложных и важных вопросов связано с необходимостью оперирования обширной и разнородной информацией о количестве и качестве земли, ее специфических свойствах, пространственных условиях территории, об экономике затрагиваемых землеустройством хозяйств и технологии ведения производства во всех отраслях сельского хозяйства, с использованием многочисленного планово-картографического материала и огромной нормативной базы.

Вместе с тем, землеустройство должно быть тесно взаимосвязано и взаимосогласовано и с теми прогнозами, плановыми и программными документами, которые затрагивают перспективы развития землевладений и землепользовании и определяют методы и средства государственного регулирования земельных отношений и реализацию аграрной политики.


3. Автоматизированная система обработки землеустроительной информации включает в себя наличие программного комплекса по обработке материалов полевых измерений, средства автоматизированного ввода данных (из памяти электронных геодезических приборов), средства ввода графической информации (дигитайзер, сканер), программы для обработки графики и автоматизированного черчения, устройства вывода графической и текстовой информации (принтер, плоттер).

Автоматизированные системы обработки землеустроительной информации позволяют эффективно решать комплекс задач по регулированию земельно-имущественных отношений. Автоматизированная система (АС) позволяет производить учёт землепользователей, выдавать правоустанавливающие документы с графическим приложением, вести электронную карту территориального образования, рассчитывать и отслеживать поступление земельных платежей, регистрировать права на недвижимость (земли, здания, помещения) с выдачей утвержденных правительством листов регистрации, формировать справки для налоговой и статотчётность.

В состав автоматизированной системы также входят средства оцифровки топографо-геодезических работ и оцифровки картографических материалов, что обеспечивает получение и исправление цифровых описаний земельных участков для их последующей загрузки в базу данных системы.

Система ввода - это программный блок, отвечающий за получение данных, источниками которых могут являться разнообразные электронные устройства, такие как дигитайзер (цифрователь), на котором осуществляется цифрование карт, сканер, считывающий изображение в виде растровой картинки, электронные теодолиты и другие геодезические приборы .
Информация также может быть введена вручную с клавиатуры или получена импортированием из другой компьютерной системы. Ее источниками также могут быть аэрофотоснимки и космические снимки, обрабатываемые на специализированных рабочих станциях.

Разновидности программ автоматизированного проектирования.

Автоматизированные системы земельного кадастра устанавливаются в соответствующих земельных комитетах и выполняют следующие функции:

- сбор, накопление и обновление координатной и семантической информации по отдельным субъектам землепользования.

- автоматизированную подготовку документов на право пользования (владения) землей и регистрацию выданных документов.

- ведение электронной земельно-кадастровой книги.

- подготовку данных статистической отчетности.

Программа AutoCAD представляет собой мощнейшую аналитическую, вычислительную и графическую оболочку, которая может быть направлена на решение картографических, геодезических, и также множества инженерных пространственных задач практически любого уровня сложности. Программа сочетает в себе функции векторного графического редактора, текстового редактора, СУБД, среды программирования, электронной таблицы и многих других приложений. Главной функцией программы AutoCAD является графическое моделирование, причем оно может осуществляться как аналитически, так и мануальным способом (вручную). Широта возможностей AutoCAD простирается вплоть до развитой системы трехмерного моделирования, и позволяет решать любые практические задачи при землеустройстве.

Принцип работы программы: плановая или пространственная модель определяется по координатам в установленном масштабе, сохраняется в отдельном слое в векторном виде.

Слой представляет собой тематически обоснованное изображение территории (объекта) (Н: слой участков, слой надписей).

Каждая территория может иметь несколько слоев, рассмотрение и анализ которых может производиться как в любом порядке наложения, так и отдельно.

Возможности редактирования и моделирования настолько велики, что описать их все не представляется возможным в данном проекте. Перечислю некоторые из них, которые могут быть очень полезны в землеустройстве:

- вычисление координат точек, полученных с помощью любого вида съемок, решение прямой и обратной задачи, вычисление площадей - все эти функции встроены, вычисляются автоматически без дополнительного программирования. Также сочетаются возможности графического и текстового редактора (изменение масштаба, поворот, перемещение, копирование и т.д.), причем все операции могут быть исполнены по аналитическим данным с большой точностью. Важным также является печать материалов в действительном масштабе, т. е. без искажения координат, длин линий и площадей объектов.

Map Info Professional – это развитая система настольной картографии, позволяющая решать сложные задачи географического анализа, такие как создание районов, связь с удаленными базами данных, включение графических объектов и другие приложения, создание тематических карт, выявление тенденций и закономерностей в ваших данных и многое другое.

CREDO_DAT применяется для автоматизации камеральной обработки инженерно-геодезических данных при создании опорных геодезических сетей, инженерных изысканиях, разведке и добыче полезных ископаемых, геодезическом обеспечении строительства и землеустройстве.

1.Области применения: линейные и площадные инженерные изыскания объектов промышленного, гражданского и транспортного строительства; геодезическое обеспечение строительства; маркшейдерское обеспечение работ при добыче и транспортировке нефти и газа; подготовка информации для кадастровых систем (наземные методы сбора); геодезическое обеспечение геофизических методов разведки; маркшейдерское обеспечение добычи полезных ископаемых открытым способом; создание и реконструкция городских, межевых, фрагментов государственных опорных сетей.


Маркше́йдер (нем. Markscheider) — горный инженер или техник, специалист по пространственно-геометрическим измерениям в недрах земли и на соответствующих участках ее поверхности с последующим изображением на планах, картах и разрезах при горных и геолого-разведочных работах[1].


Контрольные вопросы

  1. Что называется системой?

  2. В чем отличие автоматического проектирования от автоматизированного?

  3. Расскажите об истории развития автоматизированных систем.

  4. Какие три группы программ автоматизированного проектирования выделяют в современных условиях?

Литература

1. Волков С.Н. Землеустройство. Том 6. Автоматизированные системы проектирования в землеустройстве. – М., 2002.

2. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. – Петрозаводск, 1995.

3. Королев Ю.К. Общая геоинформатика. – М., 1998.



Лекция № 2 (2 часа)

Тема: Предмет и задачи дисциплины

План лекции:

  1. Проблемы автоматизации землеустроительного проектирования.

  2. Использование систем автоматизированного землеустроительного проектирования.

  3. Роль, место и функции систем автоматизированного землеустроительного проектирования.


1. Землеустроительное проектирование — важнейшая стадия землеустроительного процесса. Основная его цель заключается в наведении порядка в использовании земли, в обеспечении предоставления и изъятия земель и в организации их рационального использования и охраны. Это достигается в процессе проведения следующих видов землеустроительных работ:

предпроектные расчеты в схемах землеустройства районов;

составление проектов межхозяйственного и внутрихозяйственного землеустройства;

разработка рабочих проектов по осуществлению землеустроительных мероприятий;

перенесение проектов в натуру и авторский надзор за их освоением.

Переход к многообразным формам землевладения, землепользования и хозяйствования, повсеместное перераспределение земель, реорганизация сельскохозяйственных предприятий, широкое использование правового и экономического механизмов регулирования земельных отношений привели к значительному увеличению объемов землеустроительных работ, резкому повышению информационной составляющей землеустройства и объективной необходимости ее качественного совершенствования.

Значительно увеличились объемы проектно-изыскательских работ по землеустройству, прежде всего по составлению проектов образования новых и упорядочения существующих хозяйств, отводов земель сельскохозяйственным предприятиям, гражданам, для нужд промышленности, транспорта, природоохранных и рекреационных целей. Землеустроительная служба страны при использовании традиционных методов и средств уже не может обеспечить возросших потребностей по управлению земельными ресурсами, регулированию землепользования и землеустройства.

Данные потребности вызывают, с одной стороны, необходимость резкого сокращения времени от момента получения планово-картографической, земельно-кадастровой и нормативно-справочной информации, ее обработки и использования при проектировании до момента отвода земель в натуре и выдачи землеустроительных документов, удостоверяющих право землевладения и землепользования. С другой стороны, существенно возрастают требования к качеству землеустроительных работ, к поиску оптимальных решений по организации рационального использования и охране земель.

Решение поставленных задач связано с обработкой большого числа количественных, качественных, ценовых и правовых данных, отслеживанием и анализом их динамики, ведением земельного мониторинга, моделированием экономических, экологических и прочих ситуаций. Для этих целей применяются самые разнообразные методы: экономико-математического моделирования, сетевого планирования, математического программирования, теории игр, теории графов, методы выбора оптимальной стратегии и др. Их использование требует глубокого изучения землеустроительных проблем, организации на научной основе исходной и нормативной информации, нетрадиционного подхода к постановке задач землеустройства.

Как показывает практика, добиться роста производительности труда и повысить качество проектно-изыскательских работ в землеустройстве вполне возможно на основе новых информационных технологий, организации землеустроительных работ с использованием компьютерной техники и современного программного обеспечения. Эти технологии позволяют в отличие от традиционных методов, базирующихся на интуиции и опыте проектировщика и экспертных оценках, получать комплексное решение задач планирования, учета, анализа и проектирования на качественно новом уровне. Они позволяют сократить сроки выполнения проектных работ, значительно повысить качество проектов и облегчить труд разработчиков, освободить их от рутинной полумеханической работы, позволяя им концентрировать усилия на творческой составляющей проектирования.

Кроме того, современная компьютерная техника способствует не только более качественному решению технико-экономических задач, но позволяет свободно использовать экономико-математические методы и модели в процессе прогнозирования, планирования и проектирования мероприятий по организации эффективного использования и комплексной охраны земельных ресурсов.

Эти методы (распределительный, симплексный, имитационный), реализованные на компьютерах и включенные в соответствующие технологии проектирования, ориентированы на устранение субъективизма при установлении состава и объемов работ, экономию рабочего времени и проведение многовариантных расчетов.


2. Применение средств автоматизации и компьютерных технологий, использование разнообразных программных продуктов стало сегодня нормой в научных исследованиях и производстве.

Первичным элементом данной системы является автоматизированное рабочее место (АРМ) проектировщика-землеустроителя. Таким образом, в состав САЗПР входят:

комплекс технических средств на базе ПЭВМ;

комплекс методов проектирования и программных продуктов, объединенных в технологии решения конкретных проектных задач;

банк данных (БД), включающий информацию для разработки проектов и типизированную (унифицированную) систему выходной информации (документации);

система организации и последовательности выполнения проектных работ.

Основная цель САЗПР заключается в решении вопросов организации рационального использования и охраны земель на качественно более высоком уровне, с применением таких технологий получения, обработки и оптимизации информации, которые позволяют повысить оперативность, улучшить качество и снизить трудоемкость принимаемых решений за счет автоматизации процессов проектирования.

Объектом автоматизации являются процессы землеустроительного проектирования, сбора, накопления и обработки данных, обоснования проектных решений, формирования проектной документации.

САЗПР предназначена для обеспечения научной организации труда в проектно-изыскательских организациях по землеустройству, для непосредственной автоматизации предпроектных расчетов, составления проектов межхозяйственного, внутрихозяйственного землеустройства и рабочих проектов, а также для осуществления авторского надзора и контроля за освоением проектов, анализа возможных последствий принимаемых решений.

На этапе разработки и практического создания САЗПР важно не допускать чрезмерной расплывчатости системы, ухода ее в смежные сферы, не имеющие прямых связей с рациональным использованием земель, то есть подмены объекта проектирования. В то же время представляет опасность неоправданное сужение ее функций, что может привести к неполному учету природных и экономических условий и факторов производства, а в конечном итоге — к ошибочным решениям. Поэтому важно правильно установить систему взаимоотношений и показателей, характеризующих взаимосвязи в звене земля— производство— расселение — экология, а также учесть все связи САЗПР со смежными или функционально связанными автоматизированными системами более высокого порядка.

Как известно, проекты землеустройства представляют собой совокупность текстовых и графических документов, регламентирующих постоянно изменяющийся процесс территориальной организации производства, рационального использования и охраны земель. Поэтому землеустроительное проектирование является не одноразовым или периодическим действием, а непрерывным процессом разработки, совершенствования и осуществления проектов. Следовательно, САЗПР должна разрабатываться как постоянно действующая и развивающаяся автоматизированная система, неразрывно связанная с общей системой государственного регулирования процесса организации землевладения и землепользования.

Процесс землеустроительного проектирования очень сложен, здесь приходится учитывать большое число альтернативных решений, а также количественных и качественных (не поддающихся количественной оценке) взаимосвязей. Поэтому САЗПР изначально должна строиться по типу человеко-машинных систем. Неформализуемая часть процесса подготовки информации и принятия решений должна осуществляться непосредственно квалифицированными специалистами, а формализуемая (сбор, накопление, хранение, обновление и передача информации, расчетные операции) — компьютерными программами с использованием соответствующих технических средств.


3. Разработка проектов землеустройства — лишь одна из функций землеустроительной службы, к которым также относятся:

ведение государственного земельного кадастра, мониторинга и оценки земель как информационной основы для принятия решения по управлению земельными ресурсами;

получение и обновление планово-картографического материала, проведение специальных обследований и изысканий для нужд землеустройства и земельного кадастра;

проведение топографо-геодезических работ для нужд землеустройства и земельного кадастра;

планирование и прогнозирование использования земель;

разработка и осуществление государственных (региональных) программ по использованию и охране земель;

организация рационального использования и охраны земель на основе проектов землеустройства;

реализация функций правового и экономического механизмов регулирования земельных отношений;

осуществление государственного контроля за использованием и охраной земель.

Вполне очевидно, что эффективность работы землеустроительной службы страны и создаваемых в ее рамках автоматизированных систем будет тем выше, чем теснее они будут интегрированы для решения перечисленных выше задач.

Общая логика развития экономической реформы предполагает отказ от централизованного планирования производства и общественной жизни. Тем не менее и в новых условиях сохраняется потребность в изучении и прогнозировании социально-экономических процессов и явлений, а также в разработке на этой основе комплексных программ по достижению тех или иных общегосударственных целевых установок. В полной мере это относится к изучению земельных ресурсов, земельному кадастру, планированию, регулированию землепользования и землеустройства.

В связи с возникновением большого числа новых земельных собственников и пользователей существенное значение приобретает такая функция землеустроительной службы, как ведение государственного земельного кадастра, прежде всего осуществление регистрации землевладельцев и землепользователей, а также обеспечение их доброкачественным планово-картографическим материалом.

Ввиду резкого ухудшения экологической обстановки необходим также жесткий контроль за состоянием и использованием земель.

В новых условиях значительно возрастает роль правового и экономического механизмов регулирования земельных отношений. Поэтому перед землеустроительной службой страны возникает новая по содержанию функция разработки конкретных предложений по использованию экономических рычагов и стимулов (нормативов платы за землю, системы цен, налогов, льгот), оценки последствий их внедрения.

В связи с изменением экономической ситуации принципиальным образом должно перестраиваться и землеустройство. Эти изменения связаны не только с расширением объемов и повышением требований к межхозяйственному землеустройству (в связи с массовой реорганизацией землевладений и землепользовании), но и с самой направленностью внутрихозяйственного землеустройства.

В новых условиях проекты внутрихозяйственного землеустройства из инструмента приспособления земли под здания государственного заказа, из «придатка плана» должны трансформироваться в инструмент рационализации землевладения и землепользования и приобрести значительно большее экологическое, природоохранное и ресурсосберегающее значение, а их реализация в этой части должна получить прямую связь с экономическими рычагами и стимулами в рамках правового и экономического механизмов регулирования земельных отношений.

Существенное расширение функций землеустроительной службы требует создания различных автоматизированных систем, взаимосвязанных между собой (по горизонтали), имеющих многоуровневую структуру (по вертикали) и открытых не только для внутренних пользователей, но и для внешних стандартных и нестандартных запросов.

К их числу относятся автоматизированные системы:

получения и обработки топографо-геодезической и аэрофотогеодезической информации (АСОТГИ);

обработки картографических данных (АСОКД);

земельного кадастра (АСЗК);

плановых землеустроительных расчетов (АСПЗР);

землеустроительного проектирования (САЗПР).

Данное деление в какой-то мере является условным, так как некоторые системы (например, АСОКД) могут входить в качестве подсистем в другие структуры (например, АСЗК). Однако их основное функциональное назначение, показанное на рис. 1, делает их достаточно автономными. В частности, АСОТГИ предназначена для получения сведений аэрофотогеодезическими и наземными методами с использованием электронных тахеометров, спутниковых систем, дигитайзеров, сканеров, традиционных методов и средств. На ее базе в результате получения метрической и семантической информации об объектах создается банк топографо-геодезических данных.

hello_html_m5d5636b1.jpg

Система обработки картографических данных (АСОКД) используется для цифрового преобразования картофотографических материалов и создания цифровых моделей местности (ЦММ), использования созданных или имеющихся в других системах ЦММ для составления карт, их тиражирования и графического редактирования.

АСЗК аккумулирует сведения по количественным и качественным характеристикам земельных участков и предназначена для ведения учета земель, регистрации землевладений и землепользовании, проведения бонитировки почв, оценки земель, контроля за использованием земель и информационного обслуживания государственных органов в целях применения методов правового регулирования земельных отношений, экономических рычагов и стимулов.

АСПЗР предназначена для решения задач прогнозирования и планирования использования и охраны земель, разработки целевых государственных и региональных программ в области землевладения и землепользования, внедрения экономического механизма регулирования земельных отношений, обеспечения информацией стандартных и нестандартных запросов.

Что касается САЗПР, то это основная система решения землеустроительных задач; она используется при проведении работ по межхозяйственному и внутрихозяйственному землеустройству, рабочему проектированию, авторскому надзору за осуществлением проектов.

Анализ информационно-логических связей между перечисленными подсистемами, а также содержания землеустроительных работ в условиях нового хозяйственного механизма позволяет построить объектно-функциональную модель суперсистемы «Управление земельными ресурсами России» и определить место САЗПР в ее структуре (рис. 2).

hello_html_13b67d8c.jpg

Учитывая современный характер организации проектно-изыскательных работ по землеустройству и их перспективы, создание САЗПР целесообразно осуществить в системе «РосНИИЗемпроект», в том числе на областном (краевом) уровне — в соответствующих проектных институтах (филиалах).


Контрольные вопросы

  1. Каковы причины внедрения средств автоматизации в практику землеустройства?

  2. В чем преимущество современных компьютерных технологий перед традиционными методами, применяемыми в практике землеустройства?

  3. В чем заключается актуальность создания САЗПР?

  4. Что такое САЗПР?

  5. Что является объектом автоматизации в землеустройстве?

  6. Для каких целей предназначена САЗПР?

  1. Какие производственные задачи в области землеустройства позволит решить внедрение САЗПР?

  2. Каковы роль и место автоматизированной системы проектирования в землеустройстве?

  3. Перечислите основные функции землеустроительной службы страны.

  1. Определите место САЗПР в общей объектно-функциональной структуре АСУ земельными ресурсами страны.

  2. Каковы функции САЗПР?

Литература

1. Волков С.Н. Землеустройство. Том 6. Автоматизированные системы проектирования в землеустройстве. – М., 2002.

2. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. – Петрозаводск, 1995.

3. Королев Ю.К. Общая геоинформатика. – М., 1998.


Лекция № 3 (4 часа)

Тема: Программное обеспечение систем автоматизации землеустроительных работ.

План лекции:

  1. Общие понятия

  2. .Роль географических информационных систем в автоматизированном проектировании.

  3. Земельно-информационные системы их использование в землеустройстве.


1. Программным продуктом принято называть функционально законченный программный комплекс, поставляемый в качестве промышленного изделия. Как показывает анализ современного состояния рынка таких продуктов, пригодных для использования в САЗПР, они существенно различаются по назначению, мощности, сервисным функциям, надежности, заложенными в них концептуальными решениями.

Программные продукты (ПП), которые могут применяться при решении задач землеустройства, условно можно разделить на использующие различные инструментальные пакеты и не использующие таковых. В зависимости от функциональных возможностей, а также полноты их реализации все продукты, относящиеся к первой группе, можно разделить на несколько уровней.

Первый уровень составляют программные продукты, основным назначением которых является создание систем автоматизированного проектирования. Наиболее распространенными являются AutoCAD фирмы Autodesk, CAD + GEO, Credo.

В последних версиях AutoCAD многие проблемы сняты, однако необходимо учитывать, что этот пакет предназначен главным образом для решения задач САПР, а не является базовым инструментальным средством для формирования автоматизированной технологии землеустройства. Вместе с тем он может быть успешно использован как один из элементов системы, включенный в общую технологическую схему землеустроительных работ.

Ко второму уровню можно отнести программные средства, которые помимо основной функции САПР имеют дополнительные возможности, например, для решения отдельных картографо-землеустроительных задач и создания относительно несложных геоинформационных систем. Продукты данного уровня включают в состав своей среды систему управления базами данных (СУБД) и обеспечивают установление взаимосвязей между графическими образами и их семантическими описаниями.

На третьем уровне располагаются программные продукты, которые предоставляют развернутые средства для создания полномасштабных геоинформационных систем, обладают необходимым встроенным математическим аппаратом для многофункциональной обработки изображений и установления жестких взаимосвязей между информацией из семантических и графических баз данных.

Достаточно широко распространенным средством для создания геоинформационных систем, решения задач автоматизированного картографирования и землеустроительного проектирования является Arc/Info — программный продукт, разработанный в американском Институте исследований систем окружающей среды (ESRI).

Серия интегрированных модулей, составляющих Arc/Info, обеспечивает цифрование карт, обмен данными в различных форматах, работу с реляционной базой данных, наложение карт, их показ на экране, топологическое структурирование данных, создание таблиц сопряженных характеристик, формирование разного рода запросов, интерактивное графическое редактирование, поиск объектов по их адресам и анализ линейных сетей типа коммуникационных с решением оптимизационных задач, вывод карт в виде твердых копий, наличие модулей топологической обработки. К недостаткам системы относятся сравнительно невысокая скорость графической обработки и определенная закрытость для пользователя.

Интересным примером сочетания технологий САПР и ГИС является программный продукт ArcCAD, который можно рассматривать как систему AutoCAD, полностью интегрированную с Arc/Info и созданными в ее формате продуктами, что обеспечивает наличие таких функциональных возможностей, как редактирование растровых изображений, моделирование поверхностей, наложение полигонов, создание буферных зон и т. д.

К четвертому уровню относятся программные продукты, характеризующиеся наличием мощных средств как для создания геоинформационных систем (ГИС) и обработки картографического материала, так и для построения полностью автоматизированной технологической линии — от обработки исходного картографо-геодезического материала до подготовки составительного оригинала. К ним относятся продукты MGE фирмы Intergraph, современные комплексы фирм ESRI и ErdasArclnfo 8.0 и выше и Erdus Imaging.

Одним из наиболее известных и мощных программно-технических комплексов, предназначенных для работы с географической информацией и обработки картографического изображения, является линия MGE и программных средств обработки данных дистанционного зондирования (ДДЗ) фирмы Intergraph. Данная система обладает большим перечнем функций и возможностей для ввода, хранения, обработки, анализа, интерпретации и моделирования различной пространственно-локализованной и атрибутивной информации, представленной на всевозможных картах, космических и аэрофотоснимках и т. д.

В среде программных продуктов Intergraph можно построить свою пользовательскую систему высокой степени сложности, обеспечивающую различные прикладные функции для работы с графическим изображением, обработки и анализа картографического материала (включая топологический и логический анализ данных), ввода и хранения информации в базах данных, построения трехмерных моделей, включения в свои технологии готовых или разработанных пользователями модулей тематического моде­лирования, создания необходимых интерфейсов.

Приведенное деление программных продуктов по четырем уровням достаточно условно, и различными специалистами одной и той же системе может быть дана разная оценка. Главным является факт качественных различий между уровнями: программные средства первого уровня не имеют никаких специальных функций ГИС; второго уровня — имеют их минимальный набор; третьего — широкий набор, но с рядом ограничений по использованию (например, определенная закрытость системы); ПП четвертого уровня имеют полный набор специальных функций ГИС и являются наиболее мощным инструментальным средством для создания ГИС различной ориентации и построения автоматизированных технологических линий обработки информации.

Таким образом, программные средства первой группы не решают в полном объеме задачи землеустройства, а ПП второй группы, имея четко выраженную прикладную ориентацию, менее требовательны к аппаратуре и системному программному обеспечению, проще в освоении и использовании, чем пакеты третьей и четвертой групп. В большинстве случаев ПП данной группы разрабатывались для решения вполне конкретных задач с учетом специфики предметной области.

Анализ ПП второй группы также показывает, что, несмотря на их широкое применение в науке и производстве, способность автоматизировать отдельные задачи и этапы в землеустройстве, пока невозможно создать автоматизированную систему, которая обеспечивала бы комплексное и взаимоувязанное решение задач землеустройства, связанных между собой на информационно-содержательном уровне.

Подобная система должна быть ориентирована на интегрированную обработку многоаспектной графической информации о земле и неразрывно связанных с ней атрибутивных данных. В настоящее время САЗПР, отвечающая поставленным требованиям, в целостном виде еще не создана, но вместе с тем существуют различные по сложности и функциональному назначению системы .ипоматизированной обработки и интерпретации геодезических, картографических, почвенных, геоботанических, оценочных и прочих данных, необходимых для решения землеустроительных задач. Эти системы основаны на использовании определенных математических (экономико-математических, оптимизационных) моделей. Основу соответствующих программных комплексов (ПК), как правило, составляет библиотека программ, каждая из которых предназначена для выполнения конкретной функции, а множество взаимосвязанных по заданным правилам программ обеспечивает комплексное решение отдельной задачи. Подобные ПК создаются как с обратной связью, так и на основе применения жестко фиксированной схемы прохождения задачи.

При обработке и интерпретации информации, используемой при решении землеустроительных задач, до сих пор применяются лишь логико-математические процедуры, построенные на использовании детерминированных математических моделей преобразования данных и фиксированной логики, а это значит, что автоматизации подлежат только отдельные этапы обработки, анализа, интерпретации или моделирования данных, носящие чисто вычислительный характер. Вместе с тем необходимость в получении наиболее объективной информации в условиях ее дефицита и ограничений, присущих фиксированным алгоритмам, требует качественно других решений и программных средств.

Анализируя современные отечественные разработки, можно отметить следующие их характерные особенности:

большая часть отечественных программных продуктов нахо­дится в стадии постоянного совершенствования;

нередки случаи, когда осуществляется адаптация программных средств, разработанных для целей и задач, отличных от землеустройства; в подобных продуктах отсутствует ряд функций, необходимых при решении землеустроительных задач (например, вычисление площадей внемасштабных линейных и вкрапленных контуров, логическое наложение отдельных тематических слоев и формирование интегрированного слоя при работе с электронными картами);

программные средства должны обеспечивать вывод в соответствии с заданными формами выходных документов; с течением времени они могут изменяться, но поскольку при разработке ПП (например, в модуле генератора отчетов) это часто не учитывается, любые корректировки возможны только с помощью разработчика;

часть вводимой информации определяется существующими нормативными актами, классификаторами и т. д. Поэтому многие программные продукты для облегчения работы пользователя предлагают вводить такие данные с использованием системы справочников, которые нередко бывают жестко зашиты в тело программы, и тем самым все изменения (ввод новых данных, исключение и редактирование существующих) опять-таки возможны только при участии разработчика;

некоторые ПП являются узкоспециализированными (например, предназначенные для векторизации растра), и разработчики далеко не всегда указывают программные средства, в которых могут использоваться далее полученные результаты без необходимости проведения дополнительных разработок;

ряд программных продуктов имеет ограничения, которые связаны с принципиальными решениями разработчиков по форматам представления данных, с отказом от концепции многослойной организации информации и связанных с этим.

Таким образом, несмотря на большое количество уже используемых в землеустройстве программно-технических средств (реализованных как на базе использования различных инструментальных пакетов, ГИС-оболочек и т. д., так и без их участия), в настоящее время отсутствуют примеры создания комплексных автоматизированных систем, обеспечивающих взаимоувязанное решение многочисленных и разноплановых землеустроительных задач. На разных этапах обработки информации, как правило, используются ПП различного происхождения, что создает массу неудобств и удорожает систему. Исключение составляют редкие случаи, когда в качестве базового средства используются мощные инструментальные системы типа Arc/Info.

Разработка конкретного варианта САЗПР тесно связана с составом задач, которые предполагается решать с ее помощью. Требования и ограничения существующих автоматизированных технологий во многом диктуют выбор конфигурации программно-технических средств (инструментальных пакетов для обработки графических изображений, систем управления базами данных, интеллектуальных систем и т. д.). Каждое из таких средств является лишь одним из локальных элементов требуемой системы автоматизированного проектирования с ограниченными возможностями и специфическими особенностями используемых программных оболочек. Для обеспечения взаимодействия между всеми этими элементами приходится разрабатывать специальные механизмы, условия, интерфейсы взаимодействия одной задачи с другими, учитывать возможности дальнейшего увеличения функциональных возможностей и мощности создаваемого программного обеспечения.

Исходя из сказанного очевидно, что построение системы автоматизированного землеустроительного проектирования предполагает решение следующих задач:

разработка цели, определение объектов, структуры и функций САЗПР;

разработка концепции САЗПР как теоретической основы ее создания;

определение требований к проектированию элементов САЗПР, вытекающих из ее концептуальных положений;

уточнение состава, назначения, функциональных особенностей элементов САЗПР на основе теоретических положений и с учетом особенностей сельскохозяйственного производства;

формирование обобщенной блок-схемы САЗПР;

практическая реализация САЗПР в рамках действующей землеустроительной службы.


2. Создание автоматизированных систем в землеустройстве невозможно без широкого использования географических информационных систем (ГИС) — специализированных компьютерных систем, включающих набор технических средств, программного обеспечения и определенных процедур, предназначенных для сбора, хранения, обработки и воспроизведения большого объема графических и текстовых данных, имеющих пространственную привязку.

Основу ГИС составляют электронные карты (планы) местности, базирующиеся на цифровых моделях рельефа (ЦМР), характеризующих трехмерное расположение объектов в пространстве. Заметим, что пространственные данные используются во многих программных продуктах. Но только ГИС обладают широким спектром возможностей для обеспечения многообразных управленческих решений. В частности, они позволяют собирать новую информацию и обновлять уже имеющиеся данные, манипулировать накопленной информацией, производить пространственный и временной ее анализ, моделировать и размещать различные объекты в пространстве, а также выдавать полученные результаты как в компьютерном, так и в традицион­ном виде (в форме карт, таблиц, графиков).

Начало развития ГИС относится к концу 60-х годов, но только в 90-е годы эти системы получили самое широкое распространение, что было обусловлено стремительным развитием средств вычислительной техники и снижением ее стоимости, а также появлением мощных периферийных устройств ввода, вывода и обработки информации.

Типичные компоненты ГИС приведены на рис. 3.

hello_html_m5ff9a99e.jpg

Система ввода данных включает в себя программный блок, отвечающий за получение информации, и соответствующие технические средства: дигитайзеры (цифрователи); сканеры, считывающие изображение в виде растровой картинки; электронные геодезические приборы (тахеометры, теодолиты, нивелиры); внешние компьютерные системы; пользовательские средства ввода (клавиатура, мышь, сенсорные экраны).

Любая ГИС работает с двумя типами баз данных: графическими и атрибутивными (тематическими).

В графической базе данных хранится графическая, или метрическая, основа системы в цифровом виде — электронные карты. Атрибутивная база данных содержит определенную нагрузку карты и дополнительные сведения, которые относятся к пространственным данным, но не могут быть прямо нанесены на карту (описание территории или информация, содержащаяся в отчетах и спра­вочниках). Оба типа баз данных представляют собой компьютерные файлы особого формата, для работы с которыми применяются специальные программы - системы управления базами данных (СУБД). Они позволяют производить поиск, сортировку, добавление и исправление информации, содержащейся на машинных носителях.

Система визуализации данных предназначена для вывода на экран монитора карт, таблиц, схем и иных данных.

Система обработки и анализа позволяет соответствующим образом группировать информацию, производить ее оценку и анализировать массивы данных.

Система вывода предназначена для представления различных данных в удобной для потребителя форме. Технические средства этой системы включают плоттеры (графопостроители), принтеры, мультимедиапроекторы и другие устройства, с помощью которых можно изготовить текстовые и графические документы, а также наглядно продемонстрировать результаты проделанной работы.

Изначально ГИС были ориентированы на принятие управленческих решений, связанных с различными территориальными проблемами. Поэтому в странах Европейского союза, США, Канаде ими оснащались в первую очередь муниципальные власти. В основном решались задачи:

картирования местности;

учета недвижимости, составления реестров недвижимости (земельных участков, зданий, сооружений) и ее привязки к территории с определением местоположения;

перспективного и оперативного планирования развития городов и районов, отдельных территориальных комплексов на основе разработки генеральных планов использования и охраны земель;

изучения состояния природных ресурсов, экологического состояния территории и эколого-экономической оценки окружающей природной среды;

получения достоверной информации о местоположении и эксплуатации дорог, инженерных сетей, коммунального хозяйства, о природных запасах полезных ископаемых и т. д.;

размещения объектов производственной и социальной инфраструктуры, проведения текущего ремонта зданий и сооружений, разработки маршрутов и расписания движения общественного транспорта, налогообложения, планирования инвестиций, разработки планов эвакуации в чрезвычайных ситуациях;

контроля за состоянием муниципального хозяйства, осуществления мониторинга земель, контроля систем энерго-, тепло-, водоснабжения и т. п.

Таким образом, ГИС не только открывала доступ к данным административного характера (распределение собственности, сведения о налогах и сборах, наличии коммунальных сетей), но и позволяла сформировать единую систему пространственно согласованной информации.

Современные ГИС можно разделить на три группы.

В первую группу входят особо мощные системы открытого типа, предназначенные для сетевого использования и имеющие многочисленные приложения. Открытость системы обеспечивает пользователю возможность достаточно легкого ее приспособления для решения любых дополнительных задач, адаптацию к новым форматам данных, а также связь между различными приложениями. В этой группе особо выделяются ГИС фирмы Intergraph и система Arc/Info. Они включают блоки цифрования картографического материала в различных режимах, поддерживают большое количество внешних устройств, работают в многоканальном режиме, допускают настройку меню, обладают встроенными языками программирования различного уровня сложности, позволяют писать

пользовательские приложения на языках высокого уровня, таких, как Си++ и Pascal.

Вторую группу составляют также преимущественно открытые системы, ориентированные на крупномасштабные приложения чаще всего в области геодезии; на ее основе осуществляются различные измерения и вычисления, обеспечивающие пространственную привязку объектов к местности. Данные системы слабее в плане пользовательского интерфейса, возможностей ввода информации, но дешевле и эффективнее при решении конкретных задач.

В третью группу входят еще менее мощные ГИС настольного типа на базе обычных персональных компьютеров. Сетевая поддержка в них отсутствует или недостаточна, базы данных ограничены по объему и скорости операций. К ГИС этой группы относятся системы Maplnfo, WinGis, ArcView, AtlasGis, GeoGraдр. Они предназначены в основном для научных, учебных и справочно-информационных целей, а также для подготовки данных для более крупных ГИС.

Развитие систем автоматизированного земельного кадастра, разного рода съемок для учета и оценки земли и связанной с ней недвижимости, систем автоматизированного управления и автоматизированного картографирования (АК) привело к появлению специальных земельно-информационных систем (ЗИС, англ. LIS), которые находят самое широкое применение при проведении землеустроительных работ.

Организация использования пашни как основного продуктивного земельного угодья России должна строиться на эколого-ландшафтной основе, использовании данных мониторинга и кадастра земель. Решение этих вопросов в современных условиях возможно при помощи ЭММ и ЭВМ, применения технологий САПР, геоинформационных и экспертных систем. При этом резко возрастают значимость и объемы исходной и нормативной информации, что позволяет использовать новейшие компьютерные технологии.

В свете новых требований особенно актуально теоретическое и методическое обеспечение организации и устройства территории севооборотов с применением компьютерных технологий на базе графического землеустроительного проектирования.

Для землеустроительных исследований ГИС имеет значение как система сбора, передачи, хранения, анализа, отображения и вывода информации о территории. В частности, технологии САПР и ГИС позволяют накапливать и использовать пространственно скоординированную информацию, связанную с конкретной территорией для целей землеустроительного проектирования.

Необходимо отметить, что развитие сельского хозяйства выдвигает новые задачи в области организации использования земель. Так, в проектах землеустройства не решаются в полном объеме вопросы использования материалов внутрихозяйственной оценки пашни, отсутствует методика создания и использования информационного обеспечения для САПР в землеустройстве, недостаточно проработаны принципы и методы формирования землеустроительной САПР, не усовершенствованы методические основы выделения первичных территориальных участков на пашне, отсутствует методика определения структуры посевных площадей на основе внутрихозяйственной оценки земель с применением элементов САПР, нет методических положений по расчету экономической эффективности применения элементов САПР при организации использования пашни и устройстве ее территории.

Введение нового законодательства о земле, многообразие форм владения и пользования землей, реорганизация сельскохозяйственных предприятий требуют решения большого объема задач по организации территории. В связи с этим возросла потребность в совершенствовании теории и методов землеустройства в плане использования новых компьютерных технологий. Это одна из приоритетных задач землеустроительной науки и совершенствования технологии землеустроительных работ.

В наибольшей степени названным целям удовлетворяет концепция географической информационной системы, получившей название «Глобальная база данных о природных ресурсах Земли» (DRID).

Геоинформационные системы сочетают в себе хорошо отработанные технологии реляционных СУБД и компьютерную графику высокого класса в целях управления информацией, описывающей земную поверхность либо относящейся к ней. ГИС позволяют обрабатывать разнообразные типы данных об объектах либо характеристиках земной поверхности — координаты, формы, связки (пространственная информация), описательные сведения и цифры (непространственная информация). Все многообразие данных интегрируется в единую логичную модель. После этого интерактивные, базирующиеся на графике инструменты обеспечивают управление данными, их корректировку, создание запросов, анализ и вывод результатов, то есть все необходимое для ведения и понимания географической и связанной с ней информации.

Исходя из сказанного, можно дать следующее определение.

ГИС это аппаратно-программные комплексы, обеспечивающие сбор, хранение, обработку, отображение и распространение пространственно скоординированных данных и иных сведений, относящихся к конкретной территории, для эффективного использования при решении научных и практических задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой а также для познавательных целей в области образования.

В рамках программы ООН в области окружающей среды (UNEP) было принято решение о развитии метода, позволяющего свести все разрозненные экологические данные в единую скоординированную систему, внутри которой можно установить связи между различными ее компонентами, необходимыми для проведения всесторонней оценки окружающей среды и принятия научно обоснованных решений. Россия должна использовать опыт таких лидеров в названной области, как Канада, Норвегия, Великобритания, США и Швеция

Области применения ГИС очень широки — управление природными ресурсами, сельское хозяйство, ландшафтное планирование, системы информации о земле (кадастры), окружающая среда и землепользование, экология, анализ чрезвычайных ситуаций использование негородских территорий, статистика и моделирование, лесное хозяйство, бизнес, транспорт, индустрия туризма, городское планирование, геология, образование, здравоохранение и др.

Независимо от моделируемого типа пространственной информации или конечной прикладной задачи технология ГИС дает следующие преимущества:

единая интегрированная модель данных облегчает управление многообразной информацией и избавляет от лишней работы, что ведет к уменьшению числа ошибок и росту производительности труда;

возможность вводить запросы и проводить анализ по различным типам пространственных и непространственных данных для решения как простых, так и самых сложных задач, прогнозировать результаты, тестировать варианты (при использовании традиционных методов это не всегда экономически целесообразно).

Основные требования к ГИС обычно включают:

ввод картографической информации с помощью дигитайзера, сканера, цифровой фотокамеры, мыши, импорт файлов из других систем (в том числе с конвертацией формата данных), полуавтоматическая интерактивная векторизация растровых изображений;

управление картографическими и фактографическими базами данных (формирование их архитектуры, обеспечение связи между картографическими и иными объектами, обновление данных, поиск, отбор) поддержка различных типов векторных и растровых информационных слоев, слоев поверхностей и трехмерных объектов;

наличие внутрисистемного языка программирования, что позволяет пользователю создавать в рамках системы расчетные программы и другие пользовательские приложения, новые типы информационных слоев, обеспечивать прозрачный доступ к другим

базам данных и ГИС, изменять и дополнять пользовательский интерфейс системы;

интерактивное и пакетное преобразование систем координат и трансформация картографических проекций на эллипсоиде и шаре, коррекция изображений по опорным точкам;

проведение измерений (вычисление длин, площадей, периметров, характеристик формы объекта);

построение полигонов, удовлетворяющих определенным условиям удаленности, поиск ближайших полигонов-соседей;

осуществление операций над множествами картографических объектов (пересечение, объединение, исключение);

операции на графах (сетях): выбор оптимальных маршрутов и др.;

построение поверхностей на регулярной и нерегулярной сетях опорных точек и их анализ;

работа с картографическими данными в режиме виртуального присоединения, обеспечивающем возможность одновременной согласованной работы в едином координатном пространстве со множеством территорий (каждая из которых может иметь свое внутреннее координатное представление) без дублирования информации и нарушения целостности данных по каждой отдельной территории;

построение архитектур геореляционных баз данных с многократной вложенностью территорий друг в друга, что позволяет переходить от картографического объекта к новой территории, являющейся его крупномасштабным представлением;

цифровая фотограмметрия и синтез стереоизображений на PC (совмещение стереопары снимков с последующим созданием стереоизображения и устранением геометрических искажений, возникающих при первичной съемке; для конкретных фотограмметрических задач — создание в автоматическом режиме цифровых моделей рельефа в относительных или абсолютных системах координат и проведение линейных измерений; синтез на основе созданной цифровой модели трехмерных полутоновых изображений рельефа и линий уровня; визуализация на персональном компьютере ахроматических или цветных моно- и стереоизображений, используя для создания стереоэффекта анаглифический метод; масштабирование во всех режимах работы с моно- и стереоскопическими изображениями);

генерация отчетных форм, включая создание монохромных и цветных карт, зарамочного оформления, монтаж врезок других масштабов и окон, содержащих пояснительные тексты, графические элементы и т. п.;

вывод графической и текстовой информации на матричные, струйные, лазерные принтеры, плоттеры, в файлы, экспорт в другие системы (в том числе с конвертацией форматов данных).

Информация, которой оперируют геоинформационные системы, состоит из картографической основы и соответствующей ей базы данных. Графическая часть вводится в компьютер разными методами из разных источников. Для оцифровки карт или планов используют дигитайзерный ввод — «скалывание координат» каждого объекта карты. Это трудоемкий, кропотливый процесс, требующий аккуратности оператора, при котором возможны ошиб­ки. Тем не менее, известна технология автоматизации данного процесса: 1) сканирование картографической основы (в результа­те карта хранится в растровом виде, то есть в виде матрицы, где каждый элемент описывает одну точку); 2) оцифровка растра на экране.

В зависимости от уровня автоматизации программы, использу­ющие изображение на экране, делятся на векторизаторы и экранные редакторы. Векторизатор производит оцифровку автоматичес­ки. Экранный редактор позволяет заменить дигитайзер и доступен (по цене) для использования в землеустроительных организациях.

Все мощные ГИС (GeoDraw, Microstation, Map Edit, EasyTrace, Spotlight, Acrlnfo, Intergraph, Caddy и др.) включают специальные модели поддержки автоматизированного ввода. Однако это дорогостоящие системы, требующие высокопроизводительного оборудования, и поэтому многие пользователи приспосабливают для своих нужд другие программы (например, AutoCAD). Такой подход позволяет свести до минимума затраты на разработку систем автоматизированной оцифровки и приложений к ним.

Для целей землеустройства очень важно правильно сформулировать принципы формирования банка данных объекта землеустроительного проектирования и учесть в полной мере особенности используемой в нем информации, характер которой напрямую связан с природными и антропогенными условиями на данной территории.


3. Основное отличие земельно-информационных систем от ГИС заключается в следующем:

земельно-информационные системы содержат прежде всего сведения о земельных ресурсах и объектах недвижимости, прочно связанных с землей;

информация о земельных участках, содержащаяся в ЗИС, предполагает повышенные требования к точности измерений, ввода и вывода данных, что необходимо для геодезической привязки земель на местности и отражения их на планах (картах); другими словами, земельно-информационные системы являются более точными, чем ГИС;

в общую структуру земельно-информационной системы как специального вычислительного комплекса в качестве самостоятельных подсистем входят блоки автоматизированного картографирования, автоматизированного проектирования, управления базами данных, позволяющие не только строить в различном масштабе карты с использованием средств цифровой фотограмметрии и картографии, но и производить различные геодезические действия (вычисление площадей, измерение расстояний, определение координат и др.) с требуемой точностью;

основное назначение земельно-информационной системы заключается в обеспечении управления земельными ресурсами на основе учета и анализа данных о земле.

Теоретически ЗИС должны являться составной частью ГИС, но, учитывая большие потоки специфической информации, их выделяют в самостоятельные системы. Тем не менее для расширения их возможностей созданы специальные программные продукты (такие, например, как InterGIS), позволяющие производить постоянный обмен пространственными и атрибутивными данными между обоими типами систем.

InterGIS является как языком описания, так и форматом обмена данных. Он возник в рамках развития кадастровых съемок и базируется на стандартной технологии реляционных баз данных, которая была расширена элементами пространственного описания (для точек, линий, площадей).

Основой функционирования ЗИС являются кадастровые съемки (инвентаризация земель), позволяющие создать скелет территории (например, в виде границ земельной собственности) и различные информационные слои (например, по составу угодий, рельефу местности, гидрографии и др.), что дает возможность принимать различные решения по организации рационального использования и охране земель.

При этом кадастровые съемки (инвентаризация земель) гарантируют правильную привязку на местности всей дальнейшей информации, которая закладывается в структуру информационных слоев.

Информационный слой — это специальный массив данных, имеющих определенное целевое назначение и соответствующее содержание. С помощью информационных слоев можно решать разные специальные задачи, составлять тематические карты, разрабатывать проекты, связанные с использованием различных ресурсов; в зависимости от интереса пользователя слои могут выводиться на экран компьютера в различных комбинациях, совмещаться, выводиться на плоттер.

Схематическую структуру слоев земельно-информационной системы можно представить следующим образом.

Как правило, в перечень базовых информационных слоев входят:

точки опорной межевой сети;

границы земельных владений;

данные районирования по типам использования земель;

точечные/линейные объекты;

рельеф местности;

географические названия.

Информационный слой «Опорные точки (плановые и высотные)» является базовым как для других информационных слоев ЗИС, так и для прочей информации, имеющей координаты. Опорные точки гарантируют привязку на местности любых объектов на длительные промежутки времени с требуемым качеством. Данный слой может постоянно обновляться с появлением технических средств, дающих более высокую точность измерений.

Слой «Границы» фактически создает территориальный каркас местности. Он включает в себя, как правило, административные границы, границы недвижимости и границы самостоятельных и долгосрочных прав (например, права долгосрочной аренды), а также граничные точки.

Слой «Использование земель/площадные объекты» представляет собой план фактического использования земель с размещением земельных угодий (пашня, многолетние насаждения, кормовые угодья), построек, водоемов, лесов. Данный слой служит исходной базой для учета земель по угодьям, а при землеустройстве — для составления фактической экспликации земель различных собственников по угодьям с вычислением исходных площадей.

Слой «Точечные/линейные объекты» включает данные о размещении объектов, которые на плане показывают в виде точек (колодцы, родники, отдельно стоящие башни, деревья, памятники и др.) и линий (лесополосы, узкие проселочные дороги, мосты, путепроводы, гидротехнические сооружения, высоковольтные воздушные линии, укрепленные берега, наземные трубопроводы и др.).

Перечень угодий, точечных и линейных объектов, как правило, устанавливается нормативно-правовыми актами и инструктивными материалами по ведению земельного кадастра, различного вида съемок, землеустройства.

Слой «Рельеф местности» представляет собой совокупность высотных точек с указанием отметок высот, мест перегибов рельефа и его форм. На основе этого слоя, а также трех предыдущих слоев может быть построен план местности с горизонталями, используемый при землеустроительном проектировании.

Слой «Географические названия» содержит информацию о названиях населенных пунктов, отдельных местностей, урочищ, балок, рек, угодий и т. д.

При необходимости для целей регистрации землевладений и землепользовании, землеустройства и земельного кадастра могут создаваться и другие пространственно привязанные информационные слои, в том числе собственников земли, экономической оценки земли, схемы деления карты, границ прибрежных полос и водоохранных зон, границ санитарно-защитных, охранных, буферных и других зон, сетей коммуникаций различного назначения (энергообеспечения, теплоснабжения, канализации, водоснабжения, газораспределения, телекоммуникаций и др.), дорог различного класса и категорий, зон застройки, зон защиты грунтовых вод, линий фасадов, адресов зданий (в качестве привязки осевых линий), названий улиц, номеров домов и т.д.

Введение дополнительных слоев возможно до тех пор, пока это не начинает серьезно замедлять обмен данными в системе.

ЗИС получили широкое распространение в развитых зарубежных странах, а также в России для решения различных землеустроительных и земельно-кадастровых задач. В частности, их используют при регистрации земельных участков; для получения информации об участке после указания его на карте; для поиска земельного участка или объекта по его номеру или адресу; при установлении перечня объектов, попадающих в заданные области и обладающие определенными свойствами (например, земельных участков, находящихся в водоохранных зонах); при выборе опти­мальных маршрутов перевозок грузов и т. д.

При ведении земельного и имущественного кадастров ЗИС применяют для выделения различных территориальных зон при районировании, оценке земель и объектов недвижимости, создании экономического механизма регулирования земельных отношений (посредством налогообложения, регулирования земельного рынка и т.д.).

При мониторинге земель эти системы используют для паспортизации земельных участков, оценки экологического состояния территории (загрязненности почвенного покрова и растительности тяжелыми металлами, радионуклидами и т. п.), для выявления источников загрязнения и анализа размещения объектов, загрязняющих территорию, при моделировании процессов распространения загрязнений в поверхностных и подземных водах и атмосфере, при решении задач масс-энергопереноса, для контроля за использованием и охраной земель.

Но особо важное значение ЗИС имеют в землеустройстве. Они могут быть весьма полезны при решении следующих землеустроительных задач:

обновление (корректировка) планово-картографического материала;

проведение землеустроительного обследования территории;

инвентаризация земель;

межевание земель (установление, восстановление и закрепле­ние на местности границ земельных участков);

землеустроительное проектирование (в межхозяйственном и внутрихозяйственном землеустройстве, при рабочем проектировании);

проведение агроэкологического, эколого-ландшафтного, эколого-хозяйственного и других видов зонирования территорий для целей землеустройства в сельской местности;

осуществление землеустроительных работ в населенных пунктах, составление планов земельно-хозяйственного устройства городов, градостроительное зонирование и проектирование;

планирование использования и охраны земель на уровне административно-территориальных образований (земель сельских, поселковых и городских администраций, административных районов, субъектов Федерации, страны в целом).

Следует также иметь в виду, что данные, получаемые в ходе проведения землеустроительных работ, служат для пополнения и обновления информации, содержащейся в ЗИС. Например, после составления проекта межхозяйственного землеустройства, связанного с перераспределением земель, появляются новые землевладельцы и землепользователи. Данные о них и закрепленных за ними земельных участках вносятся в ЗИС и в дальнейшем используются для различных управленческих задач, связанных с использованием земель.

Заметим, что изменение прав собственности на землю может происходить и без изменения границ участков. Например, если собственник земли продает свой участок, то покупатель, совершив сделку купли-продажи, становится новым собственником, лишь зарегистрировав в установленном порядке эту сделку и оформив соответствующие регистрационные документы. Только после этого в качестве нового земельного собственника он может быть внесен в земельно-информационную систему (в реестры собственников и земельных участков). Полного перечня землеустроительных работ (установления границ, определения местоположения и площадей участка) в данном случае не требуется, так как все они уже были сделаны прежде. Тем не менее сама процедура изменения землевладельца носит землеустроительный характер и требует оформления землеустроительного дела (соответствующей землеустроительной документации), которое служит основанием для изменения прав собственности на землю.

При построении земельно-информационных систем и использовании их данных применяются различные разделы математики, такие, например, как геометрия, тригонометрия, теория графов, исследование операций, сетевое планирование и управление, математическое программирование, математический анализ (особенно для анализа изображений и распознавания образов с помощью сложных аналитических функций).

Для создания ЗИС широко используются данные математической картографии; результаты дистанционных исследований с самолетов и космических летательных аппаратов; фотограмметрических работ с применением аналоговых и цифровых приборов; данные геодезии и топографии, полученные с использованием электронных тахеометров, полевых компьютерных систем, GPS-средств.



Контрольные вопросы


  1. Опишите отличительные особенности программных средств, используемых в землеустройстве.

  2. На какие уровни можно разделить имеющиеся на российском рынке про­граммные продукты для землеустроительного проектирования?

  3. Перечислите преимущества программ третьего уровня (по сравнению с про­граммами первого уровня).

  4. В чем заключаются характерные особенности отечественных разработок по автоматизации землеустройства?

Чем отличаются ГИС от ЗИС?


Литература

1. Волков С.Н. Землеустройство. Том 6. Автоматизированные системы проектирования в землеустройстве. – М., 2002.

2. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. – Петрозаводск, 1995.

3. Королев Ю.К. Общая геоинформатика. – М., 1998.

Лекция № 4 (6 часов)

Тема: Генерализованная информационно-логическая модель функциональной структуры системы автоматизированной системы землеустроительного проектирования.

План лекции:

  1. Архитектура САЗПР.

  2. Классификация средств аппаратного и программного обеспечения.

  3. Концептуальные основы создания САЗПР.


1. В ходе обоснования создания и построения САЗПР возникает необходимость деления ее на составные части, имеющие относительную самостоятельность и играющие различную роль в решении поставленных перед ней задач, то есть определения ее структуры. Такая система должна иметь разветвленную структуру и включать технологические комплексы, перерабатывающие большие объемы информации. Для нее также характерны непрерывное усложнение, развитие используемых технологических процессов.

Согласно теории систем деление САЗПР на составные части (подсистемы) позволяет соответствующим образом организовать и работы по ее созданию, то есть дифференцировать процесс разработки системы и внедрения отдельных ее элементов как по времени, так и по разработчикам. Важнейшим требованием при этом является обеспечение системного подхода к решению общей задачи.

В соответствии с методологией системного анализа всякая сложная система может рассматриваться, структурироваться и моделироваться на нескольких уровнях — элементов, структур, функций и результатов. При создании САЗПР необходимо учитывать возможность выделения различного рода структур на всех этих уровнях. На первом этапе ее создания наиболее важно выделение функциональной и обеспечивающей частей системы с делением каждой из них на подсистемы нижнего уровня.

Под функциональной структурой САЗПР следует понимать совокупность взаимосвязанных подсистем, блоков и комплексов задач, выделяемых в соответствии с функциями, которые выполняет система и ее отдельные элементы.

На первом этапе функционального структурирования САЗПР в основу выделения подсистем целесообразно положить объектно-функциональный принцип, позволяющий разделить систему на относительно обособленные составные части, объединяющие в себе различные виды землеустроительного проектирования, имеющие свои специфические объекты, сроки и стадийность проек­тирования, характер выходных проектных документов или обеспечивающих планирование проектных работ и контроль за осуществлением проектов.

Архитектура САЗПР это общая логическая организация автоматизированных землеустроительных систем, определяющая процесс обработки и интерпретации данных (включая средства их кодирования, хранения, актуализации и визуализации), а также состав, назначение, принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.

Данный подход можно представить в виде генерализованной информационно-логической модели (рис. 5).

hello_html_2c59ddad.jpgВ соответствии с ней автоматизации проектных работ по землеустройству должна предшествовать автоматизация планирования и организации землеустроительных работ.

В функции подсистемы планирования и организации входят:

ведение базы нормативных данных (расценок на проектные и изыскательные работы и др.) по планированию землеустроительных действий;

сбор сведений о наличии материалов различных обследований и изысканий по районам, землевладельцам и землепользователям;

регистрация данных о потребности в проектных и изыскательских работах на основе комплексных программ рационального использования земель и заявок заинтересованных предприятий;

составление оптимальных планов и сетевых графиков землеустроительных работ;

выполнение автоматизированных расчетов по планированию численности, фонду зарплаты и материальному обеспечению проектных институтов, их филиалов и отделов.


2. Для обеспечения комплексности, сбалансированности и эффективности принимаемых решений в процессе разработки проектов и схем землеустройства, их осуществления и авторского надзора САЗПР должна иметь обеспечивающие средства методического, информационного, математического, технического и организационного обеспечения (рис. 6).

Аппаратное обеспечение САЗПР (аппаратные средства, аппаратура, технические средства) — это техническое оборудование автоматизированной системы землеустроительного проектирования, включающее собственно компьютер и иные механические, магнитные, электрические, электронные и оптические периферий­ные устройства или аналогичные приборы, работающие под управлением ЭВМ или автономно, а также любые устройства, необходимые для функционирования САЗПР.

Аппаратно-программное обеспечение САЗПР (программно-аппаратное обеспечение) — это совокупность аппаратного обеспечения и программного обеспечения систем автоматизированного землеустроительного проектирования.

Среди средств обеспечения САЗПР можно выделить соответствующие базы данных, средства ввода-вывода информации, программные средства подготовки текстовой и графической информации, текстовые и графические редакторы, пакеты прикладных программ для решения отдельных землеустроительных задач. Кроме того, отдельные массивы информации, содержащейся в базе данных, сами по себе требуют применения соответствующих экономико-статистических и экономико-математических методов планирования, программирования и оценки показателей (например, урожайность сельскохозяйственных культур, используемая в проектных расчетах по землеустройству), что предполагает наличие соответствующего программного обеспечения.

Средства обеспечения разрабатываются для системы в целом, ее функциональных подсистем, блоков и комплексов задач, а также для отдельных задач.

В состав документации должны входить также инструкции и методики для работы с секретными материалами.

Для внедрения средств обеспечения САЗПР должны быть разработаны технологии (методы) получения проектных решений по охране и рациональному использованию земельных ресурсов на основе тесной методологической, информационной и организационной увязки комплексов задач, решаемых на ЭВМ и традиционными способами. На этой базе, в свою очередь, должны быть созданы технологические схемы проведения расчетов на ПЭВМ.



hello_html_m1027d305.jpg

Средства обеспечения САЗПР должны соответствовать следующим требованиям:

оперативность, вариантность, соблюдение установленных сроков, надежность и точность решения поставленных задач;

совершенствование технологии обработки информации, согласованность обеспечивающих средств различных подсистем;

экономное использование ресурсов и обеспечивающих средств системы.

Система автоматизированного землеустроительного проектирования реализуется через автоматизированные рабочие места (АРМ) землеустроителей-проектировщиков, создаваемые на базе персональных компьютеров с периферийными устройствами или локальных сетей ПЭВМ. На практике под АРМ землеустроителя обычно понимают набор аппаратных средств, которые совместно с геоинформационными системами (ГИС), автоматизированными информационными системами (АИС), программно-методическими комплексами (ПМК) обеспечивают автоматизированное решение задач одного или нескольких взаимосвязанных технологических процессов.

Автоматизированное рабочее место землеустроителя (АРМЗ) — это индивидуальный комплекс аппаратных и программных средств, включающий: персональный компьютер или рабочую станцию, сканер, графопостроитель и другие периферийные устройства, средства программной обработки данных, базовое программное обеспечение машинной графики, набор пакетов прикладных программ соответствующей ориентации, предназначенный для автоматизации профессионального труда специалиста-землеустроителя при ведении государственного земельного кадастра, мониторинга земель и землеустройства, функционирующий в составе локальной или территориальной сети или в автономном режиме.


3. Концепция системы автоматизированного землеустроительного проектирования является теоретической основой ее создания; она включает как общие положения, характерные для любых аналогичных направлений деятельности, так и частные, специфические для данной совокупности задач.

К числу общих положений можно отнести следующие:

система и ее элементы — предметы научного исследования, существующие объективно, независимо от нашего сознания и отношения к ним;

любая система — элемент системы более высокого порядка;

весь процесс проектирования может быть представлен как последовательность этапов, связанных с решением конкретной задачи; каждый этап реализуется в отдельном элементе системы;

теория и методы решения прикладных задач, доведенные до уровня математических алгоритмов и формализованных правил (однозначно описывающих последовательность, логические связи и способы решения, взаимодействия различных технологических процессов и информационных потоков и т.д.), реализуются в комплексах программно-технических средств в соответствующих конфигурациях, объединяемых в сети различного уровня сложности;

разрабатываемая система иерархична в том смысле, что проектировщик выполняет в ней функциональные, интуитивные и интеллектуальные преобразования на верхних уровнях, а ЭВМ решает задачи проектирования на нижних уровнях;

систему следует проектировать с учетом коммуникативных и кибернетических функций, выполняемых непосредственно человеком и машиной в процессе решения задач проектирования;

теория и методы САЗПР являются развитием и продолжением теории и методов решения землеустроительных задач традиционными методами.

Опыт создания систем автоматизированного проектирования свидетельствует о том, что они отличаются достаточной сложностью, должны находиться в постоянном развитии и быть открытыми (то есть предусматривать возможность постоянного использования информации, ее обмена между пользователями), а также ориентированными на получение оптимальных управленческих решений.

Указанные положения конкретизируются в ряде концепций (требований) применительно к построению системы автоматизированного землеустроительного проектирования.

Концепция комплексности решения. Рассматривая проблему создания системы автоматизированного землеустроительного проектирования с системных позиций, мы исходим из того, что все задачи землеустройства взаимосвязаны, поэтому они должны быть объединены в технологический процесс с жестко формализованными связями и отношениями.

Принцип системности заключается в комплексном анализе объектов проектирования, на основе которого должна быть проведена полная структуризация процесса проектирования с единых позиций, что позволяет организовать сквозной цикл проектирования, находить рациональное распределение функций между подразделениями, а также решать вопросы, регламентирующие режим подготовки, оформления, прохождения и выпуска технической документации в условиях землеустроительного производства. В основе данной концепции лежит исследование системы автоматизированного проектирования, направленное на поиск механизмов целостности всей системы, выделение составных элементов и выявление связей между ними.

Системный подход позволяет провести общую оптимизацию проектирования, разработку и эксплуатацию автоматизированной системы, а также обеспечивает программное решение проблемной задачи проектирования (как в каждой части, так и с учетом целого).

Известные принципы системного подхода в применении к проектированию и созданию САЗПР можно сформулировать следующим образом:

САЗПР является системой иерархического типа, то есть каждая подсистема или элемент могут рассматриваться как самостоятельная система с заранее определенной последовательностью функционирования и способами передачи и хранения данных;

эта система обладает структурностью, то есть может быть описана с помощью коммуникационных связей между элементами;

общее описание системы может быть составлено на основе результатов математического моделирования;

формализация свойств системы осуществляется на основе анализа и знания ее частей;

система, состоящая из оптимально спроектированных отдельных частей, не является в общем случае оптимальной; ее необходимо оптимизировать как единый объект того или иного целевого назначения;

каждый элемент системы должен оптимизироваться по критерию, отражающему цель оптимизации (например, получение оптимального варианта проекта);

САЗПР оптимизируется в условиях количественно определенных ограничений на оптимизируемые параметры.

Использование системного подхода позволяет учитывать факторы, которые влияют на процесс создания САЗПР, взаимосвязи этих факторов, выбрать вид, способы определения, число, уровень сложности, формы представления математических моделей и т.д.

Принцип совершенствования и непрерывного развития предполагает модернизацию сложившихся методов и приемов землеустроительного проектирования в соответствии с новыми возможностями и подходами. При разработке САЗПР должна обеспечиваться совместимость ручного и автоматизированного режимов проектирования.

Соблюдение данного принципа предполагает также необходимость организации системы в виде последовательности взаимосвязанных этапов разработки и внедрения отдельных ее элементов путем наращивания ее функциональных возможностей. САЗПР — это открытая развивающаяся система, в которой опыт разработчика постепенно формализуется и трансформируется в алгоритмы, реализуемые на ЭВМ.

Принцип единства информационной базы требует накопления информации, единообразно характеризующей объекты проектирования. Во всех компонентах САЗПР должны использовать термины, символы, условные обозначения и способы представления информации в соответствии с нормативными документами. Этот принцип диктует также безусловную согласованность информационных потоков, адресуемых САЗПР в рамках всех имеющихся в стране информационно-вычислительных и информационно-справочных систем, касающихся земельных ресурсов, тесную координацию развития при совершенствовании смежных функциональных систем и их подсистем.

Концепция инвариантности заключается в том, что каждый элемент системы должен иметь возможность функционировать как в рамках системы, так и вне ее, обеспечивая эффективные решения в различных условиях его использования. При разработке элементов должны быть учтены все связи и условия, накладываемые системой на ее части для успешного функционирования, а также возможность самостоятельного применения отдельных элементов в различных сочетаниях. Такой подход позволяет существенно повысить гибкость системы и расширить сферу ее применения.

Принцип инвариантности обеспечивает организационную увязку задач, решаемых на разных этапах разработки проектных предложений, а также соответствующих пакетов прикладных программ.

Компоненты САЗПР должны быть по возможности универсальными и типовыми, то есть инвариантными по отношению к объектам проектирования.

Принцип согласованности пропускных способностей предполагает использование всех ресурсов системы с учетом объемно-временных характеристик программных и технических средств и производительности труда персонала, а также согласованность в работе технических средств САЗПР и других систем.

Принцип оперативности взаимодействия требует учета человеко-машинного характера системы, возможности коллективного доступа к ней, создания контролируемой системы, ее защиты от несанкционированного доступа.

Концепция разбиения и локальной оптимизации. Система автоматизированного землеустроительного проектирования структурно может быть представлена как совокупность подсистем, обеспечивающих автоматизацию процессов:

подготовки, ввода и хранения исходной информации;

обмена информацией между задачами;

моделирования;

решения проектной задачи и сопряженных с ней задач;

определения стоимостных и нормативных характеристик;

интерпретации полученных результатов;

графического отображения входных и выходных данных;

оценки полученного варианта проекта и др.

Каждая подсистема САЗПР предназначена для решения достаточно сложных задач. Применение концепции разбиения позволяет свести их к решению более простых задач с учетом взаимосвязей между ними. Принцип локальной оптимизации дает возможность улучшать параметры решения в рамках каждой простой задачи и в итоге всей задачи в целом.

Концепция абстрагирования. При создании САЗПР большую роль играет диапазон конкретных требований и внешних условий, в пределах которого она может работать, то есть ее универсальность и независимость от особенностей и ограничений исходной информации, конфигурации технических средств, жестко определенных входных и выходных форм. Одно из средств достижения этой цели — применение принципа абстрагирования; суть его в том, что для каждой решаемой задачи разрабатываются формальные математические модели, отражающие все значимые связи, отношения и основные ограничения, и специальный математический аппарат, также основанный на фиксированной логике и позволяющий пользователю абстрагироваться от конкретных требований.

Одним из средств абстрагирования является генерализация исследуемых объектов и явлений — отбрасывание несущественных факторов, обобщение количественных и качественных характеристик объектов, их интеграция и получение значимых оценок по основным направлениям ведения сельскохозяйственного производства.

Для реализации концепции абстрагирования используют конверторы исходных данных, генераторы отчетов, систему ведения открытых справочников, адаптацию программного обеспечения к ПЭВМ различной конфигурации и т. д.

Концепция модульности. Любой элемент САЗПР можно представить в виде совокупности блоков, имеющих законченный характер и обеспечивающих выполнение отдельно взятой функции системы. Все блоки являются независимыми с точки зрения их

программной реализации, но объединенными между собой последовательностью функционирования и способами обмена инфор­мацией. Каждый из них может быть представлен совокупностью модулей, связанных управляющей программой и ориентированных на решение как часто встречающихся примитивов, так и логически законченных подзадач (которые нецелесообразно представлять в виде нескольких модулей).

Концепция повторяемости. Сущность ее заключается в возможности многократного использования одних и тех же данных при работе различных элементов системы в разное время и в использовании накопленного опыта проектирования, нормирования и оценки.

Практическая реализация данной концепции сводится к разработке элементов системы, которые позволяют:

хранить в течение заданного промежутка времени исходную информацию, варианты решения проектов и их частей;

находить во внешней памяти системы различные типовые решения;

формулировать критерии оптимального решения;

выбирать по ним наилучший вариант;

корректировать его в соответствии с исходными условиями;

выполнять экономическую оценку и нормирование.

Особое внимание при реализации концепции следует обращать на форматы используемых данных, что позволит осуществлять обмен информацией между элементами системы.

Концепция развивающихся стандартов. При проектировании используют различные ограничения и допуски, регламентируемые многочисленными нормативными актами и документами; некоторые из них меняются в заданном диапазоне в зависимости от различных внешних условий. При создании системы автоматизированного проектирования нормативную базу следует рассматривать не как нечто постоянное и неизменное, а как динамически меняющуюся в зависимости от реальных условий. Такой подход приводит к созданию элементов системы, которые обеспечивают:

хранение нормативной базы и статистической информации по применению нормативов;

динамическое изменение существующих норм на основе статистических данных и реальных условий проектирования;

в случае изменения нормативов — прогнозирование возможных событий, оценку вероятности их последствий;

определение целесообразности изменения норм.

Концепция оценочности вариантов. Элемент системы Еп предназначен для управления, решения и анализа результатов решения задачи землеустройства.

Каждый элемент системы является замкнутым и состоит из трех подсистем, обеспечивающих на уровне подзадач оптимизацию решаемой задачи в соответствии с концепцией разбиения и локальной оптимизации.

Концепция интерактивности. Ее сущность заключается в рациональном распределении функций между персоналом и системой автоматизированного проектирования, в организации наиболее эффективного диалога между ними. Получение варианта проекта, соответствующего заданным условиям, является творческим процессом, эту задачу невозможно полностью переложить на ЭВМ. Поэтому возникает необходимость в организации оптимального взаимодействия человека и машины. Разрабатываемая автоматизированная система должна быть приспособлена к проектировщику, выполняющему функции ее пользователя, и обеспечивать ему гибкую и оперативную связь с ЭВМ, позволяя своевременно влиять на ход решения задачи.

Концепция реализуется в разработке диалоговых подсистем, которые позволяют:

оперативно перестраивать стратегию решения на основе получаемых результатов;

выбирать альтернативный вариант решения из множества возможных, реализованных в системе;

в любое время возвращаться в некоторые контрольные точки, переключаться на работу с другой подсистемой и т. д.;

осуществлять поиск нужной информации и работать с ней (редактировать, преобразовывать, выводить и т. д.).

Концепция эвристичности. Любая интерактивная система тем лучше, чем проще в ней диалог между пользователем и ЭВМ. Это достигается с помощью специального разработанного элемента системы, который связан со всеми расчетными элементами посредством интерфейсов, входящих в состав диалоговой подсистемы, и обеспечивает моделирование отдельных творческих функций.

Использование так называемого искусственного интеллекта в автоматизированных системах, предназначенных для целей землеустройства, основывается на базе знаний и комплексах различных программ.

База знаний создается с учетом опыта землеустроителя-проектировщика. В ней накапливаются информация, знания о предмете и деятельности проектировщика, формируются правила, выводы и знания об организации данных в системе и правила манипулирования ими.

Комплекс эвристических программ моделирует одну из творческих функций, основываясь на опыте землеустроителя-проектировщика и эвристических приемах. Эвристический подход не требует точного, однозначного и полного математического описания. Для решения задачи привлекаются практические приемы и правила, которыми руководствуется проектировщик, и они задаются лишь приблизительно. При разработке эвристических программ отпадает необходимость дифференциации процесса автоматизации на элементарные логические операции. Опытный проектировщик, используя специальный формальный аппарат эвристического характера, оценивает ситуацию и учитывает сложные корреляционные связи между объектами проектирования.

Комплекс программ экспертной системы позволяет выбирать из нескольких возможных эвристических решений одно. Такие программы основываются на данных, содержащихся в базе знаний и эвристических правилах, соответствующих условиям решаемой задачи.

Комплекс интерфейсных программ обеспечивает обработку информации из базы знаний, использование ее в эвристических и экспертных программах.

Концепция психофизиологических особенностей пользователя. Работа землеустроителя-проектировщика с автоматизированной системой землеустроительного проектирования заключается в ряде последовательных приближений, при которых непрерывно проверяется соответствие полученных результатов поставленным требованиям. Процесс проектирования при этом представляет собой структуру с обратной связью.

Цель концепции — описание деятельности пользователя в системе человек — машина, выявление ограничений, накладываемых комплектом электронно-вычислительных средств и системным программным обеспечением на деятельность человека, а также установление требований к выбору параметров аппаратуры.

При проектировании САЗПР необходимо учитывать антропометрические характеристики пользователя, определяющие рабочее пространство и зоны досягаемости, показатели восприятия и обработки информации человеком, показатели моторных действий, уровень физиологических и психологических потребности, индивидуальные качества. Все эти характеристики влияют на эффективность системы и производительность труда персонала. В теоретическом плане концепция базируется на разработке критериев эффективности создаваемой системы и математических моделей деятельности человека, учитывающих его психофизиологические параметры и предназначенных для создания единой схемы функционирования САЗПР.

Концепция открытости заключается в том, что любой элемент в процессе функционирования системы можно добавлять, изменять или снимать, и эти операции не должны отражаться на состоянии системы в целом или требовать ее перепроектирования.

Концепция надежности. Одним из основных показателей работы автоматизированной системы является надежность; ее параметры закладываются в процессе концептуальной отработки и физической реализации системы. Для этого необходимо решить вопросы, связанные с нормированием надежности каждого элемента; обеспечением требуемого уровня надежности, контрольной апробацией (тестированием) системы в различных режимах ее функционирования.

Чтобы обеспечить необходимый уровень надежности САЗПР, необходимо провести:

качественный и количественный анализы способов ее достижения;

выбрать наиболее эффективные методы и средства для достижения надежности всех элементов системы;

сравнить альтернативные варианты и выбрать наилучшее проектное решение.

Определить действительные возможности и надежность разрабатываемой автоматизированной системы можно только в ходе экспериментальной апробации и опытно-производственной эксплуатации, после чего необходимо устранить все выявленные недостатки.

Концепция клиент-сервер. Архитектура клиент-сервер позволяет оптимально распределять вычислительные ресурсы сети, чтобы все группы пользователей могли использовать их совместно.

Основу технологии клиент-сервер составляют:

рабочие станции (клиенты), через которые пользователи обращаются в систему;

общие ресурсы (серверы), выполняющие специальные задания по запросам устройств, которым требуется обслуживание;

сети, объединяющие клиентов и серверы;

программное обеспечение, которое связывает три перечисленных выше компонента в единую логическую архитектуру.

Предложенная общая концепция создания САЗПР, включающая различные частные концепции (принципы, требования), позволяет рассматривать ее как единую кибернетическую систему, состоящую из организованного множества взаимодействующих и взаимосвязанных элементов, объединенных в единую логико-математическую систему, предназначенную для решения землеустроительных задач.


Контрольные вопросы


  1. Что представляет собой структура САЗПР?

  2. Какой принцип построения функциональной системы САЗПР отражает генерализованная информационно-логическая модель?

  3. Перечислите основные подсистемы автоматизации различных видов землеустроительного проектирования, входящие в САЗПР.

  4. Что необходимо учитывать на этапе разработки и практического создания системы?

  5. Что включают в себя обеспечивающие средства САЗПР?

  6. Какова классификация средств обеспечения?

  7. Какие требования предъявляются к средствам обеспечения?

  8. Дайте краткое описание теоретических и методических основ построения и функционирования САЗПР.

  9. Как представляется процесс землеустроительного проектирования при создании САЗПР?

  10. Как следует проектировать САЗПР?

  11. Перечислите основные концепции построения автоматизированной системы проектирования в землеустройстве.

  12. В чем заключается концепция комплексности решения?

  13. Какие основные процессы включает в себя САЗПР?

  14. В чем суть концепции абстрагирования?

  15. Объясните содержание принципа системности.

  16. В чем суть концепции инвариантности?

  17. Опишите структуру процесса проектирования задач на основе концепции системности и разбиения.

  18. В чем суть концепции повторяемости?

  19. В чем заключается концепция развивающихся стандартов при использовании элементов автоматизированной системы?

  20. Каково содержание концепции оценочности вариантов, инвариантности?

  21. В чем суть концепции эвристичности?

  22. Опишите содержание концепций открытости и надежности.


Литература

1. Волков С.Н. Землеустройство. Том 6. Автоматизированные системы проектирования в землеустройстве. – М., 2002.

2. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. – Петрозаводск, 1995.

3. Королев Ю.К. Общая геоинформатика. – М., 1998.

Лекция № 5 (4 часа)

Тема: Землеустроительное проектирование в автоматизированном режиме.

План лекции:

  1. Общая схема.

  2. Графический редактор, как составная часть САЗПР.

  3. Вычисление площадей контурных и линейных объектов.

  4. Формы вывода исходных и результирующих данных.

  5. Защита информации.


1. Внедрение компьютерных технологий в практику работ предполагает автоматизацию получения, накопления и обработки информации о земельных ресурсах и процессе организации использования земель, разработку новых теоретических положений в области землеустройства, а также перестройку технологии работ на основе использования информации, отражающей пространственные аспекты землепользования.

Компьютерные технологии это сочетание программных средств, реализующих функции хранения, обработки и визуализации данных в определенной организационной структуре с использованием выбранного комплекса технических средств.

Современные методические, программные и технические средства позволяют отказаться от многих рутинных процессов, улучшить качество выходных документов, ликвидировать многие промежуточные звенья традиционных технологий, облегчить процесс использования графических материалов за счет перевода в цифровую форму в процессе автоматизированного проектирования.

Автоматизированная система, обеспечивающая решение отдельных задач землеустроительного проектирования с системных позиций, является частью единой интегрированной системы землеустроительного проектирования. Необходимо отказаться от еще достаточно распространенных взглядов на возможность создания таких систем как автономных и тем более от взглядов, которые трактуют автоматизированную систему как простой набор самостоятельных задач по автоматизации расчетов и графического проектирования в сфере землеустройства. Такой упрощенный подход не приносит ожидаемого эффекта, так как требует создания для каждой отдельной задачи своей информационной базы и технологии ее получения, нормативной базы, технологии использования результатов каждой задачи в проектировании, что приводит к параллелизму и дублированию при сборе и предварительной обработке информации.

Система автоматизированного землеустроительного проектирования в процессе функционирования должна обеспечивать:

обработку первичной информации о земельных ресурсах (их качестве, количестве и распределении по землепользователям), результатах использования земель и осуществлении в натуре землеустроительных мероприятий;

накапливание информации и ее генерализацию в соответствующих базах данных на каждом иерархическом уровне системы;

аккумулирование и поддержание на различных уровнях системы экономических и технологических нормативов, связанных с организацией использования земельных ресурсов;

генерирование ответов на стандартные и нестандартные справочные запросы конечных пользователей САЗПР.

Состав программных модулей, включенных в систему, должен обеспечивать комплексное решение взаимосвязанных задач землеустройства с получением экономического эффекта от внедрения средств автоматизации по следующим направлениям:

автоматизация типовых решений, когда однократно проведенная работа по трудоемкой обработке и вводу нормативно-справочной и исходной информации в последующем может многократно использоваться на однотипных объектах;

сокращение затрат трудовых ресурсов в связи с ликвидацией ручной обработки;

повышение качества землеустроительных проектных решений за счет использования комплексного экономико-математического моделирования, многовариантной проработки проектов, современных методов и технических средств, расширяющих диапазон возможностей проектировщика в принятии решений;

понижение квалификационных требований в области землеустройства к пользователям автоматизированных систем (так как в них реализованы всесторонне обоснованные математические алгоритмы, система новейших методов и технологий решения землеустроительных задач).

Качество программного обеспечения это совокупность его свойств, обеспечивающих удовлетворение требований пользователей: правильность, надежность, модифицируемость, экономичность, мобильность (возможность переноса его из одной среды функционирования в другую с минимальными затратами).

Программно-техническим комплексом (ПТК) называется взаимосвязанная совокупность программно-методических комплексов и средств технического обеспечения.

При проектировании и создании элементов системы автоматизированного землеустроительного проектирования следует базироваться на рассмотренные выше концептуальные положения. При этом в соответствии с концепцией надежности целесообразно использовать единые требования к ее элементам (которые, являясь системой формальных показателей, обеспечивают сопоставимость в подходах к этим элементам и их оценке).

Учитывая многообразие возможных программных реализаций для землеустройства, рассмотрим только те из них, которые укладываются в систему схема — проект — рабочий проект. Общая технологическая схема работ при землеустроительном проектировании показана на рис. 10.


hello_html_m495936be.jpgПлановый материал при землеустройстве может быть представлен штриховыми контурными планами (или фотопланами), тематическими картами и схемами (почвенными, геоботаническими и т. д.), а также аэро- и космическими фотоснимками. В зависимости от вида используемого планового материала и программных средств применяют различные технологии обработки и представления планового материала в цифровом формате.

Ввод графических данных может осуществляться с помощью сканеров и дигитайзеров, прочей информации — в режиме диалогового и пакетного вводов. Возможно также считывание информации любого типа с магнитных носителей электронных тахеометров, кассет стриммера, дискет, CDR, DVD и т. д.

Сканер (сканирующее устройство) — это устройство аналого-цифрового преобразования изображения для его автоматизированного ввода в ЭВМ в растровом формате; сканированием называется преобразование изображения в цифровую растровую форму.

Дигитайзер — это устройство для рунного цифрования картографической и графической документации в виде последовательности точек методом потокового ввода, при котором генерируется поток координатных пар через равные промежутки времени.

Исходную информацию, а также данные, полученные в результате ее обработки (как графические, так и текстовые), удобнее хранить рассортированными по тематическим слоям в базах данных. При этом графические базы данных должны быть связаны с текстовыми таким образом, чтобы по любому изображению можно было легко найти соответствующую текстовую информацию, и наоборот.

Для работы в любой автоматизированной системе пользователь создает проект, который позволит корректно хранить и обрабатывать данные, относящиеся к определенному объекту, и управлять ими. Поэтому система должна обеспечивать следующие функции:

создание набора директорий, в которых будет размещаться входная, выходная и служебная информация;

генерирование баз данных;

описание таблиц семантических баз данных, в том числе для интегрированных слоев;

задание установочных параметров системы (разрешение, цензы, точности, единицы измерения, параметры переходов в разные системы координат и т. д.);

описание слоев пользователя, классификаторов, их привязки к слоям;

регистрирование пользователей, паролей, разграничение уровня доступа для разных пользователей и т. д.

Изображение на исходном графическом материале практически всегда имеет какие-либо погрешности (например, связанные с деформацией носителя). В одних случаях их удается исключить полностью, в других — частично. Для этой цели применяются специальные процедуры коррекции, которые должны позволять:

приводить изображение на карте к теоретической трапеции по координатам углов рамки и координатной сетке;

оценивать точность результатов коррекции;

корректировать отсканированное изображение по точным значениям координат опорных точек различными методами (например, аффинного, проективного, полиномиального или иного преобразования).

Для обработки фотоснимков необходимо, чтобы САЗПР осуществляла цифровое ортофототрансформирование. Метод коррекции выбирает пользователь. Довольно распространена ситуация, когда исходное изображение сканируется по частям. В этом случае возникает необходимость в объединении фрагментов в единое изображение с геометрической коррекцией, контролем и редактированием по линии сшивки. Более общей является проблема объединения нескольких карт со сводкой и редактированием изображения по рамкам.

Исходная графическая информация может иметь различную геодезическую и математическую основу. Для совместной обработки и дальнейшего использования таких данных необходимы функции преобразования — из одной картографической проекции в другую, из прямоугольных координат проекции в геодезические, из одной системы геодезических координат в другую, с эллипсоида на эллипсоид, из местной системы координат в государственную и наоборот (по заданным ключам перехода или на основе установления аналитических зависимостей).

Вся графическая информация должна распределяться по тематическим слоям (например, топография и угодья; кадастровые границы; границы земель с ограничениями в их использовании; деградированные земли и т.д.).

Число, тематика и названия слоев должны определяться пользователем на этапе проектирования.

Слой — это совокупность однотипных (одной мерности) пространственных объектов, относящихся к одной теме (классу объектов) в пределах некоторой территории и в системе координат, общей для набора слоев.

Необходимо, чтобы одному и тому же слою могли принадлежать точка, линия, полигон, внемасштабный условный знак и текст, а каждому из слоев при необходимости могли быть приписаны свои классификаторы типов точек, линий, полигонов, заливок, штриховок и условных знаков. Перечисленные объекты можно определить следующим образом.

Точка — это объект, характеризуемый координатами и ассоциированными с ними атрибутами.

Узел — это начальная или конечная точка дуги в векторном представлении пространственных объектов типа линии или полигона, имеющая атрибуты и устанавливающая топологическую связь со всеми замыкающимися в ней дугами.

Линия — пространственный объект в векторном представлении, образованный последовательностью не менее двух точек с известными плановыми координатами.

Полигон — двухмерный объект в векторном представлении, образованный замкнутой последовательностью дуг или сегментов, идентифицируемый внутренней точкой и ассоциированными с ней значениями атрибутов.

Всегда целесообразно выделять базовый и вспомогательные слои. С базовым слоем в отличие от вспомогательных можно активно работать. Последние могут быть выведены на экран, но при этом недоступны для работы (например, для редактирования изображения). Возможность работы со всеми слоями обеспечивает механизм отключения и включения временных слоев, а также переназначения базового слоя во временный и наоборот.


2. Составной частью САЗПР является графический редактор, обеспечивающий преобразование растрового изображения в векторную форму.

Растр это цифровая прямоугольная матрица элементов изображения (пикселов); пиксел элемент изображения (наименьшая из его составляющих), получаемый в результате дискретизации изображения.

Растровое представление (растровая модель данных) это цифровое представление пространственных объектов в виде совокупности ячеек растра (пикселов) с присвоенными им значениями класса объекта.

Пространственно-локализованные данные (данные о пространственных объектах, пространственные данные, географические данные) это цифровые данные о пространственных объектах, включа­ющие сведения об их локализации в пространстве и свойствах (пространственные и непространственные атрибуты).

Графический редактор должен обладать набором функций, обеспечивающих редактирование цифрового изображения на экране монитора с автоматической коррекцией соответствующей позиционной составляющей БД САЗПР. Любой растровый редактор имеет набор функций, обеспечивающих редактирование растра на экране монитора.

Растрово-векторное преобразование (векторизация) это процедура преобразования растрового представления пространственных объектов в векторное; векторизатор — программное средство для выполнения растрово-векторного преобразования.

Векторизация — один из наиболее трудоемких процессов для оператора; поэтому необходимы развитый интерфейс пользователя и наличие функций, максимально способствующих быстрому, удобному и качественному решению данной задачи. К таким функциям относятся: автоматическая скелетизация; линг; открытие нескольких окон, в том числе на разных мониторах; создание нового объекта (точка, линия, контур); удаление всего объекта или его части; корректировка существующего объекта; разделение объекта (контур, полилиния); рисовка правильной геометрической фигуры (прямоугольник, окружность и т.д.); undo (отмена последней команды); ручной обвод линии; формирование контуров из уже имеющихся отрезков без их повторной векторизации или копирования и т. д.

Один из альтернативных методов приведения исходного графического материала в цифровую форму основан на применении дигитайзеров. В настоящее время используется аппаратура разных типов и фирм-производителей, действительные точностные характеристики которой (средняя квадратическая погрешность определения координат) неизвестны. Поэтому возникает необходимость в тестировании дигитайзера, а следовательно, в состав программного обеспечения должны входить соответствующие моду­ли. Кроме того, для работы на дигитайзере необходимы процедуры контроля за положением листа, калибровки, визуализации кодируемого объекта на экране и оперативного редактирования.

Векторным представлением (векторной моделью данных) называется цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар (векторов). Векторно-растровое преобразование (растеризация) это преобразование векторного представления пространственных объектов в растровое путем присваивания элементам растра значений, исходя из принадлежности или непринадлежности к ним элементов векторных записей объектов.

Векторное нетопологическое представление данных — разновидность векторного представления линейных и полигональных пространственных объектов с описанием их геометрии в виде неупорядоченного набора дуг или совокупности сегментов.

Векторно-топологическое представление (линейно-узловое представление)разновидность векторного представления линейных и полигональных пространственных объектов, описывающего не только их геометрию, но и топологические отношения между ними и образующими их элементами (полигонами, дугами и узлами).

При использовании режима непрерывной дигитализации появляется избыточное число точек, характеризующих положение объекта. Для сжатия полученной информации должны предусматриваться специальные функции.

При решении прикладных задач оцифрованным графическим объектам необходимо приписать соответствующую семантику. Для этого может быть использована одна из следующих схем: автоматический обход всех объектов с интерактивным вводом информации; ручной выбор объекта с вводом необходимых данных; автоматическое или ручное присвоение номеров объектам с пакетным вводом семантики; дополнительный пакетный ввод информации для объектов, по которым часть ее была введена ранее.

Для облегчения работы можно использовать классификаторы (справочники), которые должны быть легкодоступны, изменяемы и не «зашиваться» жестко в программы.

При проектировании графического редактора немаловажное значение имеет модель представления данных, влияющая на возможности их использования, анализа и манипулирования ими. В самых простых форматах содержатся только геометрические связи объектов, в более сложных — информация о топологических сущностях объектов и их атрибутах.

Атрибут данных в САЗПР это свойство, качественный или количественный признак, характеризующий пространственный объект (но не связанный с его местоуказанием) и ассоциированный с его уникальным номером (идентификатором).

Качество получаемых при проектировании результатов зависит от многих факторов, в том числе от корректности информации в базе данных, которая обеспечивается применением различных процедур (контроль за полнотой ввода семантики по обязательным полям, вводом двух и более различных описаний, относящихся к одному и тому же графическому объекту, делением или объединением двух и более объектов без принудительного редактирования соответствующей семантической информации, удалением графического объекта при удалении его описания и наоборот и т. д.). Кроме того, САЗПР должна обеспечивать:

доступ к метрической и семантической составляющим любого объекта из внешних прикладных программ пользователя;

конвертирование данных из внутренних форматов в заданные и наоборот;

слияние графических и семантических баз данных (БД), подго­товленных на разных машинах, с центральной БД;

сетевой вариант ввода и обработки информации.

Процесс графического автоматизированного проектирования состоит из нескольких этапов.

  1. Преобразование исходного графического материала в растровую форму (например, с помощью стандартных программ, входящих в поставку сканера).

  2. Преобразование растрового изображения в цифровую векторную форму (векторизация растра) с использованием модулей AutoCAD, Maplnfo, Arc Info или других программных продуктов.

Обработка цифрового графического изображения. После векторизации получают карту, объектами которой можно манипулировать, например, в формате AutoCAD (качественное оформление чертежа, зарамочное оформление, надписи, условные знаки, штампы и др.).

  1. Получение производных карт (уклонов местности, экспозиций). Для этого используются специальные пакеты, содержащие функцию 3Д-преобразования. Вводится рельеф местности, запускаются специальные модули (Arclnfo, Microstation и др.), позволяющие получить цифровую модель рельефа (ЦМР); далее запускается стандартный модуль ПП для получения карты уклонов, экспозиций, почвенных карт и др.

  2. Процесс проектирования и размещения полей и элементов проекта на компьютере происходит так же, как и вручную, только осуществляется на полученной векторной карте при помощи вышеперечисленных программных продуктов.

  3. Выполнение автоматизированных расчетов по профилю решаемой задачи. Те из них, которые нужны в процессе проектирования, осуществляются с помощью стандартных функций используемой программы (например, вычисление площадей, расстояний, периметров, панорамирование, изменение угла зрения, 3D-преобразование). Расчеты, необходимые для обоснования проектных землеустроительных решений, выполняются путем вызова соответствующих внешних программ.

  4. Запись результатов расчетов и графического проектирования в файлы и их вывод на внешние устройства (принтер, плоттер).


3. Одна из наиболее распространенных задач, которая будет решаться с помощью автоматизированной системы проектирования, — вычисление площадей контурных и линейных объектов с увязкой в пределах карты для любого слоя (в том числе и результирующего). При решении этих задач желательно использование карт, составленных в равновеликих проекциях, на которых отсутствуют искажения площади.

В состав САЗПР должны входить процедуры, обеспечивающие идентификацию контурных объектов и контроль их замкнутости; идентификацию линейных и точечных объектов, отражаемых внемасштабными условными знаками, построение буферных зон в соответствии с их линейными размерами; вычисление площадей всех объектов с учетом выделенных буферных зон; учет площадей вложенных (вкрапленных) объектов; увязку площадей в рамках секций, планшетов; наложение на планшет нового контура по геодезическим координатам и при необходимости переувязку контуров на планшете; деление объекта или объединение двух и более контуров в один по заданному значению площади.

Укрупненная схема решения данной задачи по вычислению площадей контуров на ЭВМ в автоматизированном режиме представлена на рис. 11.


hello_html_m50ce8931.jpg

В зависимости от используемых аппаратных средств и специализированных программных пакетов приведенная схема может изменяться. Тем не менее блок вычисления площадей в том или ином виде имеет место практически в любой автоматизированной системе, предназначенной для нужд землеустройства.

Использование в САЗПР принципа наложения выдвигает соответствующие требования к программному обеспечению. В частности, должна обеспечиваться потребность пользователя в интегрированной информации при графическом и логическом наложении слоев для точки, контура, группы контуров (например, по их номерам), для произвольной области карты по границе, взятой из другого слоя, и т.д. Справка должна строиться по принципу вложенности, то есть в контур первого слоя входят контуры второго, в каждый из которых входят контуры третьего слоя и т. д.

По желанию пользователя результат наложения может быть сохранен как новый слой, а интегрированная семантическая информация загружена в базы данных. Система должна также уметь выделять из простого или интегрированного слоя заданный слой или подслой и сохранять его как самостоятельный.


4. Для вывода исходных и результирующих данных могут использоваться различные формы; рассмотрим наиболее типичные из них.

Таблицы отчетности. Система должна обеспечивать вывод исходных или вычисленных в процессе работы параметрических характеристик по заданным точкам, контуру, совокупности контуров, карте как для простого, так и интегрированного слоя, а также составление принятых форм отчетности — поконтурной ведомости, справки о вкрапленных земельных участках, экспликации земель; списка всех землепользователей (землевладельцев) с указанием площадей всех участков по документам и результатам обследований; списка землепользователей без оформленных документов (включая случаи самовольного строительства или захвата участков); ведомости неиспользуемых или нерационально используемых земель и т. д.

Карты и схемы. Для их построения и вывода в САЗПР должен быть предусмотрен механизм, позволяющий расширять существующие и создавать новые библиотеки условных картографических знаков; строить гладкие кривые; оформлять графическое изображение (штриховки, заливки, размещение условных знаков, надписи различной ориентации и конфигурации, типы и цвет линий и т.д.); строить рамки и координатные сетки; выполнять за-рамочное оформление (надписи, легенда, штамп и т. д.); структурировать элементы слоев по приоритетам для вывода чертежа на плоттер.

Произвольные запросы. В любых базах данных стандартные запросы используют, чтобы по одному или нескольким критериям выбирать из системы требуемые данные и отображать их в заранее предусмотренной форме. Однако в ряде случаев этого недостаточно, и тогда возникает необходимость в выборе информации из семантических баз данных в соответствии с условиями, заданными пользователем, а также в поиске и выводе на экран соответствующих графических объектов.

Документы произвольной формы, создаваемые с использованием генератора отчетов. Необходимость в их разработке возникает, когда традиционные отчетные формы уже не отвечают современным требованиям. С этой целью в состав модулей САЗПР включают генератор отчетов, позволяющий пользователю видоизменять или разрабатывать самостоятельно таблицы выходных документов.


5. Большое значение при эксплуатации САЗПР имеет защита информации. Система должна быть защищена от несанкционированного доступа, от случайного удаления и редактирования важной информации, от сбоев электропитания и в программном обеспечении. Важно, чтобы при эксплуатации ПП четко соблюдались принципы авторизации и аутентификации, соблюдения прав интеллектуальной собственности. В данном случае под авторизацией понимается установление разрешенных для пользователей действий, аутентификацией— проверка подлинности имен пользователей, их групп и компьютеров (обычно с помощью парольной защиты). Законом преследуются использование, копирование и распространение программного обеспечения без санкции правообладателя.

При разработке САЗПР должны быть разработаны инструктивные положения с четким заданием установочных параметров проектирования (разрешения, цензы, точности, единицы измерения, параметры переходов в разные системы координат и т. д.). Следует продумать правила регистрации пользователей, пароли, разграничения уровней доступа и назначения полномочий и т. д.


Контрольные вопросы


  1. Перечислите основные требования, предъявляемые к САЗПР.

  2. Решение каких задач должны обеспечивать модули, включаемые в САЗПР?

  3. Опишите общую технологическую схему землеустроительных работ.

  4. Какие функции должна обеспечивать система для корректной работы с графической, параметрической и семантической базами даных?

  5. Назовите основные технологии обработки планово-картографического материала.

  6. Какие функции должна обеспечивать автоматизированная система в процессе создания проекта пользователем?

  7. Каковы основные функции графического редактора?

  8. Назовите методы преобразования исходного графического материала в цифровую форму.

  9. Каковы особенности цифрования при применении дигитайзера?

  10. Какие модели представления данных используются в САЗПР?

  11. Из каких этапов состоит процесс графического автоматизированного проектирования?

  12. Какие процедуры САЗПР должны обеспечивать вычисление площадей объектов для любого слоя в пределах карты?

  13. В чем заключается принцип наложения (принцип вложенности)?

  14. Какой механизм предусматривается в САЗПР для построения и вывода на печать проектов, схем, карт?

  15. Объясните важность проблемы защиты информации.


Литература


1. Волков С.Н. Землеустройство. Том 6. Автоматизированные системы проектирования в землеустройстве. – М., 2002.

2. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. – Петрозаводск, 1995.

3. Королев Ю.К. Общая геоинформатика. – М., 1998.

Лекция № 6 (6 часов)

Тема: Создание системы автоматизированного землеустроительного проектирования.

План лекции:

  1. Обобщенная блок-схема создания САЗПР.

  2. Диалоговая система управления.

  3. Методологическая поддержка проектировщика.

  4. Ввод и преобразование графической и атрибутивной информации.

  5. Проектировочные подсистемы.

  6. Автоматизированные банки данных.

  7. Система аналитической обработки графики.

  8. Система запросно-справочной службы.

  9. Моделирование творческих функций.


1. В соответствии с основными принципами формирования САЗПР и задачами землеустроительного проектирования ее обобщенную блок-схему можно представить следующим образом (рис. 12, табл. 1).

1. Основные элементы САЗПР

Обозначение I Наименование

ЕА Диалоговая система управления

ЕМ Система методологической поддержки проектировщика

EG Система ввода и предварительной обработки исходного планово-картографического материала

ЕТ Система ввода атрибутивной информации

ЕР Система преобразования графической и атрибутивной информации

ЕС Проектировочные системы (совокупность подсистем, обеспечивающих решение отдельных проблемных задач землеустройства)

ЕК Система автоматической обработки и интерпретации данных

ЕН Система оценки земли; система учета и обработки кадастровых показателей

ЕО Система оценки варианта решения

ES Система нормативной оценки

EBG Автоматизированный банк графических данных

ЕВТ Автоматизированный банк атрибутивных данных

ЕВХ Автоматизированный банк данных типовых решений

ER Система аналитической обработки графики и связанных с ней параметров

ЕМ Система тематического картографирования

EZ Система запросно-справочной службы

ЕЕ Система моделирования отдельных творческих функций


Далее рассмотрены назначение и функции отдельных элементов данной системы.

hello_html_14708c50.jpg

2. Основной целью диалоговой системы (элемент ЕА) являются управление работой САЗПР и совместное решение слабоформализованных задач проектирования. При этом выделяют информационную и операционную составляющие процесса взаимодействия проектировщика и системы. В первом случае программами диалога обеспечивается решение задач информационного обмена, во втором — управление последовательностью обработки задач (ходом вычислительного процесса), поддержка методологии проектирования, заложенной в концепции функционирования САЗПР, и др.

Интерактивным (диалоговым) режимом работы компьютерной программы называется ее исполнение, предполагающее постоянное взаимодействие человека и ЭВМ, обмен между ними серией запросов и ответов. Тем самым обеспечивается гибкое управление вычислительным процессом. В этом смысле говорят также о диалоговой обработке данных на ЭВМ.


3. Система методологической поддержки (элемент ЕМ) представляет собой совокупность компонентов программного, информационного и методического обеспечения, необходимых для выполнения унифицированных процедур обработки информации и предоставления проектировщику методологической помощи на всех уровнях работы с системой. Далее под методологической помощью мы будем понимать предоставление проектировщику (через диалоговую систему) следующей информации:

типовые решения;

статистические данные о весовой значимости различных критериев и факторов, используемых в процессе проектирования;

методические рекомендации в виде заранее заготовленных воп­росов и подготовленных на них ответов;

имеющийся опыт решения аналогичных проектных задач.

  1. Укрупненная схема системы ввода и предварительной обработки исходного планово-картографического материала (элемент EG) представлена на рис. 13.

hello_html_m6b5a36f3.jpgДанные дистанционного зондирования (ДДЗ) — это данные о поверхности Земли, объектах, расположенных на ней или в ее недрах, полученные в процессе съемок дистанционными (неконтактными) методами.

Система ввода атрибутивной информации (элемент ЕТ), как следует из ее названия, призвана обеспечивать как пакетный, так и диалоговый ввод любых параметрических данных, необходимых для расчета по одной или нескольким программам системы проектирования (ЕСП), а также ввод семантических описаний, загружаемых графических объектов или их частей. Данный элемент представляет собой библиотеку программ, объединенных единым интерфейсом, обеспечивающим доступ к ним как в интерактивном режиме, так и на основе команд, вырабатываемых другими программами.

Функции системы конвертирования (элемент ЕР) состоят в том, чтобы обеспечить возможность ввода данных, подготовленных с использованием других автоматизированных систем, в САЗПР для дальнейшей работы с ними. Особенностью данной системы на современном этапе является отсутствие единого международного формата обмена данными. Пока имеются соглашения относительно требований к передаче данных и их синтаксису, существует несколько международных стандартов для обмена графической информацией и довольно широко описаны форматы наиболее известных СУБД. Таким образом, проблема решается на основе раздельной конвертации графических и параметрических данных, вследствие чего после передачи информации может возникнуть необходимость в повторном выполнении ряда операций. При разработке системы необходимо стремиться к минимизации всех работ, связанных с установлением взаимно однозначных связей между графическими элементами и соответствующей атрибутивной информацией.


5. Элемент ЕС является совокупностью подсистем, обеспечивающих решение отдельных предпроектных задач, задач межхозяйственного и внутрихозяйственного землеустройства, рабочего проектирования, обслуживания нестандартных запросов. Они включают:

комплексы задач по проведению предпроектных аналитических расчетов в диалоговом режиме (типа «что будет, если?»);

конкретные проектные задачи, связанные с образованием землевладений и землепользовании (определение оптимальных размеров хозяйств, расчеты по обоснованию кормовой базы, балансу труда, земли, размещению объектов производственной и социальной инфраструктуры, вычисление и увязка площадей); задачи внутрихо­зяйственного землеустройства (размещение производственных подразделений, хозяйственных центров, угодий и севооборотов, полей, рабочих участков, дорог, лесополос и др. с расчетным инженерно-экономическим и графическим проектированием);

задачи, обеспечивающие разработку самостоятельных рабочих проектов по отдельным видам землеустроительных мероприятий (освоение земель, коренное улучшение кормовых угодий, мелиорации, закладка многолетних насаждений и др.).

В функции всех этих подсистем может не входить автоматизация подготовки того или иного документа в полном его объеме. Однако каждая из подсистем за счет автоматизации отдельных стадий и операций проектирования должна обеспечивать повышение качества и точности проектных решений, рост производительности труда проектировщиков.

Специфические функции в САЗПР выполняет подсистема авторского надзора за осуществлением проектов землеустройства. Она является архивом всех выходных материалов по проектам различных видов и в то же время используется для оказания помощи землевладельцам и землепользователям по освоению проектов землеустройства (путем корректировки отдельных проектных ре­шений, проведения различных дополнительных расчетов и обоснований). В ее функции могут входить также передача данных и поддержание связи с подсистемой контроля за состоянием и использованием земель, входящей в информационно-справочную систему административного района.

Система учета и обработки кадастровых показателей (элемент ЕН) содержит пространственно-локализованную информацию о состоянии земельных ресурсов на конкретных участках.

Система оценки земли (входит в элемент ЕН) предназначена для решения комплекса вопросов, связанных с оценкой земли с учетом ее природных свойств, последствий антропогенного воздействия, наличия элементов инфраструктуры, спроса и предложения на рынке земли и т. д.

Оценка вариантов решения (элемент ЕО) производится на основе информации из нормативных БД, баз данных типовых решений и анализа опыта проектировщика в соответствии с концепциями развивающихся стандартов и эвристичности.

Система нормативной оценки (элемент ES) является реализацией концепции развивающихся стандартов и ориентирована главным образом на работу с другими элементами системы (ЕС, ЕО, ЕЕ и др.) при получении и оценке варианта проекта.

Применяемые в настоящее время в землеустройстве системы автоматизированной обработки и интерпретации данных (элемент ЕК) реализуют широкий набор процедур логико-математического преобразования геодезических, картографических, почвенных, геоботанических, земельно-кадастровых, землеустроительных, оценочных и иных данных, используемых при решении землеустроительных задач. Все они построены на математических моделях преобразования данных и формальной логике. Соответствующие алгоритмы базируются на выборе графа обработки данных (определенной последовательности программ из ряда возможных альтернатив) и на подборе параметров (для каждой программы в графе), определяющих конкретный вариант вычислительного процесса (рис. 14).


hello_html_m41301a6e.jpg


В процессе эксплуатации систем типа САЗПР библиотека обрабатывающих программ нередко быстро разрастается, что усложняет их использование в производственных условиях и делает необходимым постоянное участие специалистов-разработчиков, призванных создавать новые программы или модернизировать действующие. Это серьезно удорожает сопровождение системы и делает ее менее надежной.

В применяемой ныне технологии автоматизированной интерпретации автоматизации подвергается лишь определенный этап обработки. Все остальные процедуры реализуются специалистами вручную. Кардинальное решение этой проблемы связано с разработкой систем, функционирующих на принципах искусственного интеллекта (интеллектуальных пакетов обрабатывающих программ и экспертных систем). Все дело в том, что процедуры углубленной обработки и интерпретации данных, а также формирования выводов несводимы к вычислительным операциям по жестко заданной логике. Они являются эвристическими и успешно реализуются только опытными, высококвалифицированными специалистами; здесь нередко требуется найти оптимальное решение в условиях объективного дефицита информации и знаний об исследуемом объекте, ограниченных возможностей любого программного комплекса.

Содержание пакетов прикладных программ подсистемы зависит от набора конкретных землеустроительных задач, решаемых ею.


6. Автоматизированные банки данных графической и атрибутивной информации, типовых решений (элементы EBG, ЕВТ и ЕВХ) представляют собой систему математических, программных, информационных и лингвистических средств, обеспечивающих решение задач накопления, хранения, обработки и предоставления информации о графических объектах и связанных с ними семантических характеристиках, параметрах расчета, реализациях отдельных проектных решений. В них накапливается информация о фактической результативности и эффективности наиболее типичных землеустроительных мероприятий с целью последующего использования в конструктивных подсистемах САЗПР для планирования, проектирования и обоснования землеустроительных мероприятий в перспективе.

Информация, хранимая в автоматизированных банках, состоит из баз данных, управляемых соответствующими СУБД, и содержит справочные данные, системы документации, классификаторы и кодификаторы, прогнозы и планы, типовые проектные решения.

Каждая такая база данных содержит сведения о пространственных объектах, включая их позиционную и непозиционную (атрибутивную) составляющие, организованные по определенным правилам, относящимся к их описанию, хранению и преобразованию. При этом позиционная часть данных обычно организуется и управляется собственными программными средствами САЗПР, а атрибутивная — той или иной коммерческой СУБД.

При формировании баз данных реализуются следующие принципы:

информационного единства, предполагающий использование единой системы классификации, условных обозначений и символов, терминологии и размерности данных, проблемно-ориентированных языков, способов представления и кодирования однородной информации, обеспечение уникальной идентификации объектов;

надежности хранения информации, что означает возможность ее возобновления в случае разрушения и обеспечения адекватных реакций на ошибочный запрос;

избыточности (контроль за объемом хранимой информации, полнотой исходных данных, недопущение повторного ввода информации);

комплексности (регламентирование информационных связей между всеми задачами, решаемыми при обосновании проектов внутрихозяйственного землеустройства, унификация форм и методов обращения к информации);

динамичности и достоверности используемых показателей, допустимой точности их определения;

однородности информации (обеспечение уникальной идентификации данных);

прогрессивности (обеспечение возможности расширения информационных массивов с учетом перспектив развития САЗПР);

переносимости (возможность изменения физической реализации базы данных на конкретных машинах и носителях без изменения ее логической организации).

Особое значение в рамках функциональной структуры САЗПР имеет автоматизированный банк атрибутивных данных (подсистема специального информационно-нормативного обеспечения). Строго говоря, эту подсистему следует рассматривать скорее как обеспечивающую, так как ее главная функция — аккумулирование, создание и ведение базы специальной информации и нормативов, не содержащихся в стандартных компонентах информационного обеспечения, но необходимых для автоматизации проектирования в главных функциональных подсистемах САЗПР и предназначенных в основном для внутреннего использования.

Тем не менее, то обстоятельство, что данная подсистема предназначена для создания самостоятельного информационного продукта, который может поставляться и внешним потребителям, делает целесообразным ее включение в число функциональных подсистем САЗПР. Это позволяет более четко выстроить связи всех остальных функциональных подсистем и избежать ошибок в определении их функций.

Обслуживание базы данных заключается в постоянном ее пополнении и корректировке информации. Периодичность этих операций зависит от степени консервативности содержащейся в ней информации.


7. Функции этой системы (элемент ER) весьма сложны и многообразны. Условно их можно свести к двум большим группам.

1. Решение заранее детерминированных задач, таких, как:

определение местоположения объектов в географических или прямоугольных координатах;

вычисление геометрических параметров линейных, площадных и внемасштабных объектов (величина углов, длины прямых и извилистых объектов, периметры, площади и т.д.);

вычисление объемов различного рода (количество осадков, выпадающих на определенную территорию, наличие запасов полезных ископаемых, объем ледников, котловин, озер, отдельных возвышений и т.д.);

получение навигационных данных (вычисление и отображение на экране линии положения ортодромии, локсодромии, курса и т.д.);

получение новых характеристик по данным анализа карты (густота речной сети, плотность населения, степень облесенности, средняя длина рек, количество объектов заданной тематической группы и т.д.);

оценка качества и точности введенной карты (контроль заданного масштаба, определение ошибок в положении плановых контуров, погрешностей в определении высот и т.д.);

построение производных карт (карты уклонов, крутизны склонов, экспозиций и т. д.) на основе цифровых моделей рельефа и др.

2. Решение пространственных задач, основанных на обработке интегрированной информации, получаемой в процессе логического наложения слоев. Классическим примером задач данной группы является вычисление площадей сельскохозяйственных угодий в разрезе землепользовании (в случае отнесения кадастровой информации и данных о земельных угодьях к разным слоям) с последующим составлением всего пакета необходимых документов. Заметим, что, как показывает практика, именно такое раздельное хранение информации является наиболее целесообразным, так как изменения, вносимые в один слой, при этом никак не затрагивают другой. В то же время логическое наложение слоев всегда позволяет получить объективную картину распределения угодий по землевладельцам.

Система тематического картографирования (элемент ЕМ) призвана обеспечить вывод на внешние устройства графических изображений, необходимых для интерпретации выполненных расчетов, а также получение карт, землеустроительных схем, графиков, формируемых при получении варианта проектного решения и служащих приложениями к нему.


8. Данная система (элемент EZ) предназначена для того, чтобы с использованием возможностей выбранных СУБД, а также соответствующих интерфейсных программ обеспечить возможность получения информации на основе:

заранее определенных запросов с использованием специальных меню;

применения генераторов отчетов (для формирования новых отчетных таблиц);

использования специальных языковых средств (SQL-запросы).

Подсистема автоматизации нестандартных землеустроительных запросов включает комплекс задач, связанных с внедрением нового правового и экономического механизма регулирования земельных отношений, принятием управленческих решений, осуществлением природоохранных мер, а также с различными землеустроительными действиями: перераспределением земель, реорганизацией предприятий, формированием целевых земельных фондов. К ним относятся, в частности, задачи по определению цен на землю, дифференциации земельного налога и арендной платы, экономическому стимулированию рационального землепользования и др.


9. В подсистеме моделирования творческих функций (элемент ЕЕ) полностью реализуется концепция эвристичности. Данный элемент используется при работе с любыми элементами системы, когда искомое решение лежит за пределами формализованных алгоритмов для данной задачи.

Экспертные системы (ЭС) — это программы, обеспечиваю­щие переработку не только данных, но и знаний. Основные блоки ЭС — база знаний, механизм логических решений, банк данных и интерфейсы «Человек — ЭВМ». Знания могут накапливаться в базе знаний в различных формах. Наибольшее рас­пространение имеет форма правил в виде отношений «Если — то». Другие формы представления знаний — семантические сети, фреймы, списки, предикатная логика. Каждая запись в базе знаний представляет собой частные сведения, полученные от экспертов, из учебников, наставлений для пользователя и других источников.

Банк данных содержит информацию о текущем состоянии решаемой проблемы. Он включает исходные факты, вновь получаемые производные факты, дедуктивные цепи.

Механизм логических решений представляет собой звено, соединяющее базу знаний и банк данных в процессе решения поставленной задачи. Он включает процедуру интерпретации правил, контрольные стратегии, план действий. В процессе решения задачи сведения из базы знаний сравниваются с фактами, имеющимися в банке данных, причем сравнение выполняется многократно с использованием промежуточных результатов.

Большое значение в экспертных системах придается двум принципам:

решение принимает человек, когда его знания и опыт превосходят возможности, заложенные в программу;

диалог между системой и пользователем должен быть построен таким образом, чтобы пользователь не только отвечал на вопросы системы, но и задавал ей вопросы типа «почему?», «как?», «почему нет?», «что, если?..».

При проектировании ЭС нет необходимости разрабатывать ее полностью самостоятельно со всеми необходимыми компонентами (устройствами логического вывода, базой знаний, компонентами приобретения знаний, объяснения и диалога). Можно использовать в качестве «пустых» ЭС базовые системы, такие, как АП-ТХ, Expert, Emycin, Exsys, Guru, Zoops, Mycin и др.

Реализация технологии автоматизированной интерпретации, имитирующей деятельность высококвалифицированных специалистов, осуществляется в виде обобщенной расчетно-логической системы или системы распределенного искусственного интеллекта. Программное обеспечение такой системы включает два компонента:

совокупность интеллектуальных комплексов обрабатывающих программ, предназначенных для решения различных задач автоматизированной интерпретации;

набор экспертных систем.

Интеллектуальные комплексы создаются на принципах функционального программирования. Процедуры обработки данных образуют в них базу знаний, которая реализуется в виде функциональной семантической сети, представляющей собой неориентированный граф, настраиваемый на обработку конкретных данных в момент реализации вычислительного процесса. Это значит, что обработка данных при решении конкретных задач выполняется не по жестким (как обычно), а по самонастраивающимся графам, которые формируются автоматически, а в особо сложных ситуациях—с участием специалиста, исходя из заданных требований, состава исходных данных и ряда проверяемых условий и ограничений.

Экспертные системы реализуют принципы углубленной автоматизированной обработки данных и формирование решений на основе использования базы знаний с применением как теоретически обоснованных математических процедур, так и формализованных специальных знаний по анализу, обобщению и формулированию выводов, имеющихся у специалистов-экспертов.

В соответствии с изложенными подходами можно интегрировать работу САЗПР со всеми логически связанными с ней функциональными системами, осуществлять концептуальное и физическое проектирование отдельных ее элементов, строить рациональные и унифицированные модели автоматизации отдельных составляющих землеустройства и за счет этого добиться устранения избыточности информации не только в отдельной подсистеме, но и в рамках всей системы, что позволит радикально повысить производительность труда проектировщиков и качество разрабатываемых проектов.

Тем самым будет сделан реальный шаг по созданию единого информационного пространства для всех видов землеустроительных работ, заложен фундамент для осуществления поэтапного перехода на автоматизированное землеустроительное проектирование, картографирование и ведение государственного земельного кадастра.


Контрольные вопросы


  1. Перечислите основные элементы автоматизированной системы проектирования в землеустройстве.

  2. Что представляет собой обобщенная блок-схема САЗПР?

  3. Какова основная цель диалоговой системы?

  4. Что представляет собой система методологической поддержки проектировщика?

  5. Что понимается под методологической помощью?

  6. Какие методы формирования цифровых моделей местности вы знаете?

  7. Перечислите основные этапы работ при формировании цифровых моделей методом сканирования.

  8. Что представляет собой система ввода атрибутивной информации?

  9. В чем состоят функции системы конвертирования графической и атрибутивной информации?

  10. Перечислите главные проектировочные подсистемы САЗПР.

  11. Какую роль играет подсистема информационно-нормативного обеспечения?

  12. Что представляет собой система автоматизированной обработки и интерпретации данных?

  13. Что представляют собой автоматизированные банки данных?

  14. Каких принципов необходимо придерживаться при формировании баз данных?

  15. Определите основные функции системы аналитической обработки графических и связанных с ней параметрических данных.

  16. Приведите примеры пространственных задач, основанных на обработке интегрированной информации.

  17. Каковы цель и функции системы запросно-справочной службы?

  18. Какие комплексы должны содержаться в подсистеме стандартных и подсистеме нестандартных землеустроительных запросов?

  19. Какие компоненты входят в программное обеспечение систем моделирования творческих функций?

  20. Какие принципы обработки данных и принятия решений реализуют интеллектуальные комплексы и экспертные системы?


Литература

1. Волков С.Н. Землеустройство. Том 6. Автоматизированные системы проектирования в землеустройстве. – М., 2002.

2. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. – Петрозаводск, 1995.

3. Королев Ю.К. Общая геоинформатика. – М., 1998.


Лекция № 7 (2 часа)

Тема: Автоматизация землеустроительных расчетов.

План лекции:

  1. Общие принципы.

  2. Система и средства автоматизированных землеустроительных расчетов.


1. Разработка и внедрение автоматизированных технологий землеустроительного проектирования в настоящее время становятся важнейшим средством решения непрерывно усложняющихся задач землеустройства, выполнения существенно возросших объемов проектно-изыскательских работ. Большой вклад в решение проблем автоматизации землеустройства внесли такие ученые, как А. Ю. Ашенбренер, Ю. Л. Бугаевский, В. В. Бугаевская, А. А. Варламов, С. Н. Волков, С. И. Ивасюк, В. А. Кудрявцев, Л. Ф. Лысенко, В. А. Махт, Т. В. Папаскири, Н. М. Радчевский и др. Обзор исследований, выполненных в данной области, показывает, что уже достигнуты серьезные результаты по созданию программного обеспечения, решен ряд вопросов, связанных с созданием САЗПР.

Внедрение компьютерных технологий в практику землеустроительных работ предполагает автоматизацию не только получения, накопления и обработки экономической информации о земельных ресурсах и процессах организации использования земель, но и перестройку технологии работы на основе использования информации, отражающей различные пространственные аспекты землепользования. Современные методические, программные и технические средства позволяют отказаться в этой сфере от многих рутинных процессов, улучшить качество выходных документов, ликвидировать многие промежуточные звенья традиционных технологий, облегчить процесс использования графических материалов за счет их перевода в цифровую форму в процессе автоматизированного проектирования.

Решения по производству работ, составляющих содержание предпроектного этапа, принимаются на федеральном, областном или районном уровне, и они должны финансироваться за счет соответствующего бюджета. В то же время работы проектного этапа (разработка проектов межхозяйственного и внутрихозяйственного землеустройства, рабочих проектов на отдельные зем­леустроительные мероприятия) нужны прежде всего отдельным хозяйствам и их объединениям и соответственно могут финансироваться этими субъектами. Основная сложность состоит в том, чтобы обеспечить качественные землеустроительные решения при минимальных затратах и сделать тем самым доступным практически для любого хозяйства заказ на проведение необходимых работ.

Широкое внедрение автоматизации в практику землеустроительного проектирования требует решения таких проблем, как:

создание нормативной базы проектирования;

информационное обеспечение ее развития и поддержание в работоспособном состоянии;

совершенствование методик землеустроительного проектирования;

дальнейшая формализация процессов землеустройства, развитие математического обеспечения;

широкое использование новых методов и прогрессивных технологий;

проектирование и разработка специального программного обеспечения;

техническое обеспечение внедряемых средств автоматизации.

Отправной точкой для автоматизации землеустройства является составление схемы взаимосвязей задач землеустройства в целом и внутрихозяйственного проектирования как важнейшего его элемента (рис. 20). Наличие подобной схемы облегчает группировку процессов землеустроительного проектирования в отдельные блоки для автоматизации, позволяет определить последовательность решения задач в соответствии с конкретными технологиями производства работ, согласование их на уровне входной и выходной информации.

Проблемы землеустройства, отраженные на схеме, требуют дальнейшей детализации при их решении. Каждый элемент землеустройства имеет сложную структуру, и для его оптимального размещения по территории хозяйства необходимо четко представлять последовательность выполнения полевых и камеральных работ с учетом имеющегося информационного обеспечения.

В процессе автоматизации землеустроительных расчетов необходимо решать следующие задачи:

анализ предметной области;

конкретизация проблемы (точное определение идентифицируемых задач, временные ограничения, имеющиеся ресурсы, оценка процедур и т.д.);

анализ методов обоснования проектных решений;

выбор метода для его реализации на ЭВМ;

разработка основных принципов автоматизации землеустроительных расчетов;

разработка экономико-математических моделей, математических и программных алгоритмов;

разработка технологической схемы решения проблемной задачи землеустройства;

определение конфигурации программно-технических средств, состава программных модулей, интерфейсов для согласования их работы;

определение состава информационного обеспечения; описание потоков входной и выходной информации, ее структуризация и унификация;

разработка форм входных и выходных документов; разработка и отладка программных средств; апробация разработанного программного обеспечения; анализ полученных результатов.


hello_html_3b2e05a8.jpg


2. Автоматизированное решение землеустроительных задач осуществляется в рамках проектирования и создания САЗПР. Согласно изложенной в главе 3 концепции создания автоматизированных систем и, в частности, концепции системности, модульности, разбиения и локальной оптимизации сначала проектирую! независимые блоки, состоящие при необходимости из совокупно сти программных модулей, ориентированных на решение отдель­ных задач землеустройства. Каждая предпроектировочная систем САЗПР содержит различные виды обеспечения, образующие комплекс средств САЗПР, связанный через систему интерфейсов с пользователями системы (специалистами-землеустроителями), а через административные, организационные и материально-технические мероприятия — с проектными организациями, где они функционируют.

Как видно из обобщенной схемы (рис. 21), в процессе создания системы и средств автоматизированных расчетов необходимо раз работать следующие виды обеспечения:

математическое — совокупность математических методов, моделей и алгоритмов, представленных в заданной форме;

техническое — комплекс взаимоувязанных и взаимодействующих технических средств (подготовки, ввода данных и манипулирования ими, средства дистанционной связи для передачи файлов данных больших объемов);

комплексной обработки данных, их документирования и отображения, ведения архива проектных решений (хранение, контроль, восстановление, размножение исходных и результирующих данных);

информационное — систему сведений, необходимую для выполнения автоматизированных землеустроительных расчетов, организованную как в традиционной форме представления информации, так и в виде автоматизированных банков данных;

программное — совокупность общесистемных и прикладных программ, представленных в заданной форме и объединенных со­ответствующим образом;

hello_html_m7614df29.jpg

совокупность методических и руководящих материалов, положений, инструкций, приказов и других документов, устанавливающих состав проектной организации и ее подразделений, связь между ними, их функции, а также регламентирующих процесс автоматизированного проектирования.

На рис. 22 приведена обобщенная блок-схема землеустроительных расчетов, которая иллюстрирует процесс прохождения задачи в автоматизированной системе.

Блок сбора, анализа и подготовки информации для автоматизированной обработки является единственным, который полностью выполняется землеустроителем-проектировщиком самостоятельно без применения ЭВМ, и на полученных им результатах основывается все дальнейшее решение.

Блок исходной информации включает в себя планово-картографический материл, материалы дистанционного зондирования, схемы землепользования, землеустройства, перераспределения земель, статистические и нормативно-справочные данные, сведения по зональным системам земледелия, агрохимическим мероприятиям, агроэкологической классификации и территориальной дифференциации земель, способы воспроизводства плодородия почв и т. д. (рис. 23).

Блок выбора графа обработки определяется полнотой, качеством, совместимостью собранной информации, в результате чего осуществляется выбор метода обоснования проектных решений и соответствующих предпроектировочных систем.

Данная схема основывается на формировании списка вопросов, определяющих один из возможных исходов, в соответствии с которым осуществляется принятие решения в отношении выбора того или иного программного средства, необходимого для решения задачи.

В процессе решения задачи информация может выводиться не во всем объеме, а ограничиваться ключевыми данными, необходимыми для анализа, оценки полученного результата и принятия необходимого решения. При необходимости пользователь корректирует исходную информацию, меняет граф обработки, получает новые результаты до тех пор, пока они его будут удовлетворять.

При реализации схемы автоматизированных расчетов землеустроительных задач большое значение имеют опыт, знания, квалификация землеустроителя, который осуществляет анализ и принятие решения.

В целях повышения объективности, снижения трудоемкости, понижения квалификационных требований к пользователю целесообразно использовать экспертные системы с искусственным интеллектом.

Блок формирования выходных материалов и их вывод на внешнее устройство предназначены для представления выходной информации в соответствии с разработанными формами. При этом можно использовать существующие формы документов, пригод­ные для машинной обработки, и разрабатывать новые при полном исключении элементов их ручного заполнения; производятся унификация, стандартизация документации и совершенствование документооборота.


hello_html_m1012ae09.jpg

hello_html_1e7ca373.jpg

hello_html_1fe137af.jpg

Обобщенная блок-схема модуля, обеспечивающего формирование таблиц и вывод их в файл, приведена на рис. 24.

Управление и манипулирование данными в системе осуществляются пользователем в диалоговом режиме. Это позволяет динамично, выборочно и с необходимым контролем осуществлять заполнение соответствующих баз данных.

При создании диалоговой системы учитывается возможность прерывания работы пользователем в любой момент и на любом этапе решения задачи.

Диагностика функционирования обеспечивается выходными сообщениями задач, выдаваемыми по результатам решения в форме таблиц цифровых показателей (аналитических, комплексных, синтетических), с последующим визуальным контролем, интерпретацией полученных результатов и принятием окончательного решения должностным лицом, ответственным за достоверность результатов.



Контрольные вопросы


  1. Перечислите основные принципы автоматизированного проектирования.

  2. Что включает в себя обобщенная блок-схема модуля по формированию и выводу документов на печать?


Литература


1. Волков С.Н. Землеустройство. Том 6. Автоматизированные системы проектирования в землеустройстве. – М., 2002.

2. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. – Петрозаводск, 1995.

3. Королев Ю.К. Общая геоинформатика. – М., 1998.


Лекция № 8 (2 часа)

Тема: Экспертные системы в землеустройстве.

План лекции:

  1. Структура и возможности экспертных систем.

  2. Перспективы применения экспертных систем в ГИС и САЗПР.


1. Перспективы развития землеустроительных САПР и ГИС во многом связаны с созданием и использованием экспертных систем (ЭС), которые являются разновидностью систем искусственного интеллекта.

Искусственный интеллект — это быстро развивающаяся научная дисциплина, возникшая в 50-е годы XX в. на стыке кибернетики, лингвистики, психологии и программирования, восходящая к работам Винера, Маккалока и Розенблата по нейронным сетям. Ее можно определить как науку о знаниях, о том, как их добывать, представлять в искусственных системах, перерабатывать внутри них и использовать для решения практических задач. В настоящее время исследования в данной области проводятся по следующим основным направлениям:

обработка естественного языка и моделирование диалога;

экспертные системы;

автоматическое доказательство теорем;

робототехника;

интеллектуальные вопросно-ответные системы;

автоматическое программирование;

распознавание образов;

решение комбинаторных задач (головоломки, игры).

Наибольший прогресс в сфере искусственного интеллекта свя­зан с созданием ЭС, которые уже получили достаточно широкое распространение и используются при решении многих практических задач.

Решение задач землеустроительного проектирования постоянно требует привлечения экспертных знаний в большом объеме. Это обусловлено рядом причин: слабой структуризацией большинства задач данного типа; участием в их постановке специалистов-экспертов; возможностью получения различных, но практически равноценных проектов; отсутствием единого алгоритма решения; возрастанием сложности проектируемых объектов и увеличением количества учитываемых показателей на каждом следующем шаге проектирования.

Экспертная система — это человеко-машинная система, важнейшими компонентами которой являются база знаний (построенная в соответствии с определенной формой их представления) и механизм выводов, который обеспечивает манипулирование объектами базы при решении конкретных прикладных задач.

База знаний представляет собой совокупность экспертных данных, то есть знаний специалистов в определенной предметной области. В отличие от обычных баз данных знания требуют иной формы представления; для этого используют так называемые семантические сети с произвольной структурой и регулярные сети — фреймы. Фреймы описывают общие понятия, слоты и ячейки детализируют их, и в результате ЭС приобретает иерархическую структуру. В «решателе» (блок механизмов выводов) собраны логические операции, с помощью которых устанавливаются связи между профессиональными знаниями экспертов и реальными ситуациями (входными данными задачи). Таким образом, главным в ЭС является модель представлений экспертов о предметной области и методах решения соответствующих задач. Совершенство системы зависит от глубины проникновения разработчиков в данную предметную область, то есть их опыта.

Детальная структура ЭС: модуль вывода (решатель) по запросу от пользователя, используя имеющиеся знания, осуществляет поиск ответа, причем этот поиск, как правило, сопровождается диалогом между пользователем и ЭС. Если решение задачи (ответ) у пользователя вызывает сомнения, он может потребовать объяснений (эту работу выполняет подсистема объяснений, на рисунке не показанная).

Модуль усвоения знаний, если он включен в ЭС, действует на принципах индуктивного вывода; разработка таких модулей еще только начинается, поэтому в большинстве существующих ЭС он отсутствует.

Создание экспертных систем — менее формальный процесс, чем написание компьютерных программ, разработка баз данных, информационно-поисковых систем. Это объясняется не возрастом данной области (ЭС разрабатываются уже не менее 30 лет), а разнообразием плохо формализуемых задач, возникающих в различны предметных областях.

Тем не менее, ЭС применяются достаточно широко; их можно классифицировать по следующим типам:

интерпретация (описание ситуаций по наблюдаемым данным);

прогнозирование (вывод вероятных следствий из заданной ситуации);

диагностика (вывод о нарушениях в работе технической системы или организма человека по данным наблюдений);

проектирование (построение конфигурации объектов, которая удовлетворяет заданным ограничениям);

планирование (разработка плана действий для достижения заданной цели);

контроль (выдача предупреждений об опасности или нештатной ситуации);

отладка (выдача рекомендаций по ликвидации недостатков функционирования);

ремонт (устранение обнаруженных в системе дефектов);

обучение;

управление (адаптация системы к меняющимся условиям).

В настоящее время сложилась определенная технология разработки ЭС, которая включает 6 основных этапов: идентификацию, концептуализацию, формализацию, выполнение, тестирование и опытную эксплуатацию.

Этап идентификации связан с осмыслением задач, которые предстоит решить будущей ЭС, и формированием требований к ней. На данном этапе нужно получить ответ на вопрос, что будет делать система и какие ресурсы необходимо задействовать (идентификация задач, определение участников процесса проектирования и их роли, выявление ресурсов и целей).

Идентификация задачи заключается в составлении неформального (вербального) описания, в котором указываются: общие характеристики задачи; подзадачи, выделяемые внутри нее; ключевые понятия (объекты), их входные и выходные параметры; предположительный вид решения, а также знания, относящиеся к решаемой задаче.

На этапе концептуализации проводится содержательный анализ проблемной области, выявляются используемые понятия и их взаимосвязи, определяются методы решения задач. Он завершается созданием модели предметной области, включающей основные концепты и отношения. На этом этапе определяют следующие особенности задачи: типы доступных данных; исходные и выводимые данные, подзадачи общей задачи; используемые стратегии и гипотезы; виды взаимосвязей между объектами; типы используемых отношений (иерархия, причина — следствие, часть — целое и т. п.); процессы, используемые входе решения; состав знаний, необходимых для выработки решения; типы ограничений, накладываемых на процессы, используемые в ходе решения; состав знаний, используемых для обоснования принятых решений.

На этапе формализации все ключевые понятия и отношения выражаются на некотором формальном языке, который либо выбирается из числа уже существующих, либо создается заново. Другими словами, определяют состав средств выражения и способы представления декларативных и процедурных знаний, на основе которых формируется описание решения задачи ЭС на выбранном формальном языке. В частности, указывают способы представления знаний (фреймы, сценарии, семантические сети и т. д.), способы манипулирования ими (логический вывод, аналитическая модель, статистическая модель и др.) и их интерпретации.

Одна из основных проблем формализации профессиональных знаний — выявление задач, выполнение которых может быть полностью или частично поручено некомпетентному исполнителю.

Неформализованность задач, решаемых экспертными системами, отсутствие завершенной теории ЭС и методологии их проектирования приводят к необходимости модифицировать принципы и способы построения ЭС в ходе процесса проектирования по мере того, как увеличиваются знания разработчиков о данной проблемной области. Как отмечал академик Г. С. Поспелов, «создание экспертных систем не может идти по обычной схеме заказчик—исполнитель... Это невозможно потому, что знания, которыми должна быть заполнена конкретная экспертная система, находятся у заказчика, а не у исполнителя...».

Формализация профессиональных знаний — это обобщение опыта высококвалифицированных специалистов, оформление по общепринятым правилам технологических описаний методов решения проектных задач и их ограничений. Исходя из возможностей подготовки таких описаний проектные задачи могут быть подразделены на хорошо и слабоформализуемые. Хорошо формализуемыми называют задачи, последовательность решения которых может быть описана настолько полно и корректно, что абсолютно некомпетентный исполнитель, пользуясь только этим описанием, способен без участия квалифицированного специалиста получить приемлемый результат. При этом результат по форме и содержанию будет зависеть только от названного описания и исходных данных (типичный пример хорошо формализуемых проектных задач— инженерные и технико-экономические расчеты). В слабо-формализуемых задачах удается описать последовательность выполнения лишь отдельных операций. В этом случае некомпетентный исполнитель, руководствуясь описанием, должен периодически консультироваться с квалифицированным специалистом. Соответственно получаемый результат будет зависеть не только от описания и исходных данных, но и от опыта и квалификации специалиста, участвующего в решении задачи.

Сразу же заметим, что большинство проектных задач землеустройства является слабоформализуемыми. Например, при графической компоновке устройства территории севооборотов требуется очень высокая квалификация для принятия важнейших принципиальных решений и в то же время имеются простые, хорошо формализуемые операции (сбор нормативных данных, экономическое обоснование проектных решений и др.).

Цель этапа выполнения — создание одного или нескольких прототипов ЭС, решающих требуемые задачи. Разработка прототипа заключается в программировании его компонентов или их выборе из известных инструментальных средств, а также в заполнении базы знаний. Прототип должен обеспечить проверку адекватности идей, методов и способов представления знаний, включенных в ЭС, решаемым задачам. Создание прототипа должно подтвердить, что выбранные методы решений и способы представления пригодны, по крайней мере, для ряда задач данной предметной области, а также продемонстрировать тенденцию к получению высококачественных и эффективных решений для всех задач этого типа по мере расширения базы знаний.

На этапе тестирования производится оценка выбранного способа представления знаний и работы ЭС в целом, на этапе опытной эксплуатации — ее пригодности для конечного пользователя.

Экспертные системы необходимо рассматривать как самостоятельный класс автоматизированных информационных систем, содержащих базы данных и базы знаний, способных осуществлять анализ, коррекцию и синтез данных, анализировать и принимать решения как по запросу, так и независимо от запроса пользователя и выполнять ряд аналитически-классификационных задач. В частности, ЭС должны уметь распределять входную информацию по группам, консультировать, делать выводы, ставить диагноз, обучать прогнозированию, идентифицировать задачи и объекты, интерпретировать полученные результаты и т. д.

Целесообразно сочетание экспертных систем с автоматизированными информационными системами традиционного типа. Экспертный компонент такой комплексной системы может предоставлять вспомогательные средства для отбора необходимых данных, способов их обработки, обеспечивать качественный поиск информации в разнообразных базах данных.


2. Для повышения эффективности САПР и ГИС в землеустройстве, а также чтобы сделать их более удобными в обращении, необходимо использовать метод экспертных оценок, особенно при анализе данных и принятии проектных решений. При помощи этого метода, в частности, можно прогнозировать будущее состояние природной среды в результате землеустройства. Если ожида­ются негативные изменения, проект пересматривают с целью их устранения. Использование экспертных оценок в землеустройстве необходимо рассматривать как один из этапов на пути создания землеустроительной экспертной системы, объединяющей эмпирические и формализованные знания о землеустроительном процессе.

В настоящее время быстро возрастает объем и увеличивается разнообразие пространственно локализованных данных, которые могут сохраняться и обрабатываться геоинформационными системами. Часто их обработка замедляется из-за неэффективности соответствующих процедур. Распространенные до недавнего времени версии ГИС имели ограниченные возможности как при работе с данными дистанционного зондирования, так и с разнообразными картами, поскольку первые имеют растровое представление, а вторые оцифрованы в векторном формате. Но этот недостаток постепенно устраняется, по мере того как ГИС включают гибридные технологии (векторно-растровые).

Применение экспертных систем в ГИС не является обязательным во всех случаях. По сравнению с базами данных ЭС представляют гораздо более жесткие требования как к организации решения задач, так и к наличию необходимого минимума данных и формализованных знаний.

При создании экспертных систем возникает, как минимум, три проблемы:

обеспечение достаточной полноты информации. Это требует выделения ключевых (основополагающих) знаний и установления их взаимосвязи в структуре данных, а также создания и использования такой системы кодирования, которая бы позволила эффективно применять эту информацию для решения практических задач;

получение эффективной оценки качества функционирования ЭС и выработка соответствующих критериев. Проблема заключается в том, что знания специалистов — это не просто сумма сведений и фактов. Формальные попытки учета многомерности связей путем добавления новых могут привести к чрезмерной перегруженности (жесткости) системы, она станет закрытой для добавления новых элементов и установления связей с уже существующими;

возможность получения недостоверного результата из-за вероятностного характера структуры решаемых задач и синтеза знаний.

Решение перечисленных проблем является необходимым, но недостаточным условием применения экспертных систем в ГИС.

ГИС сейчас широко применяются при изучении природных ресурсов и их использовании. В настоящее время основная проблема заключается в том, что они рассчитаны на квалифицированных экспертов, имеющих опыт исследования сложных пространственных связей с помощью компьютерных систем. Удобные для рядового пользователя интерактивные системы, которые могли бы помочь ему в решении различных задач, существенно улучшили бы характеристики ГИС и расширили их применение. В частности, разработка экспертных систем для ГИС могла бы позволить более эффективно проводить обработку и анализ данных на компьютере лицам, имеющим небольшой опыт в этой области. Так, проблема совмещения пространственных данных, полученных из разных источников, может решаться путем разработки новых моделей данных, которые должны быть совместимы с методами искусственного интеллекта, применяемыми в задачах сужения пространства поиска.

Вообще, ГИС являются хорошей средой для внедрения методов искусственного интеллекта и экспертных систем. Это вызвано, с одной стороны, разнообразием и сложностью самих ГИС, с другой — наличием большого числа экспертных задач, возникающих при их использовании. Уже созданы ЭС, применяемые для получения композиции карт, выделения элементов их нагрузки, получения тематических карт, поддержки принятия решений, построения оверлейных структур и др.

Знания — это дорогой, но тиражируемый ресурс. В настоящее время проработаны и используются на практике следующие модели знаний:

  1. логические модели (исчисления предикатов первого порядка, псевдофизическая, временная, пространственная, каузальная и нечеткая логики);

  2. семантические сети (ориентированные графы, вершины которых представляют понятия и объекты, а дуги — отношения между ними, в какой-то мере аналогичные сетевым моделям данных);

  3. фреймы (регулярные, или однородные, разновидности семантических сетей);

  4. системы вывода (правила вида «условие — действие», «если — то» и т. п.).

Для каждой модели знаний имеются соответствующие методы получения решений и их использования; существуют и смешанные модели знаний. В настоящее время наблюдается смещение акцентов в сторону систем вывода, поскольку они ближе к обычной логике действий экспертов, а сами методы хорошо проработаны. Данные системы имеют и другие достоинства — простота, однородность структуры, локальность вносимых в базу знаний изменений (что упрощает ее модификацию) и др.

Интеллектуальные системы, в том числе ЭС, требуют для компьютерной реализации специальных программ, осуществляющих в основном символьные вычисления. Для их создания предложены различные инструментальные средства, учитывающие как специфику переработки информации в таких системах, так и их структуру, что существенно облегчает программирование. К ним относятся:

скелетные системы (оболочки систем искусственного интеллекта);

средства автоматизированного проектирования интеллектуаль­ных систем;

системы представления знаний;

системы программирования.

Скелетная система представляет собой полномасштабную систему искусственного интеллекта (ИИ) с пустой базой знаний, ориентированную на определенный круг приложений. Задача разработчика при использовании скелетной системы сводится только к подготовке базы знаний. Каждая такая система характеризуется жестко фиксированным способом представления знаний (моделью знаний), методом вывода решений и организацией взаимодействия компонентов.

Средства автоматизированного проектирования напоминают скелетные системы, но обладают большей гибкостью, предоставляя разработчику несколько вариантов организации базы знаний и функционирования системы. Поэтому данные средства иногда называют настраиваемыми оболочками.

Системы представления знаний поддерживают специальные языки для формального выражения знаний в той или иной модели (так называемые языки представления знаний). В инструментальные средства данного типа входят также модули вывода, причем разработчику предоставляются определенные возможности по управлению его работой.

При использовании систем программирования разработчику необходимо создавать полную инфраструктуру для интересующего приложения, то есть разрабатывать собственный язык представления знаний и программировать все компоненты системы. Наиболее широко для этих целей используются непроцедурные языки программирования LISP, PROLOG и SMALLTALK. Благодаря эффективности реализации находят применение в этой обла­сти и процедурные языки.

Типы инструментальных средств перечислены в порядке повышения универсальности и эффективности работы будущего продукта, а также увеличения затрат на разработку с их помощью систем искусственного интеллекта.

Можно выделить несколько групп задач, требующих применения экспертных систем в землеустроительных ГИС: обработка видеоизображений; преобразование растровых изображений в векторные графические модели; обработка картографической информации; обработка и упорядочение разнородной информации; построение моделей объектов или местности; анализ моделей ГИС; получение проектных решений на основе геоинформации.

В землеустройстве практически все вопросы, касающиеся организации территории сельскохозяйственных предприятий, можно решать при помощи землеустроительной ЭС.

Экспертные системы качественно отличаются от различных информационных систем, и прежде всего тем, что оперируют не данными, а знаниями. Они должны обладать математическим обеспечением, позволяющим описывать знания, пополнять их с помощью специалистов (экспертов), а главное — формировать новые знания, используя старые.

Характерные особенности экспертных систем — построение диалога в свободной форме (консультативный диалог, обучение правилам из базы знаний, получение новых знаний), изменение базы знаний, механизмов обучения и самообучения без участия пользователя.

Системы автоматизированного проектирования являются одной из основных областей приложения экспертных систем. Эти системы, рассматриваемые в качестве прикладных систем искусственного интеллекта, развиваются в сторону расширения их интеллектуальных возможностей.

Основные преимущества ЭС перед другими автоматизированными системами:

возможность решения, оптимизации или получения оценок новых классов трудноформализуемых задач, реализация которых на ЭВМ до недавнего времени считалась затруднительной или невозможной;

обеспечение возможности рядовому пользователю вести диалог на естественном языке и применять методы визуализации информации для эффективного использования ЭВМ и решения землеустроительных задач;

накопление данных, знаний, правил использования знаний, правил самообучения ЭС для получения все более достоверных и квалифицированных выводов или решений (включают не затребованные пользователем);

решение вопросов или проблем, которые сам пользователь не в состоянии решить либо из-за отсутствия у него информации, либо из-за ее многообразия, либо из-за длительности обычного решения даже при помощи ЭВМ;

возможность создания индивидуальных специализированных ЭС за счет использования развитых инструментальных средств и личного опыта разработчика системы;

использование нетрадиционной дополнительной информации при землеустроительном проектировании;

существенное увеличение числа вариантов, рассматриваемых при проектировании;

повышение точности и качества проектных решений за счет снижения риска ошибки проектирования.

Подводя итог, можно сказать, что ЭС в землеустройстве — это система специальных средств, предназначенных для представления на ЭВМ знаний квалифицированных специалистов (экспертов) в области землеустройства, позволяющая использовать их рядовыми исполнителями при решении землеустроительных задач.

Разработка и внедрение ЭС в землеустройство должны привести к созданию новой технологии проектирования, при которой традиционный комплекс этапов разработки проекта будет рассматриваться как единая задача во всей сложности ее взаимосвязей.


Контрольные вопросы


  1. Опишите базовую структуру ЭС.

  2. Перечислите основные этапы создания ЭС.

  3. Какие типы инструментальных средств используются при разработке систем искусственного интеллекта?

  4. В чем заключаются преимущества ЭС перед другими автоматизированными информационными системами?

  5. Дайте краткое определение землеустроительной ЭС.


Литература


1. Волков С.Н. Землеустройство. Том 6. Автоматизированные системы проектирования в землеустройстве. – М., 2002.

2. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. – Петрозаводск, 1995.

3. Королев Ю.К. Общая геоинформатика. – М., 1998.




Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Автор
Дата добавления 19.04.2016
Раздел Другое
Подраздел Конспекты
Просмотров3303
Номер материала ДБ-042140
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх