XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Введение

ГИС – это система сбора, проверки, интеграции, хранения, анализа, обработки и отображения данных, пространственно относящихся к поверхности Земли [6].

Применение ГИС в градостроительстве сегодня позволяет автоматизировать решение множества задач, начиная от вычисления расстояний и площадей, и заканчивая построением моделей сложных геосистем и процессов с целью управления и прогнозирования будущих состояний. Градостроительство это большая ответственность перед будущими поколениями. Сам процесс градостроительного проектирования крайне сложен и неоднозначен. Не случайно в урбанистике работают не только архитекторы-планировщики, а в разработке градостроительной документации принимают участие специалисты различных сфер: инженеры, географы, геологи, экономисты, экологи и т.д. Плохо продуманная пространственная организация может нанести территории огромный ущерб [7].

Глава 1. Понятие геоинформационной системы

Геоинформационная система – это информационно-справочная система, предназначенная для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации о представленных в ГИС объектах. В частности, для информационного обеспечения функций управления, которые требуют решения пространственных задач, например [4]:

маршрутизация транспорта;

анализ и управление сетями (транспортными, связи, электроснабжения и т.д.)

многофакторная оценка земель;

экологический мониторинг.

ГИС дает возможность интегрировать проектные и картографические данные из множества источников, а также легко и быстро распространять карты и картографическую информацию, формировать информационные объекты карты в зависимости от необходимости, использовать разные слои карты и т.д. Доступ к картографической информации для конечных пользователей осуществляется по сети Интернет, что делает такой доступ максимально простым и удобным. Таким образом, ГИС представляет собой высокофункциональную, удобную и гибкую систему, осуществляющую ввод, интеграцию, анализ и распространение картографических данных [5].

.Основные возможности ГИС [1]:

создание, редактирование и интеграция картографических данных;

доступ к картографическим данным по сети Интернет;

изменение семантических и пространственных атрибутов картографических объектов без применения дополнительного программного обеспечения на клиентских местах;

использование механизма поиска, позволяющего выбирать необходимые объекты по заданным параметрам;

простая и интуитивно понятная навигация в интерактивных картах;

интеграция и возможности взаимодействия с внешними информационными системами и базами данных;

создание условий для объективной и комплексной характеристики структур и процессов, связанных с пространственным отображением.

Таким образом, геоинформационные системы являются многофункциональной информационной системой, которая предназначена для сбора и обработки, а также моделирования и подробного анализа пространственных данных, их отображения, использования при разрешении различных расчетных задач, а также подготовке, принятии решений. Ключевое назначение ГИС состоит в формировании определенных знаний о Земле и отдельных территориях, а также местности, своевременном доведении необходимых пространственных данных до пользователей для достижения высокой эффективности их работы [1].

Глава 2. Особенности использования ГИС в градостроительных работах

В силу ряда обстоятельств до принятия нового Градостроительного кодекса РФ в 2004 г. сфера градостроительства не являлась приоритетным направлением развития, значительное внимание уделялось развитию земельной реформы, а подразделения по архитектуре и градостроительству находились в упадке и в ряде городских и территориальных администраций были упразднены. Это обстоятельство оказало негативное влияние не только на положение проектных градостроительных институтов, которые стремительно теряли квалифицированные кадры, подготовка которых требует десятилетий. Оно также отразилось на современном облике городов и территорий: ценнейшие градостроительные земли, вопреки протестам городских архитекторов, были отданы под огороды и садовые участки в черте поселений, в некоторых городах интенсивно застраивались территории, занятые зелеными насаждениями. Практически повсеместно нанесен огромный ущерб объектам культурного наследия не только и не столько в результате их утраты, сколько из-за высокоэтажной высокоплотной застройки исторических частей городов, которая меняет как эстетическое восприятие исторических поселений, так и историческую планировочную структуру. Погоня за прибылью оборачивается потерей городами уникального облика и, в конечном счете, снижением их инвестиционного потенциала. Традиционная градостроительная документация, создававшаяся в «докомпьютерную эру», имела ряд существенных недостатков, главные из которых [11]:

Недостаточная информационная обеспеченность проектов;

Большой формат чертежей, выполненных, как правило, в одном экземпляре;

Сложность для восприятия некоторых чертежей Генерального плана, вызванная перенасыщенностью графических изображений условными обозначениями;

Ограничительный гриф, связанный, главным образом, с использованием закрытой картографической информации в качестве подосновы;

Практическая невозможность оперативной корректуры проектных предложений, необходимых из-за достаточно быстро меняющихся ситуаций, что особенно наглядно проявилось в 1990-е годы в Российской Федерации.

Эти негативные моменты настолько затрудняли эффективное использование градостроительной проектной документации, что она фактически не использовалась службами города (района, области) в повседневной работе. Это, в свою очередь, приводило к многочисленным градостроительным ошибкам, результаты которых мы пожинаем практически во всех городах страны [7].

Жесткие требования нового Градостроительного кодекса РФ о создании и утверждении документов территориального планирования сталкиваются теперь с недостатком квалифицированных кадров для разработки этой документации. На возникшем рынке разработки документации территориального планирования появились компании, не располагающие опытом создания подобной документации. Этому способствовала и отмена лицензирования данного вида деятельности, и своеобразие условий проведения конкурсов, в которых не учитывается опыт работ компании в этой сфере и наличие соответствующих специалистов [2].

Для планирования развития территорий разного уровня (регионов, районов, городов, рекреационных зон и пр.) необходима информационная база, позволяющая охарактеризовать современное состояние территории, происходящие на ней изменения и процессы, в том числе вызванные хозяйственной деятельностью человека. На современном научно-техническом уровне таким инструментом, идеально соответствующим решению указанных задач, являются геоинформационные технологии и данные дистанционного зондирования Земли из космоса. При этом материалы космической съемки представляют собой не только визуализированную информацию о территории, а служат высокотехнологичной основой для внедрения в практику природно-экологического подхода, без которого невозможно принятие научно обоснованных решений по пространственному планированию территорий [4].

Появление компьютерных технологий и, в частности, геоинформационных систем качественно изменили ситуацию в территориальном планировании. Появилась возможность создавать документацию нового поколения, и принципиально изменился подход к городскому проектированию. ГИС-технологии могут быть эффектно применены для всего иерархического ряда документации территориального планирования: от схем территориального планирования страны и субъектов Российской Федерации до проектов планировки. Процесс создания и структурное построение документации территориального планирования свидетельствуют об эффективности использования ГИС-технологий. Использование ГИС-технологий представляется весьма эффективным при разработке проектных предложений территориального планирования (проектный план) и отраслевых проектных схем, детализирующих и подкрепляющих проектные предложения документации по территориальному планированию на основе проведенного анализа и программ социально-экономического развития [4].

Результатом такой работы становится создание многофункциональной градостроительной геоинформационной системы, которая вполне может рассматриваться как ядро территориальной ГИС, поскольку градостроительная документация содержит в себе многие территориальные компоненты, необходимые для управления развитием территории.

В целом, документы территориального планирования всех уровней содержат следующие блоки [6]:

вспомогательный картографический блок, содержащий цифровую топографическую основу, цифровое космическое изображение, тематические картографические материалы;

социально-экономический блок (демография, сферы занятости, социально-экономические предпосылки градостроительного развития);

архитектурно-планировочный блок (современное использование территории, функциональное зонирование и развитие планировочной структуры, развитие системы центров, новое жилищное строительство и реконструкция фонда, реорганизация производственных территорий);

природно-экологический блок (природные и инженерно-геологические условия, современное состояние окружающей среды, мероприятия по охране окружающей среды, природно-экологический каркас территории, система озеленения);

инженерно-инфраструктурный блок (транспортная инфраструктура, инженерная инфраструктура, инженерная подготовка территории, защита территории от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера).

Разумеется, уровень территориального планирования вносит коррективы в приведенную схему, в первую очередь, связанные с масштабом и, следовательно, детальностью проработки территории.

Разберем на примере конкретного плана использования ГИС в градостроительстве и назовем такую геоинформационную систему «Генеральный план».

Итак, ГИС «Генеральный план» состоит из следующих блоков:

1. Вспомогательный блок:

-1а- цифровая топографическая основа

-1б- цифровое космическое изображение

2. Архитектурно-планировочный блок:

-2а- архитектурно-планировочная организация территории

-2б- градостроительная экономика

3. Природно-экологический блок:

-3а- природные и инженерно-геологические условия

-3б- загрязнение окружающей среды

-3в- охрана окружающей среды

4. Инженерно-инфраструктурный блок:

-4а- транспортное обслуживание

-4б- инженерная инфраструктура

-4в- инженерная подготовка территории

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

Опорный план (план существующего города);

Зоны охраны и собственно памятники истории и культуры;

Структура землепользования;

Концепция планировочной модели города;

Планировочные мероприятия по основным функциональным зонам города;

Проектный план и проектное зонирование.

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

промышленные предприятия, с базой данных характеризующих его название, адрес, размер участка, класс санитарной вредности, размер нормативной санитарно-защитной зоны и т.п.;

жилые образования с соответствующей базой данных;

объекты обслуживания с соответствующей базой данных;

зеленые насаждения с соответствующей базой данных;

ГИС «Генеральный план» позволяет решать множество задач:

Картографические слои можно обновлять, создавать новые тематические слои; семантические базы данных также можно обновлять и, кроме того, расширять, т.е. вводить новые характеристики. Таким образом, это реальное воплощение идеи мониторинга, поддержание баз данных всегда в актуальном состоянии.

Возможность совмещения цифровых картографических слоев в любом сочетании. Эту возможность трудно переоценить, так как она позволяет, по сути, создавать уникальные картографические документы для конечного пользователя, под конкретные задачи.

Автоматическая работа с базами данных для принятия решений. ГИС-технологии позволяют в автоматическом режиме решать задачи по выбору территорий, отвечающих заданным критериям.

Например, можно поставить задачу выбора территории "вне санитарно-защитных зон", "вне ареалов загрязнения почв", "с уровнем грунтовых вод ниже двух метров", "с нахождением лесного массива в радиусе 500 м", "с возможностью подключения к инженерным сетям". Имеются примеры решения и более сложных задач. Так, например, ГИС-технологии использовались немецкими проектировщиками для выбора площадки для нового аэропорта Берлина, для чего были проанализированы более 70 цифровых картографических тематических слоев, вплоть до трасс пролета перелетных птиц.

Применительно к проектной градостроительной документации это означает возможность принятия научно обоснованных, доказуемых проектных предложений, опирающихся на комплексный компьютерный анализ современного состояния и использования территории города, улично-дорожной сети, инженерных систем и т.д. Особенно эффективны ГИС-технологии при создании, например, схемы планировочных ограничений, когда на одну схему необходимо нанести сведения из разных отраслей знаний, влияющие на планировочные решения Генерального плана. Это и инженерно-строительные ограничения, и санитарно-защитные зоны предприятий, и водоохранные зоны водоемов и водотоков, и зоны санитарной охраны водозаборов, и зоны от магистральных трубопроводов, ЛЭП и прочих инженерных объектов, и охраняемые природные территории и т.п. Но главным, пожалуй, является то, что таким образом создается единое городское) информационное пространство. Впервые проектная градостроительная документация перестает быть "вещью в себе" - она становится широко доступной для всех служб города. Принимая какое-либо решение по своему ведомству, достаточно легко по электронной версии уточнить решения Генерального плана по этой территории и тем самым избежать градостроительных ошибок при решении локальных задач.

Более того, каждая из городских служб может не только использовать в своей работе созданные тематические слои ГИС Генеральный план по своему направлению, но и расширять и дополнять базы данных. То есть, на основе ГИС Генеральный план фактически создать свои отраслевые ГИС. В идеале, службы могут обмениваться по сети обновленными данными между собой и, тем самым, всегда иметь свежую информацию не только по своему, но и по смежным направлениям, что исключительно важно для такого сложного механизма, как территориальное управление.

Глава 3. Проблемы и перспективы развития ГИС в градостроительстве

Процесс градостроительного проектирования, а также управления различными территориями является сложным и неоднозначным. Именно для того чтобы принимать рациональные решения, нужно всегда учитывать огромное число различных из совершенно разных отраслей знаний, причем их нужно не просто учитывать, а именно рассматривать их в определенной причинно-следственной взаимосвязи, которая очень часто бывает вообще не очевидной.

До появления ГИС-технологий градостроительство имело некоторые существенные недостатки. Ключевыми из них являются [8]:

острый недостаток информационной обеспеченности проектов;

высокий уровень сложности для восприятия чертежей, что вызвано перенасыщенностью определенных графических изображений;

практическая невозможность быстрой корректировки различных проектных предложений, которые необходимы из-за стремительно изменяющихся ситуаций.

Возникновение определенных компьютерных технологий, а именно геоинформационных систем, существенно изменило сложившуюся ситуацию в градостроительном проектировании. Возникла определенная реальная возможность формирования градостроительной документации совершенно нового поколения. Помимо этого, кардинально поменялся и сам подход к проектированию. [9].

Процесс создания, а также структурное построение градостроительной проектной документации говорит о эффективности применения ГИС-технологий. Это происходит по ряду причин:

1. Так как определенные исходные данные огромного количества различных организаций, в том числе и графические документы, как правило, представляются на различных картографических основах и очень часто в виде схем, то именно современные ГИС-технологии дают возможность приводить их к так называемому «единому знаменателю», то есть к определенной единой картографической основе.

2. Сегодня происходит создание именно в цифровом виде разделов и картографических материалов по некоторым отдельным направлениям, которые представляют определенные тематические картографические, а также семантические базы геоинформационной системы.

3. Проводится определенный сопряженный анализ всей указанной выше информации, а также создается определенная синтетическая схема под названием «Комплексный градостроительный анализ территории», где абсолютно весь мощный арсенал современных ГИС-технологий может быть достаточно успешно использован.

4. Основываясь на определенном проведенном анализе, происходит разработка определенных проектных предложений по градостроительному развитию территории, а также различные отраслевые инженерные проектные схемы, которые детализируют и подкрепляют все проектные предложения Генерального плана, где также применение современных ГИС-технологий является высокоэффективным.

Можно говорить о том, что кажущаяся сложность ГИС относится лишь к ее созданию. Для формирования ГИС требуются существенные интеллектуальные, а также физические затраты. Однако для ее дальнейшей эксплуатации, а также поддержания в актуальном состоянии требуется лишь четкая организация всего процесса работ, а также минимальная подготовка специалистов. Различные современные ГИС-программы, в первую очередь, ориентированы на конечного пользователя – специалиста в своей отрасли, а не программиста. Они являются удобными и простыми в эксплуатации, не требуют достаточно длительной специальной подготовки. ГИС в градостроительном проектировании и управлении территориями позволяет решать такие задачи [2]:

1. Определенные базы данных не являются статичными. Различные картографические слои можно постоянно обновлять, создавать совершенно новые тематические слои; определенные семантические базы данных тоже можно обновлять и расширять. Таким образом, можно говорить о том, что это реальное воплощение определенной идеи мониторинга, поддержание баз данных всегда в актуальном состоянии.

2. Возможность совмещения различных цифровых картографических слоев абсолютно в любом сочетании. Данную возможность сложно переоценить, так как она позволяет создавать совершенно уникальные картографические документы для конечного пользователя, а также под конкретные задачи. Абсолютно все, кто сегодня работает с картографическими документами, знают, как сложно читать загруженную карту, огромное количество информации на которой вообще не нужно для решения определенной задачи. Современные ГИС-технологии дают возможность создавать карты именно такого содержания, которое точно отвечает требованиям пользователя.

3. Определенная автоматическая работа с базами данных для принятия различных решений. Современные ГИС-технологии дают возможность именно в автоматическом режиме разрешать задачи по выбору территорий, которые отвечают заданным критериям.

Но основным является именно то, что таким образом формируется определенное единое городское информационное пространство. Каждая из городских служб может применять в своей повседневной работе созданные тематические слои ГИС по своему направлению, а также расширять и дополнять базы данных. Службы могут постоянно обмениваться по сети обновленными данными между собой и, тем самым, всегда иметь свежую информацию не только по своему, но и по смежным направлениям, что исключительно важно для такого сложного механизма, как территориальное управление [10]..

Заключение

На основании вышесказанного можно сделать выводы о том, что дальнейшее развитие научно-технического прогресса немыслимо без применения ГИС-технологий, так как сфер применения ГИС-технологий становится все больше, особенно в развитии ГИС-технологий нуждается градостроительство. Преимущества использования ГИС очевидны, но можно выделить основные, позволяющие сказать, что за использованием ГИС в градостроительстве и планирование территориального развития стоит будущее. ГИС позволяет хранить весь набор проектной документации, схемы, планы в электронном виде в единой системе координат и системе отображения, а также атрибутивную информацию обо всех объектах. ГИС должна являться составной частью единой информационной системы территории (района, города, края). Данная система должна обеспечивать граждан прогнозами развития территории, обеспечивать принятие управленческих решений на основе анализа данных, предоставлять доступ ко всему картографическому материалу.

Важным фактором является оперативность, достоверность и пространственная точность поступающих данных, очевидны преимущества данных дистанционного зондирования (данные лазерного сканирования, спутниковые снимки высокого разрешения, многозональная съемка и прочее. Использование таких материалов позволяет получить объективную и своевременную информацию об использовании территории, вести дистанционный мониторинг событий, экспертно оценивать состояние территории.

Список литературы

Берлянт A.M. Геоинформационное картографирование. - М.: Астрея, 2011. – 64с.

Глебова Н. ГИС для управления городами и территориями // ArcReview, 2009. - № 3(38).

Курносов Ю.В., Конотопов П.Ю. Аналитика: методология, технология и организация информационно-аналитической работы. – М. – Издательство «Русаки». – 2004.

Майкл де Мерс. Географические информационные системы / Майкл де Мерс. – М.: Дата+, 2010. – 431 с.

Томилин В.В., Нориевская Г.М. Использование ГИС в муниципальном управлении // Практика муниципального управления, 2011. - №7.

Шайтура С.В. Геоинформационные системы и методы их создания. – Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2009. – 252 с.

Геоинформационная система (ГИС). – [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.infodesigner.ru/pages/main/about/products/gis/index.shtml

ГИС: градостроительное проектирование и управление территориями. – [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://mosmap.ru/support/community/articles/gis-gradostroitelnoe-proektirovanie-i-upravlenie-territoriyami.html

Грузинов В. С. Системные основы геоинформационного моделирования территорий. – [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.miigaik.ru/vtiaoai.miigaik.ru/posobiya/20111004192752-3247.pdf

Скатерщиков С. ГИС в градостроительном проектировании и управлении территориями. – [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.dataplus.ru/news/arcreview/detail.php?ID=2620&SECTION_ID=65

Скатерщиков С.В. Использование ГИС-технологий в разработке документов территориального планирования. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://gisa.ru/38036.html?action=print

Код для цитирования: Скопировать