Землеустройство

С.Н.Волков

•

СИСТЕМЫ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВЕ

Том 6

Допущено Министерством сельского хозяйства Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений по земле­устроительным специальностям

МОСКВА «КОЛОС» 2002

УДК 332.3 ББК 65.32 В67

Редактор В. И. Письменный

Рецензенты: Е. Г. Капралов (ГИС-Ассоциация); Р. Б. Шаймарданов, кандидат технических наук (МНИТИ)

Волков С. Н.

В67 Землеустройство. Системы автоматизированного проек­тирования в землеустройстве. Т. 6.—М.: Колос, 2002.— 328 с. (Учебники и учебные пособия для студентов высш. учеб. за­ведений).

18ВК 5-—10—003695—8(Т.6)

18ВМ 5-10-003689-3

Учебник подготовлен в соответствии с программой «Автоматизирован­ные системы проектирования в землеустройстве». Изложены теоретичес­кие основы и методика разработки автоматизированных систем в землеус­тройстве, описаны наиболее известные программные продукты, реально используемые в них. Приведены конкретные примеры автоматизации зем­леустроительных расчетов и разработки проектов на базе современных компьютерных систем, программных комплексов ГИС и ЗИС.

Для студентов вузов землеустроительных специальностей.

УДК 332.3 ББК 65.32

I8ВN 5-10-003695-8(1".6)

15 ВN 5-10-003689-3 © Волков С. Н., 2002

ВВЕДЕНИЕ

Развитие вычислительной техники и геоинформати­ки, оснащение землеустроительных предприятий мощ­ными компьютерами, периферийными устройствами, средствами цифровой картографии и фотограмметрии, появление систем автоматизированного земельного ка­дастра существенно изменили содержание и технологию землеустроительных работ, что дало возможность при­ступить к созданию системы автоматизированного зем­леустроительного проектирования.

Внедрение автоматизированных систем в землеуст­роительное производство прошло три этапа.

На первом этапе (70-е годы) автоматизировались рас­четы по агроэкономическому обоснованию, сметно-фи-нансовой и технической частям проектов землеустрой­ства, когда на ЭВМ по заданным исходным данным, нормативным показателям с использованием специ­ально разработанных для этих целей программ в авто­матизированном режиме рассчитывались проектные данные и заполнялись формуляры необходимых таб­лиц (экспликация и трансформация земель; балансы кормов, трудовых ресурсов, питательных веществ в почве; сводных и пообъектных смет и т. п.).

На втором этапе (80-е годы) автоматизировалась не только расчетная часть проектов землеустройства, но и содержательная часть, основанная на экономико-мате­матических оптимизационных или имитационных мо­делях. При применении оптимизационных моделей уже не вручную, а. в автоматизированном режиме на ЭВМ вычислялись коэффициенты и заполнялись матрицы экономико-математических землеустроительных задач, которые затем решались с использованием стандартных математических программ симплексного или распреде­лительного метода.

Полученные решения обрабатывались соответствую­щим образом и служили для подготовки расчетной час­ти проектов землеустройства, которая также выполня­лась на ЭВМ.

При применении имитационных моделей использо­вались разработанные землеустроителями специальные программы, позволяющие оценивать различные вариан­ты проектов землеустройства по системе технических, экологических и экономических показателей и выби­рать наилучший в диалоговом режиме. Таким образом, проигрывая на компьютере различные варианты (сцена­рии) организации производства и территории, землеуст­роитель-проектировщик выбирал более подходящее проектное решение, которое затем в традиционной форме (вручную) наносил на проектный план.

На третьем этапе (90-е годы) с появлением в россий­ском землеустроительном производстве геоинформаци­онных (С18) и земельно-информационных (Ы8) сис­тем, основанных на новейшем программном обеспече­нии с богатыми возможностями, при разработке проек­тов землеустройства стали применяться методы автоматизированного проектирования, основанные на цифровых моделях местности и оперировании не только цифровыми расчетными, но и цифровыми графически­ми данными.

С этого времени перспективы развития землеустрои­тельного проектирования все в большей мере стали оп­ределяться новейшими возможностями автоматизиро­ванных и геоинформационных технологий.

Необходимость и целесообразность применения ав­томатизированных систем проектирования в настоя­щее время обусловлены и другими причинами. Прежде всего объемы землеустроительных работ в ходе земель­ных преобразований существенно возросли. Они связа­ны с реорганизацией землевладений и землепользова­нии сельскохозяйственных предприятий, перераспреде­лением земель, отводами земель юридическим и физи­ческим лицам, активизацией земельного оборота. Количество разрабатываемых землеустроительных объектов будет расти и дальше в связи с решением при­родоохранных и строительных задач, разделением соб­ственности в России на федеральную, субъектов Феде­рации, муниципальную и частную, межеванием земель, демаркацией и делимитацией границ и т. д.

Вместе с тем число специалистов в данной области не растет, а имеет тенденцию к снижению. Поэтому выполнение всех необходимых работ возможно только путем ощутимого повышения производительности труда инженеров-землеустроителей, улучшения каче­ства проектно-изыскательских работ по землеустрой­ству на основе внедрения автоматизированных техно­логий.

В настоящее время их применение, по сути, только начинается. Наиболее активно элементы автоматизиро­ванных технологий применяются в таких проектных и научно-исследовательских зональных институтах, как «КубаньНИИГипрозем», «МосНИИПИЗемлеустройства», «ВостСибНИИГипрозем», Омское землеустроительное проектно-изыскательское предприятие.

Ряд проектных землеустроительных предприятий (организаций) и частных землемеров не применяют пока этих методов вообще в связи с отсутствием необхо­димого оборудования и специалистов. Слабо развивают­ся и научные исследования в этом направлении.

Учитывая такую ситуацию, с 1996 г. Государственный университет по землеустройству (ГУЗ) за счет часов ре­гионального (вузовского) компонента ввел в учебный план курс «Автоматизированные системы проектирова­ния в землеустройстве», который по предложению Учебно-методического объединения в 2000 г. вошел во второе поколение Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированных специалис­тов 650500 «Землеустройство и земельный кадастр» и яв­ляется обязательным при подготовке землеустроитель­ных кадастров.

Данный учебник подготовлен по утвержденной про­грамме курса «Автоматизированные системы проекти­рования в землеустройстве», который вошел в цикл спе­циальных дисциплин федерального компонента основ­ной образовательной программы подготовки инжене­ров-землеустроителей.

Первое издание учебника содержит основы теории и методики применения системы автоматизированного землеустроительного проектирования; главные понятия землеустроительной системы автоматизированного про­ектирования (САПР); данные о ее роли, месте и функ­циях в землеустроительном производстве; общие требо-

вания к системе, принципы ее создания и виды задач, решаемых с ее использованием.

Учебник предназначен для студентов вузов по специ­альности 650500 «Землеустройство и земельный ка­дастр», а также для аспирантов, преподавателей, науч­ных работников и специалистов землеустроительного производства, занимающихся землеустроительными САПР.

Книга подготовлена заслуженным деятелем науки Российской Федерации, членом-корреспондентом РАСХН, доктором экономических наук, профессором С. Н. Волковым. В написании учебника приняли учас­тие также заведующая Лабораторией автоматизирован­ного землеустроительного проектирования ГУЗ канди­дат экономических наук, доцент В. В. Бугаевская и ди­ректор Центра дистанционных методов обучения кан­дидат экономических и сельскохозяйственных наук, доцент Т. В. Папаскири.

Глава I

СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЗЕМЛЕУСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЕЕ МЕСТО В СИСТЕМЕ ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВА

в

1. ПРОБЛЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ЗЕМЛЕУСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

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.

Применение средств автоматизации и компьютерных техноло­гий, использование разнообразных программных продуктов стало сегодня нормой в научных исследованиях и производстве. Как по­казывает многолетний опыт работы в данном направлении проек­тных организаций системы РосНИИЗемпроект, Государственного

университета по землеустройству, автоматизированные системы землеустройства эффективны только тогда, когда задачи планиро­вания, учета, анализа, проектирования и регулирования решаются в едином комплексе, при охвате всей схемы движения информа­ции — от сбора исходных данных до выдачи решений. При этом необходимо, чтобы функционирование сельскохозяйственного производства описывалось комплексной математической моделью и на ее основе разрабатывались частные модели, ставились и ре­шались задачи землеустроительного проектирования; это возмож­но лишь в рамках системного подхода к обоснованию проектных решений.

В настоящее время в землеустроительной литературе практи­чески нет работ, освещающих порядок создания и использования систем автоматизированного землеустроительного проектирова­ния (САЗПР). Хотя производственные и научные организации вплотную подошли к необходимости создания этой системы, пока используются лишь отдельные ее элементы, связанные с модели­рованием, оптимизацией и автоматизацией расчетов, формирова­нием банка землеустроительной информации. В данной книге на основе имеющегося производственного опыта и проведенных на­учных исследований приводятся основные теоретические, мето­дические и практические положения создания САЗПР, включаю­щие разработку цели и принципов данной системы, определение ее объектов, структуры и методов практического использования в землеустройстве. Все это, на наш взгляд, послужит более быстро­му решению этой важной задачи.

2. ПОНЯТИЕ САЗПР, ЕЕ ЦЕЛЬ И ОБЪЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ

Исходя из теории построения и функционирования сложных систем и их автоматизации, САЗПР — это организационно-техни­ческая система, состоящая из комплекса средств автоматизации про­ектирования, взаимоувязанного с подразделениями проектной орга­низации, и выполняющая проектирование в автоматизированном ре­жиме на ЭВМ.

САЗПР предназначена для сокращения сроков, уменьшения трудоемкости, повышения производительности и улучшения ка­чества проектно-изыскательских работ в землеустройстве за счет автоматизации производственных процессов, использования ме­тодов многовариантного проектирования на основе моделирова­ния, решения оптимизационных задач, типизации и унификации проектных решений и средств проектирования.

В проектных землеустроительных организациях САЗПР может реализовываться на базе персональных ЭВМ или их локальных се­тей и набора необходимых периферийных устройств (дигитайзе­ров, плоттеров, сканеров и др.).

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 охра-

ны 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. РОЛЬ, МЕСТО И ФУНКЦИИ САЗПР

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 аэрофото-геодезической 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 предназначе-

Автоматизированная система получения и обработки топографо-геодези­ческой информации (АСОТГИ). Подсистемы: обработки космической, аэрофотогеодезической, наземной информации

Автоматизированная система обработки картографических данных (АСОКД). Подсистемы: цифрового преобразования картофотографичес-ких материалов и создания цифровых моделей местности; преобразования координат, условных знаков, картометрии; составления карт, географичес­кого редактирования, тиражирования карт, создания новых карт

Автоматизированая система земельного кадастра (АСЗК). Подсистемы:

генерирования, накопления и корректировки цифровых моделей

местности; обработки первичной информации; учета земель, регистрации

землевладений и землепользовании; мониторинга земель, контроля за

использованием земель; формирования нормативного обеспечения;

генерирования документов по стандартным запросам, обеспечения

нестандартных запросов

Автоматизированная система плановых землеустроительных расчетов

(АСПЗР). Подсистемы: специального информационно-нормативного

обеспечения; прогнозирования и планирования использования земель;

программирования мероприятий по организации рационального

использования земель; установления границ территорий с особыми

режимами и условиями использования земель

Система автоматизированного землеустроительного проектирования

(САЗПР). Подсистемы: информационно-нормативного обеспечения;

планирования и организации землеустроительных работ; предпроектных

расчетов; межхозяйственного землеустройства; внутрихозяйственного

землеустройства; рабочего проектирования

Рис. 1. Функциональные автоматизированные системы управления земельными