Разработка и исследование методики создания ГИС-технологий в населенных пунктах Республики Беларусь тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.32, кандидат технических наук Рак, Ирина Евгеньевна

• Рак, Ирина Евгеньевна
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Рак, Ирина Евгеньевна

Введение.1

Глава Обзор и анализ существующих методов решения поставленных задач.7

Выводы.17

Глава Комплексные топографо-геодезические модели.18

Глава Системы координат для топографо-геодезической модели города.35

3.1 Вычисление деформационных характеристик городской геодезической сети. Анализ полученных результатов.42

Глава Выбор проекции для местной системы координат .53

4.1 Исследования линейных искажений в пределах изображаемой области для трех видов проекций.55

4.2 Расчет местной системы координат на территорию Минского района.62

4. 2.1 Переход к конформному отображению эллипсоида Красовского на сфере заданного радиуса.63

4.2.2 Переход от эллипсоидальных координат (В, Ь) к плоским (X, У).67

Глава Оценка точности существующего картографического материала.73

5.1 Исследование точности трансформирования (координатных преобразований) растра.76

5.1.1 Исходные материалы при выполнении экспериментальных работ.76

5.1.2 Первичный анализ результатов измерений.78

5.1.3 Статистические исследования остаточных расхождений координат контрольных точек.81

5.1.4 Результаты статистической обработки данных и их анализ.85

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование методики создания ГИС-технологий в населенных пунктах Республики Беларусь»

Резко возросшие потребности в топографо-геодезической информации, интеграция геодезии и компьютерных систем определили развитие геоинформационных систем (ГИС). Это связано как с необходимостью проведения градостроительных и учетно-кадастровых у работ, мониторинга земельных ресурсов, так и потребностью органов власти на местах в возможности оперативного принятия управленческих решений.

О необходимости внедрения геоинформационных систем говорят законодатели, государственные деятели и специалисты. За последнее десятилетие в Республике Беларусь был принят ряд постановлений и инструкций, регулирующих вопросы в области топографо-геодезической и картографической деятельности:

-Указ Президента Республики Беларусь №200 от 23 апреля 2007 г. «О некоторых вопросах в области геодезии и картографии»;

- Постановление Совета Министров Республики Беларусь №644 от 19 мая 2007 г. «Об утверждении положения о порядке ведения государственной системы геодезических координат, высот гравиметрических измерений и установления масштабного ряда государственных топографических карт и планов на территории Республики Беларусь»;

- Постановление Совета Министров Республики Беларусь «О единой государственной системе геодезических координат на территории Республики Беларусь», 2006 г;

- Инструкция о государственном геодезическом надзоре в Республике Беларусь, 2006 г;

- Кодекс Республики Беларусь «О земле», 1999 г. (дополнен в 2002);

- Закон Республики Беларусь «О геодезической и картографической деятельности», 1999 г.

Но идея создания городской ГИС в РБ, возникшая 10-15 лет назад, до сих пор не реализована. И причина здесь не в отсутствия финансирования или в некомпетентности специалистов, занимающихся этой проблемой, а в том, что отсутствует системный подход к решению глобальной (для нашего государства) задачи по сбору и использованию уже накопленной информации. Такая ситуация сложилась из-за межведомственной разобщенности организаций, из-за информационной несовместимости различных видов данных и из-за разобщенности поставщиков топографо-геодезической информации и ее пользователей. Следствием сложившейся ситуации является то, что даже уже имеющейся информация о территории Республики Беларусь не может эффективно использоваться по своему назначению в государственных интересах всей республики.

Для того чтобы обеспечить единый и системный подход к созданию ГИС города необходима комплексная топографо-геодезическая модель города, которую можно было бы рассматривать как многоцелевую базу данных.

Кроме того для создания ГИС необходима современная, точная цифровая топографическая и картографическая информация. Но из-за того что в городах имеется несколько местных систем координат, из-за того что сети неравноточные, не согласованны друг с другом, совместно не уравнены формировать единое равноточное пространство территории города невозможно. Поэтому и встает вопрос о создании единой системы координат города, которая бы учитывала особенности уже существующих систем и обеспечивала бы свободный доступ исполнителям, не противореча в то же время действующему законодательству о сведениях составляющих государственную тайну.

Так как без пространственной привязки невозможно эффективно решать управленческие, градостроительные задачи то, важной составной частью территориальной информационной системы является картографическое обеспечение. До недавнего времени источником топографо-геодезической информации служили планшеты, созданные в 50-70 ГУГК СССР и переданные для хранения в управления архитектуры города. Сегодня использование так называемых «бумажных» технологий для получения и хранения информации перестало всех устраивать, да и появились проблемы совместимости, интеграции, генерализации баз данных. Таким образом, должен быть осуществлен переход от бумажных карт и планов к новым банкам данных. Наиболее эффективным методом получения цифровой информации о местности является сканирование и трансформирование архивного материала (планшетов). Проблема заключается в том, что нет четких рекомендаций по учету возможных ошибок исходных материалов, возникающих под влиянием нелинейных деформаций основы, на которой отпечатан исходный материал.

К тому же для того чтобы создаваемая ГИС несла с собой достоверную и полную топографо-геодезическую информацию возникает необходимость в исследовании соответствия содержания топографических карт к современному состоянию. Даже если видимых изменений на местности не произошло, следует учесть, что средства и методы, когда создавался планшет, были другими. Поэтому нужны методики, которые позволили бы оценить точность соответствия содержания топографических карт к современному состоянию.

Целью данного исследования является разработка вопросов, связанных с созданием одной из основных частей комплексной топографо-геодезической модели города - топографической основы.

В своей работе автор опирался на труды Закатова П.С., Урмаева H.A., Большакова В.Д., Вахрамеевой JI.A., Бугаевского Ю.Л., Морица Г., Подшивалова В. П., Морозова В.П. и др.

Научную новизну и практическое значение исследования составляют теоретические и методические положения создания городской ГИС. К ним относятся:

-единая структурная схема комплексной топографо-геодезической модели города;

-технология получения деформационных характеристик существующей городской сети;

-технология подбора местной системы координат;

-методы использования существующего картографического материала.

Автором разработаны рекомендации по созданию комплексной I топографо-геодезической модели населенного пункта, по осуществлению процесса топографо-геодезического обеспечения городского хозяйства; разработана структурная схема базы данных; разработана технология получения деформационных характеристик существующей городской сети на основе использования тензорного анализа; ^ проведены экспериментальные работы по подбору местной системы координат с учетом индивидуальных особенностей интересуемой территории; проведены экспериментальные работы по исследованию точности трансформирования (координатных преобразований) растра и исследованию точности соответствия содержания исходного картографического материала к современному состоянию.

Основные положения диссертации докладывались на

- международной конференции «Автоматизированные технологии изысканий и проектирования» (г. Москва, ноябрь 2004 г.),

- научно - технической конференции (г. Новополоцк, декабрь 2004г.),

-международной конференции «Наука и образование — производству» (г. Минск, май 2005 г.),

- научно - технической конференции (г. Новополоцк, ноябрь 2006г.),

- на научно - технической конференции (г. Новополоцк, декабрь 2006г.),

- международной конференции «Наука и образование -производству» (г. Минск, май 2006 г.),

-62-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученных МИИГАиК (г. Москва, апрель 2007 г.),

-конференции «Автоматизированные технологии изысканий и проектирвоания» (г. Волгоград, сентябрь 2007 г.),

-63-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученных МИИГАиК (г. Москва, апрель 2008 г.). По теме диссертации опубликовано 8 статей.

Результаты выполненных экспериментальных исследований были использованы: в ГУП «Мосгоргеотрест» для отработки технологии создания плана твердых контуров; в Федеральном Агентстве Геодезии и Картографии РФ при разработке «Проекта положения о порядке установления и принятия местных систем координат»; в республиканском унитарном предприятии «Проектный институт Белгипрозем» при разработке рекомендаций по трансформированию растровой топографической основы. По результатам работ в РУП «Проектный институт Белгипрозем» автору был выдан акт внедрения.

Диссертация изложена на 120 страницах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, заключения и приложения. Работа содержит 19 рисунков, 16 таблиц. Список литературы включает 71 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геодезия», Рак, Ирина Евгеньевна

Вывод

На основе проделанной работы был сделан следующий вывод: 65% элементов карты, находятся за порогом точности, оговоренной в нормативных документах. Кроме того, на местности за двадцать лет, прошедших с момента проведения аэросъемочных работ, произошли существенные изменения, поэтому исходный картографический материал устарел и нуждается в пересоставлении.

Заключение

В соответствии с целями и задачами диссертации автором было выполнено следующее:

1. Разработана структурная схема комплексной топографо-геодезической модели населенного пункта. Использование такой модели множеством служб, обеспечивающих жизнедеятельность города, позволит принимать множество согласованных управленческих решений, т.е. оперативно управлять городским хозяйством.

2. Разработана схема создания и пополнения базовой модели обновленной информацией.

3. Разработана методика вычисления деформационных характеристик городской геодезической сети. Данный вариант предполагает использование теории принципа инвариантности. Использование данного метода для оценки качества существующей городской сети позволяет выявить отдельные стабильные и нестабильные блоки, что очень важно при проведении реконструкции МСК и создании новой.

4. Разработана технология подбора местной системы координат с учетом индивидуальных особенностей используемых в настоящее время. Это позволит усовершенствовать существующую топографическую основу ГИС.

5. Выработана методика работы с архивным картографическим материалом и методов его обновления. Исследования, проведенные автором, позволили дать ответы на ряд вопросов, возникающие в процессе работы с архивным материалом.

Результаты исследований позволяют:

- усовершенствовать существующую технологию создания ГИС,

- повысить эффективность в ведении городского хозяйства и строительства новых объектов,

- получить цифровые карты с наименьшими экономическим затратами путем использования архивных картографических материалов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Рак, Ирина Евгеньевна, 2008 год

1. Большаков В.Д., Маркузе Ю.И. Практикум по теории математической обработки геодезических измерений. М.: Недра, 1984.

2. Большаков В.Д., Маркузе Ю.И., Голубев В.В. Уравнивание геодезических построений., Справочное пособие. М.: Недра, 1989.

3. Бородко A.B. О создании комплексной топографо-геодезической модели города//Геодезия и картография.-2004.-№1.

4. Бугаевский Л.М., Мусрепов С.Б. Получение наилучших равноугольных проекций // Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1990, №3.

5. Бугаевский Л.М., Цветков В.Я. Геоинформационные системы. М.: Златоуст, 2000.

6. Вахрамеева Л.А. Картография. М.: Недра, 1981.

7. Вахрамеева Л.А., Бугаевский Л.М., Казакова З.Л. Математическая картография. М.: Недра, 1986.

8. Вахрамеева Л.А., Бугаевский Ю.Л. Исследование переменно-масштабных проекций для социально-экономических карт // Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1985, №3.

9. Видуев Н.Г., Кондра Г.С. Вероятностно статистический анализ погрешностей измерения. М.: Недра, 1969.

10. Гладкий В.И. Организация и управления городскими топографо-геодезическими съемками. М.: Недра, 1989.1 1. Гладкий В.И. Топографо-геодезическое обеспечение городов. -Кемерово, 1988.

11. Гладкий В.И., Спиридонов В.А. Городской кадастр и его картографическое обеспечение. М.: Недра, 1992.1 3. Есиков Н.П. Тектонофизические аспекты анализа современного движения земной поверхности //Новосибирск.:Наука, 1979 г.

12. Ефимов Г.Н., Побединский Г.Г. О необходимости координации работ по созданию государственно и городских геодезических сетей // Геодезия и картография. -1999.-№3.

13. Жозе Мануэль. Геодезическое обеспечение для расширения городов Анголы. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М: МИИГАиК, 1998 г.

14. Закатов П.С. Курс высшей геодезии // М.: Недра, 1976 г.

15. Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500. М.: Недра, 1985.

16. Калинин A.C. Технологии организации данных при ведении дежурных планов городов при использовании СИСТЕМ CREDO третьего поколения. Материалы конференции «Автоматизированные технологии изысканий и проектирования», 2007г.

17. Калугин Е.И., Жалковский Е.А. Цифровые карты. М.: Недра, 1992.

18. Коськов Б.И. Справочное руководство по съемке городов. -М.:Недра, 1981.

19. Кошкарев A.B., Тикунов B.C. Геоинформатика. М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 1993.

20. Кузнецов Г.И., Мкртычян В.В., Ковалев A.A. Создание в Республике Беларусь основы для модернизации государственной геодезической сети // Геодезия и картография.-1999.-№3.

21. Лебедев H.H. Особенности геодезических работ на городских территориях. М:Геодезиздат, 1958.

22. Макаренко Н.Л, Демьянов Г.В., Новиков Е.В., Бровар Б.В., Ефимов Г.Н., Зубинский В.И., Майоров A.H., Назарова Н.Г. Под общей редакцией Дражнюка A.A. Единая Государственная Система Геодезических Координат 1995 года (СК-95). М.:1. ЦНИИГАиК, 2000.

23. Мартыненко А.И. Автоматический способ создания математической основы карт // Геодезия и картография.-1996.-№1.

24. Мартыненко А.И., Бугаевский Ю.Л., Шибалов С.Н. Основы ГИС: теория и практика. М: Астра семь, 1995.

25. Математическая энциклопедия. т.З.М // Советская энциклопедия, 1982.

26. Методические рекомендации по проведению межеванию объектов землеустройства.-М.: Федеральная служба земельного кадастра России, 2003.

27. Мещеряков Г.А. Теоретические основы математической картографии. М.: Недра, 1968.

28. Минько В.Ю. Вычисление рабочих (предварительных) координат пунктов локальных спутниковых геодезических сетей в Системе 1995 (1942) года // Земля Беларуси. -2004.-№3.

29. Минько В.Ю. Переход на систему координат 1995 г. и модернизация государственной геодезической сети Республики Беларусь важнейшие задачи топографо-геодезического производства // Земля Беларуси. -2004.-№2.

30. Минько В.Ю. Рекомендации по созданию и реконструкции опорных геодезических сетей в городах. Производственное справочное пособие, Минск, УП «БелНИЦзем», 2006.

31. Минько В.Ю. Создание и реконструкция геодезических сетей в городах: проблемы и пути их решения // Земля Беларуси. -2005,-№1.

32. Мкртычян В.В. Спутниковые системы позиционирования: основные принципы и возможности//3емля Беларуси. 2004.-№2

33. Мориц Г. «Современная физическая геодезия», М.: Недра, 1983.

34. Морозов В.П. Курс сфероидической геодезии. М.: Недра, 1969.

35. Подшивалов В. П. Координатная среда для геоинформационных систем // Геодезия и картография. -1997. №6.

36. Подшивалов В. П. Общий алгоритм вычислений в геодезических проекциях// Вестник Полоцкого государственного университета, Прикладные науки, 1995.

37. Подшивалов' В. П. Один из путей модернизации геодезической основы // Геодезия и картография, № 2 , 1998 г.

38. Подшивалов В. П. Основы формирования координатной среды автоматизированных технологий // Вестник Полоцкого государственного университета, Прикладные науки, -2004.

39. Подшивалов В. П. Разработка систем координат для земельного кадастра // Сборник научных трудов «Геодезическое обеспечение кадастра, землеустройства и сельскохозяйственного строительства», Горки, 1997.

40. Подшивалов В. П. Теоретические основы формирования координатной среды для геоинформационных систем // Новополоцк: Издание университета, 1998.

41. Подшивалов В. П., Есса А. Выбор геодезических проекций для кадастра // Геодезия и картография. 1997. -№ 7.

42. Подшивалов В. П., Салим А. О выборе геодезической проекции для ограниченных территорий // Геодезия и картография. 1994. -№ 7.

43. Подшивалов В. П., Харуна М. Системы плоских прямоугольных координат для африканского континента // Геодезия и картография. 1998 . -№ 4.

44. Пыко Т.В. Современное состояние и перспективы развития топографо-геодезического картографического производства Республики Беларусь. Материалы Превого конгресса геодезистов и картографов.-2002.

45. Рак И.Е. Использование плана твёрдых контуров для анализа точности растровой подложки: Материалы международной конференции. Минск: БНТУ, 2006.

46. Рак И.Е. Использование устаревших архивных данных для создания базовых карт в геоинформационных системах // Вестник Полоцкого государственного университета, Прикладные науки, 2005.

47. Рак И.Е. Картографо-геодезическая основа ГИС. Магистерская диссертация. — Новополоцк, 2005.

48. Рак И.Е. Применение фильтра Колмогорова-Винера для оценки точности архивных материалов: Материалы международной конференции.- Минск: БИТУ, 2007.

49. Рак И.Е. Разработка и исследование методики топографо-геодезических работ для использования ГИС-технологий в средних и малых и малых городах Беларуси //Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка, 2008, №3.

50. Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS // Геодезические, картографические инструкции, нормы и правила. М.:ЦНИИГАиК, 2003.

51. Руководство по топографической съемке масштаба 1:500. ГУП «МОСГОРГЕОТРЕСТ».-М. 2001.

52. Савиных В.П., Антипов A.B., Лобазов В.Я., Ямбаев Х.К., Проектирование и создание опорной геодезической сети Москвы спутниковыми методами позиционирования. Материалы 2-го Международного промышленного форума GEOFORM+. 2005.

53. Система геодезических параметров Земли «Параметры земли 1990 года» (ПЗ-90) // Справочный документ, М.:1998.

54. Урмаев H.A. Методы изысканий новых картографических проекций. М: ВТУ Генштаба ВС СССР, 1947.

55. Урмаев H.A. Основы математической картографии.Труды ЦНИИГАиК, 1962.65 .Федеральный закон о геодезии и картографии, 1995.

56. Федосеев Ю.Е., Никитина Н.М. Создание цифровых карт масштаба 1:2000 с применением устаревших архивных данных //Геопрофи.-2004.-№3,4.

57. Федосеев Ю.Е., Рак И.Е. Некоторые проблемы и технологии создания топоосновы для комплексной модели населенного пункта //Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка, 2007, №3.

58. Флейс М.Э. Математическая основа ГИС. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М: МИИГАиК, 2002 г.

59. Фролов Ю.Н., Гладкий В.И., Лукин A.C., Васильев А.Ф. Научные исследования в области геодезического обеспечения городских территорий. Совершенствования программы и схемы построения опорных геодезических сетей на территориях городов. Новосибирск, 1980.

60. Шайтура C.B. Геоинформационные системы и методы их создания. Калуга. Издательство Н. Бочкаревой, 1998.

61. Ширяев Е.Е. Картографическое отображение, преобразование и анализ геоинформации. М.: Недра, 1984.