Геоинформационные системы в городском планировании

Введение

Планирование городской среды стало необходимым и обязательным условием развития современных поселений. Выход правовой основы градостроительной деятельности в России на мировой уровень требует усиления внимания к процессам территориального администрирования и разработке прогнозных документов. Градостроительная документация становится важным инструментом в управлении городскими территориями. На ее основе возможно принятие своевременных и оптимальных решений, определяющих устойчивое развитие территорий.
В настоящее время именно ГИС-технологии дают возможность оперировать большими массивами различной информации.
Технология ГИС была специально разработана для выявления пространственных взаимосвязей и их анализа. Она предоставляет большое количество преимуществ профессиональному сообществу, которое занимается вопросами проектирования, возведения и содержания зданий и сооружений. Для управления, моделирования и формирования этих искусственных экосистем целесообразно использовать подходы, которые давно и с успехом применяются для исследования и понимания традиционных (природных) экосистем [2].
Функциональные возможности ГИС могут быть задействованы на всех стадиях жизненного цикла объектов недвижимости:
- выбор площадки для строительства;
- проектирование объекта;
- монтаж, строительство;
- ввод в эксплуатацию;
- обслуживание;
- закрытие, перепрофилирование или ликвидация.
Использование ГИС в качестве основы для строительных проектов позволяет проводить различного рода экспертизы, автоматизированной поиск и коррекцию ошибок, возникающих как на этапах проектирования, так и при переходе с одного этапа на другой.
В урбанистической картографии постоянно происходят изменения. Совсем недавно города на картах в основном отображались в двухмерном виде, геометрические объекты (дороги, контуры зданий) хранились как x/y-координаты. Однако реальный мир является трехмерным, для объектов информативно важной является высотная характеристика, внутренняя инфраструктура. Поэтому для современного городского планирования необходима трехмерность. Именно такой формат представления объектов дает возможность более полного понимания и проведения анализа. Это относится и к картам, одному из основных продуктов, создаваемых с помощью ГИС.


1. Современные подходы к созданию ГИС и городское планирование

Современные геоинформационные системы (ГИС) – это новый тип интегрированных информационных систем, которые по своим характеристикам являются многоцелевыми, многоаспектными системами. Они включают в себя методы обработки данных многих более ранних автоматизированных систем (АС) и, кроме того, обладают спецификой в обработке и организации данных.
Процесс разработки программной оболочки ГИС включает в себя следующие этапы:
1. анализ требований, предъявляемых к ГИС;
2. определение спецификаций;
3. проектирование системы;
4. кодирование;
5. тестирование;
6. эксплуатация и обслуживание.
Современные ГИС широко востребованы в городском планировании.
Изначально городское планирование подразумевало под собой формирование планировочной структуры поселений с целью установления контроля над использованием земельных ресурсов.
На сегодняшний день городское планирование представляет собой систему осознанной совместной деятельности, связанной с созданием или изменением облика больших и малых городов, городских районов либо более обширных территорий. Также городское планирование имеет непосредственную связь с реализацией различных видов деятельности, связанных с инвестированием в развитие территорий, финансированием развития основной инфраструктуры, природоохранными мероприятиями, внедрением принципов землепользования [1].
Центром деятельности городского планирования является проблематика, связанная с организацией территориального пространства. Это подразумевает под собой создание условий для взаимодействия между собой различных организаций, обеспечивающих функционирование города. Планирование является не только комплексной, а, в первую очередь, стратегической деятельностью. Это означает избирательный подход и приоритетное отношение к наиболее важным на данный момент проблемам, а также своевременное их решение.
Городское планирование включает в себя различные сферы жизнеобеспечения населенного пункта. Система планирования предполагает учет всех факторов (социальных, экономических, экологических и др.) и разработку проектных концепций на несколько поколений вперед. Вектор планирования должен иметь определенное направление, чтобы обеспечить устойчивое развитие городского образования, грамотные инвестиции в объекты инфраструктуры, рациональное использование природных ресурсов, что в конечном итоге определяет качество жизни человека.
Для повышения эффективности процесса планирования необходимо определение путей управления этим процессом. ГИС-технологии позволяют формировать базу разноплановых данных и осуществлять управление ими.
ГИС используются для разработки документов территориального планирования. Функциональный состав и вид предоставляемых данных информационных систем обеспечения градостроительной деятельности (ИСОГД) и муниципальных геоинформационных систем (МГИС) определяется требованиями градостроителей.
В широком понимании ИСОГД представляет собой метасистему (система систем), которая обеспечивает информационную поддержку множества разнообразных процессов жизнеобеспечения и развития города. Эта комплексная система включает в себя несколько классов программного обеспечения:
- ГИС - географическая информационная система;
- СЭД - система электронного документооборота;
- СУБД - система управления базами данных;
- ЭАР/BPMS - система управления электронными административными регламентами/система управления бизнес-процессами;
- СКК/НСИ/MDM - система классификации и кодирования информации;
- СМЭВ - система межведомственного электронного взаимодействия [5, с. 149].
В настоящее время в градостроительном планировании используются следующие возможности ГИС:
- сбор и представление данных в соответствии с едиными классификаторами;
- интеграция векторных и растровых данных в едином хранилище;
- совместная работа над проектом;
- создание цифровой модели в разных тематических представлениях;
- применение простейших средств пространственного анализа (буферные зоны, подсчет статистики по территориям и т.п.).
Информационная система обеспечения градостроительной деятельности (ИСОГД) представляет собой систематизированную базу документированных данных о развитии территории, застройке, земельных участках, объектах капитального строительства и других, необходимых для ведения градостроительной деятельности, сведений

.
ИСОГД включает в себя:
- муниципальную ГИС;
- хранилище архивных документов;
- систему сбора и представления информации;
- систему автоматизации документооборота;
- инструментарий для планирования территории;
- систему мониторинга использования территории.
Муниципальные ГИС используются для решения задач эффективного муниципального управления. Такие системы создаются как на основе универсальных ГИС, так и могут быть разработаны специально для решения конкретных задач. Наиболее часто такие ГИС применяют для ведения различных кадастров (земельного, кадастра недвижимости и др.), для централизованного хранения сведений о транспортных сетях, инженерных коммуникациях (рис. 1).
ГИС также используются диспетчерскими службами предприятий, обеспечивающих жизнедеятельность города [3, с. 169-170].
ГИС нашли свое применение в земельном кадастре.
Кадастровая карта (план) представляет собой карту (план), на которой в графической и текстовой формах представлены сведения, содержащиеся в государственном кадастре недвижимости. Перечислим основные данные, которые отображаются на кадастровой карте:


Рис. 1. Фрагмент карты города

- кадастровый номер и границы земельного участка в кадастровом квартале;
- граница и кадастровый номер здания, сооружения или объекта незавершенного строительства на земельном участке;
- адрес объекта недвижимости;
- сведения о наличии ограничений (обременений) вещных прав на объект недвижимости;
- категория земель, к которой отнесен земельный участок;
- разрешенное использование земельного участка;
- назначение здания (нежилое здание, жилой дом или многоквартирный дом), если объектом недвижимости является здание;
- описание прохождения государственной границы российской федерации;
- границы и наименование субъектов российской федерации;
- границы и наименование муниципальных образований;
- границы и наименование населенных пунктов;
- границы территориальных зон;
- номера и границы единиц кадастрового деления;
- местоположение и наименование пунктов опорных межевых сетей.
На данный момент Комитетом РФ по земельным ресурсам и землеустройству (Роскомзем) сформирована единая система государственного земельного кадастра и мониторинга земель (АСКК).
АСКК включает в себя следующие уровни работы с данными:
- накопление данных;
- моделирование;
- хранения информации;
- представление данных.
В состав ГИС АСКК входят следующие подсистемы:
− фотограмметрического (бесконтактного) сбора данных;
− сбора полевых данных;
− преобразования объемных изображений в плановые, при которых сохраняются все подробности объектов;
− цифрования карт;
− обработки картографической информации;
− издания карт.
ГИС имеют следующие входные данные:
− аэрофотоснимки (черно-белые и цветные) масштабов 1:8000 и 1:40000;
− результаты тахеометрических съемок на местности – контуры объектов;
− картографические материалы (бумажные карты, атласы);
− каталоги координат и высотных отметок опорных точек.
Основными выходными данными ГИС являются:
− карты масштаба 1:2 000 с площадью охвата 1 кв. км;
− карты масштаба 1:40 000 с площадью охвата 20 кв. км.
АСКК имеет следующие основные картографические слои:
− объекты земельного кадастра;
− территории политико-административного деления;
− земельные участки с указанием их владельцев или арендаторов;
− границы земель различных категорий (заповедники, лесной фонд, рекреационного назначения и др.);
− объекты недвижимости, связанные с земельными участками;
− транспортные сети;
− инженерные сооружения;
− гидротехнические сооружения;
− улицы и проезды в населенных пунктах;
− ограждения;
− объекты гидрографии;
− объекты растительности.
Основными требованиями к АСКК являются повышенная точность координатных данных и возможность формирования специфических запросов к данной ГИС.
2. Применение ГИС-технологий при разработке градостроительной документации

Планирование развития территории города, а также управленческая деятельность невозможны без процесса моделирования. В настоящее время помимо общего роста компактности застройки дополнительные сложности создаются повышением требований к комфортности проживания, экологии, охране окружающей среды, сохранению аутентичности исторически сложившейся городской среды и т.д. Процесс моделирования позволяет воссоздавать прообразы новых объектов в существующей застройке, имеющих различное функциональное назначение, и прогнозировать их влияние на разных уровнях на сложившуюся среду. Ранее этот процесс происходил с помощью макетирования, сейчас моделирование застройки выполняется с помощью ГИС-технологий.
Изначально в геоинформационных системах в основном применялись двухмерные пространственные данные. Сейчас ГИС позволяют работать в 2,5-мерном пространстве. В таком пространстве величина Z атрибутивно привязана к точке (X, Y), зачастую с использованием цифровых моделей рельефа местности. Кроме того, в настоящее время делается попытка осуществить переход к так называемой интегрированной фотореалистичной информационной среде. Также сейчас уже существует возможность перехода к полноценным трехмерным данным, причем с учетом временного параметра. Это многомерные операции работы с объектами. Поэтому в последнее время наибольшее внимание уделяется 3D-технологиям, применяемым в ГИС [4].
Следует отметить, что трехмерное компьютерное моделирование местности застройки в ГИС значительно повышает уровень возможностей виртуального анализа различных данных. При изучении и управлении городской территорией такое моделирование позволяет производить следующие операции:
- выполнять фотореалистичное отображение исследуемой территории, осуществлять виртуальное перемещение по и над моделью местности;
- оценивать потенциал существующей и сравнивать варианты проектируемой городской застройки и ландшафта;
- проводить анализ проектных решений, в том числе оценивать соответствие их общему плану развития города;
- компилировать необходимые тематические слои с внедренными в них 3D-объектами;
- развивать методы подготовки перспективных трехмерных топологических ГИС-данных и моделей и совмещения их с данными САПР.
Преимущества 3D-модели по сравнению с картами и планами состоят в следующем:
- 3D-модель обеспечивает просмотр объектов с любой точки пространства (с уровня земли, с высоты птичьего полета и т.д.);
- упрощает процессы планирования, контроля и принятия решений.
Трехмерные модели, интегрирующие в себе разнородные векторные и растровые данные, позволяют максимально полно оценивать тенденции развития застройки территории, способствуют планированию органичного облика среды