Заграбчук С.Ф., КНИИГиМС
Черемисин А.А., КГТУ

Одной из задач при создании территориального комплексного кадастра природных ресурсов Красноярского края является картографирование кадастровых данных на ГИС-основе. Электронные кадастровые карты, представляемые ведомственными кадастровыми организациями, сводятся воедино. Для каждого из административных районов Красноярского края создаются бумажные и интернет-версии комплексных кадастровых карт района [1]. Создание таких карт и их аналитическое применение является актуальным, что определяется необходимостью решения задач комплексного природопользования и прогнозирования его влияния на социально-экономическое развитие Красноярского края и других регионов РФ [2,3].

Комплексная кадастровая карта района, выводимая на бумажную основу, дополняется картами-врезками и аналитической информацией в виде таблиц, диаграмм, графиков. Интерактивная электронная версия карты визуализируется в окне стандартного интернет-браузера; специальный программный интерфейс позволяет производить запросы, поиск, пространственный анализ и выводить результаты этих действий на экран. Интернет-карты доступны на корпоративном вэб-сайте по цифровому каналу связи «Кадастр» городского масштаба. Основной потребитель информации Администрация Красноярского края.

В целях разработки кадастровых карт используется следующее программное обеспечение: ГИС ARC/INFO для подготовки компонент карт и проверки их корректности, ГИС ArcView для сборки, макетирования, тиражирования и простейшего анализа цифровых кадастровых карт; картографический сервер ArcIMS для подготовки и представления интернет-карт. В качестве серверной СУБД используется MS SQL2000, поддержка вэб-сайта реализована на основе интернет-сервера MS IIS.
В процессе создания комплексных кадастровых карт выявилась проблема совмещения картографической информации о кадастровых объектах и географической основы карт из разных источников. Территория края должна быть представлена в виде целостного образа (комплексной кадастровой карты) из нескольких тематических образов (тематических кадастровых карт). Проблема совмещения картографической информации возникает в результате того, что процессы обработки тематической информации ведутся параллельно, исходя из интересов отдельных ведомств.

На рис.1. представлена обобщенная схема обработки информации при создании комплексной карты. Базовым масштабом конечных карт определен М 1:200000. Имеется электронная топооснова такого масштаба, созданная Роскартографией. Ведомственные кадастровые карты ресурсов ведутся в более крупных масштабах (1:10000, 1:25000, а также 1:50000). При обработке тематическая информация проходит стандартный набор процедур: оцифровку, попланшетную сшивку и генерализацию. В результате мы имеем набор тематических карт требуемого единого масштаба.


Рис. 1. Схема обработки тематической информации при создании комплексной карты


Различные ведомственные требования к вышеперечисленным процедурам приводят к тому, что при простом совмещении исходных карт выявляются пространственные несоответствия отображений объектов карт. Например, руслу одной и той же реки будут соответствовать несколько линий. А при отображении сопредельных полигональных объектов они могут перекрыться или удалиться друг от друга на некоторое расстояние, что приводит к появлению областей с неопределенным классом, например, одновременно и лес, и поле или и не-лес, и не-поле . Это снижает как читаемость карты карта становится грязной , так и возможность точного анализа на ее основе.

Одна из причин этого заключается в неодновременности создания различных тематических карт. Так, согласно практике применения нормативов, период обновления карт может достигать 10-15 лет. По нашему мнению, такая ситуация будет сохраняться и впредь, вплоть до того момента, когда производство единой карты по согласованной процедуре, например на основе космоснимков, станет рентабельным при обеспечении требуемого качества тематической информации.

Проблема совмещения картографической информации, в свою очередь, порождает сложную проблему разработки критериев и процедур такого совмещения. Во-первых, нужно снизить или хотя бы контролировать привносимые погрешности. Во-вторых, критериальная база должна позволить алгоритмизировать процесс обработки огромных потоков информации.

Ручной режим обработки информации, который использовался до настоящего времени, в частности, в Кадастровом центре КНИИГиМС при создании комплексных карт [1], довольно трудоемок и затратен, несмотря на имеющиеся стандартные средства ГИС, и основан на априорно заданной приоритетности той или иной информации и принятии волевых решений оператором. К тому же, весьма велики объемы обрабатываемых данных, что определяется большой площадью территории края, разделяемой на 42 района, при ограниченном времени для завершения работ. Кроме того, весьма вероятно воспроизводство проблемы при дальнейшем циклическом обновлении карт.

Мы разработали методику автоматической обработки данных для совмещения картографической информации, которая находится в русле идеологии, предложенной Томлином и Бэрри в 1979 году [4] и получившей название алгебра карт . Большинство открытых коммерческих ГИС-средств разработки и анализа карт основаны на применении алгебры карт, развитие которой продолжается и в настоящее время [5,6]. Для наших целей полезными оказались булевские операции - пространственное сложение, вычитание, пересечение и т.д. В настоящее время мы рассмотрели карты только в векторном представлении. В рамках подхода, основанного на введении приоритетов для информации, в развитие картографического подхода к составлению электронных карт, заключающемся в последовательном послойном нанесении однотипных объектов от географической основы до тематической информации, мы ввели иерархический порядок для отдельных тематических карт. В результате мы получили и применили двумерную иерархическую классификацию элементов содержания карт.

В настоящее время нами разработана довольно простая проекционная процедура совмещения картографической информации (рис.2). Основные особенности процедуры заключаются в следующем:
- задается иерархический порядок для отдельных тематических карт;
- объекты всех карт классифицируются в рамках единой классификационной схемы;
- на основе иерархии карт формируется комплексная карта;
- разрешение проблемы перекрывания объектов осуществляется на основе аппарата булевой алгебры.

Рис.2. поясняет использование введенного иерархического порядка тематических карт. Приведен практически значимый пример иерархии. Названия карт лесная , земельная , топооснова соответствуют их тематическому содержанию. Первый уровень высший, третий низший. В данном случае иерархический порядок карт выбран в соответствии с априорной оценкой их точности. Объекты одинакового содержания (реки или дороги, или полигоны населенных пунктов и т.д.) переносятся на комплексную карту с тематической карты самого высокого иерархического уровня. Чем выше приоритетность какой-либо тематической информации, тем меньшие погрешности в нее вносятся при создании комплексной карты.


Рис.2. Использование иерархического порядка при совмещении тематических карт


В картографии существует правило последовательного согласования элементов содержания при составления карт, например, увязка элементов содержания вдоль границ, природных рубежей и структурных линий. В электронной картографии возникает естественный порядок нанесения объектов одинакового содержания на карту порядок последовательного нанесения на карту слоев или покрытий одинакового содержания. Будем называть однотипные объекты, образующие покрытие какого-либо содержания, объектами одного класса. Тогда порядок нанесения объектов определит иерархический порядок этих классов (табл.1.). В табл.1. иерархический уровень класса картографических объектов соответствует расположению наименований классов по вертикали. Если введенный ранее иерархический порядок тематических карт указать положением карты по горизонтали, то каждому объекту определенного содержания будет соответствовать два иерархических порядковых номера один номер его класса, второй номер в иерархии тематических карт. Таким образом, мы получили двумерную иерархическую классификацию объектов.

Таблица 1. Двумерная иерархия объектов карт в рамках единой
классификационной схемы

Картографическая иерархия		Класс однотипных картографических объектов (класс картографического покрытия)	Иерархический порядок тематических карт
			1	2	3	m	Комп-лексная
			Топооснова	Земельная	Лесная	...	.
	1	Речная сеть	+	+	-	.	+
	2	Дорожная сеть	#	+	+	.	+
	3	Населенные пункты	+	-	+	.	+
	4	Административные границы	+	+	+	.	+
	5	Земельные участки	-	+	-	.	+
	6	Лесная квартальная сеть	-	-	+	.	+
	7	Границы лесных хозяйств	-	-	#	.	+
	...	...	...	...	...	.	...
	n	Подписи объектов	+	+	+	.	+

Проекционная процедура формирования комплексной кадастровой карты предусматривает учет двумерной иерархичности объектов. Объекты заданного класса переносятся на комплексную карту с тематической карты самого высокого иерархического уровня, а порядок нанесения объектов определяется иерархичностью их классов.
Введенная иерархичность тематических карт снимает, например, следующие случаи несогласованности для комплексной карты. На рис.3а. (левый рисунок) показано возникновение двойной границы острова, а на правом рисунке показан единственный контур острова, который выделен в результате применения проекционной процедуры. На рис.3б. показана ситуация несогласованности границ лесных хозяйств, перенесенных как с земельной, так и лесной карты. После применения проекционной процедуры остается одна граница.


Рис.3. Примеры снятия несогласованности для комплексной карты
за счет иерархичности тематических карт


При последовательном нанесении объектов различных классов на комплексную карту возникает следующее несоответствие. На рис.4а. показано пересечение полигональных объектов А и В, принадлежащих разным классам. В этом случае применение булевской операции вычитания с учетом иерархичности объектов позволяет разрешить эту ситуацию. Появляются новые объекты А‘ и В‘. В принципе, булевская операция пересечения позволяет выделить область несоответствия С* (рис.4б.) и применить иные критерии устранения несоответствия, например, оптимизирующие из каких-либо соображений разделение области С* между объектами А‘ и В‘.


Рис.4. Схемы разрешения проблемы несовместимости в случаях
перекрывания (а) и выделения области несоответствия (б)
для объектов различных классов на основе булевой алгебры


Ситуация может осложняться тем, что имеется тематическое покрытие, содержащее объекты одного и того же класса, которые картографически несогласованны между собой. В табл.1. это обозначено знаком # в соответствующей ячейке двумерной иерархической таблицы. Пример, иллюстрирующий такую ситуацию, можно увидеть на рис.3б., слева. На этом рисунке оказались несогласованными друг с другом и две границы полигонов соседних лесных хозяйств, перенесенных с лесной карты, и они же обе с границей полигона с земельной карты. Такие ситуации могут относительно легко разрешаться, если можно ввести иерархичность объектов одинакового содержания, например по времени создания картографического материала.

Другой, более сложный случай показан на рис.5. Здесь возникает задача выделения неопределенного полигонального объекта С*, с помощью которого необходимо состыковать объекты А и В. Далее этот объект С* с помощью булевской операции сложения можно присоединить к А или В или он делится между ними с помощью оптимизационных процедур.


Рис.5. Схема разрешения проблемы несовместимости при появлении
областей с неопределенным классом между объектами различных классов


Приведенные выше примеры не исчерпывают всех вариантов несоответствий. В целом, совокупность отдельных правил разрешения конфликтных ситуаций можно рассматривать как некую базу знаний. Мы ведем работы по ее расширению и алгоритмизации процесса создания комплексных карт.

В настоящее время на вэб-сервере Кадастрового центра КНИИГиМС доступны конечному пользователю 48 кадастровых интернет-карт, из них две комплексные карты. В процессе создания этих карт накоплен определенный опыт и разработан ряд Avenue-процедур технологического характера, в том числе и для простой полуавтоматической сборки ArcView-карт, а затем и интернет-карт на основе соответствующего ArcView-проекта. Проведенная работа может рассматриваться как подготовительный этап реализации предлагаемой методики сборки комплексных кадастровых карт.

Решение задачи алгоритмизации обработки информации позволяет говорить о возможности ведения картографической составляющей комплексного кадастра в его естественном масштабе 1:25000 (или, не мельче чем 1:50000, [2]). Резко возрастающие при этом объемы данных делают задачу автоматической состыковки данных параллельной обработки информации одной из узловых.

Заграбчук С.Ф.: mailto: zchook@kniigims.vsptus.ru ,
Черемисин А.А.: mailto: cheremisin@nifti.krasnoyarsk.ru , vepom@kgtu.runnet.ru

Литература

1. Грищенко В.А., Заграбчук С.Ф. Применение ГИС-технологий в рамках территориального комплексного кадастра природных ресурсов Красноярского края (ТККПР) // Достижения науки и техники развитию сибирских регионов. Материалы Третьей Всероссийской научно-практической конференции. Часть 2. Красноярск, 2001. С. 200.
2. Вильдяев В.М. Комплексный территориальный кадастр природных ресурсов средство информационной и интеллектуальной поддержки решений административных органов // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 1999. - № 4(21). С. 24-25.
3. Перелет Р.А., Фоменко Г.А. Основы комплексной системы эколого-экономического учета природных ресурсов // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 1999. - № 4(21). С. 26-27.
4. Tomlin, C.D. and Berry, J.K. 1979. A mathematical structure for cartographic modelling in environmental analysis. In: Proceedings of the 39th Symposium of the American Conference on Surveying and Mapping, pp. 269-283.
5. Caldwell, D.R. Extending Map Algebra with Flag Operators. // The Fifth International Conference on GeoComputation. The University of Greenwich‘s School of Earth and Environmental Sciences, 23-25 August 2000.
6. D. Pullar Map Algebra and Neighborhood Functions. The University of Queensland, Brisbane, QLD 4072, Australia, 2000.