Методические подходы к разработке земельной информационной системы

Нами для регионов с интенсивным сельскохозяйственным производством предлагается земельная информационная система (ЗИС), которая должна быть организована в соответствии со структурой управления земельными ресурсами региона и включать три уровня: региональный, муниципальный и локальный. Основным механизмом управления качеством земельных ресурсов является ЗИС, так как требования и объемы имеющейся информации о земельных ресурсах настолько велики, что ее обработка, анализ и использование невозможны без современных аппаратно-программных средств (см. рис. 23) [124].

При этом ЗИС землепользования носит факультативный характер, поскольку ее организация и функционирование зависит от собственника земли и (или) землепользователя, от его заинтересованности в организации рационального использования земель и долгосрочного инвестирования на эти цели. В то же время совместное использование ЗИС с информационными системами управления сельскохозяйственным предприятием, в том числе и GPS-слежения, позволит повысить эффективность обоих систем и улучшить управление земельными ресурсами на локальном уровне.

Рис. 23. Общая схема системы геоинформационного менеджмента земельных ресурсов региона [123].

Масштаб регионального уровня не позволяет эффективно управлять конкретными земельными объектами. Однако здесь осуществляется анализ общей ситуации и выработка политики в области земельных отношений и использования земельных ресурсов. Необходимо также отметить, что на территории субъекта РФ осуществляется государственная политика в области земельных отношений органами власти субъекта федерации и территориальными органами государственной власти.

Таким образом, центральным следует считать муниципальный уровень, в рамках которого возможна организация эффективного мониторинга земель и управления качеством земельных ресурсов.

В большинстве работ ЗИС рассматривается как одна из раз­но­видностей ГИС. Однако существуют и противники этой точки зрения, рассматривая их как особый вид информационных сис­тем. Данные о земельных ресурсах имеют пространственную привязку и их рассмотрение вне территориальной системы неэф­фективно. Поэтому мы будем придерживаться первой точки зре­ния.

Для целей данной работы мы остановимся на следующем определении, отражающем структуру (компоненты) и функции ГИС:

Географическая информационная система - это комплекс данных, методов, программного обеспечения, аппаратных средств и специалистов, обеспечивающий сбор, обработку, ото­бражение, хранение и распространение пространственно-коорди­нированных данных, их интеграцию для решения научных и прикладных задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества и экономики.

Структура (см. рис. 24) разрабатывается исходя из целей и задач конкретной ЗИС и общих принципов, к которым следует отнести [140]:

• Соответствие структуры ЗИС и ее технических характери­стик предъявляемым к ней требованиям пользователей.

• Применение системного подхода к объекту изучения и полнота информационного обеспечения ЗИС.

• Открытость системы, обеспечивающая легкость модифика­ции и совместимость с другими информационными систе­мами (ведомственными, научных и исследовательских орга­низаций и т.д.).

Разработку ЗИС можно представить в виде следующих этапов:

1. Определение целей и задач ЗИС, требований к ней.

2. Разработка структуры:

   1. Выбор программного и аппаратного обеспечения.

Рис. 24. Общий вид структуры ГИС.

2. Определение необходимых геоинформационных моде­лей, формирование системы баз данных, Подразделение множества объектов на строго разграниченные соответст­вующие системе БД классы.

3. Разработка структур для каждой из баз данных, входя­щей в ЗИС, определение состава признаков, характеризую­щих объекты, способов их идентификации и пространст­венной регистрации.

4. Информационное обеспечение. Определение картогра­фической основы и информационных ресурсов для ведения БД.

5. Математико-картографическое обеспечение геоинфор­мационного моделирования. Разработка системы методов работы с данными.

1. Ввод данных Интеграция с другими ИС, системами ДЗЗ, элек­тронными приборами. Сканирование и векторизация.

2. Апробация и коррекция системы. Подготовка к использова­нию.

К одним из важных компонентов ЗИС относятся аппаратные средства и программное обеспечение. К последним предъявля­ются следующие условия: наличие удобного интерфейса, адапти­рованной для решения соответствующих задач системы управле­ния базами данных, широкий набор средств анализа, а также средств генерации изображений, визуализации и вывода карто­графических документов. В системе управления земельными ре­сурсами наметились две основные тенденции: применение ГИС универсального назначения или специализированного.

Также важной составляющей ЗИС являются сами данные. Они включают позиционные данные об местоположении объекта в системе координат и его геометрических свойствах и атрибу­тивные (семантические) данные о его количественных и качест­венных характеристиках. Особо выделяют метаданные, т.е. «данные о данных», которые содержат информацию о точности, формате, источниках, времени получения и обновления, взаимо­связях, отношениях данных и т.п., об их соответствии принятым стандартам. С помощью БМД (база метаданных) можно решать задачи координации, управления и оптимизации функционирова­ния системы, а также избежать неоправданного дублирования информации.

В основе большинства методов обработки данных в инфор­мационных системах используется информационная модель. Для полного отображения объектов реального мира понадобилась бы бесконечно большая база данных. Применение моделирования позволяет сохранить основные свойства объекта исследования и привести информацию к конечному объему. Информационная модель объекта или системы обеспечивает формализованное представление исследуемых элементов и их взаимосвязи.

Особенностью геоинформационного моделирования явля­ется выявление пространственных взаимосвязей, поэтому один из важных этапов- выбор операционной территориальной единицы (ОТЕ), в качестве которых могут выступать ключевые участки, ячейки регулярной или нерегулярной сетки, административные или хозяйственные единицы, ландшафтные фации, урочища и т.д. Выше нами было обосновано применение административно-бассейнового подхода. В качестве ОТЕ кроме административно-хозяйственных единиц мы предлагаем использовать на регио­нальном уровне – бассейны малых и средних рек (5-го порядка и выше), на муниципальном – малых рек и овражно-балочных систем (4 – 5-го порядка) и на локальном – элементарные водо­сборы (бассейны 1-го порядка и нерсчлененные склоны различ­ных порядков).

На основе анализа подходов к количественному анализу речных бассейнов, заложенному Р. Хортоном, для целей кодиро­вания бассейнов и склонов мы остановились на системе Стралера-Философова. А. Стралер предложил отказаться от деления водотоков на главные и притоки, а основываться на дихотомиче­ской схеме. Процедура определения порядков водотоков заклю­чается в присвоении номера каждому водотоку в зависимости от его положения в речной системе. Первый порядок присваивается приводораздельным неразветвленным водотокам, два водотока одного порядка, сливаясь, образуют водоток следующего порядка.

Главный водоток бассейна будет иметь наивысший порядок (см. рис. 25). В этом случае кодировка идет по чисто формаль­ному признаку и исключает субъективный фактор при перекоди­ровке водотоков. Независимо от Стралера подобную систему кодирования применил и В.П. Философов [139].

Рис. 25. Схемы кодирования водотоков (А) и водосборов (Б) по Страллеру-Философову (на примере бассейна 4-го порядка).

Особо следует коснуться соответствия фактического и порядка, определенного на картографическом источнике, которое зависит от масштаба карты. В.И. Шмыковым были получены соответствия, представленные в таблице 10.

Табл. 10. Наиболее вероятные значения порядков водотоковпри переходе от карт мелкого к картам крупного масштаба [149].

Номера порядков водотоков в М 1:1 000 000	Наиболее вероятные номера порядков водотоков им соответствующие в масштабах:
	1:500 000	1:100 000	1:25 000	На местности
5	6	7	8	9
4	5	6	7	8
3	4	5	6	7
2	3	4	5	6
1	2	3	4	5
	1	2	3	4
		1	2	3
			1	2
				1