Основные результаты выполненной работы
Работы по созданию комплексного территориального кадастра природных ресурсов Ленинградской области по заказу правительства области проводились НИЦ «Природопользование» с 1994 г. В результате оцифрованы сотни слоев картографической информации, характеризующих территорию области, созданы сотни баз данных и различных документов. Информационный фонд комплексного кадастра состоит из двух основных разделов: «природные ресурсы», «окружающая среда и экологическая безопасность».
Раздел «Природные ресурсы» включает: водные, лесные, земельные ресурсы, ресурсы недр, животного мира и особо охраняемые территории. На рис. 1 представлен фрагмент интерфейса автоматизированной информационной системы «Природопользование и экологическая безопасность».
Раздел «Окружающая среда и экологическая безопасность» состоит из двух подразделов: природные условия (климат и агроклиматические данные) и экологическая безопасность (загрязнение природной среды и здоровье населения). (Более подробно с содержательной частью данной работы можно ознакомиться в ИБ № 2(9), с. 64. - Прим. ред.).
Каждый раздел состоит из нескольких рубрик, к которым привязана информация (в виде карт, баз данных и документов), характеризующая природопользование и состояние окружающей среды по Ленинградской области в целом и отдельным административным районам (муниципальным образованиям): Сланцевскому, Кингисеппскому, Ломоносовскому и Тихвинскому, а также городам Кингисепп и Сосновый Бор. В настоящее время проводятся работы по Тосненскому и Гатчинскому районам.
Наибольший интерес представляет картографическая информация. Это трудоемкая и дорогостоящая часть комплексного территориального кадастра. Для создания цифровых карт использовались картографические материалы таких организаций и ведомств, как Северо-западный региональный геологический центр, Северо-западное государственное лесоустроительное предприятие, Ленинградский областной центр санэпиднадзора, организации Роскомгидромета и другие. Всего создано более 300 картографических проектов, функционирующих в ArcView и состоящих из одной или нескольких карт.
Для решения задач комплексного природопользования на уровне Ленинградской области в целом, выполнения пространственного анализа и запросов по различным тематическим слоям, все картографические материалы формировались на единой топографической основе. Для обзорных карт топографической основой являлась карта Ленинградской области масштаба 1:500 000, выполненная в поликонической проекции, а для карт районного уровня - карты Генерального штаба масштаба 1:100 000, выполненные в проекции Гаусса–Крюгера.

Технология работ
Одним из важных этапов создания цифровых карт является оцифровка картографической информации. На наш взгляд, программные средства оцифровки должны обеспечивать выявление повторно оцифрованных объектов, самопересечений, недоводов, переводов, разрывов, а так же согласование объектов, расположенных в разных тематических слоях (т. е. река должна впадать в озеро, а населенные пункты не должны находиться в русле реки).
Большинство ошибок выявляются программными средствами, если ГИС позволяет строить или поддерживать топологические отношения. Если не обеспечивается согласование объектов, то технология ввода несовершенна и на основе такого материала невозможно провести пространственный анализ имеющейся информации, а следовательно, и выработать рекомендации по принятию управленческих решений.
Следует также отметить, что действующие в Роскартографии форматы и технологии создания цифровых карт не всегда обеспечивают необходимое качество слоев картографической информации (с точки зрения топологии) для последующего их использования в ГИС. Другая проблема заключается во взаимной увязке слоев, оцифрованных по разным расчлененным пластикам (при совмещении слоев возможны ошибки 0,1–0,2 мм). Поэтому для использования цифровых карт, созданных Роскартографией, и для пространственного анализа в ГИС необходима их серьезная доработка.
Нами использовались три технологии оцифровки: ввод координат картографических объектов с помощью дигитайзера (AutoCAD, ARC/INFO), векторизация отсканированного изображения (Easy Trace) и ввод координат объектов с клавиатуры или из предварительно созданных файлов. Кроме того, использовались слои информации, созданные в других ГИС. Для создания таких тематических слоев, как рельеф местности, гидрография, четвертичные и дочетвертичные отложения, землепользователи и т. п., требующих повышенной точности нанесения контуров (ошибка не более 0,1–0,2 мм) или имеющих большую нагрузку на единицу площади карты, в основном использовалась сканерная технология. Карты животного мира, экологического загрязнения, зонирования территорий, не требующие такой точности, создавались с помощью дигитайзера.
На конечной стадии создания карт использовалась ГИС ARC/INFO. Она была выбрана на основе анализа функциональных возможностей нескольких ГИС. Главное ее преимущество - широкие возможности пространственного анализа информации и поиска вероятных ошибок оцифровки. ГИС ARC/INFO позволяет отображать висячие дуги, псевдоузлы, полигоны без меток, полигоны с несколькими метками, использовать программы, созданные на языке SML, что существенно упрощает процесс редактирования. Следует отметить, что для успешного проведения аналитических операций требуется именно тщательная подготовка исходных данных на этапе редактирования.
Основной же недостаток ГИС ARC/INFO, наиболее часто отмечаемый в печати, - «недружественный интерфейс» - был успешно нами преодолен путем создания программ на языке SML с системой меню на русском языке, реализующей наиболее часто употребляемые команды. Разработаны библиотеки программ, позволяющие редактировать, проводить операции со слоями, пересчитывать координаты из зоны в зону, трансформировать все слои, имеющиеся на карте, добавлять поля атрибутивной информации сразу во все слои. Таким образом, оператору теперь практически не приходится набирать команды, используя клавиатуру.

Некоторые проблемы
Особо следует остановиться на качестве представляемых материалов. Карты и планы-схемы нередко были представлены в масштабах, отличных от топографической основы, в других картографических проекциях. Нередко приходилось использовать ксерокопии карт или склейки карт из листов формата А4. Несмотря на не всегда хорошее качество картографических материалов, следует отметить, что очень часто они содержали уникальную информацию о природных ресурсах или загрязнении территории области.
Для наложения тематических слоев на топографическую основу использовались следующие способы:
трансформация слоев информации на карту;
пересчет координат из одной проекции в другую;
оцифровка материалов по точкам привязки, взятым с топоосновы.
Для трансформации слоев информации выбирали несколько точек привязки (от 4 до 20), затем пересчитывали координаты слоев, используя как аффинное, так и проективное преобразование по различному числу точек привязки, после чего выбирали оптимальный результат. Следует отметить, что увеличение количества точек привязки свыше восьми, как правило, не давало эффекта.
Пересчет положений контуров и точек из одной проекции в другую производился стандартными средствами ГИС ARC/INFO (программа Project). Для выполнения наиболее часто встречающихся операций, таких как перевод географических координат в координаты поликонической проекции, были написаны программы на языке SML. Для перевода географических координат в проекцию Гаусса–Крюгера и обратно были написаны программы на языке Паскаль.
При оцифровке картографического материала, на котором отсутствовала координатная сетка, лист разбивался на несколько кусков, которые цифровались отдельно, а затем склеивались. Это позволило повысить точность нанесения контуров даже при плохом качестве исходного материала.
Нередко возникали проблемы при склейке двух листов карты, созданных в разное время. Так, на листе, изданном на 10 лет позже соседнего, на линии склейки могли появиться дороги и части объектов, которых не было на соседнем. Подобные моменты уточнялись с привлечением специалистов из районных администраций.
Приобретен большой опыт конвертации слоев информации, созданных другими организациями, из форматов (DXF, MIF) с последующей обработкой в ГИС ARC/INFO. Здесь наибольшие проблемы возникали с сохранением привязанной к карте базы данных, особенно для таких сложных объектов, как озеро, на котором есть остров с озером. Многие из таких случаев приходилось корректировать вручную.

Практические результаты
За четыре года работы удалось создать комплексный кадастр природных ресурсов области, где любой тематический слой карты может быть перенесен на другую карту, что необходимо для пространственного анализа и принятия управленческих решений. Это позволило использовать ГИС в комитете по природопользованию и экологической безопасности правительства Ленинградской области и в администрациях муниципальных образований области при решении следующих практических задач:
создание карт и карт-схем для докладов и т. п.;
получение выборок по сложным запросам;
наложение слоев друг на друга и получение результирующих характеристик (например, определение перечня лесных кварталов, попадающих в границы заказников);
выбор оптимальных вариантов для проведения мероприятий (например, определение лесных выделов, в которых запланированы различные хозмероприятия);
расчет суммарных показателей (экспликация земель, потенциальное количество пострадавших в результате аварии и т.п.).
В качестве примера можно привести результат наложения информации из лесного, водного кадастров, а также кадастров недр и особо охраняемых территорий. На основе наложения информационных слоев подсчитаны запасы леса, торфа, песчано-гравийных материалов в границах Котельского комплексного заказника.
Таким образом, эффективность использования ГИС заключается прежде всего в значительном сокращении времени на выполнение тех или иных запросов, более полном использовании данных и повышении качества управления природопользованием.
В дальнейшем предполагается:
применять ГИС для решения других прикладных задач, используя стандартные модули;
создавать приложения, позволяющие решать различные задачи;
ввести экономический аспект в ГИС;
использовать данные дистанционного зондирования, материалы космических и наземных съемок, выполняемых с помощью GPS, для обновления картографической информации.