Автобиография
Реферат
  • Украинский
  • Английский

    • Библиотека
    Каталог ссылок
    Отчет о поиске
    Индивидуальное задание


     Анимация Космический снимок г. Константинока


      E-mail: geo_ing@mail.ru
    ДонНТУ> Сайт магистров> Кафедра геоинформатики и геодезии>

      Ф.И.О.: Соболева Дарья Александровна

      Тема магистерской работы: “Исследование использования данных крупномасштабной космической съемки для решения градостроительных задач”

      Научный руководитель: доц. Гермонова Екатерина Александровна

    1. Введение
    2. Цель и задачи работы
    3. Обоснование актуальности
    4. Обзор существующих исследований и разработок
    5. Научная новизна
    6. Практическая ценность
    7. Перечень нерешенных задач и проблем
    8. Планируемый результат
    9. Список источников

      В настоящее время космические снимки высокого разрешения имеют множество практических применений во многих отраслях. Например:
      1. Картографирование. Космические снимки применяют как источник данных для создания новых топографических карт. Снимки с высоким разрешением могут использоваться для определения изменений объектов на карте с течением времени, в том числе и с использованием программного обеспечения по выявлению и классификации объектов.
      2. Сельское и лесное хозяйство. Анализ мультиспектрального и панхроматического изображения позволяет проводить картографирование сельскохозяйственных угодий, дает точную информацию о состоянии растений и заражении их паразитами. Широко распространенные применения космических снимков в лесном хозяйстве включают определение видов деревьев, вековые изменения и лесное картографирование.
      3. Землепользование и землеустройство. Композитное изображение созданное из ортоисправленных снимков, векторных данных и трехмерных моделей рельефа полученные из стереопар может использоваться в следующих проектах по землепользованию и землеустройству: планирование и управление муниципальными мощностями (электричество, газ, вода); планирование и управление транспортными сетями (автодороги, железные дороги и мосты); городское планирование и управление налогообложением.
      4. Окружающая среда и устранение последствий катастроф. Космические снимки предоставляют оперативную детальную информацию по крупным земельным участкам, что обеспечивает следующие применения:мониторинг качества воды; оценка изменений окружающей среды; оценка ущерба от стихийных бедствий, катастроф и восстановительные действия.
      Процесс градостроительного проектирования крайне сложен и неоднозначен. Для того чтобы принимать правильные решения, необходимо учитывать значительное количество факторов из различных отраслей знаний. Традиционная градостроительная документация, которая создавалась ранее, имела ряд существенных недостатков:
      • недостаточная информационная обеспеченность проектов;
      • большой формат чертежей, выполненных, как правило, в одном экземпляре;
      • сложность для восприятия некоторых чертежей генеральных планов, вызванная перенасыщенностью графических изображений;
      • практическая невозможность оперативной корректуры проектных предложений, необходимых из-за достаточно быстро меняющихся ситуаций и т.д.
      В данной работе будет рассматриваться применение крупномасштабных космических снимков для решения задач градостроительства.
      Город - населенный пункт значительный по размерам и численности населения, который выполняет преимущественно промышленные, научные, транспортные, курортные, торговые или административно-территориальные функции и отличается концентрацией производства, повышенной плотностью населения и компактностью застройки [10].
      Современная градостроительная система представляет собой совокупность пространственно организованных и взаимосвязанных материальных объектов: инженерные сооружения, технически освоенные территории, формирующие среду общественные сооружения.
      Планирование градостроительства - процесс регулирования использования территорий, который состоит из создания и внедрения градостроительной документации, принятия и реализации соответствующих решений.
      Существует множество направлений в планировании градостроительства преобразование сложившейся городской застройки, развитие транспортной системы и улично-дорожной сети, использование и обогащение природных ландшафтов и т.д. К одному из главных направлений можно отнести зонирование городских территорий.
      Главный внутренний ресурс потенциального развития любого города - это земля. Зонирование определяет характер использования земли, устанавливает ее ценность и стоимость не только на текущий момент, но и на будущее. Осознание реальной стоимости городской земли позволяет формировать местные бюджеты на основе ежегодного снятия части этой стоимости в виде фиксированного процента. При правильном использовании зонирования город может получать стабильный внутренний источник финансовых поступлений для нужд развития, основанный на налогообложении недвижимости по ее реальной рыночной стоимости.
      Зонирование - это процесс подразделения городской территории на определенное число зон с установленными границами. Для всех зон и применительно к каждому земельному участку определяются правила использования и строительного изменения недвижимости [10].
      Зонирование должно осуществляться органами местного самоуправления, а его результаты оформляются в виде местных нормативных правовых актов. Эти акты имеют обязательную юридическую силу и подлежат исполнению всеми субъектами, осуществляющими изменения объектов недвижимости или причастными к этому процессу: административными органами надзора и контроля, владельцами недвижимости, инвесторами, застройщиками, подрядчиками. Правила являются основанием для разрешения споров в судебном порядке.

      Целью магистерской работы является разработка методов применения крупномасштабных космических снимков для решения задач зонирования городских территорий.
      Задачи исследования:
      • Исследование исходных данных космической съемки QuickBird (режим съемки панхроматический).
      • Изучение форматов данных (TIFF, GeoTIFF).
      • Исследование точностных характеристик космических снимков.
      • Выявление необходимых исходных данных для зонирования и их представление.
      • Разработка методов зонирования на основе космических снимков.
      • Выбор ГИС-программы для решения задач зонирования.
      • Создание программы зонирования на примере Ворошиловского района города Донецка.

      Процесс градостроительного проектирования крайне сложен и неоднозначен. Для того чтобы принимать правильные решения, необходимо учитывать значительное количество факторов из различных отраслей знаний. Традиционная градостроительная документация, которая создавалась ранее, имела ряд существенных недостатков:
      • недостаточная информационная обеспеченность проектов;
      • большой формат чертежей, выполненных, как правило, в одном экземпляре;
      • сложность для восприятия некоторых чертежей генеральных планов, вызванная перенасыщенностью графических изображений;
      • практическая невозможность оперативной корректуры проектных предложений, необходимых из-за достаточно быстро меняющихся ситуаций и т.д.
      Использование космических изображений в градостроительном проектировании обеспечило прогресс в развитии современных методов градостроительного (землеустроительного) проектирования, в том числе с применением ГИС-технологий.
      Самая очевидная функция материалов космических съемок - это получение объективной и актуальной информации о современном состоянии и использовании территории города.
      Традиционные картографические документы устаревают достаточно быстро, обновляются редко. Ведущийся в управлении архитектуры Дежурный план города, а также аналогичные планы других служб не дают общей картины происходящих в городе изменений. А изменения весьма значительны: изменение береговой линии, новое жилищное строительство, новые дороги, садоводства, гаражи, свалки и многое другое - все это может быть опознано и закартировано с помощью дешифрирования космических изображений.
      Не менее важное преимущество космических снимков - это возможность оперативного получения объективной информации о современном состоянии природы и хозяйства изучаемой территории в виде разнообразным тематических карт, получаемы путем ландшафтно-индикационного дешифрирования одного и того же снимка.
      Одно космическое изображение хранит в себе информацию и о ландшафтах, и об отдельных компонентах природы растительность, гидрография, рельеф, почвы и пр.), и о направлениях использования земель и т.д.
      Применение цифровых космических изображений позволяет:
      • совмещать на экране компьютера картографические слои и космическое изображение, что позволяет обновлять картографические материалы;
      • использовать масштабирование космического изображения - изучение территории от бщего к частному и наоборот;
      • вести реальный мониторинг с использованием вновь поступающих космических изображений.
      Следовательно, из вышесказанного можно сделать вывод, что декларированная цель магистерской работы является актуальной.

      В настоящее время существует множество примеров применения космических технологий для решения различных градостроительных задач. Вот несколько из них:
      1. В настоящее время разработана Программа развития МО (муниципального образования) “Город Сосновый Бор” (Россия) как Наукограда РФ и начата разработка Концепции градостроительного развития территории МО[12]. Эти документы стратегического планирования направлены на формирование условий для устойчивого экономического роста города и создания удобной для жизни городской среды.
      Учитывая международную и отечественную практику, на территории Наукограда должны быть предусмотрены все структурно-функциональные элементы, необходимые для полноценной деятельности особого социально-градостроительного объекта.
      Помимо основных производственно-научных и селитебных территорий, город должен располагать достаточными земельными и природными ресурсами для экологической безопасности, отдыха, туризма, спорта.
      Необходимо также запланировать территории для перспективного развития жилищного строительства, объектов обслуживания, местной промышленности, транспорта.
      Планировочная структура и зонирование города должны предоставлять максимально благоприятные возможности для полноценного выполнения городом его особой роли.
      Решение указанных проблем является основной задачей Концепции градостроительного развития территории Муниципального образования “Город Сосновый Бор”.
      Концепция является важной составной частью процесса создания информационной и правовой основы градостроительной деятельности.
      Концепция выполняется с использованием современных компьютерных технологий и космических изображений района Соснового Бора, что позволит использовать материалы проекта не только в повседневной практической деятельности Отдела архитектуры и градостроительства, но и в других службах и организациях города.
      2. В Таганрогской области (Россия) в настоящее время проводятся работы по городской застройке, обновлению планов населенных пунктов области. Для решения этих задач используются данные крупномасштабной космической съемки[14].
      Для работ по городской территории используются изображения со спутников Quickbird с пространственным разрешением 61 см для монохромного изображения и 2,44 м для мультиспектрального.
      Для обработки снимка был использован ERDAS IMAGINE 8.6. Оба изображения (цветное и черно-белое) были привязаны к существующей топографической основе М 1:500 полиномиальным преобразованием. Затем проведено слияние двух изображений и получен цветной снимок с пространственным разрешением 61 см. На нем хорошо различимы объекты городской застройки - здания, проезды, зеленые насаждения, ограды земельных участков. Отчетливо виден частный сектор, участки в садоводческих товариществах.
      Крупным картографическим проектом в г. Таганроге в 2003 стал выпуск Атласа Таганрога, которое выполняло Бюро Кадастра Таганрога. Первое издание вышло в 1998 году. За пять лет город изменился, появились новые кварталы, здания, проезды, поэтому проблема обновления пространственных данных стояла достаточно остро. Для первого издания данные были получены векторизацией планшетов М 1:2000, М 1:500 и М 1:5000. Позже они корректировались в процессе выполнения различных работ (по данным геодезической съемки), но постоянно изменяющаяся инфраструктура города требовала большого объема работ по актуализации, и использование данных дистанционного зондирования для этого проекта стало необходимым.
      Чтобы систематизировать работу по обновлению данных и локализовать территории, где изменилась застройка, в инспекции Государственного архитектурно-строительного надзора (ГАСН) была получена информация о зданиях построенных за пять лет, прошедших с момента выпуска первого издания атласа. Однако в процессе работы было обнаружено, что многие застройщики своевременно не предоставили данные в ГАСН, многих зданий видимых на снимке в перечне не оказалось. Были обнаружены и элементы благоустройства в частной застройке - корты, бассейны, которых не было ранее, и которые не были нанесены на существующие карты.
      Бюро Кадастра Таганрога выполняет большое количество проектно-изыскательских работ по объектам, расположенным на землях сельскохозяйственного назначения, на которые существуют в лучшем случае топографические карты М 1:10000 или М 1:25000.
      Выполняя работы по подготовке землеустроительной документации для постановки на кадастровый учет сельскохозяйственных предприятий, необходимо уточнить их границы. Учитывая большие площади проводить геодезическую съемку дорого и трудоемко. Границы уточняются картометрическим методом.
      Использование только топографической основы (планов внутрихозяйственного землеустройства) не возможно, так как планшеты сильно устарели, и их обновление не проводилось уже очень давно. Поэтому в качестве основы для картометрического метода уточнения границ Бюро Кадастра Таганрога использует данные дистанционного зондирования.
      Для этих работ были выбраны космические снимки КФА-1000. Это цветные снимки с разрешением 4-5 м. На них хорошо видны дороги, лесопосадки, овраги и водные объекты, населенные пункты, дачные массивы. Снимки привязаны по топографической основе М 1:10000 с использованием ERDAS IMAGINE 8.6. По КФА уточняются границы участков, границы населенных пунктов. Также выделяются различные виды угодий - пашни, пастбища и т.п. В итоге получается векторная карта сельскохозяйственного предприятия, включающая слои административного и кадастрового деления, модели угодий, которая используется для формирования землеустроительного дела и данных для государственного кадастрового учета.
      В настоящее время Бюро Кадастра Таганрога разместило заказ на выполнение космической съемки со спутника QuickBird на территорию центра Неклиновского района села Покровское. Полученные данные предполагается использовать для задач учета земель и подготовки справочно-картографических изданий.
      3. В Архангельске (Россия) в настоящее время осуществляется российско-шведский проект по использованию космических снимков высоко разрешения для создания кадастровых регистрационных карт.
      Задачей этого совместного проекта является получение качественных характеристик метода создания планов с использованием космических снимков и на основании опыта предыдущих совместных проектов выполнить анализ точности получения цифровых кадастровых карт.
      Космические снимки высокого разрешения для производства кадастровых карт на территории Архангельской области были использованы впервые. По результатам выполненных работ сделан вывод, что использование космических снимков позволяет получить достоверные и качественные крупномасштабные планы на значительные территории. При этом сроки от постановки задачи до конечного результата значительно сокращаются за счет оперативности получения космических снимков на требуемую территорию.
      4. Разработка геоинформационно-справочной системы г. Одесса (Украина) с использованием материалов космической съемки [4].
      Цель разработки системы “МГИС Одесса” - предоставление в сжатые сроки актуального картографического и информационно-аналитического обеспечение территории разработки генерального плана миллионного города Одесса в виде информационной базы данных с использованием современных геоинформационных технологий.
      Традиционно генеральные планы городов выполнялись на базе планов и карт на бумажных носителях масштабов от 1:500, 1:2000, 1:5000. Громоздкость бумажных носителей, их большая номенклатура и количество не позволяли оперативно и досконально учитывать многообразные факторы, рассматриваемые при выполнении градостроительного проектирования. Бурное строительство в городе в последние годы не могло быть адекватно отражено на бумажных носителях традиционными методами.
      Современные методы к выполнению таких проектов, как разработка генерального плана города, заключается в максимальной актуальности картографических данных, минимизации сроков выполнения работ, качестве и глубине проработки проекта.
      Для города площадь. 170 кв. км проведение изысканий в сжатые сроки практически невозможно. Поэтому для получения актуальной картографической информации было решено использовать материалы космической съемки.
      Выбор сенсора проводился из доступных коммерческих ресурсов с учетом высокой плотности застройки, по которой город занимает первое место в Украине. После обработки тестовых снимков и технико-экономического расчета выбор был сделан в пользу материалов сенсора QuickBird в формате PSM фирмы DigitalGlobe (пространственное разрешение 0,72 м/пиксель, приведенный масштаб 1:2000, минимальная площадь заказа 64 кв. км). Время проведения съемки определилось сроками выполнения проекта с учетом требований к отсутствию листвы на деревьях и снежного покрова на поверхности земли.
      Ввиду большого объема аналитической информации, необходимой для системы, в ее основу были положены программные средства компании ESRI, обеспечивающие быструю и надежную привязку имеющихся данных к существующим картографическим объектам.
      Разработанная геонформационно-поисковая система содержит сведения по предприятиям, учреждениям, историческим достопримечательностям города, по сети маршрутного городского транспорта и т.д. Материалы и наработки этой системы были использованы несколькими издательствами при создании городских телефонных справочников с картографическими приложениями. В результате этих работ в городе были определены границы четырех новых районов вместо предполагавшихся восьми.
      Для работы с космическими снимками применялось программное обеспечение компаний ESRI и Leica Geosystems, имеющее корректные импортно-экспортные функции.
      Технология обработки данных космической съемки предусматривала привязку снимка по характерным точкам и проведение ортотрансоформирования на базе цифровой модели рельефа, построенной по материалам бумажных носителей. По полученной подложке из обработанного космического снимка были проведены работы по внесению графической и аналитической информации по новым строениям и объектам на территории горда.
      Цифровая карта были дополнена несколькими тысячами новых объектов. Основные изменения произошли в результате нового строительства, домов, гаражей, коммерческих магазинов и киосков, коттеджей, дач, промышленных объектов, появились новые сады, свалки и т.д. Адекватно эти объекты на сегодняшний день можно выявить только с помощью аэрокосмической съемки.
      5. Землеустройство на нефтепромыслах ООО ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ (Россия) [6].
      Для поддержания экспортных поставок углеводородного сырья нефтедобывающим компаниям ведется интенсивное строительство объектов нефтедобычи. Процесс обустройства инженерных объектов требует качественного маркшейдерско-геодезического обеспечения в условиях ограничения сроков, а зачастую и средств выполнения работ. В это случае повысить производительность работ помогает использование данных дистанционного зондирования (аэрокосмической съемки).
      В 2004 голу кафедрой “Маркшейдерского дела, геодезии и геоинформационных систем” Пермского государственного технического университета выполнялись землеустроительные работы на месторождениях нефти ООО ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ на территории Частинского района Пермской области. В процессе технико-экономического анализа возможных вариантов формирования межевых дел предпочтение было отдано использованию технологии, основанной на стереофотографической съемке.
      При подготовительных работах собиралась и анализировалась вся необходимая информация: проекты землеустройства, постановления администрации района об отводе земельного участка, договора аренды участка, чертежи границ и топографические планы земельного участка, фотоснимки на территорию месторождений, схема пунктов государственной и местной геодезической сети и список координат, сведения об использовании земель.
      Снимки подбирались таким образом, чтобы области их перекрытия полностью покрывали территорию месторождений, что в дальнейшем дало возможность построить цифровые модели рельефа для каждого месторождения, а также произвести дешифрирование межуемых объектов в стереорежиме средствами модуля Stereo Analyst.
      Для создания кадастровых планов помимо традиционных геодезических съемок применяли аэрокосмическую съемку, поскольку современный уровень производства съемочных работ и последующей обработки их результатов позволяет получать планы в масштабе 1:2000 (при аэросъемке) и 1:5000, 1:10000 (по космическим снимкам со спутников “кадастрового” типа - Ikonos QuickBird).
      Данные дистанционного зондирования использовались и при установлении и согласовании границ земельных участков на местности. Для установления границ применялись ортофотопланы и ортокосмопланы, при этом для выделения участков проводилось камеральное и полевое дешифрирование снимков. Установленные границы отображали вместе с ортофопланом (ортокосмопланом) на схеме границ в приложении к акту согласования земельного участка. Такая методика позволяет упростить согласование, так как на схеме отображены не только границы участка, но и ситуация на фотоснимке или космоснимке. Традиционно границы участков выносят по координатам характерных точек от пунктов геодезического обоснования, либо пунктов опорной межевой сети. Здесь же границы и координаты узловых точек определяли по ортофотоплану (ортокосмоплану), либо использовали пространственную фототриангуляцию для определния координат точек поворота при фотограмметрической обработке снимков в программном продукте LPS.
      В общем случае, при землеустроительных работах применение аэро- и космических снимков сводилось к следующему:
      • определение техническим заданием территории для межевания, нахождение ее экстремумов (граничные координаты территории), выбор типа съемочной системы, заказ съемки местности;
      • улучшающее преобразование снимков;
      • координатная привязка снимков;
      • ортотрансформирование симков, создание ортофотоплана;
      • дешифрирование межуемых объектов с одновременной векторизацией;
      • установление границ, определение координат узловых точек земельных участков, определение площадей участков;
      • формирование межевого дела.
      В результате проделанной работы было составлено около 100 землеустроительных дел. Благодаря тому, что при работе были использованы данные дистанционного зондирования, сроки выполнения работ были сокращены примерно на 70 %.
      6. Старейшая в США группа охраны городской среды American Forests разработала приложение к ArcView GIS, получившее имя CITYgreen, чтобы помочь руководителям районов в возвращении естественной природной среды в города [3].
      Оно позволяет измерять, анализировать и отображать состояние городских экосистем, оценивать в денежном эквиваленте их вклад в изменение общего состояния окружающей среды. CITYgreen использует экологические модели, проводит технический анализ и выдает приближенные к реальности материалы для дискуссий по общественному управлению. Это - средство по внедрению экологии в процесс землепользования.
      CITYgreen - удобное настольное средство для учета природных ресурсов в градостроительстве, позволяющее идентифицировать имеющиеся зеленые зоны и площади, которые можно преобразовать в зеленые зоны. Сохранение участков с растительностью в быстро растущем городе позволяет облегчить экологические проблемы.
      Для создания системы городского экологического анализа в Атланте использовались данные космической и аэрофотосъемки, а также фотографии и данные непосредственного обследования на местах.
      Создание системы состоит из следующих этапов: построение базовой карты экоструктур города на основе космических снимков и цветных аэроснимков, сбор детальной информации с использованием цветных маловысотных фотографий и измерений в представительных точках, которые собираются наземным отрядами и помещаются в базу данных, становясь частью ГИС. Для Атланты результаты анализа показали только прямую экономию энергии благодаря деревьям в семь с половиной миллионов долларов, дополнительная косвенная экономия оценивается примерно в ту же сумму.

      Научная новизна заявленной магистерской работы заключается в том, что на данный момент на территории Украины не существует ни одно примера применения крупномасштабного космического снимка для решения задачи зонирования городских территорий.

      Практическая ценность заявленной магистерской работы заключается в том, что полученный метод применения крупномасштабных космических снимков для решения задачи зонирования городских территорий даст возможность оперативного получения актуальной информации о городских зонах, в общем, о каждом земельном участке, в частности (правила использования и строительного изменения недвижимости).

      На данный момент основной нерешенной проблемой является этапы преобразования космического снимка в необходимый формат данных, выявление необходимых исходных данных для зонирования городских территорий.

      Планируемым результатом магистерской работы будет являться программный продукт для решения задачи зонирования на примере Ворошиловского района города Донецка.

    1. Владимир Андрианов Свойства данных дистанционного зондирования ArcReview №2(17) 2001г. стр. 3
    2. Пермитина Л.И., Куревлева Т.Г., Степанов И.В., Емельянов К.С., Коршунов А.П. Оперативный спутниковый мониторинг состояния окружающей среды и землепользования ArcReview №3(34) 2005г. стр. 5-6
    3. По статье Гэрри Молла в ArcNews Vol.18 No.1 ArcReview №3(10) 1999г. стр. 8
    4. Стадников В.В.,к.т.н. Шпилевой А.А., Степовая О.Ю., Пискарева И.А. Разработка геоинформационной справочной системы г. Одесса с использованиемматериалов космической съемки ArcReview №3(34) 2005г. стр. 23
    5. Сергей Скатерщиов ГИС в градостроительном проектировании и управлении территориями ArcReview №3(18) 2001г. стр. 2-3
    6. Кривенко А.А., Катаев А.В. Землеустройство на нефтепромыслах ООО “ЛУКОЙЛ-Пермь” с использованием данных дистанционного зондирования ArcReview №3(34) 2005г. стр. 13-14
    7. Барталев С.А., Ершов Д.В., Новиков В.П. Изучение лесов России по данным дистанционного зондирования из космоса ArcReview №2(17) 2001г. стр. 7
    8. Наумов С.В. Особенности обработки космических снимков высокого разрешения ArcReview №2(17) 2001г. стр. 10
    9. Евгений Еремченко, Александр Гречищев Новый подход к созданию ГИС для небольших муниципальных образований ArcReview №2(33) 2005г. стр. 18-20
    10. Правовое зонирование www.moldavanka.od.ua/articles.php
    11. Адров В.Н., Карионов Ю.И., Титаров П.С. (“Ракурс” Москва), Харитонов В.Г., Громов М.О. (“НПК“ГЕО”) Определение точностных характеристик снимков QuickBird www.racurs.ru
    12. Публичиные слушания генплана города old.sosnovy-bor.ru/news
    13. Коммерческое применение космических снимков высокого разрешения kart-salon.ru/html/quickbird_2.html
    14. Электронная карта городу необходима... www.arch.cap.ru/gazeta.asp
    15. Литвинова Л.С. Использование ДДЗ для обновления пространственной информации в работах по землеустройству и картографии cbt.ru/conf2004/d01.php

    Вверх