Использование программных ГИС‑технологий фирмы Bentley systems при создании градостроительных кадастров населенных пунктов

Автор: Михайленко А. Г., Дорофеева С. В.

Источник: Геоінформаційні системи і муніципальне управління: Збірник наукових праць до міжнародної науково-практичної конференції, 2000 р.

Одной из основных задач, которую необходимо решать при создании и ведении электронных автоматизированных градостроительных кадастров населенных пунктов, является изготовление цифровых топографических карт крупных масштабов и разработка процедуры их дальнейшего поддержания в актуальном состоянии.

Технологии цифрового автоматизированного картографирования являются традиционно одним из основных приоритетных направлений, которое успешно развивает фирма Bentley Systems (CШA) на основе семейства программных продуктов MisroStation. Сегодня это полный спектр специализированных модулей, решающих задачи картосоставления от обработки полевых данных, создания цифровых карт на основе существующих топопланшетов и печати и до разработки, наполнения и ведения на их основе прикладных Геоинформационных систем, в т. ч. градостроительного кадастра населенных пунктов.

Основой технологии, несомненно, является само базовое трехмерное графическое ядро MicroStation, последняя модификация J которого небезосновательно признана лучшей графической GIS/CAD/CAM средой. Обладая мощными функциональными свойствами и достаточной степенью универсальности, программа успешно выполняет разномасштабное цифровое картографирование (в т. ч. крупных масштабов – 1:10 000, 1:5 000, 1:2 000, 1:500), при этом полнота и объем информации не ограничиваются. Используемые в редакторе классы графических примитивов и их свойства (точки, блоки, простые линии, линии специального стиля, комплексные линии, кривые, полигоны и др.) позволяют не просто описать и представить всю гамму условных обозначений, применяемых в отечественном картосоставлении, но и сохранить топологическую целостность объектов, виртуальной моделью которых является электронная карта.

Нами разработаны цифровые библиотеки топографических условных знаков масштабов 1:10 000–1:500, которые бесплатно предоставляются всем лицензированным пользователям программных продуктов фирмы Bentley. Кроме того, указанные библиотеки адаптированы и программно реализованы в виде автоматизированных рабочих мест операторов–картографов, что значительно облегчает и интенсифицирует работу пользователей по созданию цифровых картографических материалов.

Поскольку основным источником топографических данных в населенных пунктах на сегодня являются крупномасштабные топопланы, имеющиеся в распоряжении архитектурных и земельных управлений, наиболее актуальной задачей является перевод означенного топоархива в электронный вид с его последующим использованием как основы для решения градостроительных и других городских задач. Проблем на этом пути очень много, и главные из них – плохое качество планшетов, их устаревшее содержание, отсутствие необходимых средств для сравнительно одномоментного создания векторных картматериалов и организации их топографического мониторинга. Эти проблемы присущи если не всем, то очень многим городам Украины.

Сегодня мы бы хотели предложить один из возможных путей технологического решения задачи создания электронного архива картографических данных и поддержания его в актуальном состоянии с использованием программных средств фирмы Bentley.

На первом этапе рекомендуется провести инвентаризацию имеющихся топографических материалов и в зависимости от насущных решаемых задач определиться с масштабным рядом создаваемого электронного топоархива. Как правило, вполне достаточно для населенных пунктов использование трех масштабов – 1:10 000, 1:2 000, 1:500. Эти картматериалы одномоментно сканируются в полном объеме территорий населенных пунктов.

Полученные растровые данные в большинстве своем нуждаются в чистке, калибровке и корректировании (в местах плохого сохранения информации оригиналов). Для этих целей, а также для геопривязки и создания единого мозаичного электронного растрового поля населенного пункта в среде Bentley используется программный продукт MicroStation Descartes. Это – специализированный модуль для подготовки и работы с растровыми материалами (топокарты, планы, аэро– и космоснимки). Ему присущи функции трансформирования растра (7 математических моделей, применяемых в зависимости от исходных материалов и решаемых задач), его чистки, мозаики, геопривязки, полуавтоматической векторизации и другие.

Программе присущи удобство в использовании, дружественный интерфейс в совокупности с огромными функциональными возможностями. Опыт работы показывает, что производительность одного рабочего места, оснащенного MS Descartes составляет от 60 до 80 планшетов в день.

Создаваемый разномасштабный растровый топоархив можно использовать сразу же после его формирования. Многие из градостроительных задач вполне корректно решаются на персональных компьютерах, где картографической подложкой служат приведенные к масштабу, геопривязанные и имеющие все метрические характеристики растровые топографические планшеты. Как пример, можно привести работу с растровыми архивами в подразделениях Главкиевархитектуры, где успешно решаются задачи выдачи АПЗ, контроля и учета размещения рекламы в городе и другие. Подобным образом в Киевпроекте выполняются отдельные работы по созданию генплана города, в т. ч. анализ и выделение медико–санитарных зон.

Очень часто возникает необходимость выведения на экран или печать нескольких разномасштабных растровых планшетов на одну территорию (например, масштабов 1:500 и 1:2 000 или наземной топоситуации и подземной). Программным продуктам Bentley присущ инструментарий назначения растрам свойства прозрачности и окрас их в различные цветовые тона.

Подготовленные в MS Descartes растровые материалы могут в дальнейшем автономно использоваться (для просмотра, печати, векторизации и т. д.) как в графических редакторах Bentley (Micro Station, PowerDraft, MS GeoOutlook, PowerScope, др.), так и в других программах ГИС, за счет двунаправленной поддержки до 20 основных растровых форматов (в т. ч. универсального геопривязанного растра – Geotiff).

Какой бы ни был хороший растр, он не в состоянии решить всех вопросов градостроительного кадастра. И, разумеется, конечной целью создания городского картографического банка данных должны быть векторные топопланы. Процесс их создания значительно сложнее. Из опыта отметим, что для преобразования из растрового вида в векторный одного планшета требуется от одного до пяти дней в зависимости от его масштаба и нагрузки. Зачастую средств и квалифицированных человеческих ресурсов на эти работы не хватает. Единственный выход состоит из постепенного перевода растровых материалов в векторные.

Что собой подразумевает постепенность? Мы предлагаем совместить процесс пошагового создания векторных планшетов с процедурой их мониторинга. Во всех архитектурных службах процесс дежурства на топопланшетах, поддержания их в актуальном состоянии различен. Различны и механизмы их взаимодействия (выдачи‑приема материалов, заказа обновлений и т. д.) с проектными и геодезическими организациями. Достаточно сложно менять устоявшуюся технологию производства работ. Наиболее приемлемо (с финансовой и организационной точки зрения) производить фрагментарную векторизацию планшетов на участках, где выполнены, согласовываются и сдаются в архитектурные подразделения обновленные топографические подсъемки под новое проектирование, инструментальная корректура планшетов и другое. Все эти работы можно выполнять на средства заказчика, для которого они производятся. Конечно, это значительно увеличит время создания электронного топоархива, но позволит минимизировать материальные ресурсы, а также сделает процесс перехода на электронный мониторинг топоданных менее болезненным.

Разумен вопрос, как при таком фрагментарном совмещенном подходе к хранению и ведению электронного топоархива (растр + вектор) сохранить его целостность и однородность, достаточную для решения всех текущих задач?

В программе MS Descartes существует инструмент так называемого вштамповывания векторных данных в растровый топопланшет. Инструмент достаточно гибок и удобен в работе. Вкратце, технологический процесс может быть описан следующим образом. После оцифровки фрагмента топопланшета (по материалам актуализированной инструментальной съемки) выделяется область на растровом планшете, которую необходимо заместить новыми геоданными, при этом старая информация может быть сохранена в архиве. Следующим шагом векторная информация переносится на растр в полном пиксельном соответствии с условными знаками, текстами, типами линий и т. д., присущими векторным данным. Обновленный растровый планшет корректируется инструментарием редактирования растра в местах состыковки старых и новых данных. Таким образом, постоянно вы имеете в своем пользовании целостный растровый обновленный топоархив на весь населенный пункт (который можно при необходимости обновления бумажных топопланшетов распечатать или передать в организации, выполняющие проектирование). Параллельно формируется городской картографический векторный банк данных. Следует отдельно отметить, что при организации описанного мониторинга с акцентом на топопланшеты м–ба 1:500 и их поэтапной векторизации, вопрос генерализации и создания планшетов масштабов 1:2000, 1:5 000 и топокарт м–ба 1:10 000 является сугубо техническим и достаточно легко решается средствами программной ГИС‑технологии фирмы Bentley.

Если позволяет местная ситуация (организационная, финансовая, техническая), необходимо стремиться к введению электронного оборота топографических данных между городскими службами и организациями. Разумеется, для этого необходимо провести предварительные работы по разработке регламента обмена геоданными, технических условий, легитимности картматериалов и т. д. Но выигрыш будет просто очевиден. В первую очередь, повысится качество топопланов, а вопросы согласования и приемки станут просто технической процедурой (может быть, даже автоматизированной), а не узкоспециальной проблемой, решаемой только высококлассным профессионалом с 30–летним стажем работы с этими же материалами. Во‑вторых, при изначальном незначительном увеличении времени обработки данных (все же будет период обучения и адаптации к новой технологии) в последующем вы получите ощутимую экономию людских и временных ресурсов. И, в‑третьих, будет постепенно сформирован электронный векторный архив картографических данных, собственно то, ради чего имеет смысл все это начинать и делать и создавать автоматизированный градостроительный кадастр

Показательна в этой связи организация работы Центра цифрового картографирования Государственного кадастра недвижимости Республики Армении, организованная на основе использования ГИС‑технологии фирмы Bentley, и к которой мы имеем непосредственное отношение.

Геодезические и топографические работы в пределах всей республики выполняют более 80 частных организаций, которые проводят все полевые работы и камеральную обработку материалов. В Центр цифрового картографирования они передают уже цифровые векторные топопланы, выполненные в единой системе условных знаков и по разработанным и утвержденным техническим условиям. В Центре все материалы проходят проверку, согласование и приемку, а также вводятся вместе с атрибутивными данными в Единую ГИС недвижимости республики.

Рабочие места геодезических фирм оснащены облегченными графическими редакторами фирмы Bentley – PowerScope, цена которых составляет всего $ 295. По своей сути PowerScope – программируемая вьюэрная среда с присущими функциями просмотра, печати растрововекторных данных и некоторым набором картосоставительского инструментария, вполне достаточного для цифрового картографирования и редактирования векторных топопланов. А поскольку последняя версия PowerScope в ядре поддерживает программный язык высокого уровня Java, то каждый пользователь может дооснастить его всем необходимым ему инструментарием и функциями, в т. ч. по работе с внешними базами данных.

Для геодезических организаций на базе PowerScope созданы автоматизированные рабочие места операторов, выполняющих процедуры обработки первичных данных как электронных тахеометров, так и обычных оптических теодолитов, уравнивания сетей, начитывания пикетных данных в графические файлы. При этом в зависимости от кодов пикетов и масштаба создаваемых планов в графические файлы начитываются уже соответствующие условные знаки и в соответствии с топологией проекта производится послойная структуризация информации.

Работу этих, созданных нами, программных модулей можно увидеть непосредственно у нас или по договоренности взять их для ознакомления и опробования.

В Центре цифрового картографирования Армении сборку материалов проводят уже с использованием MicroStation и MicroStation GeoGraphics. Здесь же при помощи MicroStation Descartes готовят и обрабатывают растровые топографические карты и планшеты.

Очень хотелось бы того же пожелать и Украине, или ее отдельным городам, даже не столько в плане выбора серьезной ГИС‑технологии (хотя это не менее важно), сколько в быстром и благополучном решении всех организационных и политических между‑ и внутриведомственных проблем. После их решения вопрос выбора технологической платформы будет только технической процедурой, которую можно успешно завершить на основе сравнительных объективных данных, тендеров и т. д.

В заключении отметим, что нами для среды MicroStation создана цифровая библиотека графических условных обозначений, используемых в планировочной документации и при создании карты (схемы) распространения локальных факторов в денежной оценке земель населенных пунктов, подготовленных и утвержденных Государственным комитетом Украины по делам градостроительства и архитектуры. Эти библиотеки открыты и бесплатно предоставляются всем желающим.