Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Карпик Александр Петрович. Геодезическая пространственная информационная система для обеспечения устойчивого развития территорий : диссертация ... доктора технических наук : 05.24.01.- Новосибирск, 2004.- 295 с.: ил. РГБ ОД, 71 05-5/704


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

Принятые сокращения 6

Введение 7

1 Анализ состояния проблемы геодезического информационного обес печения устойчивого развития территорий 14

1.1 Устойчивое развитие и роль его геодезического обеспечения 14

1.2 Становление геодезического информационного обеспечения устойчивого развития территорий 18

1.3 Современное состояние геоинформационного обеспечения территорий 23

1.4 Геоинформатика 25

2 Методологические основы системного геодезического информаци онного обеспечения устойчивого развития территорий 31

2.1 Системная связь устойчивого развития с его геодезическим информационным обеспечением 31

2.2 Составляющие геодезического информационного обеспечения 42

2.3 Основные понятия геодезического информационного обеспечения 43

2.3.1 Территория и геопространство 43

2.3.2 Геоинформация 44

2.3.3 Пространственные предметы 45

2.3.4 Геоинформационные системы 47

2.4 Системное представление геодезического информационного обес печения 49

2.4.1 Сбор данных о территории или её изучение 49

2.4.2 Информационное отображение территории 53

2.4.3 Моделирование территории 53

2.4.4 Пространственный анализ 55

2.4.5 Подготовка пространственных решений 56

2.4.6 Создание цифровых карт, визуализация 57

2.4.7 Структурно-функциональная модель системного геодезического информационного обеспечения 57

2.5 Информационная модель системного геодезического информационного обеспечения 58

2.6 Учёт динамичности при геодезическом информационном обеспечении 60

2.7 Отличия геодезического информационного обеспечения от гео-дезическо-картографического обеспечения 61

3 Сущность и методологические основы построения геоинформаци онного пространства 67

3.1 Сущность геоинформационного пространства 67

3.2 Различия геоинформационных моделей и цифровых картографических изображений 70

3.3 Геоинформационные характеристики геоинформационного пространства 74

3.3.1 Геоинформационные свойства 74

3.3.2 Геоинформационные параметры 75

3.3.3 Геоинформационное качество 77

3.3.4 Характеристики цифровых картографических изображений 78

3.4 Состав и структура геоинформационного пространства 80

3.5 Цифровая карта 83

3.6 Электронная карта 84

3.7 Сходство и различие моделей геопространства 85

3.8 Принципы формирования геоинформационного пространства 87

4 Технологические основы создания геодезической пространственной информационной системы 93

4.1 Сущность цифрового картографирования местности 93

4.2 Информационное обеспечение геодезической пространственной информационной системы 94

4.2.1 Применение систем координат при геодезическом обеспечении территорий в современных условиях 96

4.2.2 Общие понятия о системах перечисления и кодирования 101

4.2.3 Стандарты систем классификации и кодирования 105

4.2.4 Правила цифрового описания объектов 108

4.3 Получение геопространственных данных 110

4.3.1 Цифрование картографических материалов 111

4.3.2 Наземные съёмки 112

4.3.3 Дистанционное зондирование Земли 115

4.4 Создание геоинформационных моделей 116

4.5 Создание цифровых картографических изображений 120

4.5.1 Информационные основы создания цифровых картографических изображений 120

4.5.2 Преобразование геоинформационных моделей в цифровые картографические модели 124

4.5.3 Создание цифровой картографической модели в процессе формирования геоинформационной модели при цифровании карт 126

4.5.4 Картографическая визуализация 131

4.6 Ведение банка данных геоинформационного пространства 134

5 Оценка возможностей мониторинга территорий геодезическим спут никовым методом 139

5.1 Общая характеристика спутникового метода координирования 139

5.2 Возможности GPS и ГЛОНАСС в программах мониторинга 141

5.2.1 Методы спутниковых наблюдений 141

5.2.2 Абсолютный метод (точечное позиционирование). 143

5.2.3 Дифференциальный метод 145

5.2.4 Относительный метод. 147

5.3 Мониторинг с применением GPS 152

5.3.1 Виды динамики объектов и выбор метода наблюдений 152

5.3.2 Мониторинг земной поверхности 152

5.3.3 Мониторинг окружающей среды 161

5.3.4 Мониторинг объектов 162

5.3.4.1 Мониторинг состояния объектов 162

5.3.4.2 Мониторинг положений объектов 165

5.3.4.3 Мониторинг объектов при объединении с другими средствами позиционирования 172

5.4 Применение GPS в службах, основанных на определении поло жения 176

6 Геодезическое информационное обеспечение территорий на основе геоинформационных технологий 182

6.1 Сущность и классификация ГИС 182

6.2 Базовые функции инструментальных программных средств ГИС 186

6.2.1 Обеспечение взаимодействия с пользователями 186

6.2.2 Сбор геопространственных данных 187

6.2.3 Создание баз геопространственных данных и управление ими 189

6.2.4 Экспорт/импорт данных 190

6.2.5 Преобразование данных 190

6.2.6 Пространственный анализ 191

6.2.7 Картографическая визуализация 192

6.2.8 Формирование конечного продукта геоинформационной обработки 193

6.2.9 Обеспечение разработки ГИС-приложений 194

6.2.10 Администрирование системы 194

6.3 Детализация основных функций ГИС 194

6.4 Математическое обеспечение ПО ГИС 203

6.4.1 Математическое обеспечение геометрической части ПО ГИС 206

6.4.2 Математическое обеспечение атрибутивной части ПО ГИС 209

6.4.3 Математическое обеспечение интеграции геометрических и атрибутивных данных 210

6.5 Функциональная структура ГИС 215

6.6 Оценка ГИС по целям использования 217

7 Опыт применения геодезической пространственной информацион ной системы 224

7.1 Автоматизированная технология создания геоинформационной основы земельного кадастра с использованием топографических планов 224

7.2 Создание земельно-информационной системы районов Новосибирской области 231

7.3 Технология создания геоинформационной модели и цифровой карты города Урай и его окрестностей 235

7.4 Система геомониторинга автомобильных дорог 244

7.5 Автоматизированная технология паспортизации и инвентаризации автомобильных дорог 246

7.6 Технология создания цифровых кадастровых ортофотопланов полосы отвода автомобильных дорог. 252

7.7 Разработка справочно-картографической ГИС для специалистов и широких слоев населения 258

7.7.1 Концепция типовой справочно-картографической ГИС 259

7.7.2 Типовые технические требования к созданию справочно-картографической ГИС 267

Заключение 272

Список использованной литературы 275 



Введение диссертации:

Современная геодезия охватывает, в широком смысле, междисциплинарный научный и производственный комплекс, предназначенный для определения формы, размеров и гравитационных полей Земли, топографических съемок и картографического изображения ее поверхности, для обеспечения решений оборонных, экологических, управленческих и разнообразных инженерных задач, что составляет содержание геодезического обеспечения территорий.

До сравнительно недавнего времени геодезическое обеспечение территорий характеризовалось отраслевой и картографической специализацией. Геодезическая отрасль на основе заявок других отраслей создавала геодезические сети и топографические карты и формировала геодезическо-картографические территориальные фонды, которые использовались геодезическими службами других-отраслей для создания специализированных геодезических сетей и тематических графических карт. Последние использовались для планирования, проектирования, управления, отраслевого изучения территории и создания гео-дезическо-картографических отраслевых фондов. При этом комплексное использование отраслевых материалов, особенно графических карт разных отраслей, являлось чрезвычайно сложной и трудоёмкой задачей.

Развитие экономики и общества в современных условиях неразрывно связано с многогранной актуальнейшей проблемой человечества - обеспечением устойчивости его развития. Проявление этой проблемы выражается чаще всего в необходимости взаимной увязки всех решений сферы управления и обеспечения жизнедеятельности общества локального, регионального и глобального уровней иерархии территорий. Соответственно возрастает необходимость междисциплинарных исследований и комплексного межотраслевого подхода к выработке решений. А это, в свою очередь, требует организации совместного комплексного использования информационных ресурсов различных отраслей. Применительно к пространственным информационным ресурсам это требование сводится к интегрированию различной тематической информации об объектах территории на единой пространственно-координатной основе, что является предметом геодезии.

Таким образом, в соответствии с новыми потребностями экономики и общества, усложнением окружающей среды за счёт техногенной составляющей, рамки геодезического обеспечения существенно расширяются, а его содержание изменяется.

Актуальность темы исследования. Сущность геодезического обеспечения территорий составляет комплекс процессов создания, представления, актуализации и использования пространственной информации на основе геодезического метода определения пространственного положения и формы предметов (включая процессы, явления и события) окружающего мира в геодезических системах координат.

На современном этапе развития экономики и общества перед геодезическим обеспечением встали новые цели и задачи, вытекающие из концепции устойчивого развития территорий, и новые возможности, обусловленные новыми техническими и технологическими достижениями.

В качестве новой цели геодезического обеспечения устойчивого развития территорий выступает потребность в интегрировании на единой пространственной основе информации различных отраслей экономики и жизни общества в общее информационное пространство, построенное на единой идеологии, единых принципах и удовлетворяющее единым требованиям. Следовательно, современное геодезическое обеспечение должно удовлетворять этим новым целям, условиям, требованиям: во-первых, быть основой для взаимной увязки и совместного использования множества природных и экологических характеристик и, во-вторых, позволять сохранять и сопоставлять модели состояний территории современных и прошлых периодов. Кроме того, обязательным является требование предоставлять результаты в цифровой форме, обеспечивающей компьютерный анализ и геоинформационную обработку данных.

Новые технические и технологические возможности базируются на новых методах и средствах сбора и компьютерной обработки пространственных данных. Методы определения положения точек местности вышли в последние годы на новый качественный уровень в связи с применением спутниковых технологий, электронных тахеометров, лазерного сканирования и дистанционного зондирования с использованием цифровых методов. Моделирование окружающего пространства стало осуществляться в цифровой форме с соблюдением требований компьютерного восприятия, пространственно-временной четырехмерное™, совместимости и согласованности моделей разного масштаба и тематического назначения. Появились новые компьютерные технологии накопления, обновления и использования геопространственных данных в геодезических территориальных банках данных. Все более широкое применение находят геоинформационные системы (ГИС).

В силу приведенных причин, требований и условий в геодезии в настоящее время активно формируется и развивается новое комплексное направление, связанное с применением современных геоинформационных методов для получения и использования пространственной информации о территориях всех иерархических уровней.

В процессе становления и формирования указанного направления возникла крупная научная проблема приведения геодезического обеспечения территорий в соответствие с современными требованиями на новой методологической и технологической информационной основе с учетом потребности в их устойчивом развитии.

В диссертации предлагается системное решение указанной проблемы путем формирования нового уровня геодезической деятельности - геодезического информационного обеспечения. Он представляет обобщающий продукт развития этого комплексного направления в виде целостной геодезической пространственной информационной системы (ГПИС) обеспечения устойчивого развития территорий, ориентированной на формирование и использование единой компь ютерно структурированной системы информации о территории, названной нами геоинформационным пространством.

Технические достижения в области геодезических методов и технологий, их доступность и простота в использовании обусловили существенное расширение областей их применения непосредственно в технологических процессах отраслей экономики. Поэтому геодезическая пространственная информационная система базируется на включении методов геодезии непосредственно в технологические информационные отраслевые процессы, что обеспечивает получение тематической пространственно-привязанной информации сразу как части геоинформационного пространства, пригодной для междисциплинарного использования. Кроме того, при решении любой пространственной задачи для территории предметом обработки является только пространственная (координатная) информация, получаемая только геодезическими методами, независимо от отрасли.

Это создает предпосылки для интегрирования отраслевых информационных фондов на единой пространственной основе.

Таким образом, геодезическое обеспечение территорий в современных условиях должно приобрести новую форму системного интегрирующего компонента, предназначенного для формирования и использования общего многоаспектного геоинформационного пространства, отображающего всю совокупность пространственных характеристик территорий. Следовательно, соответствующим образом должна измениться методология выполнения геодезических работ. Реализация рассматриваемой научной проблемы путем разработки геодезической пространственной информационной системы является актуальной и имеет важное народно-хозяйственное значение.

Методологической базой решения поставленной проблемы являются теоретические исследования, методические и технологические разработки ученых многих стран мира в области применения геоинформатики и системного подхода в геодезических науках.

Значительный вклад в развитие геоинформационного направления в геодезических науках внесли отечественные учёные: Берлянт A.M., Гук А.П., Жалковский Е.А., Журкин И.Г., Кошкарёв А.В., Лисицкий Д.В., Мартынен-ко А.И., Савиных В.П., Тикунов B.C., Черкашин А.К., Цветков В.Я. и другие. Из зарубежных учёных необходимо отметить: Р.А. Burrough, J.A. Dangermond, M.F. Goodchild, W. Huxhold, M. De Mers, F. Ormeling, R.F. Tomlinson.

В области системного формирования в геодезических науках широкое признание получили труды отечественных и зарубежных ученых: Антипова И.Т., Бывшева В.А., Гуляева Ю.П., Клюшина Е.Б., Конусова В.Г., Маркузе Ю.И., Неймана Ю.М., Панкрушина В.К., Ямбаева Х.К., D. Dikson и др.

Степень разработанности проблемы характеризуется разрозненностью выполняемых исследований и разработок, зачастую не отвечающих условиям системного подхода и не имеющих общих методологических принципов. Большинство из них не ориентированы на обеспечение устойчивости развития территорий и на комплексное применение геодезических и геоинформационных методов, на получение и использование цифровых пространственных дан ных, информации и моделей. Поэтому огромные потенциальные возможности геодезического обеспечения по комплексному позиционированию, интегрированию на системных принципах всего множества информационных компонентов, характеризующих территории, многомерному моделированию и компьютерному пространственному анализу окружающего мира реализуются в значительной степени недостаточно. Все это усиливает актуальность проблемы и определяет предпосылки к ее разработке на современном научно-техническом уровне.

В рамках представленной диссертации выполнены исследования для исходного локального уровня пространственной иерархии и, частично, для регионального. Локальный уровень является основополагающим, наиболее содержательным и трудоемким. Он служит базой для обобщения информации и выявления закономерностей устойчивости развития территорий на более высоких иерархических уровнях. В современных условиях недостаточного финансирования научно-технических разработок средства для создания геодезических пространственных информационных систем находятся, как правило, для территорий локальных уровней.

Целью исследования являлось методологическое и технологическое обоснование геодезической пространственной информационной системы, ориентированной на геодезическое информационное обеспечение устойчивого развития территорий.

Для достижения поставленной цели исследования решены следующие основные задачи:

- выполнен анализ современного состояния и задач геодезического обеспечения территорий в интересах их устойчивого развития;

- обоснована системная связь устойчивого развития с его геодезическим информационным обеспечением;

- обоснована методология, система понятий, информационная и функциональная структура геодезической пространственной информационной системы;

- сформулированы принципы формирования, сущность, характеристики, состав и структура геоинформационного пространства;

- разработана общая технология создания и функционирования геодезической информационной пространственной системы;

- сформулированы требования к составу, содержанию и технологии ведения территориального банка данных, предназначенного для хранения геоинформационного пространства;

- выполнена оценка потенциала спутниковых методов координирования для мониторинга территорий;

- выполнен анализ, обобщение и структурирование базовых функций инструментальных ГИС с позиций их применения при геодезическом обеспечении территорий;

- выполнен анализ математического обеспечения функционирования ГИС при решении задач геодезического информационного обеспечения;

- апробированы разработанные методические и технологические основы создания геодезической пространственной информационной системы.

Достоверность результатов исследований и разработок подтверждена экспериментально.

Объектом настоящих исследований является геодезическое информационное обеспечение устойчивого развития территорий как принципиально нового уровня выполнения геодезических работ.

Предметом исследования служит геодезическая пространственная информационная система создания, ведения и использования геоинформационного пространства.

Теоретическая и методологическая база исследования. Для обоснования теоретических обобщений, принципов и заключений использовались методология системного подхода, формально-логический и экспертный методы. Для обоснования рекомендаций и решения практических задач использовались методы геоинформационного моделирования и картографирования с применением компьютеров и ГИС.

Научную новизну исследований отражают следующие результаты:

- впервые определена системная связь устойчивого развития и геодезического информационного обеспечения и установлены их структурно-функциональные зависимости;

- обоснованы и предложены концепция, принципы и система понятий геодезического информационного обеспечения территорий для устойчивого развития, функциональная, информационная структура, технология создания и функционирования геодезической пространственной информационной системы;

- теоретически обоснованы и разработаны методологические и технологические принципы построения, создания и ведения геоинформационного пространства;

- обоснован необходимый набор функций и технологических средств, состав математического обеспечения и структура программного обеспечения для создания, ведения и использования геоинформационного пространства.

Теоретическая значимость работы заключается в разработке концепции, принципов, методологических и технологических основ геодезического информационного обеспечения территорий с целью их устойчивого развития, создания и функционирования единой геодезической пространственной информационной системы, формирования, ведения и использования геоинформационного пространства.

Научные положения, выносимые на защиту:

- концепция, принципы и система понятий геодезического информационного обеспечения территорий обеспечивают интеграцию информационных ресурсов различных отраслей на единой пространственной основе;

- информационная и функциональная структура, технология создания и функционирования геодезической пространственной информационной системы позволяют реализовать системный подход к решению проблемы геодезического обеспечения устойчивого развития территорий;

- методологические и технологические принципы построения, создания и ведения геоинформационного пространства на основе необходимого набора функций, средств математического и программного обеспечения определяют его структуру и содержание, как интегрированную пространственную модель территории, позволяющую создавать, вести мониторинг и использовать геоинформационное пространство для решения задач устойчивого развития территорий.

Практическая значимость работы. Выполненные в работе исследования и разработки в области геодезического информационного обеспечения территорий для их устойчивого развития, создания и функционирования геодезической пространственной информационной системы, создания, ведения и использования геоинформационного пространства позволяют осуществлять практическую деятельность и реализацию конкретных территориальных геодезических и геоинформационных проектов, а также готовить специалистов в этом направлении.

Реализация основных результатов исследования осуществлялась в рамках выполнения хоздоговорных и госбюджетных НИР по заказам Министерства образования РФ, МВД, ГИБДД, отделов вневедомственной охраны, органов административной власти, комитетов по земельным ресурсам и землеустройству различного уровня и других организаций. В частности, выполнены работы по созданию геоинформационной основы земельного кадастра; земельно-информационной системы районов Новосибирской области; геоинформационных моделей и цифровой карты города Урай и его окрестностей; системы геомониторинга, автоматизированной технологии паспортизации и инвентаризации автомобильных дорог, цифровых кадастровых ортофотопланов автомобильных дорог; справочно-картографической ГИС для специалистов и широких слоев населения (концепции и типовые технические требования).

Основные положения диссертации используются в учебном процессе СГГА при изучении специальных дисциплин для студентов специальностей «Прикладная геодезия», «Астрономо-геодезия», «Космическая геодезия», «Информационные системы и технологии», «Картография» и «Геоэкология».

Апробация результатов исследований. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на международной научно-практической конференции «Проблемы кадастра и планирования городских территорий» (г. Красноярск, 1996 г.); на международной конференции Интеркарто-3 «ГИС для устойчивого развития окружающей среды» (г. Новосибирск, 1997 г.); на международной научно-технической конференции, посвященной 65-летию СГГА (г. Новосибирск, 1998 г.); на третьем Сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (СО РАН, г. Новосибирск, 1998 г.); на международной научно-технической конференции, посвященной 220-летию со дня основания Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК) (г. Москва, 1999 г.); на четвертом Сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (СО РАН, г. Новосибирск, 2000 г.); на VII научной конференции по тематической картографии «Картографическое и геоинформационное обеспечение управления региональным развитием», посвященной 45-летию института географии СО РАН (г. Иркутск, 2002 г.); на LIII международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию СГГА «Современные проблемы геодезии и оптики» (г. Новосибирск, 2003 г.); на LIV научно-технической конференции, посвященной 225-летию геодезического образования в России «Современные проблемы геодезии и оптики» (г. Новосибирск, 2004 г.); на международной научно-технической конференции, посвященной 225-летию МИИГАиК (г. Москва, 2004 г.).

Публикации (по теме диссертации). По результатам исследований опубликованы одна монография и 20 научных статей.

Структура и объём работы. Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов, заключения и списка использованной литературы из 305 наименований. Общий объем составляет 295 страниц, включающих 79 рисунков, 12 таблиц.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций