ГИС технологии в изысканиях автодорог.

 

    Одной из особенностей дорожной отрасли по сравнению с другими отраслями экономики является то, что её основные сооружения (автомобильные и городские дороги) являются сложными инженерными линейно-протяженными сооружениями с ярко выраженной географической природой. В связи с этим основная техническая документация по автомобильным дорогам должна представляться графически на картографической основе или в виде условных схем и чертежей.

Среди множества различных видов программных технологий, работающих с графической информацией, в дорожной отрасли наиболее востребованы программные технологии ГИС и САПР.

Cистемы автоматизированного проектирования (САПР) призваны автоматизировать различные этапы проектирования автомобильных дорог, имеют богатые средства для работы с чертежами и схемами элементов дорог, а также позволяют работать с топографическими планами в крупном масштабе. Основной целью работы в САПР является создание проектно-технической документации в виде чертежей, таблиц и ведомостей. Кроме того, САПР используются и на этапе строительства, но в основном только для документирования результатов исполнительной съемки и их передачи в ГИС и БД.

Геоинформационные системы (ГИС) предназначены для управления большим количеством разномасштабной картографической информации, анализа взаимосвязей объектов в пространстве, управления атрибутными характеристиками объектов. На этапах проектирования и планирования развития сети дорог, ГИС помогают проанализировать различные варианты прохождения трасс автомобильных дорог выступая, в первую очередь, как средство отображения тематических карт и как инструмент пространственного анализа.

  Геоинформационная система (ГИС) – это информационная система, предназначенная для сбора, хранения, обработки, отображения и распространения данных, а также получения на их основе новой информации и знаний о пространственно-координированных объектах и явлениях.

Фундаментальной особенностью ГИС, в сравнении с другими информационными системами, является то, что все моделируемые в ГИС объекты имеют пространственную привязку, позволяющую анализировать их во взаимосвязи с другими пространственно-определенными объектами.

Классическая схема функций ГИС, предложенная «патриархом» геоинформатики канадцем Р. Томлинсом, приведена на рис. 1.1. Соответственно этим обобщенным функциям ГИС выделяют и подсистемы ГИС: подсистемы сбора, обработки, анализа и т. д.

Функциональное назначение ГИС можно рассматривать как:

систему управления, предназначенную для обеспечения принятия решений по оптимальному управлению разнообразными пространственными объектами (земельные угодья, природные ресурсы, городские хозяйства, транспорт, экология и т.д.);

автоматизированную информационную систему, объединяющую технологии и технологические процессы известных информационных систем;

геосистему, включающую технологии (прежде всего технологии сбора информации) таких систем как системы картографической информации, автоматизированные системы картографирования, земельные информационные системы, автоматизированные кадастровые системы и т.д.;

систему, использующую базы данных, характеризуемую широким набором данных, собираемых с помощью различных методов и технологий, и объединяющие в себе как базы данных обычной (цифровой) информации, так и графические базы данных.

систему моделирования, использующую в максимальном объеме методы и процессы математического моделирования, разработанные и применяемые в рамках других автоматизированных систем;

систему получения проектных решений, использующую методы автоматизированного проектирования в САПР, но и решающую ряд других специфических задач, например, согласование принципиальных проектных решений с землепользователями, заинтересованными ведомствами и организациями;

систему представления информации, являющуюся развитием автоматизированных систем документационного обеспечения и предназначенную, прежде всего, для получения картографической информации с различными нагрузками и в различных масштабах;

интегрированную систему, объединяющую в единый комплекс многообразный набор методов и технологий на базе единой географической информации;

прикладную систему, не имеющую себе равных по широте применения, в частности, на транспорте, навигации, военном деле, топографии, географии, геологии, экономике, экологии, демографии и т.д.;

      

В настоящее время геоинформационными системами называют самые разные системы, решающие разнообразнейшие задачи. В связи с этим существует несколько классификаций, позволяющих более полно понять сущность ГИС.

 

По пространственному охвату:

Глобальные (планетарные).

Субконтинентальные.

Межнациональные.

Национальные (государственные).

Региональные (областные, краевые, республиканские).

Субрегиональные (районы или иные регионы внутри субъектов Российской Федерации).

Локальные (местные, муниципальные, городские, поселковые).

Ультралокальные (ГИС отдельных промышленных предприятий и т.п).

      

По уровню управления:

федеральные ГИС;

региональные ГИС;

муниципальные ГИС;

корпоративные ГИС.

 

По предметной области:

Землепользование (земельные кадастры, межевание земель).

Градостроительство (генеральные планы развития, дежурные планы, планирование развития).

Инженерные сети (управление и эксплуатация инженерных сетей).

Инженерно-геодезические изыскания (ввод и обработка данных геодезических изысканий; уравнивание геодезических сетей).

Инженерно-геологические изыскания (ввод и обработка данных по геологическим колонкам).

Геология (моделирование геологических пластов; обработка данных сейсморазведки).

Картография (составление географических и топографических карт).

Проектирование и строительство (проектирование автомобильных и железных дорог, генеральных планов, электрических и трубопроводных сетей).

  

По функциональности:

Полнофункциональные ГИС. Эти программы обычно обеспечивают практически полный цикл работы с пространственными данными от ввода и обработки до анализа и принятия решения. Позволяют работать со всеми основными моделями данных геоинформатики: векторными, растровыми, сетями и моделями поверхностей.

ГИС для просмотра данных (ГИС-вьюеры). Функциональность таких систем обычно ограничена просмотром и анализом существующих наборов пространственных данных.

ГИС для ввода и обработки данных. К этой категории относят программы, предназначенные для подготовки исходных данных для ГИС с помощью векторизации и обработки данных дистанционного зондирования.

Специализированные ГИС, предназначенные для применения в конкретной отрасли.

 

По используемой модели данных:

Векторные ГИС. Такие системы работают с топологическими и нетопологическими моделями данных, а также иногда с триангуляционными моделями поверхностей.

Растровые ГИС. Эти системы позволяют работают только с растровыми моделями данных и иногда с регулярными моделями поверхностей.

Гибридные ГИС. Эти системы совмещают в себе возможности векторных и растровых ГИС.

 

Организация данных в ГИС.

 

В основе геоинформационных систем лежит концепция послойной организации пространственных данных, когда однотипные данные на земной поверхности группируются в слои (иногда называемые темами). Совокупность всех слоёв в ГИС образует карту.

Деление объектов на слои производится так, чтобы в одном слое:

а) объекты были одной природы происхождения (дороги, реки, здания),

 б) объекты желательно имели одинаковую топологическую структуру и размерность (т. е. когда их можно описать точками, линиями или полигонами).

В тоже время, чрезмерно большое количество слоёв создавать нежелательно.

Ниже приведен пример городской застройки, на которой изображены жилые дома, фабрики, заправка, склады, различные автомобили, лесопарковая зона, река, улицы, мост, тоннель. Для геоинформационной системы можно было создать 5 основных слоев.

Деление данных на слои позволяет работать в ГИС только с теми данными, которые необходимы для решения поставленных задач. В самом простом случае можно «выключить» те слои, которые нам не нужны, и увидеть на карте оставшиеся.

 

ГИС позволяют решать широкий спектр задач — будь то анализ таких глобальных проблем как перенаселение, загрязнение территории, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, так и решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута между пунктами, подбор оптимального расположения нового офиса, поиск дома по его адресу, прокладка трубопровода на местности, различные муниципальные задачи.