Cтатьи и комментарии

Инженерные изыскания, декабрь 2011

Ведение цифрового фонда материалов инженерных изысканий

А.Г. Демиденко (КБ "Панорама")
Заместитель генерального директора по научной работе ЗАО КБ "Панорама", к.т.н.
А.А. Каримова (КБ "Панорама")
Начальник отдела ЗАО КБ "Панорама"

Инженерные изыскания для строительства являются видом строительной деятельности, обеспечивающим комплексное изучение природных и техногенных условий территорий возведения проектируемых объектов, составление прогнозов взаимодействия этих объектов с окружающей средой, обоснование их инженерной защиты и безопасных условий жизни населения. Содержание работ, осуществляемых в ходе инженерных изысканий как основных, так и специальных видов, определяется Министерством регионального развития Российской Федерации по согласованию с Министерством природных ресурсов и экологии РФ.

Результаты инженерных изысканий оформляются в виде отчета, состоящего из текстовой и графической частей. Эти отчеты подготавливаются в аналоговом и цифровом виде и могут быть использованы для формирования государственного фонда материалов инженерных изысканий (ФМИИ) и информационных систем обеспечения градостроительной деятельности (ИС ОГД). Главными задачами ФМИИ являются сбор и внесение в эти информационные системы наиболее достоверных и полных сведений о природных и техногенных условиях территорий России. Очевидно, что его деятельность должна осуществляться по территориальному принципу с ведением изученности территории каждого субъекта Российской Федерации.

В большинстве регионов такие фонды существуют, однако порядок их ведения и взаимодействия с изыскательскими и проектными организациями не регламентирован, в результате чего в них сдаются только отчеты об инженерных изысканиях (без приложений, создаваемых в ходе обработки их материалов), причем чаще всего в аналоговом виде. Доступ к информации этих фондов крайне ограничен и заключается в основном в выдаче копий документов (или справок об их отсутствии) по запросам заинтересованных лиц.

Для перехода к ведению ФМИИ в цифровом виде и к реализации функций информационного взаимодействия заинтересованных сторон необходимо решить ряд вопросов, связанных с нормативно-правовым и технологическим аспектами.

Правовая база формирования ФМИИ в цифровом виде в рамках данной статьи не рассматривается. Из нормативных документов, влияющих на качество реализации фондов, необходимо выделить требования к созданию единых классификаторов и кодификаторов цифровой информации о результатах инженерных изысканий. Если в части классификации данных существует ряд ГОСТов и СНиП, регламентирующих представление их материалов, то в части кодирования и правил цифрового описания этой информаци нормативные документы отсутствуют.

Единые правила кодирования и цифрового описания объектов местности позволят существенно улучшить информационное взаимодействие программных средств и информационных систем, используемых для обработки и анализа результатов инженерных изысканий, и прежде всего в сфере градостроительной деятельности.
Специалистами КБ "Панорама" разработан ряд цифровых классификаторов для различных тематических областей (таких как картография, геодезия, геология, градостроительство, кадастр и пр.). Механизм кодирования информации позволяет использовать цифровые и символьные коды. Первые применяются для согласования с кодами объектов и их характеристик для цифровых топографических карт и планов, изготавливаемых подразделениями Росреестра, которые используются в качестве единой картографической основы для документов территориального планирования и генеральных планов. Вторые могут настраиваться пользователями для решения различных технологических задач - загрузки данных, полученных с помощью геодезических приборов, геокодирования баз данных, конвертирования различных форматов данных. Все классификаторы реализованы в соответствии с действующими нормативными актами. Их описание и реализация в виде файлов RSC доступны для скачивания на сайте компании (рис. 1).

Рис. 1. Цифровые классификаторы в открытом доступе

Технологическая база ведения фондов материалов инженерных изысканий в цифровом виде должна предусматривать наличие программных средств, обеспечивающих ряд технологических процессов:

  • размещение в фонде файлов цифровых данных в исходном формате;
  • заполнение карточек учета -- метаданных информации;
  • конвертацию исходных форматов во внутренний формат системы;
  • определение параметров системы координат и геопривязку материалов инженерных изысканий;
  • ведение схем инженерной изученности по видам инженерных изысканий;
  • организацию многопользовательского доступа к данным;
  • формирование иерархического хранилища разномасштабных картографических данных -- электронного атласа;
  • автоматизированный поиск материалов инженерных изысканий;
  • предоставление сведений о накопленных в фондах материалах инженерных изысканий в сети Интернет.

Технологии ведения фондов предполагают условное деление данных на архивные и рабочие (рис. 2). В хранилище архивных данных размещаются все поступающие материалы, включая файлы текстовой и графической частей отчетов в исходных форматах. В хранилище рабочих данных размещается информация во внутреннем формате системы. Для хранения метаданных обычно организуется система управления базами данных (СУБД) -- Oracle, Microsoft SQL Server или др. При этом ввод и редактирование сведений о хранимых архивных и рабочих наборах данных осуществляются средствами специальных программ (рис. 3), которые, кроме всего прочего, обеспечивают ссылочную целостность описания данных и их архивных и рабочих копий. В процессе загрузки исходных форматов данных в рабочие наборы производятся конвертация и преобразование графических материалов инженерных изысканий в геодезическую систему координат.

Рис. 2. Общая структура фонда

Рис. 3. Ведение базы данных цифровых карт, планов и схем

Конвертирование цифровых материалов инженерных изысканий в графический вид осуществляется на основе сведений о кодировании данных. Достаточно один раз настроить файл соответствия кодов двух систем - и последующие загрузки с сохранением объектовой целостности информации будут осуществляться нажатием одной кнопки. Например, точечные знаки не будут превращаться в набор дуг, линий и символов и полученное графическое изображение, характеризующее один пространственный объект, будет единым.

Механизм настройки соответствия кодов позволяет разработчикам различных программ реализовать процедуры загрузки и выгрузки данных во внутренний формат системы (рис. 4).

Рис. 4. Автоматизация конвертации данных

Установление геодезической системы координат необходимо прежде всего для мониторинга инженерной изученности и обновления соответствующих картосхем. Все современные геоинформационные системы (ГИС) и большинство систем автоматизированного проектирования (САПР, или CAD -- Computer-Aided Design) поддерживают хранение сведений о геодезических основах карт, схем и планов в паспортах (заголовках) графических документов. Корректная установка паспортных значений позволяет при совместном отображении картографических данных, созданных в различных проекциях и системах координат, выполнять преобразование данных "на лету". Однако в ряде случаев сведения о геодезических параметрах (эллипсоиде, проекции, осевом меридиане и пр.) неизвестны. В этом случае выполняется трансформирование данных по набору точек, координаты которых известны как в локальной (местной), так и в геодезической системах координат. Повторять эту операцию приходится при загрузке в фонд каждого объекта инженерных изысканий. В программных средствах "Панорама" реализован механизм расчета геодезических параметров местной системы координат (МСК) по набору опорных точек с сохранением параметров МСК в специальный XML-файл. При загрузке данных в координатах МСК, параметры которой уже рассчитаны, достаточно указать ссылку на них в XML-файле -- и система выполнит преобразование данных "на лету" (рис. 5).

Рис. 5. Расчет и использование геодезических параметров МСК

Программа ведения базы цифровых карт и материалов инженерных изысканий обеспечивает как архивное хранение информации в исходном формате, так и хранение рабочих данных во внутреннем формате системы. Архивные данные доступны только для поиска и выдачи информации, а рабочие -- еще и для внесения изменений. Для организации разграниченного доступа к рабочим данным применяются технологии удаленного доступа к фондам. Программные средства удаленного доступа (ГИС "Сервер 2011") обеспечивают распределенное хранение материалов инженерных изысканий на серверах нескольких организаций в рабочих форматах и настройку разграниченного доступа к данным по группам пользователей. Возможен доступ с установкой таких прав на работу с данными, как просмотр, копирование, редактирование (рис. 6). Если установлены все три права, то пользователь получает полный доступ. Если установлено право на редактирование, но не на копирование данных, то пользователю предоставляется возможность вносить любые изменения в информацию, но он не имеет возможности скопировать ее на носитель или в буфер обмена. Тем самым достигается защита данных от нелегального копирования. При наличии права на просмотр можно анализировать данные, формировать отчеты и выводить фрагменты карты на печать. Удаленный доступ с помощью ГИС "Сервер 2011" предусматривает обращение к данным по их именам -- алиасам. При этом список данных для удаленного доступа включает только те из них, доступ к которым настроен. Остальные данные, размещенные в хранилище, остаются доступными только для локального использования.

Рис. 6. Разграничение удаленного доступа к данным

В процессе инженерных изысканий создаются цифровые карты и планы различных масштабов, характеризующие местность с различной степенью детальности. При этом объекты изысканий могут находиться на значительном удалении друг от друга. Для быстрого поиска информации, в том числе на основе визуального выбора необходимой территории по обзорным и мелкомасштабным картам, применяется технология электронного атласа разномасштабных данных. Атлас карт (рис. 7) упорядочивает доступ к хранилищу материалов изысканий путем формирования иерархической структуры цифровых карт, планов и схем с учетом масштаба и тематики данных. При наличии сформированного атласа производится анализ текущих координат и масштаба отображения. По габаритам входящих в него наборов данных определяется, какие из них соответствуют текущей точке, и из него выбирается тот набор, который наиболее подходит при текущем масштабе отображения. Выбранные данные передаются программе для отображения. Все эти действия выполняются автоматически, что вызывает повышение или понижение детальности информации при масштабировании изображения.

Рис. 7. Электронный атлас цифровых карт, планов и схем

Структура ФМИИ в общем виде включает следующие компоненты: файловое хранилище материалов инженерных изысканий, разделенное на архивные и рабочие данные, схемы инженерной изученности территории по всем основным видам инженерных изысканий, базу метаданных, характеризующих размещенную в архивном и рабочем хранилище информацию, тематические базы данных по отдельным видам изысканий и программное обеспечение для ведения фонда.
При получении отчета с приложениями в виде файлов в форматах ГИС или CAD-систем производится размещение файлов в хранилище. Одновременно заполняются метаданные отчета и графических данных. Дополнительно из отчетов извлекаются изображения чертежей, геологических колонок, разрезов, схем экологического районирования, табличных данных и пр., которые отправляются на архивное хранение в виде отдельных файлов. Далее для карт, планов и схем выполняется загрузка во внутренний формат системы с последующей геопривязкой. Эти операции выполняются с целью мониторинга инженерной изученности и обновления соответствующих картосхем (рис. 8). На схемы инженерной изученности наносятся границы площадок изысканий. К объекту цифровой карты, характеризующему границы изученного участка местности, прикрепляются ссылки на отчеты и графические файлы в исходных форматах данных. Таким образом, схемы инженерной изученности не только позволяют визуально оценить ее полноту, но и являются визуальным средством каталогизации материалов изысканий.

Рис. 8. Ведение схем инженерной изученности

Схемы изученности могут включать полигоны, характеризующие объекты изысканий и дополнительные объекты цифровой карты, характеризующие точки изысканий и линии профилей и разрезов. К этим объектам цифровой карты привязываются сведения из тематических баз данных и графические файлы, характеризующие инженерные условия. Для ведения тематических баз данных используются СУБД (Dbase, Paradox, MySQL, Microsot SQL, Oracle). В состав ГИС "Карта 2011" входят средства настройки оконных форм, для отображения сведений из тематических баз данных, размещенных в любой СУБД (рис. 9). Графические файлы, характеризующие инженерные условия, например, фотографии и кроки опорных геодезических пунктов, чертежи профилей линейных сооружений, изображения геологических разрезов, инженерно-геологические колонки и прочие чертежи могут привязываться в виде гиперссылок или размещаться в полях таблиц тематических баз данных.

Рис.9. Отображение содержимого тематических баз данных

Ведение схем инженерной изученности может осуществляться на фоне топографической основы, используемой в рамках территориального планирования. 1:100000, 1:10000, 1:2000 или на фоне тематических карт рисков с пояснительными записками строительного освоения территорий, участков и трасс, кадастровых карт, картосхем страхования объектов недвижимости от воздействия природных факторов, карт инженерно-геологических условий и пр.

Мы рассмотрели первую составляющую главной задачи государственного фонда материалов и данных инженерных изысканий и информационных систем обеспечения градостроительной деятельности, а именно осуществление систематического изучения природных и техногенных условий (с ведением их изученности). Вторая составляющая заключается в регулярном предоставлении сведений об изученности в ИС ОГД. Конечно, можно установить на рабочие места операторов ИС ОГД программное обеспечение, работающее с внутренним форматом системы, добавить в ГИС "Сервер 2011" новые группы пользователей и тем самым обеспечить удаленный доступ к фонду. Но что делать в том случае, если в администрации какого-либо региона уже используют другое программное обеспечение и как предоставить доступ для его жителей? В этом случае необходимо решать вопросы информационного взаимодействия различных систем и осуществлять публикацию данных в сети Интернет.

Для унификации информационного обмена международным сообществом были разработаны единые стандарты ISO и было введено понятие инфраструктуры пространственных данных (ИПД) - системы базовых пространственных данных, метаданных, стандартов и регламентов, информационных узлов, геосервисов для доступа и обмена географическими информационными ресурсами. С позиции ИПД собственно структура банка данных (в нашем случае фонда цифровых материалов инженерных изысканий) не важна. Важным является обеспечение функций поиска необходимых данных и их предоставление пользователю по единым согласованным протоколам. Данные функции реализуются программными средствами публикации пространственных данных (рис.10), включая:

  • размещение готовых наборов пространственных данных на геопорталах;
  • предоставление в открытом доступе пространственных данных на основе геосервиса, в автоматизированном режиме передающего нужную информацию.

Рис.10. Публикация фондовых данных в сети Интернет

Для построения геопорталов и публикации подготовленных наборов пространственных данных используется программные средства GIS WebServer. Приложение дает возможность выполнять просмотр, сортировку и фильтрацию таблиц баз данных, обеспечивает функции интерактивной работы с картами, планами и схемами. Для обеспечения функций предоставления данных по запросам пользователей предназначены различные геосервисы, наиболее распространенные из них, это картографические сервисы (WMS) и сервисы, предоставляющие доступ к данным (WFS). Существенным преимуществом использования геосервиса является то, что конечному пользователю не нужно думать о данных, положенных на карту, их оформлении и обновлении. Вместо этого можно просто подключиться к сервису и использовать его в качестве, например, подложки для цифрования или анализа расположения объекта строительства. При нужной функциональности ГИС-пакета, любой пользователь может применить такой сервис в качестве одного из слоев электронной карты. Достаточно знать URL-ссылку и выбрать нужный слой среди доступных на информационном ресурсе. Поскольку картографические сервисы можно комбинировать, совмещать друг с другом и с локальными данными создается мощный инструмент обработки данных, без закачивания на компьютер пользователя значительных объемов информации. При этом обеспечивается корректность и сохранность пространственных данных, размещенных в фонде цифровых материалов инженерных изысканий.