Текст книги "Управление землепользованием"

Глава 4
Картографическое обеспечение управления землепользованием

4.1. Общие положения

Картографическое обеспечение работ по управлению земельными ресурсами представляет собой комплекс мероприятий, направленных на создание, хранение и выдачу картографической продукции потребителям.

Картографическая продукция при управлении земельными ресурсами используется для разработки и принятия решений по совершенствованию земельных отношений и установлению платежей за землю, при создании землеустроительных схем и проектов, в том числе связанных с оборотом земельных участков, при ведении учета, мониторинге земель, государственной регистрации прав на землю – в качестве основы для проведения почвенных, геоботанических и других обследований и изысканий, инвентаризации земель, оценки качества земель, планирования и рационального использования земель, описания местоположения и установления на местности границ объектов землеустройства.

Картографические работы выполняются в соответствии с Федеральным законом от 30 декабря 2015 г. № 431-Ф3 «О геодезии, картографии и пространственных данных и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» и принятыми в его развитие нормативными правовыми актами [40].

В процессе картографического обеспечения создается следующая картографическая продукция:

– аналоговые и электронные топографические карты и планы;

– аналоговые и электронные тематические карты и планы (почвенные, кадастровые и т. д.);

– аналоговые и электронные карты и планы границ земельных участков;

– цифровые модели местности.

Информационное содержание и масштабы картографической продукции устанавливаются исходя из конкретных целей, для которых предусматривается ее использование. Как правило, для городов и других поселений принимаются масштабы 1:1000-1:2000, реже 1:500 и 1:5000, для межселенных территорий – 1:10000 и 1:25 000, для составления схем землеустройства – 1:50000 и 1:100000.

Научно-методическое и информационное обеспечение картографических работ, проводимых при управлении земельными ресурсами, осуществляет ФГБУ «Федеральный научно-технический центр геодезии, картографии и инфраструктуры пространственных данных», являющийся составной частью Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии (Росреестр). В состав учреждения входят:

– Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный ордена “Знак Почета” научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии им. Ф.Н. Красовского» (ФГУП «ЦНИИГАиК»);

– Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научно-внедренческий центр геоинформационных систем и технологий» (ФГУП «ГОСГИСЦЕНТР»);

– Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный картографический и геодезический центр» (ФГУП «Картгеоцентр»);

– Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный картографо-геодезический фонд» (ФГУП «ЦКГФ»).

В качестве геодезической основы при создании картографической продукции используется геодезическая сеть, представляющая собой совокупность геодезических пунктов, расположенных и закрепленных на местности специальными центрами и геодезическими знаками. Геодезическая сеть подразделяется на государственную геодезическую сеть (ГГС), специальную геодезическую сеть (СГС) и геодезические съемочные сети.

При выполнении картографических работ в основном используются геодезические сети сгущения 3-го и 4-го классов точности. Плотность пунктов этих сетей составляет 1 пункт на 20 км² (среднее расстояние между пунктами 3–6 км). Точность положения пунктов характеризуется средней квадратической погрешностью, которая не должна превышать 0,05 м. В случаях, когда такая плотность не обеспечивает качественного выполнения картографических работ, создается опорная межевая сеть (ОМС).

Средние квадратические погрешности взаимного положения пунктов для ОМС не должны превышать в черте города 0,05 м, а в пределах внегородских территорий – 0,10 м.

Высоты точек местности при создании картографической продукции определяются относительно уровня Балтийского моря (нуля Кронштадтского футштока).

Математические преобразования, связывающие геодезические координаты на поверхности эллипсоида вращения и плоские прямоугольные координаты картографической продукции, называются проекциями. В математической картографии существует большое количество проекций и соответствующих им систем плоских прямоугольных координат.

На территории России используется проекция Гаусса – Крюгера. В этой проекции поверхность эллипсоида вращения делится на зоны геодезическими меридианами. В нашей стране установлены размеры зон в шесть и три градуса по долготе. Первые считаются основными, поэтому математическая обработка результатов измерений и создание топографических карт выполняются в шестиградусных зонах. Трехградусные зоны применяются при крупномасштабном картографировании (от 1:2000 и крупнее) и вводе систем региональных плоских прямоугольных координат. Меридианы, проходящие посередине зон, называются осевыми.

Западный граничный меридиан первой шестиградусной зоны совпадает с Гринвичским меридианом. Осевые меридианы первой шестиградусной и первой трехградусной зон совпадают. Нумерация зон ведется на восток от Гринвича.

При изображении поверхности эллипсоида вращения на плоскости в проекции Гаусса – Крюгера только осевые меридианы зон и экватор отображаются прямыми линиями, которые принимаются за координатные оси. Их пересечение является началом системы плоских прямоугольных координат Гаусса – Крюгера. Все остальные кривые, расположенные на поверхности эллипсоида вращения (граничные меридианы зон, параллели и др.), остаются на плоскости кривыми линиями.

Для исключения отрицательных значений ординат в каждой шестиградусной зоне начало координат переносят к востоку на 500 км.

К положительным свойствам данной системы координат и проекции обычно относят то, что:

1) вследствие равноугольности проекции отсутствуют искажения;

2) зоны в проекции Гаусса – Крюгера совершенно одинаковы, поэтому вид применяемых формул для связи систем координат и редуцирования измеренных величин на плоскость не будет зависеть от номера зоны;

3) пара координат (абсцисса х и ордината у) однозначно определяет положение любой точки внутри одной зоны;

4) применение системы плоских прямоугольных координат позволяет значительно упростить решение многих задач управления земельными ресурсами.

Недостатков у проекции Гаусса – Крюгера, по мнению специалистов, два.

Во-первых, в данной системе координат возникают трудности при математической обработке результатов полевых измерений на объектах, вытянутых вдоль параллели и занимающих значительную площадь (т. е. на объектах, расположенных в нескольких зонах). Во-вторых, плоские прямоугольные координаты не дают представления о том, где находится точка на земной поверхности. Она может располагаться в любой из 60 шестиградусных зон.

При создании картографической продукции для управления земельными ресурсами наряду с плоскими прямоугольными координатами проекции Гаусса – Крюгера могут использоваться местные системы плоских прямоугольных координат, осевые меридианы которых не совпадают с осевыми меридианами шестиградусных зон данной проекции. При разработке местных систем координат используют параметры эллипсоида Красовского.

Местные системы координат имеют название, соответствующее коду (номеру) субъекта РФ или города, устанавливаемому согласно Общероссийскому классификатору объектов административно-территориального деления. В каждой местной системе координат устанавливаются следующие параметры координатной сетки:

1) долгота осевого меридиана первой зоны L₀;

2) число координатных зон N;

3) угол поворота осей координат местной системы относительно государственной системы координат;

4) высота Но поверхности (плоскости), принятой за исходную, к которой приведены измерения и координаты в местной системе;

5) референц-эллипсоид, к которому отнесены измерения в местной системе координат;

6) формулы преобразования плоских прямоугольных геодезических координат в местную систему координат.

Совокупность указанных параметров называют ключом местной системы координат. Если в местной системе координат несколько координатных зон, то расстояние по долготе между соседними осевыми меридианами (ширина координатной зоны) составляет не более 3°.

Условное начало (Х₀, Y₀) в местных системах координат выбирают так, чтобы координаты в пределах зоны были положительными. Каждая местная система координат имеет тесную связь с единой государственной системой плоских прямоугольных координат.

Точность топографических карт характеризуется средней погрешностью в положении на карте местных предметов и контуров. В равнинной и холмистой местностях она составляет не более 0,5 мм, а в горной, высокогорной и пустынной – 0,75 мм. Приведенные погрешности характеризуют положения контуров и местных предметов относительно пунктов геодезических сетей, но так как погрешности положения этих пунктов малы, то можно считать, что указанные значения характеризуют абсолютные погрешности положения контуров и местных предметов на карте. Среднеквадратические погрешности высот точек, подписанных на картографическом материале, зависят от характера рельефа и масштаба карты (плана). Например, для масштаба 1:25 000 в плоскоравнинной местности они составляют 0,8, в равнинной и холмистой – 1,6, а в горной – 2,5.

4.2. Создание (обновление) топографических карт (планов) для управления землепользованием

В настоящее время для создания (обновления) топографических карт (планов), используемых для управления земельными ресурсами, широко применяются технологии, ориентированные на данные дистанционного зондирования территории.

Под дистанционным зондированием территории подразумевается получение информации о земной поверхности (включая расположенные на ней объекты) без непосредственного контакта с ней, путем регистрации поступающего от нее электромагнитного излучения.

Рассмотрим типовую технологическую схему создания (обновления) топографических карт (планов) по данным дистанционного зондирования территории (рис. 4.1).

Кратко опишем содержание каждого из этапов представленной технологической схемы.

1. Подготовительные работы. На этом этапе по предварительной заявке осуществляется аэрофотосъемка изучаемой территории.

Рис. 4.1. Типовая технологическая схема создания (обновления) топографических карт (планов) по данным дистанционного зондирования территории

Для выполнения аэрофотосъемочных работ наряду со стационарными летательными аппаратами (самолетами) могут использоваться дистанционно пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА) многократного применения, которые имеют модульную конструкцию, облегчающую быструю смену полезной нагрузки и ремонт в полевых условиях (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Дистанционно пилотируемый летательный аппарат

Управление ДПЛА осуществляется с наземного пункта управления по радиоканалам. Положение летательного аппарата во время полета фиксируется на электронной карте, отображаемой на экране монитора (рис. 4.3).

На подготовительном этапе для камерального дешифрирования снимков создаются эталоны дешифрирования, раскрывающие ландшафтные особенности изучаемой территории.

Рис. 4.3. Система наземного управления дистанционно пилотируемым летательным аппаратом

2. Трансформирование и камеральное дешифрирование фотоизображений. Снимок – не карта. Снятый любой аппаратурой с различных носителей снимок, если его специально не обработать, отличается по своим геометрическим характеристикам от обычной карты. Он с картой не совмещается; даже в том случае, если мы «привяжем» одну его точку, например угол или центр, т. е. зададим координаты какой-то точки изображения в координатах карты и укажем, какой размер на местности имеет ячейка растра (пиксел), остальные точки снимка не «лягут» точно на карту.

Снимок имеет отличное от карты распределение искажений, его масштаб непостоянен в разных частях и по разным направлениям. Для точного совмещения с картой снимок надо геометрически трансформировать.

Эту операцию можно выполнять разными способами. Первый способ ориентирован на трансформирование снимка, рассматриваемого в виде плоскости. В данном случае мы фактически просто подгоняем одно изображение (например, снимок) под другое (например, карту), ничего не зная об особенностях нашего снимка. Достаточно указать необходимое число точек на снимке, для которых известно их положение на карте. Второй способ ориентирован на трансформирование снимка, рассматриваемого в виде трехмерного изображения, восстанавливающего всю ситуацию и взаимную ориентацию камеры и местности на момент съемки, с учетом особенностей типа использованной съемочной аппаратуры. Этот способ гораздо сложнее, но принципиально точнее и экономнее. Он позволяет при наличии цифровой модели рельефа снимаемой территории получать откорректированные ортофотоизображения, во всем геометрически подобные карте и идеально с ней совмещающиеся. В мире сейчас стремительно растет применение таких цифровых ортофотоизображений, в первую очередь детальных, полученных по данным аэрофотосъемки. На рисунке 4.4 приведено ортофотоизображение одного из участков территории Приозерского района Ленинградской области, полученное с использованием ДПЛА.

Рис. 4.4. Ортофотоизображение участка территории Приозерского района Ленинградской области

Рассмотрим особенности камерального дешифрирования снимков на примере данного ортофотоизображения.

Гидрография. Элементы гидрографии (рис. 4.5) могут быть опознаны по аэрофотоснимкам с большой полнотой и точностью. Они отличаются тоном изображения, который может меняться от темного до светлого в зависимости от глубины и характера дна, а также очертаниями береговой линии. Чем водоем глубже, тем тон изображения темнее. Волнующаяся поверхность воды дает на аэрофотоснимке неровное изображение, на котором светлые участки чередуются с более темными.

а

б

Рис. 4.5. Создание векторного слоя «гидрография» по материалам аэросъемки:

а – отдешифрированный аэрофотоснимок; б – векторный слой «гидрография»

Реки выглядят в виде извилистых лент неодинаковой ширины. Озера и пруды опознаются по береговой линии, которая представляет собой замкнутую кривую с плавными закруглениями. При этом береговая линия пруда отличается от береговой линии озера наличием более резких изломов. Для рек малой ширины и ручьев характерна большая извилистость. Их изображение часто маскируется растительностью, которой покрыты берега.

Песчаные отмели по берегам рек и озер представляют собой ярко-белое окаймление вдоль береговой линии или закругленных выступов на поворотах реки. Крутые берега опознаются по падающей от них тени. Для каналов характерны резко очерченные русла, имеющие одинаковую ширину, правильную прямую форму, и наличие гидротехнических сооружений. Мелкие каналы и канавы изображаются в виде темных прямых линий с резкими изломами (поворотами). Часто такие каналы видны на аэрофотоснимке в виде прямых взаимно пересекающихся линий.

Направления течения рек можно определить, пользуясь следующими признаками: мелкие реки даже на небольшом расстоянии становятся заметно шире в направлении течения; ледорезы около мостов всегда ставятся со стороны верхнего течения реки; острова своей заостренной частью ориентированы в сторону устья. Мосты на реках изображаются в виде перемычек в тех местах, где дорога пересекает реку. На крупномасштабных аэрофотоснимках можно узнать конструкцию моста по его тени.

Почвенно-растительный покров. По изображению на аэрофотоснимке можно определить вид почвенно-растительного покрова (лес, кустарник, луг, пашня, сад), а также составить некоторое представление о густоте леса, породе деревьев и т. п.

а

б

Рис. 4.6. Создание векторного слоя «лес» по материалам аэросъемки:

а – отдешифрированный аэрофотоснимок; б – векторный слой «лес»

Местность, покрытая лесом, изображается на аэрофотоснимках в виде зернистой поверхности (рис. 4.6).

Лес опознается также по теням, отбрасываемым деревьями. Отдельные участки леса имеют вид более или менее резко очерченных темных фигур. Лиственные леса определяются по их более светлому тону по сравнению с тоном хвойных лесов.

Просеки в лесу отображаются в виде узких прямых светлых полосок, заканчивающихся у опушки леса. При большом числе просек они выглядят на аэрофотоснимке как совокупность прямоугольников. Кустарники и мелколесье отличаются тем, что их изображение имеет более мелкую зернистость, чем у леса.

Болота изображаются участками серого тона. Форма их может быть различной, однако чаще всего они имеют лентообразную или овальную форму. Участки очень темного тона свидетельствуют о наличии воды на поверхности, что позволяет сделать предварительный вывод о проходимости болот.

Заболоченный луг на аэрофотоснимках выглядит как поверхность ровного серого тона; сухой луг имеет более светлый тон. Пашня и пастбища выделяются своими четко выраженными границами и имеют, как правило, светлый тон (рис. 4.7). Однако в зависимости от характера посевов, а также от времени года тон пашни может изменяться от светлого до темного.

Дороги. По изображению на аэрофотоснимках можно определить тип дороги (железная дорога, шоссе, грунтовая, полевая и т. д.), наличие на ней мостов, а также получить некоторые данные о состоянии дорог: наличии местных повреждений, объездов и т. п. На летних аэрофотоснимках дороги опознаются в виде светлых линий, на зимних – в виде серых. В зависимости от типа дороги эти линии различаются своей шириной и формой начертания.

а

б

Рис. 4.7. Создание векторного слоя «пастбище» по материалам аэросъемки:

а – отдешифрированный аэрофотоснимок; б – векторный слой «пастбище»

Железные дороги отображаются ровными однотонными линиями темно-серого цвета и имеют прямолинейное начертание на большом протяжении, плавные повороты большого радиуса и одинаковую ширину. На крупномасштабных аэрофотоснимках можно различить две параллельные очень тонкие линии – рельсы, что является надежным признаком железной дороги. Пути к переездам через железные дороги подходят, как правило, под прямым углом.

Шоссейные дороги опознаются в виде ровных линий светлого тона. Повороты шоссейных дорог круче, чем железных дорог. Шоссейные дороги пересекаются с другими дорогами часто под острым углом.

Грунтовые дороги и проселочные дороги имеют вид более узких, чем шоссе, извилистых линий (рис. 4.8). На изображениях труднопроходимых мест заметны разветвления (объезды) в виде пучка светлых полосок, отделяющихся от дороги перед труднопроезжей частью и после нее снова сходящихся к дороге. Полевые дороги отходят от населенных пунктов, шоссе, проселочных дорог и фиксируются на аэрофотоснимках в виде узких светлых линий. Они идут по пашням, лугам и в лесу, где, как правило, и обрываются. На зимних аэрофотоснимках полевые дороги опознать очень трудно, а иногда и невозможно.

а

б

Рис. 4.8. Создание векторного слоя «дороги проселочные» по материалам аэросъемки:

а – отдешифрированный аэрофотоснимок; б – векторный слой «дороги проселочные»

Тропы похожи на белые или серые нити. При опознавании троп следует учитывать, что они обычно соединяют населенные пункты по кратчайшему пути или спрямляют большие извилины других дорог. Часто тропы прокладываются также для выхода напрямик из населенного пункта на другие дороги или к другим местным предметам – к железнодорожным станциям и платформам, колодцам вне населенного пункта, полевому стану и т. п.

Населенные пункты. Изображение населенных пунктов на аэрофотоснимках напоминает соответствующие условные знаки на карте крупного масштаба. По аэрофотоснимкам сравнительно легко определяются внешнее очертание и внутренняя планировка населенного пункта, его тип (городской, сельский и т. д.), число построек, нахождение наиболее высоких зданий, наличие и расположение садов, парков, огородов и т. д. Постройки выглядят на аэрофотоснимках в виде прямоугольников, рядом с которыми заметны тени. По длине тени можно судить о высоте постройки.

Населенные пункты городского типа характеризуются большим числом улиц и переулков, более или менее правильно расположенных и образующих кварталы жилых домов. В центральной части города обычно выделяются площади и большие здания. Крупные промышленные предприятия опознаются по значительным размерам занимаемой ими площади, по форме основных сооружений, наличию заводских труб и хороших подъездных путей. Для изображений на аэрофотоснимках небольших городов характерны сравнительно малые размеры построек, а также присутствие участков с садами и огородами.

Населенные пункты сельского типа отличаются от пунктов городского типа меньшими размерами, небольшим количеством улиц, а иногда наличием только одной улицы (рис 4.9).

а

б

Рис. 4.9. Создание векторного слоя «улицы» по материалам аэросъемки:

а – отдешифрированный аэрофотоснимок; б – векторный слой «улицы»

В сельских населенных пунктах жилые постройки располагаются, как правило, вдоль улиц или непосредственно у дорог, а нежилые – ближе к внешним границам поселения (рис. 4.10).

а

б

Рис. 4.10. Создание векторного слоя «строения» по материалам аэросъемки:

а – отдешифрированный аэрофотоснимок; б – векторный слой «строения»

Для изображений огородов характерны параллельные полоски, тон которых может меняться от белого до темного (рис 4.11).

а

б

Рис. 4.11. Создание векторного слоя «огороды» по материалам аэросъемки:

а – отдешифрированный аэрофотоснимок; б – векторный слой «огороды»

Сады изображаются участками (площадями) со строго очерченными границами. Эти участки покрыты сеткой темных точек, расположенных правильными рядами.

Рис. 4.12. Фрагмент векторного топографического плана участка территории Приозерского района Ленинградской области

3. Сводка и корректура отдешифрированных фотоснимков. Отдешифрированные фотоснимки сводят между собой, после чего производят корректуру согласно требованиям инструкций и наставлений по созданию карт соответствующих масштабов.

4. Частичное или сплошное полевое обследование фотоснимков. Результаты камерального дешифрирования в зависимости от специфики создаваемой карты подвергаются частичному или сплошному полевому обследованию, в ходе которого уточняются характеристики объектов местности и наносятся объекты, по различным причинам не читаемые на фотоматериале.

5. Отображение результатов дешифрирования в картографическом виде. Результаты дешифрирования отображаются в условных знаках, принятых для топографических карт (планов) соответствующих масштабов, или в условных знаках, определяемых заказчиком. В качестве примера на рисунке 4.12 приведен фрагмент топографического плана (масштаба 1:2000) территории населенного пункта Овраги Приозерского района Ленинградской области.