Антагонистические игры; игры с природой

Программное обеспечение систем автоматизации землеустроительных работ. План лекции: 1.  Общие понятия 2.  .Роль географических информационных систем в автоматизированном проектировании. 3.  Земельно-информационные системы их использование в землеустройстве. Общие понятия Программным продуктом принято называть функционально законченный программный комплекс, поставляемый в качестве промышленного изделия. Как показывает анализ современного состояния рынка таких продуктов, пригодных для использования в САЗПР, они существенно различаются по назначению, мощности, сервисным функциям, надежности, заложенными в них концептуальными решениями. Программные продукты (ПП), которые могут применяться при решении задач землеустройства, условно можно разделить на использующие различные инструментальные пакеты и не использующие таковых. В зависимости от функциональных возможностей, а также полноты их реализации все продукты, относящиеся к первой группе, можно разделить на несколько уровней. Первый уровень составляют программные продукты, основным назначением которых является создание систем автоматизированного проектирования. Наиболее распространенными являются AutoCAD фирмы Autodesk, CAD + GEO, Credo. В последних версиях AutoCAD многие проблемы сняты, однако необходимо учитывать, что этот пакет предназначен главным образом для решения задач САПР, а не является базовым инструментальным средством для формирования автоматизированной технологии землеустройства. Вместе с тем он может быть успешно использован как один из элементов системы, включенный в общую технологическую схему землеустроительных работ. Ко второму уровню можно отнести программные средства, которые помимо основной функции САПР имеют дополнительные возможности, например, для решения отдельных картографо-землеустроительных задач и создания относительно несложных геоинформационных систем. Продукты данного уровня включают в состав своей среды систему управления базами данных (СУБД) и обеспечивают установление взаимосвязей между графическими образами и их семантическими описаниями. На третьем уровне располагаются программные продукты, которые предоставляют развернутые средства для создания полномасштабных геоинформационных систем, обладают необходимым встроенным математическим аппаратом для многофункциональной обработки изображений и установления жестких взаимосвязей между информацией из семантических и графических баз данных. Достаточно широко распространенным средством для создания геоинформационных систем, решения задач автоматизированного картографирования и землеустроительного проектирования является Arc/Info — программный продукт, разработанный в американском Институте исследований систем окружающей среды (ESRI). Серия интегрированных модулей, составляющих Arc/Info, обеспечивает цифрование карт, обмен данными в различных форматах, работу с реляционной базой данных, наложение карт, их показ на экране, топологическое структурирование данных, создание таблиц сопряженных характеристик, формирование разного рода запросов, интерактивное графическое редактирование, поиск объектов по их адресам и анализ линейных сетей типа коммуникационных с решением оптимизационных задач, вывод карт в виде твердых копий, наличие модулей топологической обработки. К недостаткам системы относятся сравнительно невысокая скорость графической обработки и определенная закрытость для пользователя. Интересным примером сочетания технологий САПР и ГИС является программный продукт ArcCAD, который можно рассматривать как систему AutoCAD, полностью интегрированную с Arc/Info и созданными в ее формате продуктами, что обеспечивает наличие таких функциональных возможностей, как редактирование растровых изображений, моделирование поверхностей, наложение полигонов, создание буферных зон и т. д. К четвертому уровню относятся программные продукты, характеризующиеся наличием мощных средств как для создания геоинформационных систем (ГИС) и обработки картографического материала, так и для построения полностью автоматизированной технологической линии — от обработки исходного картографо-геодезического материала до подготовки составительного оригинала. К ним относятся продукты MGE фирмы Intergraph, современные комплексы фирм ESRI и Erdas—Arclnfo 8.0 и выше и Erdus Imaging. Одним из наиболее известных и мощных программно-технических комплексов, предназначенных для работы с географической информацией и обработки картографического изображения, является линия MGE и программных средств обработки данных дистанционного зондирования (ДДЗ) фирмы Intergraph. Данная система обладает большим перечнем функций и возможностей для ввода, хранения, обработки, анализа, интерпретации и моделирования различной пространственно-локализованной и атрибутивной информации, представленной на всевозможных картах, космических и аэрофотоснимках и т. д. В среде программных продуктов Intergraph можно построить свою пользовательскую систему высокой степени сложности, обеспечивающую различные прикладные функции для работы с графическим изображением, обработки и анализа картографического материала (включая топологический и логический анализ данных), ввода и хранения информации в базах данных, построения трехмерных моделей, включения в свои технологии готовых или разработанных пользователями модулей тематического моде­лирования, создания необходимых интерфейсов. Приведенное деление программных продуктов по четырем уровням достаточно условно, и различными специалистами одной и той же системе может быть дана разная оценка. Главным является факт качественных различий между уровнями: программные средства первого уровня не имеют никаких специальных функций ГИС; второго уровня — имеют их минимальный набор; третьего — широкий набор, но с рядом ограничений по использованию (например, определенная закрытость системы); ПП четвертого уровня имеют полный набор специальных функций ГИС и являются наиболее мощным инструментальным средством для создания ГИС различной ориентации и построения автоматизированных технологических линий обработки информации. Таким образом, программные средства первой группы не решают в полном объеме задачи землеустройства, а ПП второй группы, имея четко выраженную прикладную ориентацию, менее требовательны к аппаратуре и системному программному обеспечению, проще в освоении и использовании, чем пакеты третьей и четвертой групп. В большинстве случаев ПП данной группы разрабатывались для решения вполне конкретных задач с учетом специфики предметной области. Анализ ПП второй группы также показывает, что, несмотря на их широкое применение в науке и производстве, способность автоматизировать отдельные задачи и этапы в землеустройстве, пока невозможно создать автоматизированную систему, которая обеспечивала бы комплексное и взаимоувязанное решение задач землеустройства, связанных между собой на информационно-содержательном уровне. Подобная система должна быть ориентирована на интегрированную обработку многоаспектной графической информации о земле и неразрывно связанных с ней атрибутивных данных. В настоящее время САЗПР, отвечающая поставленным требованиям, в целостном виде еще не создана, но вместе с тем существуют различные по сложности и функциональному назначению системы .ипоматизированной обработки и интерпретации геодезических, картографических, почвенных, геоботанических, оценочных и прочих данных, необходимых для решения землеустроительных задач. Эти системы основаны на использовании определенных математических (экономико-математических, оптимизационных) моделей. Основу соответствующих программных комплексов (ПК), как правило, составляет библиотека программ, каждая из которых предназначена для выполнения конкретной функции, а множество взаимосвязанных по заданным правилам программ обеспечивает комплексное решение отдельной задачи. Подобные ПК создаются как с обратной связью, так и на основе применения жестко фиксированной схемы прохождения задачи. При обработке и интерпретации информации, используемой при решении землеустроительных задач, до сих пор применяются лишь логико-математические процедуры, построенные на использовании детерминированных математических моделей преобразования данных и фиксированной логики, а это значит, что автоматизации подлежат только отдельные этапы обработки, анализа, интерпретации или моделирования данных, носящие чисто вычислительный характер. Вместе с тем необходимость в получении наиболее объективной информации в условиях ее дефицита и ограничений, присущих фиксированным алгоритмам, требует качественно других решений и программных средств. Анализируя современные отечественные разработки, можно отметить следующие их характерные особенности: большая часть отечественных программных продуктов нахо­дится в стадии постоянного совершенствования; нередки случаи, когда осуществляется адаптация программных средств, разработанных для целей и задач, отличных от землеустройства; в подобных продуктах отсутствует ряд функций, необходимых при решении землеустроительных задач (например, вычисление площадей внемасштабных линейных и вкрапленных контуров, логическое наложение отдельных тематических слоев и формирование интегрированного слоя при работе с электронными картами); программные средства должны обеспечивать вывод в соответствии с заданными формами выходных документов; с течением времени они могут изменяться, но поскольку при разработке ПП (например, в модуле генератора отчетов) это часто не учитывается, любые корректировки возможны только с помощью разработчика; часть вводимой информации определяется существующими нормативными актами, классификаторами и т. д. Поэтому многие программные продукты для облегчения работы пользователя предлагают вводить такие данные с использованием системы справочников, которые нередко бывают жестко зашиты в тело программы, и тем самым все изменения (ввод новых данных, исключение и редактирование существующих) опять-таки возможны только при участии разработчика; некоторые ПП являются узкоспециализированными (например, предназначенные для векторизации растра), и разработчики далеко не всегда указывают программные средства, в которых могут использоваться далее полученные результаты без необходимости проведения дополнительных разработок; ряд программных продуктов имеет ограничения, которые связаны с принципиальными решениями разработчиков по форматам представления данных, с отказом от концепции многослойной организации информации и связанных с этим. Таким образом, несмотря на большое количество уже используемых в землеустройстве программно-технических средств (реализованных как на базе использования различных инструментальных пакетов, ГИС-оболочек и т. д., так и без их участия), в настоящее время отсутствуют примеры создания комплексных автоматизированных систем, обеспечивающих взаимоувязанное решение многочисленных и разноплановых землеустроительных задач. На разных этапах обработки информации, как правило, используются ПП различного происхождения, что создает массу неудобств и удорожает систему. Исключение составляют редкие случаи, когда в качестве базового средства используются мощные инструментальные системы типа Arc/Info. Разработка конкретного варианта САЗПР тесно связана с составом задач, которые предполагается решать с ее помощью. Требования и ограничения существующих автоматизированных технологий во многом диктуют выбор конфигурации программно-технических средств (инструментальных пакетов для обработки графических изображений, систем управления базами данных, интеллектуальных систем и т. д.). Каждое из таких средств является лишь одним из локальных элементов требуемой системы автоматизированного проектирования с ограниченными возможностями и специфическими особенностями используемых программных оболочек. Для обеспечения взаимодействия между всеми этими элементами приходится разрабатывать специальные механизмы, условия, интерфейсы взаимодействия одной задачи с другими, учитывать возможности дальнейшего увеличения функциональных возможностей и мощности создаваемого программного обеспечения. Исходя из сказанного очевидно, что построение системы автоматизированного землеустроительного проектирования предполагает решение следующих задач: разработка цели, определение объектов, структуры и функций САЗПР; разработка концепции САЗПР как теоретической основы ее создания; определение требований к проектированию элементов САЗПР, вытекающих из ее концептуальных положений; уточнение состава, назначения, функциональных особенностей элементов САЗПР на основе теоретических положений и с учетом особенностей сельскохозяйственного производства; формирование обобщенной блок-схемы САЗПР; практическая реализация САЗПР в рамках действующей землеустроительной службы. Роль географических информационных систем в автоматизированном проектирова-нии. Создание автоматизированных систем в землеустройстве невозможно без широкого использования географических информационных систем (ГИС) — специализированных компьютерных систем, включающих набор технических средств, программного обеспечения и определенных процедур, предназначенных для сбора, хранения, обработки и воспроизведения большого объема графических и текстовых данных, имеющих пространственную привязку. Основу ГИС составляют электронные карты (планы) местности, базирующиеся на цифровых моделях рельефа (ЦМР), характеризующих трехмерное расположение объектов в пространстве. Заметим, что пространственные данные используются во многих программных продуктах. Но только ГИС обладают широким спектром возможностей для обеспечения многообразных управленческих решений. В частности, они позволяют собирать новую информацию и обновлять уже имеющиеся данные, манипулировать накопленной информацией, производить пространственный и временной ее анализ, моделировать и размещать различные объекты в пространстве, а также выдавать полученные результаты как в компьютерном, так и в традицион­ном виде (в форме карт, таблиц, графиков). Начало развития ГИС относится к концу 60-х годов, но только в 90-е годы эти системы получили самое широкое распространение, что было обусловлено стремительным развитием средств вычислительной техники и снижением ее стоимости, а также появлением мощных периферийных устройств ввода, вывода и обработки информации. Типичные компоненты ГИС приведены на рис. 3. Система ввода данных включает в себя программный блок, отвечающий за получение информации, и соответствующие технические средства: дигитайзеры (цифрователи); сканеры, считывающие изображение в виде растровой картинки; электронные геодезические приборы (тахеометры, теодолиты, нивелиры); внешние компьютерные системы; пользовательские средства ввода (клавиатура, мышь, сенсорные экраны). Любая ГИС работает с двумя типами баз данных: графическими и атрибутивными (тематическими). В графической базе данных хранится графическая, или метрическая, основа системы в цифровом виде — электронные карты. Атрибутивная база данных содержит определенную нагрузку карты и дополнительные сведения, которые относятся к пространственным данным, но не могут быть прямо нанесены на карту (описание территории или информация, содержащаяся в отчетах и спра­вочниках). Оба типа баз данных представляют собой компьютерные файлы особого формата, для работы с которыми применяются специальные программы - системы управления базами данных (СУБД). Они позволяют производить поиск, сортировку, добавление и исправление информации, содержащейся на машинных носителях. Система визуализации данных предназначена для вывода на экран монитора карт, таблиц, схем и иных данных. Система обработки и анализа позволяет соответствующим образом группировать информацию, производить ее оценку и анализировать массивы данных. Система вывода предназначена для представления различных данных в удобной для потребителя форме. Технические средства этой системы включают плоттеры (графопостроители), принтеры, мультимедиапроекторы и другие устройства, с помощью которых можно изготовить текстовые и графические документы, а также наглядно продемонстрировать результаты проделанной работы. Изначально ГИС были ориентированы на принятие управленческих решений, связанных с различными территориальными проблемами. Поэтому в странах Европейского союза, США, Канаде ими оснащались в первую очередь муниципальные власти. В основном решались задачи: картирования местности; учета недвижимости, составления реестров недвижимости (земельных участков, зданий, сооружений) и ее привязки к территории с определением местоположения; перспективного и оперативного планирования развития городов и районов, отдельных территориальных комплексов на основе разработки генеральных планов использования и охраны земель; изучения состояния природных ресурсов, экологического состояния территории и эколого-экономической оценки окружающей природной среды; получения достоверной информации о местоположении и эксплуатации дорог, инженерных сетей, коммунального хозяйства, о природных запасах полезных ископаемых и т. д.; размещения объектов производственной и социальной инфраструктуры, проведения текущего ремонта зданий и сооружений, разработки маршрутов и расписания движения общественного транспорта, налогообложения, планирования инвестиций, разработки планов эвакуации в чрезвычайных ситуациях; контроля за состоянием муниципального хозяйства, осуществления мониторинга земель, контроля систем энерго-, тепло-, водоснабжения и т. п. Таким образом, ГИС не только открывала доступ к данным административного характера (распределение собственности, сведения о налогах и сборах, наличии коммунальных сетей), но и позволяла сформировать единую систему пространственно согласованной информации. Современные ГИС можно разделить на три группы. В первую группу входят особо мощные системы открытого типа, предназначенные для сетевого использования и имеющие многочисленные приложения. Открытость системы обеспечивает пользователю возможность достаточно легкого ее приспособления для решения любых дополнительных задач, адаптацию к новым форматам данных, а также связь между различными приложениями. В этой группе особо выделяются ГИС фирмы Intergraph и система Arc/Info. Они включают блоки цифрования картографического материала в различных режимах, поддерживают большое количество внешних устройств, работают в многоканальном режиме, допускают настройку меню, обладают встроенными языками программирования различного уровня сложности, позволяют писать пользовательские приложения на языках высокого уровня, таких, как Си++ и Pascal. Вторую группу составляют также преимущественно открытые системы, ориентированные на крупномасштабные приложения чаще всего в области геодезии; на ее основе осуществляются различные измерения и вычисления, обеспечивающие пространственную привязку объектов к местности. Данные системы слабее в плане пользовательского интерфейса, возможностей ввода информации, но дешевле и эффективнее при решении конкретных задач. В третью группу входят еще менее мощные ГИС настольного типа на базе обычных персональных компьютеров. Сетевая поддержка в них отсутствует или недостаточна, базы данных ограничены по объему и скорости операций. К ГИС этой группы относятся системы Maplnfo, WinGis, ArcView, AtlasGis, GeoGra/и др. Они предназначены в основном для научных, учебных и справочно-информационных целей, а также для подготовки данных для более крупных ГИС. Развитие систем автоматизированного земельного кадастра, разного рода съемок для учета и оценки земли и связанной с ней недвижимости, систем автоматизированного управления и автоматизированного картографирования (АК) привело к появлению специальных земельно-информационных систем (ЗИС, англ. LIS), которые находят самое широкое применение при проведении землеустроительных работ. Организация использования пашни как основного продуктивного земельного угодья России должна строиться на эколого-ландшафтной основе, использовании данных мониторинга и кадастра земель. Решение этих вопросов в современных условиях возможно при помощи ЭММ и ЭВМ, применения технологий САПР, геоинформационных и экспертных систем. При этом резко возрастают значимость и объемы исходной и нормативной информации, что позволяет использовать новейшие компьютерные технологии. В свете новых требований особенно актуально теоретическое и методическое обеспечение организации и устройства территории севооборотов с применением компьютерных технологий на базе графического землеустроительного проектирования. Для землеустроительных исследований ГИС имеет значение как система сбора, передачи, хранения, анализа, отображения и вывода информации о территории. В частности, технологии САПР и ГИС позволяют накапливать и использовать пространственно скоординированную информацию, связанную с конкретной территорией для целей землеустроительного проектирования. Необходимо отметить, что развитие сельского хозяйства выдвигает новые задачи в области организации использования земель. Так, в проектах землеустройства не решаются в полном объеме вопросы использования материалов внутрихозяйственной оценки пашни, отсутствует методика создания и использования информационного обеспечения для САПР в землеустройстве, недостаточно проработаны принципы и методы формирования землеустроительной САПР, не усовершенствованы методические основы выделения первичных территориальных участков на пашне, отсутствует методика определения структуры посевных площадей на основе внутрихозяйственной оценки земель с применением элементов САПР, нет методических положений по расчету экономической эффективности применения элементов САПР при организации использования пашни и устройстве ее территории. Введение нового законодательства о земле, многообразие форм владения и пользования землей, реорганизация сельскохозяйственных предприятий требуют решения большого объема задач по организации территории. В связи с этим возросла потребность в совершенствовании теории и методов землеустройства в плане использования новых компьютерных технологий. Это одна из приоритетных задач землеустроительной науки и совершенствования технологии землеустроительных работ. В наибольшей степени названным целям удовлетворяет концепция географической информационной системы, получившей название «Глобальная база данных о природных ресурсах Земли» (DRID). Геоинформационные системы сочетают в себе хорошо отработанные технологии реляционных СУБД и компьютерную графику высокого класса в целях управления информацией, описывающей земную поверхность либо относящейся к ней. ГИС позволяют обрабатывать разнообразные типы данных об объектах либо характеристиках земной поверхности — координаты, формы, связки (пространственная информация), описательные сведения и цифры (непространственная информация). Все многообразие данных интегрируется в единую логичную модель. После этого интерактивные, базирующиеся на графике инструменты обеспечивают управление данными, их корректировку, создание запросов, анализ и вывод результатов, то есть все необходимое для ведения и понимания географической и связанной с ней информации. Исходя из сказанного, можно дать следующее определение. ГИС — это аппаратно-программные комплексы, обеспечивающие сбор, хранение, обработку, отображение и распространение пространственно скоординированных данных и иных сведений, относящихся к конкретной территории, для эффективного использования при решении научных и практических задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой а также для познавательных целей в области образования. В рамках программы ООН в области окружающей среды (UNEP) было принято решение о развитии метода, позволяющего свести все разрозненные экологические данные в единую скоординированную систему, внутри которой можно установить связи между различными ее компонентами, необходимыми для проведения всесторонней оценки окружающей среды и принятия научно обоснованных решений. Россия должна использовать опыт таких лидеров в названной области, как Канада, Норвегия, Великобритания, США и Швеция Области применения ГИС очень широки — управление природными ресурсами, сельское хозяйство, ландшафтное планирование, системы информации о земле (кадастры), окружающая среда и землепользование, экология, анализ чрезвычайных ситуаций использование негородских территорий, статистика и моделирование, лесное хозяйство, бизнес, транспорт, индустрия туризма, городское планирование, геология, образование, здравоохранение и др. Независимо от моделируемого типа пространственной информации или конечной прикладной задачи технология ГИС дает следующие преимущества: единая интегрированная модель данных облегчает управление многообразной информацией и избавляет от лишней работы, что ведет к уменьшению числа ошибок и росту производительности труда; возможность вводить запросы и проводить анализ по различным типам пространственных и непространственных данных для решения как простых, так и самых сложных задач, прогнозировать результаты, тестировать варианты (при использовании традиционных методов это не всегда экономически целесообразно). Основные требования к ГИС обычно включают: ввод картографической информации с помощью дигитайзера, сканера, цифровой фотокамеры, мыши, импорт файлов из других систем (в том числе с конвертацией формата данных), полуавтоматическая интерактивная векторизация растровых изображений; управление картографическими и фактографическими базами данных (формирование их архитектуры, обеспечение связи между картографическими и иными объектами, обновление данных, поиск, отбор) поддержка различных типов векторных и растровых информационных слоев, слоев поверхностей и трехмерных объектов; наличие внутрисистемного языка программирования, что позволяет пользователю создавать в рамках системы расчетные программы и другие пользовательские приложения, новые типы информационных слоев, обеспечивать прозрачный доступ к другим базам данных и ГИС, изменять и дополнять пользовательский интерфейс системы; интерактивное и пакетное преобразование систем координат и трансформация картографических проекций на эллипсоиде и шаре, коррекция изображений по опорным точкам; проведение измерений (вычисление длин, площадей, периметров, характеристик формы объекта); построение полигонов, удовлетворяющих определенным условиям удаленности, поиск ближайших полигонов-соседей; осуществление операций над множествами картографических объектов (пересечение, объединение, исключение); операции на графах (сетях): выбор оптимальных маршрутов и др.; построение поверхностей на регулярной и нерегулярной сетях опорных точек и их анализ; работа с картографическими данными в режиме виртуального присоединения, обеспечивающем возможность одновременной согласованной работы в едином координатном пространстве со множеством территорий (каждая из которых может иметь свое внутреннее координатное представление) без дублирования информации и нарушения целостности данных по каждой отдельной территории; построение архитектур геореляционных баз данных с многократной вложенностью территорий друг в друга, что позволяет переходить от картографического объекта к новой территории, являющейся его крупномасштабным представлением; цифровая фотограмметрия и синтез стереоизображений на PC (совмещение стереопары снимков с последующим созданием стереоизображения и устранением геометрических искажений, возникающих при первичной съемке; для конкретных фотограмметрических задач — создание в автоматическом режиме цифровых моделей рельефа в относительных или абсолютных системах координат и проведение линейных измерений; синтез на основе созданной цифровой модели трехмерных полутоновых изображений рельефа и линий уровня; визуализация на персональном компьютере ахроматических или цветных моно- и стереоизображений, используя для создания стереоэффекта анаглифический метод; масштабирование во всех режимах работы с моно- и стереоскопическими изображениями); генерация отчетных форм, включая создание монохромных и цветных карт, зарамочного оформления, монтаж врезок других масштабов и окон, содержащих пояснительные тексты, графические элементы и т. п.; вывод графической и текстовой информации на матричные, струйные, лазерные принтеры, плоттеры, в файлы, экспорт в другие системы (в том числе с конвертацией форматов данных). Информация, которой оперируют геоинформационные системы, состоит из картографической основы и соответствующей ей базы данных. Графическая часть вводится в компьютер разными методами из разных источников. Для оцифровки карт или планов используют дигитайзерный ввод — «скалывание координат» каждого объекта карты. Это трудоемкий, кропотливый процесс, требующий аккуратности оператора, при котором возможны ошиб­ки. Тем не менее, известна технология автоматизации данного процесса: 1) сканирование картографической основы (в результа­те карта хранится в растровом виде, то есть в виде матрицы, где каждый элемент описывает одну точку); 2) оцифровка растра на экране. В зависимости от уровня автоматизации программы, использу­ющие изображение на экране, делятся на векторизаторы и экранные редакторы. Векторизатор производит оцифровку автоматичес­ки. Экранный редактор позволяет заменить дигитайзер и доступен (по цене) для использования в землеустроительных организациях. Все мощные ГИС (GeoDraw, Microstation, Map Edit, EasyTrace, Spotlight, Acrlnfo, Intergraph, Caddy и др.) включают специальные модели поддержки автоматизированного ввода. Однако это дорогостоящие системы, требующие высокопроизводительного оборудования, и поэтому многие пользователи приспосабливают для своих нужд другие программы (например, AutoCAD). Такой подход позволяет свести до минимума затраты на разработку систем автоматизированной оцифровки и приложений к ним. Для целей землеустройства очень важно правильно сформулировать принципы формирования банка данных объекта землеустроительного проектирования и учесть в полной мере особенности используемой в нем информации, характер которой напрямую связан с природными и антропогенными условиями на данной территории. Земельно-информационные системы их использование в землеустройстве. Основное отличие земельно-информационных систем от ГИС заключается в следующем: земельно-информационные системы содержат прежде всего сведения о земельных ресурсах и объектах недвижимости, прочно связанных с землей; информация о земельных участках, содержащаяся в ЗИС, предполагает повышенные требования к точности измерений, ввода и вывода данных, что необходимо для геодезической привязки земель на местности и отражения их на планах (картах); другими словами, земельно-информационные системы являются более точными, чем ГИС; в общую структуру земельно-информационной системы как специального вычислительного комплекса в качестве самостоятельных подсистем входят блоки автоматизированного картографирования, автоматизированного проектирования, управления базами данных, позволяющие не только строить в различном масштабе карты с использованием средств цифровой фотограмметрии и картографии, но и производить различные геодезические действия (вычисление площадей, измерение расстояний, определение координат и др.) с требуемой точностью; основное назначение земельно-информационной системы заключается в обеспечении управления земельными ресурсами на основе учета и анализа данных о земле. Теоретически ЗИС должны являться составной частью ГИС, но, учитывая большие потоки специфической информации, их выделяют в самостоятельные системы. Тем не менее для расширения их возможностей созданы специальные программные продукты (такие, например, как InterGIS), позволяющие производить постоянный обмен пространственными и атрибутивными данными между обоими типами систем. InterGIS является как языком описания, так и форматом обмена данных. Он возник в рамках развития кадастровых съемок и базируется на стандартной технологии реляционных баз данных, которая была расширена элементами пространственного описания (для точек, линий, площадей). Основой функционирования ЗИС являются кадастровые съемки (инвентаризация земель), позволяющие создать скелет территории (например, в виде границ земельной собственности) и различные информационные слои (например, по составу угодий, рельефу местности, гидрографии и др.), что дает возможность принимать различные решения по организации рационального использования и охране земель. При этом кадастровые съемки (инвентаризация земель) гарантируют правильную привязку на местности всей дальнейшей информации, которая закладывается в структуру информационных слоев. Информационный слой — это специальный массив данных, имеющих определенное целевое назначение и соответствующее содержание. С помощью информационных слоев можно решать разные специальные задачи, составлять тематические карты, разрабатывать проекты, связанные с использованием различных ресурсов; в зависимости от интереса пользователя слои могут выводиться на экран компьютера в различных комбинациях, совмещаться, выводиться на плоттер. Схематическую структуру слоев земельно-информационной системы можно представить следующим образом. Как правило, в перечень базовых информационных слоев входят: точки опорной межевой сети; границы земельных владений; данные районирования по типам использования земель; точечные/линейные объекты; рельеф местности; географические названия. Информационный слой «Опорные точки (плановые и высотные)» является базовым как для других информационных слоев ЗИС, так и для прочей информации, имеющей координаты. Опорные точки гарантируют привязку на местности любых объектов на длительные промежутки времени с требуемым качеством. Данный слой может постоянно обновляться с появлением технических средств, дающих более высокую точность измерений. Слой «Границы» фактически создает территориальный каркас местности. Он включает в себя, как правило, административные границы, границы недвижимости и границы самостоятельных и долгосрочных прав (например, права долгосрочной аренды), а также граничные точки. Слой «Использование земель/площадные объекты» представляет собой план фактического использования земель с размещением земельных угодий (пашня, многолетние насаждения, кормовые угодья), построек, водоемов, лесов. Данный слой служит исходной базой для учета земель по угодьям, а при землеустройстве — для составления фактической экспликации земель различных собственников по угодьям с вычислением исходных площадей. Слой «Точечные/линейные объекты» включает данные о размещении объектов, которые на плане показывают в виде точек (колодцы, родники, отдельно стоящие башни, деревья, памятники и др.) и линий (лесополосы, узкие проселочные дороги, мосты, путепроводы, гидротехнические сооружения, высоковольтные воздушные линии, укрепленные берега, наземные трубопроводы и др.). Перечень угодий, точечных и линейных объектов, как правило, устанавливается нормативно-правовыми актами и инструктивными материалами по ведению земельного кадастра, различного вида съемок, землеустройства. Слой «Рельеф местности» представляет собой совокупность высотных точек с указанием отметок высот, мест перегибов рельефа и его форм. На основе этого слоя, а также трех предыдущих слоев может быть построен план местности с горизонталями, используемый при землеустроительном проектировании. Слой «Географические названия» содержит информацию о названиях населенных пунктов, отдельных местностей, урочищ, балок, рек, угодий и т. д. При необходимости для целей регистрации землевладений и землепользовании, землеустройства и земельного кадастра могут создаваться и другие пространственно привязанные информационные слои, в том числе собственников земли, экономической оценки земли, схемы деления карты, границ прибрежных полос и водоохранных зон, границ санитарно-защитных, охранных, буферных и других зон, сетей коммуникаций различного назначения (энергообеспечения, теплоснабжения, канализации, водоснабжения, газораспределения, телекоммуникаций и др.), дорог различного класса и категорий, зон застройки, зон защиты грунтовых вод, линий фасадов, адресов зданий (в качестве привязки осевых линий), названий улиц, номеров домов и т.д. Введение дополнительных слоев возможно до тех пор, пока это не начинает серьезно замедлять обмен данными в системе. ЗИС получили широкое распространение в развитых зарубежных странах, а также в России для решения различных землеустроительных и земельно-кадастровых задач. В частности, их используют при регистрации земельных участков; для получения информации об участке после указания его на карте; для поиска земельного участка или объекта по его номеру или адресу; при установлении перечня объектов, попадающих в заданные области и обладающие определенными свойствами (например, земельных участков, находящихся в водоохранных зонах); при выборе опти­мальных маршрутов перевозок грузов и т. д. При ведении земельного и имущественного кадастров ЗИС применяют для выделения различных территориальных зон при районировании, оценке земель и объектов недвижимости, создании экономического механизма регулирования земельных отношений (посредством налогообложения, регулирования земельного рынка и т.д.). При мониторинге земель эти системы используют для паспортизации земельных участков, оценки экологического состояния территории (загрязненности почвенного покрова и растительности тяжелыми металлами, радионуклидами и т. п.), для выявления источников загрязнения и анализа размещения объектов, загрязняющих территорию, при моделировании процессов распространения загрязнений в поверхностных и подземных водах и атмосфере, при решении задач масс-энергопереноса, для контроля за использованием и охраной земель. Но особо важное значение ЗИС имеют в землеустройстве. Они могут быть весьма полезны при решении следующих землеустроительных задач: обновление (корректировка) планово-картографического материала; проведение землеустроительного обследования территории; инвентаризация земель; межевание земель (установление, восстановление и закрепле­ние на местности границ земельных участков); землеустроительное проектирование (в межхозяйственном и внутрихозяйственном землеустройстве, при рабочем проектировании); проведение агроэкологического, эколого-ландшафтного, эколого-хозяйственного и других видов зонирования территорий для целей землеустройства в сельской местности; осуществление землеустроительных работ в населенных пунктах, составление планов земельно-хозяйственного устройства городов, градостроительное зонирование и проектирование; планирование использования и охраны земель на уровне административно-территориальных образований (земель сельских, поселковых и городских администраций, административных районов, субъектов Федерации, страны в целом). Следует также иметь в виду, что данные, получаемые в ходе проведения землеустроительных работ, служат для пополнения и обновления информации, содержащейся в ЗИС. Например, после составления проекта межхозяйственного землеустройства, связанного с перераспределением земель, появляются новые землевладельцы и землепользователи. Данные о них и закрепленных за ними земельных участках вносятся в ЗИС и в дальнейшем используются для различных управленческих задач, связанных с использованием земель. Заметим, что изменение прав собственности на землю может происходить и без изменения границ участков. Например, если собственник земли продает свой участок, то покупатель, совершив сделку купли-продажи, становится новым собственником, лишь зарегистрировав в установленном порядке эту сделку и оформив соответствующие регистрационные документы. Только после этого в качестве нового земельного собственника он может быть внесен в земельно-информационную систему (в реестры собственников и земельных участков). Полного перечня землеустроительных работ (установления границ, определения местоположения и площадей участка) в данном случае не требуется, так как все они уже были сделаны прежде. Тем не менее сама процедура изменения землевладельца носит землеустроительный характер и требует оформления землеустроительного дела (соответствующей землеустроительной документации), которое служит основанием для изменения прав собственности на землю. При построении земельно-информационных систем и использовании их данных применяются различные разделы математики, такие, например, как геометрия, тригонометрия, теория графов, исследование операций, сетевое планирование и управление, математическое программирование, математический анализ (особенно для анализа изображений и распознавания образов с помощью сложных аналитических функций). Для создания ЗИС широко используются данные математической картографии; результаты дистанционных исследований с самолетов и космических летательных аппаратов; фотограмметрических работ с применением аналоговых и цифровых приборов; данные геодезии и топографии, полученные с использованием электронных тахеометров, полевых компьютерных систем, GPS-средств.