Автоматика.
    Автоматизация.
        Электротехнические
            комплексы и системы.

УДК 681.3

ОСНОВНІ ПРИНЦИПИ ПОБУДОВИ МУНІЦИПАЛЬНОЇ

ГЕОІНФОРМАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ

Ходаков В.Є., Бараненко Р.В.

Постановка проблеми

Формування ринкової економіки привело до необхідності побудови нових взаємин як регіонів з центром, так і між регіонами й усередині окремого регіону [1]. На зміну старим прийшли нові методи господарювання і управління.

Однією з найголовніших проблем являється проблема управління муніципальним господарством, тому що від її оптимального вирішення залежить ступінь наповнення муніципального бюджету та економічна привабливість міста для потенційних інвесторів.

Аналіз останніх досліджень

Питання побудови ГІС розглядалися в літературі [2-4], пропонувалися моделі побудови таких систем і обробки даних у них [5,6], однак муніципальним геоінформаційним системам було приділено недостатньо уваги. У [7-9] не були розглянуті аспекти проектування, були відсутні будь-які рекомендації і методи побудови таких систем. У [10] була прийнята спроба усунути ці недоліки, але питання проектування муніципальних ГІС залишаються відкритими і донині.

Мета статті

Метою роботи є формулювання основних принципів, властивостей, функцій і вимог, що висуваються до побудови муніципальних геоінформаційних систем та пропозиція методів їхньої реалізації.

Основний матеріал

Сформована в Україні система територіального управління за рядом параметрів уже не відповідає сучасним вимогам [11]:

1. Існуюча система внутрішньовідомчих нормативів дозволяє кожному міністерству створювати повнопрофільне та відособлене від інших інформаційне середовище (суб'єкти управління практично не обмінюються первинними даними, або оперативність такої взаємодії не висока).

2. Цілі управління слабко зв'язані з регламентом збору інформації про об'єкти, що управляються, у результаті чого ефективність спостережливих мереж недостатня. Так, за даними [12], для адекватного керування середньостатистичним містом, в інформаційну систему необхідно ввести близько 1200 показників, а реально можна одержати інформацію не більш ніж по 300.

3. Слабке використання сучасних управлінських технологій не дозволяє впровадити в практичну діяльність органів влади математичні моделі, оптимізаційні задачі і т.д.

4. У керуванні територіальним розвитком переважають адміністративні й практично не використовуються економічні та еколого-економічні методи, що знижує стимул до раціонального господарювання.

5. Нормативно-правова база, що регламентує відносини суб'єктів управління (у т.ч. їхню інформаційну взаємодію), у даний час достатньо суперечлива. Це приводить до порушення принципу узгодження інтересів, а також до збільшення ролі суб'єктивних факторів у питаннях міжвідомчого обміну інформацією про стан об'єктів і територій, що управляються.

У зв'язку з цим останнім часом з'явився попит на ефективні й у той же час м'які управлінські технології, тому що ефективність управління муніципальним господарством залежить, у першу чергу, від обраної стратегії управління. Стратегічний підхід дозволяє керівникам уникнути нав'язування якоїсь однієї моделі управління й необхідності усім під неї підстроюватися і ставати заручником неадекватної логіки дій. Стратегічний підхід дозволяє зв’язати різнонаправлені цілі, різноманітні ресурси в межах одного потоку діяльності, замість примусу й насильства перейти до співробітництва і розуміння [13]. Вироблена стратегія багато в чому визначає зміст основних напрямків діяльності органів місцевого самоврядування [14].

Місто являє собою складну соціально-економічну і територіальну систему, складниками якої є:

• населення;

• географічне середовище;

• містовідтворююча база, що задовольняє потреби соціально-економічної системи більш високого порядку;

• містовідтворююча база, що забезпечує функціонування, збереження й розвиток міста.

Крім того, у структурі міста можуть бути виділені комплекси, що також є об'єктами управління:

• містобудівний та будівельний;

• транспортно-дорожній (транспортна система);

• міське господарство;

• нерухомість;

• соціальний;

• зовнішньоекономічний;

• фінанси й інші.

У кожному комплексі варто розглядати окремі його елементи: підприємства, організації, установи, території (район, мікрорайон, квартал) та інші.

У змінившихся соціально-економічних і геополітичних умовах кожному місту необхідно заново визначити шляхи розвитку й свою роль у країні та світі. Це може бути досягнуто тільки на основі стратегічного планування розвитку міста.

У рамках стратегічного планування міста варто визначити:

• стратегічні цілі й пріоритети розвитку;

• стратегію економічного розвитку на основі аналізу сильних і слабких сторін міста, програму дій міської адміністрації по підтримці економіки;

• стратегію просторового розвитку, включаючи розвиток транспортно-дорожньої інфраструктури.

Необхідно також скоординувати розробку стратегічних програм за конкретними напрямками розвитку.

У відповідності зі стратегічним підходом органам влади для прийняття максимально обґрунтованих управлінських рішень по розвитку міста необхідно надати повну об'єктивну інформацію про міські ресурси, а також можливість прогнозування наслідків прийнятих рішень. Тому треба мати відображення структури географічних даних міста, яка швидко змінюється, у цифровій формі, оскільки дані, представлені на паперовому носії, швидко застарівають [10].

Основу муніципального господарства міста складають земельні ділянки, будинки, комунікації - міські ресурси. Величезна кількість інформації про міські ресурси, що носить територіально-розподілений характер, вимагає значних фінансових витрат на її збір і обробку.

Створення системи, що дозволяє, з одного боку, надати наочну інформацію про наявні ресурси, з іншого боку – запропонувати ефективні методи по їх розподілу, може значно полегшити реалізацію стратегії управління муніципальним господарством.

У містах України застосування комп'ютерів для управління міськими територіями, ведення кадастрів, аналізу ринкових тенденцій у рамках міста досить обмежене [15]. Аналіз змісту задач управління міським господарством показує, що тільки муніципальна геоінформаційна система (МГІС), побудована на базі сучасних засобів зв'язку й обчислювальної техніки, дозволить на основі достовірних й оперативних даних оптимізувати підготовку і процедуру прийняття рішень як управлінських органів, так і міських структур з наступним контролем їхнього виконання. За прототип такої системи можна взяти систему ЛІСОІ, впроваджену в м. Львові [16].

Геоінформаційні системи поєднують традиційні операції при роботі з базами даних - запит і статистичний аналіз - з перевагами повноцінної візуалізації та географічного (просторового) аналізу, що надає карта. Ця особливість дає унікальні можливості для застосування ГІС у рішенні широкого спектра задач, зв'язаних з аналізом явищ і подій, прогнозуванням їхніх ймовірних наслідків, плануванням стратегічних рішень.

Дані в геоінформаційних системах зберігаються у вигляді набору тематичних шарів, що об'єднані на основі їхнього географічного положення. Цей гнучкий підхід і можливість геоінформаційних систем працювати як з векторними, так і з растровими моделями даних, ефективний при рішенні будь-яких задач, що стосується просторової інформації.

ГІС відрізняють:

·   розвинені аналітичні функції;

·   можливість керувати великими обсягами даних;

·   інструменти для введення, обробки і відображення просторових даних.

Ключові переваги геоінформаційних систем:

·   зручне для користувача відображення просторових даних;

·   інтеграція даних усередині організації;

·   прийняття обґрунтованих рішень;

·   зручний засіб для створення карт.

Складові геоінформаційних систем:

·   апаратні засоби;

·   програмне забезпечення;

·   дані.

Операції, здійснювані ГІС:

·   введення даних;

·   керування даними;

·   запит і аналіз даних;

·   візуалізація даних.

Відкритість муніципальних ГІС є концептуальною основою для комунікаційних процесів. Вона визначає всі задачі, що розв'язуються при організації ефективної взаємодії різних інформаційних систем.

Використання пошарової моделі проектування муніципальної ГІС має численні достоїнства, як при розробці конкретної системи, так і при організації обміну даними між різними системами:

• полегшує рішення складних задач, розбиваючи їх на декілька незалежних рівнів, зв'язаних між собою за допомогою спеціально розроблених стандартних інтерфейсів, що спрощує взаємодію;

• оскільки безлічі операцій на різних рівнях не перетинаються, те це дає можливість розроблювачеві зосередиться лише на реалізації функцій одного рівня.

Для прийняття управлінських рішень, що визначають процеси міського розвитку, необхідна інтеграція відомостей про усе, що створено й існує на поверхні (ґрунт, рослинність, забудова, транспортні магістралі), під поверхнею землі (геологія, гідрогеологія, тектоніка), а також над поверхнею (мікроклімат, стан повітряного басейну, екологія та ін.). Важливі також показники про населення, економічну базу, генеральні схеми водо-, газо-, тепло-, електропостачання, характери внутрішньоміських та зовнішніх зв'язків, несучу здатність ґрунтів, інженерно-технічні умови в освоєнні площадок під будівництво та ін.

Роль постачальників ресурсної інформації для системи управління грають кадастри (реєстри), як частини МГІС.

Кадастр - це систематизований звід документованої інформації про майно (у т.ч. нерухомість), що знаходиться на визначеній території, і - що істотно - про права на це майно.

Будь-який кадастр невідривно зв'язаний з поняттям обліку, оцінки стану і використання об'єктів, що враховуються, тобто, будь-яка кадастрова діяльність припускає виділення однорідних об'єктів обліку, з використанням кількісних та якісних характеристик.

Вміст кадастрової інформаційної системи звичайно визначається, з одного боку, нормативними документами загальнодержавного рівня, а з іншого боку – регіональними задачами. Аналіз цих вимог дозволяє виділити дві взаємозалежні складові інформаційної бази міських кадастрових систем.

Перша складова - установлена державою система обліку, реєстрації й оцінки кадастрових об'єктів.

Друга складова - дані, що представляють особливий інтерес для рішення задач на муніципальному рівні.

Наприклад, для міського земельного кадастру: перша складова спрямована на регулювання земельних відносин і включає відомості про правовий, господарський і природний стан земель (технічний, економічний і правовий опис земель). Це досить стабільна, в основному семантична частина інформаційної бази, що обов'язкова для всіх підрозділів, відповідальних за земельний кадастр поселення. У першу чергу, сюди відноситься правова і реєстраційна інвентаризація - виділення кадастрових районів, зон, ділянок, присвоєння кадастрових номерів, підтримка адресного реєстру і т.д. Ця інформація порівняно рідко обновляється, і тут основні проблеми полягають у забезпеченні первісного заповнення бази. Друга складова – дрібномасштабні картографічні шари, зони містобудівної цінності, підтримка виборчих кампаній, а також всі аспекти земельного кадастру, що зв'язані з земельними платежами й операціями з земельними ділянками, що дають доход у бюджет, - земельний податок, орендна плата, нормативна ціна землі і т.п. Зміна цих даних відбувається значно частіше. По цих змінах потрібно зберігати історію. Більш того, на місцевому рівні часто виникають нові задачі, що вимагають доповнення кадастрової бази як новими атрибутами, так і новими векторними шарами з відповідною семантикою.

Отримана за допомогою містобудівного кадастру інформація гарантує інвесторові надійність його вкладень, дозволяє раціонально розпорядитися засобами, не побоюючись випадкових "відкриттів" у ході земельних робіт.

Створення муніципальної геоінформаційної системи забезпечить організації, що проводять кадастровий облік об'єктів нерухомості і реєстрацію прав на об'єкти нерухомості, інформацією, необхідної для проведення ними масової й індивідуальної оцінки об'єктів нерухомості, даними про стан і розвиток територій населених пунктів.

Задача містобудівного кадастру саме і полягає в тому, щоб інтегрувати всю інформацію про території. Частина цієї інформації повинна використовуватися як інформаційне забезпечення лотів при продажі прав на об'єкти нерухомості. Продати сьогодні земельну ділянку без даних про те, що лежить під землею, знаходиться на ній і над нею – неможливо, тим більше великому грамотному інвесторові.

Світова практика показує, що комплексні інформаційні системи в області містобудування є невід'ємною частиною сучасного управління; без їхнього створення неможливий оптимальний розвиток міст, формування ринку землі і нерухомості, а також розвиток інвестиційного процесу.

Крім безсумнівної користі в полегшенні рішення цілого ряду містобудівних проблем, варто врахувати, що економічна ефективність впровадження подібних систем на Заході оцінюється на рівні 12 доларів прибутку на 1 долар витрат. Саме тому ефективність кадастрових систем на основі сучасних інформаційних технологій визнана в усьому світі і є надійним інструментом поповнення міської скарбниці.

Процес побудови будь-якої інформаційної системи можна представити у вигляді схеми, що містить 7 етапів (рис. 1), що визначають створення системи від постановки задачі до її реалізації [5].

Рис. 1 Схема побудови автоматизованої системи

Перший етап - формування основних вимог до системи на словесному (вербальному) рівні без належної формалізації.

Другий етап - визначення концепції рішення проблем і задач або побудови системи.

Третій етап - деталізація загальної задачі створення і застосування системи, визначення системи описів для переходу від словесних формулювань до схемного або логічно взаємозалежного опису функцій і задач системи, що дозволить розбити систему на основні складові її частини. Говорячи іншими словами, здійснюється формалізоване представлення взаємозв'язку частин і процесів системи. У результаті визначиться структурна схема системи.

На перших трьох етапах відбувається формування інфологічної моделі.

Четвертий етап - алгоритмізація методів і рішень задач, що стоять перед системою, вибір моделей даних, математичних й технологічних рішень.

П'ятий етап - оптимізація рішень, здійснювана на основі додаткового дослідження предметної області і специфіки розв'язуваних задач. Цим закінчується побудова системи на логічному рівні проектування.

Шостий етап - реалізація системи. У термінах проектування говорить про перехід до фізичного рівня побудови системи.

Сьомий етап - модернізація створення інформаційної системи (у тому числі МГІС), що передбачає облік можливих ситуацій функціонування, а також тенденцій розвитку програмно-технологічних засобів.

Процес розробки МГІС можна інтерпретувати як пошук оптимальної структури системи шляхом розбивки її на підсистеми, використовуючи принцип декомпозиції. При цьому реалізується концепція розробки "зверху донизу".

Побудова схеми узагальненої ГІС можна здійснити на основі аналізу вхідних/вихідних інформаційних потоків, що функціонують в автоматизованій системі [5].

Сукупність вхідних і вихідних даних ГІС може бути представлена у виді незалежних технологічних сукупностей трьох груп: збору, моделювання і збереження, представлення. Дійсно, збір інформації виробляється незалежно від збереження даних. Дані зберігаються незалежно від процедур збору і представлення інформації. На представлення інформації в тій або іншій формі дається завдання незалежне від способів моделювання.

Ці умови є достатніми для того, щоб представити вхідні  і вихідні  потоки узагальненої ГІС у виді незалежних сукупностей (у формі декартових добутків):

де         - технічне завдання на збір інформації;

 - технічне завдання на збереження, відновлення і моделювання;

 - технічне завдання на представлення даних після остаточної обробки;

 - безліч первинних даних, що вимірюються або збираються з допомогою різних технологій;

 - безліч уніфікованих даних, одержуваних після збору і первинної обробки;

 - цифрова модель місцевості, збережена в базі даних ГІС;

 - цифрова модель карти, згенерована для візуального представлення на дисплеї або для друку.

Цифрова модель карти являє собою відображення цифрової моделі місцевості за допомогою засобів комп'ютерної візуалізації. У цій системі аналогом цифрової моделі місцевості виступають об'єкти бази даних і графічна інформація, аналогом цифрової карти - проект (карти). Для відображення проекту здійснюють перетворення проекту в креслення - генерацію креслення. Візуальному представленню  відповідає згенероване креслення. Іншими словами,  можна визначити як результат формування  для візуального відображення у виді карти.

Безліч  являє собою складну сукупність даних, одержуваних за допомогою різних технологій: за фотознімками, геодезичними методами на місцевості, з карт, за допомогою систем GPS (Global Position System), з архівних табличних даних і т.д.

На основі загальної теорії систем з урахуванням виразу (1) узагальнену ГІС можна представити у виді стратифікованої трьохрівневої структури [5]:

де         - системний рівень збору і первинної обробки інформації;

 - системний рівень моделювання, збереження і відновлення;

 - системний рівень представлення даних;

 - нормативні вимоги до даних при моделюванні і представленні інформації відповідно; вони є аналогами проміжних висхідних інформаційних потоків.

Для концептуальної побудови ГІС згідно (2) необхідно визначити , тобто інформаційну основу.

Функціонування узагальненої ГІС відповідно до її формалізованого опису (2) здійснюється в такий спосіб. На першому системному рівні () відбувається збір первинних даних , одержуваних за допомогою різних методів і технологій і тому мають різні структуру, формат і представлення. У ході первинної обробки ці різнорідні дані коректуються й уніфікуються. У результаті формується якась уніфікована підмножина даних , що частково зберігається у виді архівів і цілком передається на рівень моделювання і збереження

На другому системному рівні () здійснюються: аналіз уніфікованої інформації , встановлення зв'язків між частинами моделі; усунення надмірності, якщо така мається; перевірка на цілісність і несуперечність даних; визначення первинних і зовнішніх ключів; формування метаданих і т.д. Підмножина  містить необхідні дані для побудови цифрової моделі місцевості, що зберігається в базі даних у виді сукупності графічної і символьної інформації.  є основою для рішення прикладних задач на базі різних методів моделювання. Ці процеси також відбуваються на рівні . У результаті обробки сформована цифрова модель або результат її використання підготовляються для візуального представлення. Для цього вона передається на третій системний рівень.

На третьому системному рівні () перетвориться в цифрову модель карти, що і є основою представлення інформації.

Аналізуючи групи задач обробки даних на трьох системних рівнях, можна відзначити наступне [5].

На першому рівні найбільше широко представлені задачі первинної обробки інформації: розпізнавання, структуризації, декомпозиції, компонування, вимірювання, контролю, уніфікації.

Для другого рівня визначальними є задачі типізації, геометричного перетворення, експертного типу, побудови цифрових моделей, синтезу і т.п.

На третьому рівні найбільш значимі задачі оптимізації, компонування, синтезу і т.п.

Природно, що різні задачі і методи моделювання можуть у різному ступені бути присутніми на кожному рівні, але вид рівня визначає їхнє значення.

Висновки

Авторами сформульовані основні принципи побудови муніципальних геоінформаційних систем, перелічені основні вимоги, що висуваються до таких систем, й основні переваги використання ГІС та рекомендоване використання стратегічного підходу для управління муніципальним господарством.

1.                  Єпіфанов А.О., Сало І.В. Регіональна економіка. – К.: Наукова думка, 2000. – 343 с.

2.                  Н.В. Коновалова, Е.Г. Капралов Введение в ГИС. – М.: Комитет ГИС-образование, ГИС Ассоциация, изд. 2-е доп., 1997. – 112 с.

3.                  А.В. Кошкарев, В.С. Тискунов Геоинформатика / под ред. Д.В. Лисицкого – М.: Картгеоцентр - Геоиздат, 1993. – 213 с.

4.                  А.М. Берлянт Образ пространства: карта и информация. – М.: Мысль, 1986. – 240 с.

5.                  Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. – М.: Финансы и статистика, 1998. – 288 с.

6.                  Б.С. Бусыгин, И.Н. Гаркуша, Е.С. Серединин, А.Ю. Гаевенко Инструментарий геоинформационных систем (справочное пособие). – К.: 2000. – 105 с.

7.                  А.В. Скворцов ГрафИН – интегрированная ГИС широкого назначения // ГИС – Обозрение – 1999, №4.

8.                  О. Блінкова ГІС, „Граніт” і капітальне будівництво // PC Week/ RE – 2000.

9.                  А.М. Ставицкий Пилотная ГИС для Калининградской области // ГИС – Обозрение – 1998, №4.

10.              В.Є Ходаков, А.В. Шеховцов, Р.В. Бараненко, С.М. Підмогильний Передумови побудови муніципальної геоінформаційної системи // Вісник ХДТУ – Херсон: ХДТУ, 2004, №19, С.291 – 297.

11.              С.А. Карпенко Региональная система управления социально-экономическим развитием как объект изучения // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского Серия „География” – Симферополь: ТНУ, 2001, Том 14, №1. - С.63 – 69.

12.              Тимчук Н.Ф. Автоматизация планирования комплексного развития регионов. – К.: Технiка, 1986. – 188 с.

13.              Дорофиенко В.В., Ивлева А.В. Общий контекст формирования стратегического подхода к муниципальному управлению // Матеріали VII Міждународної науково-практичної конференції „Наука і освіта ’2004”. – Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2004.

14.              Лычкина Н.Н. “Моделирование социально-экономического развития регионов” – М.: Компьюлог,1999.

15.              В.В. Сальдо, А.В. Шеховцов Стратегия управления городом – создание и функционирование СУБД города // Вестник ХГТУ – Херсон: ХГТУ, 2003, №2 (18), С.179-183.

16.              І. Парасюк, Е. Захарко Львівська інтегрована система обробки інформації та муніципальна ГІС – проблеми становлення й впровадження // Вісник ГІС-Асоціації України – 1999, №2.