Разработка методики геоинформационного обеспечения кадастровых работ в целях управления недвижимым комплексом федеральных автомобильных дорог

Во введении приведены основные цель и задачи исследования, акту- альность, научная новизна, теоретическая и практическая значимость.
Раздел 1 посвящен теоретическим и методическим основам кадастро- вого учета, мониторинга, инвентаризации и информационного обеспечения автомобильных дорог.
Дорога является сложным единым имущественным комплексом, включающим в себя: земельные участки автомобильных дорог; конструк- тивные элементы дорог; защитные дорожные сооружения; искусственные дорожные сооружения; производственные объекты; элементы обустройства автомобильных дорог (рисунок 1).
Рисунок 1 – Конструктивные элементы автомобильной дороги
В работе выявлены особенности и проблемы (рисунок 2) кадастрового учета земельных участков (далее – ЗУ), объектов капитального строительства (далее – ОКС), а также зон с особыми условиями использования территории (далее – ЗОУИТ), входящих в состав автодорог. Ряд особенностей связан с протяженностью, большим количеством объектов учета, технологической
8
тесной связью всех составных элементов автомобильных дорог. Сложности государственного кадастрового учета (далее – ГКУ) и государственной реги- страции прав (далее – ГРП) обусловлены отсутствием качественного госу- дарственного регулирования данных процессов на линейных объектах.
Рисунок 2 – Классификация проблем формирования сведений об объектах автомобильного транспорта при ГКУ и ГРП
Автором предложена схема кадастрового деления (рисунок 3), в кото- рой транспортная сеть является каркасом Единого государственного реестра недвижимости (далее – ЕГРН). Однако данное предложение требует допол- нительной законодательной проработки.
Рисунок 3 – Схема предлагаемого кадастрового деления территории
Данная схема кадастрового деления обеспечит выделение земельных участков полос отвода автомобильных дорог в единую систему.
В настоящее время федеральные автомобильные дороги регистрируют- ся как объекты капитального строительства. Однако, по сути, являются едиными недвижимыми комплексами (ЕНК). На современном этапе юриди-
чески не урегулирован вопрос, какие объекты должны входить в состав ЕНК. Ряд особенностей, связанных с неделимостью ЕНК, не дает возможности активно использовать данную структуру в описании недвижимости.
В связи с распространённым нецелевым использованием полос отво- да автодорог, автором обоснована необходимость мониторинга использо- вания автодорог для наблюдения за законностью использования, экологи- ческой ситуацией и др.
Особое внимание в исследованиях уделено зонам с особыми условиями использования территории (придорожным полосам) и нормированию пара- метров полосы отвода и придорожной полосы в зависимости от категории дороги. Автором выдвигается предложение по законодательному совершен- ствованию данного вопроса в части необходимости установления придорож- ных полос в границах населенных пунктов.
Вышеперечисленные работы осложняются протяженностью, большим количеством объектов учета, наличием реестровых ошибок, поэтому земель- но-имущественный комплекс автодорог нуждается в эффективном средстве визуализации и пространственного анализа.
Заключительная часть раздела посвящена анализу существующих геоинформационных систем, применяемых для рационального управления недвижимостью.
В результате проведенного анализа и сравнения систем по ряду крите- риев определено наиболее эффективное средство сбора, обработки, хранения и визуализации данных – геопортал. Обозначены его основные преимуще- ства: доступ к системе через сеть Интернет; беспрепятственный поиск по наборам данных; возможность масштабирования, перемещения, постановки меток; доступ к данным и метаданным с различных устройств, в том числе телефонов и планшетов; оперирование большим объемом информации.
В работе проведен критический анализ системы учета имущественного комплекса автодорог в прикладной системе «Управление госимуществом и земельными ресурсами» Федерального дорожного агентства, который показал, что система является малоинформативной из-за табличного отображения семан- тических данных без возможности поиска и привязки информации к карте, а также нестабильной работы самой карты. Система имеет ограниченный доступ. Таким образом, по результатам исследований в первом разделе выявлена необ- ходимость разработки средства и методики ГИО управления земельно-
имущественным комплексом автодорог с применением интернет-технологий. 10

Раздел 2 посвящён картографо-геодезическому обеспечению управле- ния недвижимым комплексом автомобильных дорог.
Исследована специфика создания и актуализации планово- картографического материала (далее – ПКМ) для внедрения пространствен- ной основы в средство ГИО управления имущественным комплексом авто- дорог. Предложена интеграция модуля выбора метода создания ПКМ в зави- симости от протяженности объекта и необходимой точности получения пространственных данных (рисунок 4).
Космическая съемка является базовым методом получения пространствен- ных данных. Для проведения более высокоточных измерений предлагается ис- пользование аэрофотосъемки с беспилотного летательного аппарата (далее – БПЛА) и спутниковых измерений с использованием сетей дифференциальных геодезических станций (далее – СДГС) как наиболее подходящих методов опера- тивного получения данных о линейных объектах.
Рисунок 4 – Методы создания планово-картографического материала
В работе производен расчет оптимальных параметров при выполнении фотограмметрических работ на автомобильных дорогах.
С целью минимизации затрат на производство работ исследовано влия- ние количества опорных точек и их геометрии (П-образная, W-образная) на точность цифровой модели местности. В качестве опорных точек предлагает- ся использовать километровые столбы и межевые знаки, закрепляющие по- лосу отвода на местности.
Для получения пространственных данных по результатам аэрофотосъем- ки с БПЛА в целях проведения кадастровых работ и мониторинга полосы отво- да предлагается использование 5 опорных точек на 1 км автомобильной дороги, расположенные W-образной конфигурацией.
Также исследованы существующие на территории г. Москвы и Москов- ской области сети дифференциальных геодезических станций, применяемые для определения пространственных характеристик объектов. Выполнено иссле- дование зависимости точности определения координат характерных точек от применяемого спутникового оборудования и метода формирования поправок в режиме реального времени (RTK). По результатам полевых измерений была выполнена оценка точности.
Согласно полученным результатам, оборудование PrinCE i90 обеспечило наиболее высокую точность определения координат, а приемники Trimble R-8 и S-Max Geo не приняли сигнал в просеке леса, что говорит об ограниченных возможностях их применения на застроенных и залесенных территориях.
В работе дополнительно проведено сравнение коммерческих и государ- ственных СДГС (СНГО, TopNet, SmartNet, EFT-Cors, PrinNet, RTK-Net) по различным параметрам. Проведена оценка точности геодезических измере- ний, на основании которой сделаны следующие выводы: сеть TopNet обеспечи- ла наилучшие показатели точности плановых координат; сеть PrinNet является наиболее стабильной и обеспечивает получение решения с высокой точностью, вне зависимости от метода формирования поправок. Однако официальное использования данных возможно только в случае регистрации СДГС в феде- ральном фонде пространственных данных.
Результаты исследования подтвердили возможность использования СДГС для проведения геодезических работ на автодорогах. Метод формирова- ния поправок не оказывает существенного влияния на точность результатов.
Многообразие способов получения пространственных данных для со- здания ПКМ является причиной возникновения проблемы выбора наиболее эффективной технологии. В соответствии с этим в рамках диссертационного исследования разработана методика выбора технологии создания и актуали- зации ПКМ, которая включила в себя следующие этапы:
1. Определение возможности применения того или иного метода в зави- симости от вида работ и требуемой точности.
2. Анализ рынка геодезических услуг и составление сводных таблиц, со- держащих в себе временные и ценовые показатели в зависимости от протяжен- ности объекта и точности определения координат.
3. Вывод формулы коэффициентов зависимости времени и стоимости от протяжённости объекта и требуемой точности.
4. Составление сводных таблиц коэффициентов эффективности.
5. Вывод формулы коэффициента эффективности метода создания ПКМ.
6. Апробация методики и выдвижение предложений по её автоматизации.
Результатом стали таблицы коэффициентов и формула эффективности
способа создания планово-картографического материала:
где
(1)
K – коэффициент эффективности для заданной точности и протяженно- сти; А – среднее арифметическое по всем способам; Sn, tn – показатели стои- мости и времени для заданного интервала протяженности; n – количество способов.
Методика была апробирована на участках дорог, различающихся по
протяженности, категории земель и внешним факторам. Для данной методи-
ки предложен блок автоматизации вычислений, представленный в работе.
С целью создания пространственного каркаса ЕНК предлагается внед- рение специальной геодезической сети, состоящей из километровых столбов
и межевых знаков, обозначающих границу полосы отвода (рисунок 5).
Рисунок 5 – Схема специальной автодорожной геодезической сети
Сеть предназначена для выполнения кадастровых, мониторинговых и инвентаризационных работ (далее КМИР), навигации по ЕНК, актуализации сведений, интеграции геодезических данных и пикетажных адресов.
В работе проанализированы и предложены составные элементы ЕНК ав- томобильных дорог, основные характеристики и условные обозначения для под- готовки межевых и технических планов. Для автоматизации аэрофотосъемки, мобильного лазерного сканирования, привязки объектов к геодезической сети предлагаются специальные насадки на межевые и километровые знаки (рисунок 6).
Рисунок 6 – Проект закрепления опознака на километровом указателе и межевом знаке
Результатом второго раздела стали разработанные геодезический кар- кас и составные элементы ЕНК, а также методика выбора технологии созда- ния и актуализации ПКМ, которая позволяет сделать выполнение картогра- фо-геодезических работ более эффективным.
Раздел 3 посвящен разработке системы ГИО управления недвижимым комплексом дорожной инфраструктуры. Средство ГИО автодорог предложе- но создавать на основе четырёх составных модулей, отвечающих концепту- альным требованиями и информационным потребностям заказчиков и потен- циальных пользователей системы (рисунок 7).
Рисунок 7 – Основные модули геоинформационной системы автомобильных дорог
Базу данных геопортала автомобильных дорог формируют сведения о сле- дующих объектах: земельные участки, придорожные полосы, объекты капиталь-
ного строительства, километровые столбы, межевые знаки, границы муниципаль- ных образований, объекты дорожного сервиса, границы полосы отвода в соответ- ствии с правоустанавливающими документами и др. Предложена новая концепция сбора, анализа, фильтрации и обновления данных, представленная на рисунке 8.
Рисунок 8 – Концептуальная схема сбора, анализа и обновления данных
Информация об объектах учета хранится в системе «послойно», для этого используются реляционные базы данных (PostgreSQL и др.). Таблицы содержат в себе перечень метаданных, необходимых для полного представления простран- ственной и семантической информации.
Установлено, что хранение в базе данных документации информационных моделей ОКС и топографических планов нецелесообразно, так как может приве- сти к сбоям в работе Интернет-ресурса. Для целей хранения объемных файлов рекомендуется использование облачных хранилищ.
Информация в системе отображается в векторной форме (пространствен- ные данные) и табличном виде (семантические данные). Структура базы данных представлена на рисунке 9.
Рисунок 9 – Структура базы данных
В настоящее время пользователь автомобильной дороги должен вести ин- формационную модель ОКС. Информационное моделирование в РФ является сравнительно новой практической областью, в связи с чем были проанализиро-
ваны процессы формирования, ведения и внедрения информационных систем ОКС. Предлагается интеграция модуля информационной модели ОКС (рисунок 10)
в средство ГИО с целью организации данных жизненного цикла автомобильной дороги. Основные форматы данных информационных моделей – XML, ODT, PDF/A, ODS, LandXML, IFC.
Рисунок 10 – Этапы формирования информационной модели ОКС
Проведенное в диссертации исследование доказало необходимость геоинформационного поддержания данной области, а также внедрение более четких технических стандартов и требований к самим моделям.
Алгоритм геоинформационного обеспечения адаптирован к недвижимому комплексу автодорог (рисунок 11). Геоинформационное обеспечение кадастро- вых работ заключается в проведении анализа топологической связи объектов, входящих в состав автомобильной дороги. В «буферных зонах» автомобильных дорог выявляются объекты, не поставленные на ГКУ и имеющие наложение зе- мельных участков и ОКС и др. После их обнаружения принимается решение о
16

необходимости проведения кадастровых работ и осуществляется техническое сопровождение подготовки документации.
Геоинформационное обеспечение мониторинговых работ происходит за счет анализа растровых изображений космических снимков. Анализ может проводиться в границах полос отвода, где допустимыми является следующие постоянные значения индексов NDVI: 0,5% – искусственные материалы (бетон и асфальт); от 0,2 до 0,3% – травянистая растительность.
Рисунок 11 – Логическая схема геоинформационного обеспечения
Геоинформационное обеспечение инвентаризации и паспортизации автодорог заключается в учете основных сведений и возможности отслежива- ния их изменений. С использованием методов визуального и автоматического анализа космических и аэрофотоснимков возможно проведение инвентаризации полностью или частично дистанционно. В системе реализована функция хране- ния паспортов автомобильных в облачных хранилищах.
Результатом написания третьего раздела является разработанная архи- тектура геопортала, предназначенного для учета недвижимого имущества автодорог, алгоритм и методика ГИО земельно-имущественных работ, кото-
рые обеспечат эффективное управление автодорожным комплексом. Вместе с тем в рамках раздела был обозначен базовый набор пространственных дан- ных и метаданных, необходимый для эффективной работы средства ГИО, представлена их структура и система актуализации. В отношении обновления данных обозначена необходимость автоматической проверки их качества и точности. Разработанная архитектура геопортала и методика ГИО представ- лены на рисунке 12.
Рисунок 12 – Методика геоинформационного обеспечения
Раздел 4 посвящен практической реализации некоторых результатов исследования. Например, описан процесс разработки и внедрения геопортала автомобильных дорог ФКУ «Центравтомагистраль», созданного соискателем для целей учета, систематизации сведений о недвижимом комплексе и принятия управленческих решений на автомобильных дорогах Центральной России.
Спектр функциональных возможностей разработанного геопортала также позволяет использовать его как средство ГИО кадастровых, землеустроитель- ных, мониторинговых, инвентаризационных и иных работ в отношении автодо- рог (рисунок 13).
Рисунок 13 – Интерфейс геопортала ГИС ФАД «Центральная Россия»
Данная система имеет ряд преимуществ относительно систем аналогов: интегрированная картографическая основа и интуитивно понятный интерфейс; возможность использования космических снимков «СКАНЭКС»; геопортал является Интернет-ресурсом, что обеспечивает беспрепятственный доступ к системе с любого устройства; реализованы модули качественного анализа входных данных, анализа топологической связи векторных объектов, модуль конвертации координат, модуль анализа соответствия фактического состояния полосы отвода нормативному и правоустанавливающим документам, модуль отображения частей земельных участков и объектов дорожного сервиса, а так- же модуль согласования размещения объектов в полосе отвода и придорожной полосе. Все вышеперечисленные преимущества обеспечивают эффективную автоматизацию процессов выполнения земельно-имущественных работ на автомобильных дорогах.
Во второй части раздела рассматривается механизм применения ге- опортала для мониторинговых и кадастровых работ. Технические средства геопортала позволяют обеспечить геоинформационную поддержку при формировании границ и подготовке межевых, технических планов, явля- ющихся результатом кадастровой деятельности, с целью недопущения раз- рывов и наложений (рисунок 14).
Рисунок 14 – Выявление разрыва полосы отвода и формирование границ участка
Геопортал позволяет проводить регулярный мониторинг использования полосы отвода, а также оценивать неправомерное использование недвижимого комплекса, входящего в состав автодороги. Одним из инструментов проведе- ния мониторинга с использованием геопортала является вышеописанный ана- лиз, позволяющий своевременно обнаружить несанкционированные съезды, выходы искусственных инженерных сооружений за границу полос отвода, за- лесение полос отвода или отсутствие защитных лесонасаждений в границах придорожных полос и иные нарушения.
Опыт проведения кадастровых работ на автомобильных дорогах пока- зывает, что отсутствие эффективного нормативного обеспечения формирова- ния и государственного кадастрового учета полос отвода приводит к несоот- ветствию фактической площади земельных участков, предназначенных для их размещения, нормативным и правоустанавливающим документам.
В рамках диссертации проанализированы земельные участки полос от- вода, произведены измерения и рассчитаны основные параметры полосы от- вода дороги и сравнены с нормативной величиной и правоустанавливающими документами (рисунок 15).
Целесообразно стандартизировать существующие нормы таким обра- зом, чтобы нормативная ширина полосы отвода определялась бы в зависи- мости от категории дороги и количества полос движения. В результате чего порядок формирования полос отвода станет более простым и понят- ным для граждан и органов власти.
Рисунок 15 – Модуль анализа полос отвода.
По результатам исследования выявлена необходимость сплошного комплексного анализа фактических границ полос отвода.
Заключительным этапом апробации методики геоинформационного обеспечения стало установление придорожных полос с использованием геопортала. В придорожной полосе также, как и в полосе отвода, необхо- димо проведение мониторинга по следующим направлениям: обнаружение разрывов (анализ топологической связи объектов), за исключением разры- вов на землях населенных пунктов; выявление несанкционированных съездов и объектов.
Представленные в четвертой главе практические исследования пока- зывают высокую технологическую и экономическую эффективность раз- работанной методики и средства ГИО кадастровых, мониторинговых и иных работ.
Заключение
Основные результаты диссертационного исследования:
1. Проанализирована нормативно-правовая база Российской Федера- ции, регулирующая отношения в сфере автодорожных комплексов и гео- информационного обеспечения.
2. Предложены законодательные инициативы по совершенствованию формирования полос отвода и придорожных полос.
3. Проанализирован опыт применения ГИС, геопорталов.
4. Разработана методика выбора эффективного метода создания и ак- туализации планово-картографического материала.
5. Предложена специальная геодезическая сеть для выполнения ка- дастровых работ, опирающаяся на километровые столбы и межевые знаки.
6. Разработана архитектура средства ГИО, реализованная в геопорта- ле ГИС ФАД «Центральная Россия», обеспечивающая сбор, хранение, ви- зуализацию и анализ пространственных данных федеральных дорог.
7. Разработаны модули геопортала: анализа и актуализации сведений, анализа реестровых ошибок и мониторинга использования полос отвода, анализа параметров полос отвода, преобразования координат и поиска объектов.
8. Разработаны этапы формирования и документация для ведения информационной модели ОКС автомобильной дороги.
9. Разработана методика геоинформационного обеспечения земле- устроительных, кадастровых и мониторинговых работ.
10. Проведена апробация разработанных предложений.