Введение к работе
Актуальность темы исследования. Форма и размеры территории Российской Федерации (полная площадь на поверхности эллипсоида, на средней высоте над уровнем моря и на физической поверхности Земли, площадь суши, площадь окраинных внутренних вод и территориального моря, длина сухопутных и морских границ, размеры материковой и островной части и т. д.) в ее закрепленных в соответствии международной конвенцией границах являются одними из ключевых характеристик, идентифицирующих страну в качестве независимого государства. Актуальные и достоверные данные о форме и размерах территорий субъектов Российской Федерации, являющихся основой ее федеративного устройства, необходимы для объективной оценки и наиболее полной реализации потенциала главных государственно-правовых образований страны. Использование при планировании экономической деятельности, в статистических исследованиях, при публикации в официальных источниках актуальных и точных данных о размерах территории РФ и ее субъектов является также крайне необходимым.
Исторически в России вопросу определения размеров территории страны всегда придавалось большое значение и, начиная с конца XVIII века, эта важная государственная задача решалась с регулярностью 4-5 раз в столетие, при этом последний раз размеры территории РФ определялись в 1990-1994 гг.
Характерно, что все работы по определению размеров территории Российской Империи, СССР и России выполнялись по аналоговой технологии: измерения выполнялись картометрическими инструментами по бумажным картам вручную. Однако такой аналоговый метод определения формы и размеров территории страны обладает рядом недостатков, главными из которых являются его большая трудоемкость, невозможность исключения ряда технических погрешностей измерений, ограниченность перечня геометрических параметров территории, которые могут быть определены по традиционной методике кар-тометрических измерений.
Со времени последнего определения размеров территории РФ на всю страну созданы актуальные цифровые топографические карты (ЦТК) масштаба 1:100 000, а в практику широко вошли новые инструменты для работы с ЦТК -программное обеспечение географических информационных систем (ПО ГИС). ЦТК как один из видов новой, цифровой формы представления информации о географическом пространстве, один из элементов в семействе геопространственных данных и ПО ГИС как инструмент для работы с геопространственными данными предоставляют новые возможности для компьютерного моделирования геопространства с целью его изучения и анализа. Таким образом, появление ЦТК и ПО ГИС, являющихся одними из составляющих структуры геопространственных данных, создает совершенно новые условия и предпосылки, обусловливающие необходимость и актуальность пересмотра ранее применяемой аналоговой методики картометрических измерений для определения геометрических характеристик территории страны, требует выработки новых подходов, соответствующих научно обоснованных решений важной государственной задачи по определению формы и размеров территории РФ и ее субъектов на совершенно новом методическом и технологическом уровне, соответствующем современному развитию геодезии, технологий географических информационных систем и цифровой картографии. Решение данной задачи является актуальным и имеет важное народно-хозяйственное значение.
Актуально решение данной задачи также и в связи с потребностью практики. Так Федеральная служба государственной регистрации, кадастра и картографии (Росреестр) организовала в 2012 г. новые работы по измерению размеров территории РФ. Разработка методики определения формы и размеров территорий с использованием геопространственных данных и ее применение для нового измерения размеров территории РФ позволит решить эту важную народно-хозяйственную задачу на современном научно-техническом уровне и удовлетворить запросы органов государственной власти и общества в актуальных и более точных данных о пространственных свойствах территории Российской Федерации и ее субъектов.
Степень разработанности проблемы. Значительный вклад в разработку теории и практики определения формы и размеров территорий глобальных размеров, в том числе территории Российской империи, СССР и России, внесли Крафт В. Л., Шуберт Ф. П., Зернов Н. Е., Струве Ф., Швейцер Г., Стрель-бицкий И. А., Тилло А. А., Шокальский А. М., Волков И. М., Богинский В. М., Коленеченкова Т. В., Рацер Я. Н. Однако основой выполнения работ по определению формы и размеров территории России, вплоть до последних измерений страны 1990-1994 гг., являлся аналоговый метод картометрических измерений со всеми присущими ему недостатками.
Задача определения формы и размеров территории страны цифровым методом, лишенным недостатков аналоговой технологии и позволяющим с достаточной точностью и оперативностью определять актуальные геометрические характеристики территории РФ, до настоящего времени не ставилась и никем не решалась. Вопросы автоматизированного формирования из ЦТК единой на всю страну базы пространственных данных (БПД) объектов, участвующих в определении формы и размеров территории РФ, не решены. Не проведены сравнительные исследования возможностей тех или иных ПО ГИС для решения данной задачи. Методика оценки точности результатов определения геометрических параметров территории РФ по геопространственным данным не разработана.
Все это и определяет актуальность постановки и решения задачи разработки автоматизированной методики определения формы и размеров территорий по геопространственным данным.
Цель исследования. Целью настоящего исследования является разработка, исследование и внедрение методики и технологических решений, позволяющих с высокой степенью автоматизации и точности определять по геопространственным данным актуальные параметры, характеризующие в численном виде форму и размеры территории Российской Федерации и ее субъектов, а также организовать в дальнейшем их мониторинг.
Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:
а) выполнен анализ методик, ранее применявшихся для определения размеров территории России, и определены их основные недостатки;
б) разработаны методические основы и технологические решения опреде
ления формы и размеров территорий РФ по геопространственным данным;
в) выполнены исследования точности определения формы и размеров тер
риторий в наиболее распространенном в Российской Федерации программном
обеспечении по ГИС: ArcGIS, ГИС Карта, GeoMedia Professional, Maplnfo;
г) разработаны вопросы автоматизации технологического процесса опре
деления формы и размеров территории Российской Федерации, включающие:
-
алгоритмы и программное обеспечение для формирования из ЦТК единой базы пространственных данных объектов, участвующих в измерениях, и независимого определения формы и размеров территории РФ и ее субъектов;
-
механизм автоматизированного формирования электронного каталога результатов измерения данных, характеризующих в численном виде форму и размеры территории РФ и ее субъектов;
д) разработана методика оценки точности определения данных, характери
зующих форму и размеры территории РФ и ее субъектов;
е) разработана организационно-функциональная схема мониторинга дан
ных о форме и размерах территорий Российской Федерации;
ж) с использованием разработанных методических и технологических ре
шений проведены практические работы по определению геометрических пара
метров, характеризующих форму и размеры территорий субъектов РФ, входя
щих в состав Сибирского Федерального округа.
Объект и предмет исследований. Объектом настоящих исследований являются методы и приемы определения формы и размеров больших по величине территорий в общем случае и территории Российской Федерации в частности.
Предметом исследований являются методические и технологические решения и разработки для автоматизированного компьютерного определения формы и размеров территорий на поверхности земного сфероида по геопространственным данным.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследований. Теоретические и практические исследования выполнялись на базе научных основ и математического аппарата сфероидической геодезии, сферической тригонометрии, математической статистики и теории математической обработки геодезических измерений, последних достижений в области географических информационных систем и структуры геопространственных данных. При выполнении исследований и практической апробации полученных результатов были использованы эталонные цифровые модели пространственных объектов, официальные документы по делимитации и демаркации государственной границы Российской Федерации, архивные материалы и документы ЦКГФ по картометрическим работам прошлых лет, наиболее распространенные в РФ ПО ГИС (ArcGIS, ГИС Карта, GeoMedia, Maplnfo), а также специализированное ПО, разработанное в рамках настоящих исследований.
На защиту выносятся:
а) методические решения по определению на поверхности земного эллип
соида формы и размеров больших по величине территорий по геопространст
венным данным;
б) технологические решения, включающие разработанные алгоритмы и про
граммное обеспечение для точного определения формы и размеров территории
Российской Федерации и ее субъектов по геопространственным данным, пред
ложения и рекомендации по организации мониторинга данных о форме и раз
мерах территории Российской Федерации и ее субъектов;
в) методика оценки точности определения параметров, характеризующих
форму и размеры территории РФ по ЦТК с использованием ПО ГИС.
Научная новизна результатов исследований заключается в следующем: а) разработанные теоретические и методические решения для точного определения на поверхности эллипсоида формы и размеров больших по величине территорий по геопространственным данным являются основополагающими, поскольку базируются на строгом математическом аппарате сфероидической геодезии и технологии ГИС;
б) разработанные технологические решения, алгоритмы и программное
обеспечение позволяют оптимально использовать современные ЦТК и БПД для
решения задачи точного определения актуальных параметров, описывающих
форму и размеры территории РФ и ее субъектов;
в) разработанная методика оценки точности отличается достоверностью,
надежностью и оперативностью определения параметров, описывающих форму
и размеры территории Российской Федерации по ЦТК;
г) предложенная организационно-функциональная схема мониторинга
данных о форме и размерах территории Российской Федерации является инно
вационной, поскольку строго, логично и последовательно интегрирует отдель
ные технологические решения в единый технологический процесс.
Научная и практическая значимость работы. Полученные в работе результаты исследований, разработанные новые теоретические и методические решения задачи точного определения на эллипсоиде формы и размеров глобальных по величине территорий, разработанные принципы автоматизации процессов определения формы и размеров территорий, включая алгоритмы и программное обеспечение, предложенная методика оценки точности полученных результатов и рекомендации по организации мониторинга данных о форме и размерах территорий являются научной и технической основой геодезических работ по актуализации данных, описывающих форму и размеры территории Российской Федерации в целом и ее субъектов в отдельности на современном техническом и технологическом уровне.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Тематика диссертации соответствует пункту 4 - «Разработка новых принципов, методов, технических средств и технологий геодезических измерений для определения геометрических и физических параметров Земли, ее поверхности, объектов, явлений и процессов на ней, в том числе для производства наземных топографических съемок» паспорта научной специальности 25.00.32 -«Геодезия».
Апробация и реализация результатов исследований. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: Научно-техническая конференция «Отечественные разработки в области геодезии и картографии и их применение в хозяйственной и оборонной деятельности страны», 1 марта 2012 г., г. Москва; Международный научный конгресс «Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012», 10-20 апреля 2012 г., г. Новосибирск.
Результаты исследований, изложенные в диссертации в виде автоматизированной методики определения формы и размеров территорий по геопространственным данным и методики оценки точности полученных результатов, внедрены в производство ОАО «Сибгеоинформ» при исполнении государственного заказа Росреестра на определение актуальных данных о форме и размерах территории Российской Федерации и ее субъектов по ЦТК масштаба 1 : 100 000.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 5 научных статьях, из них 2 статьи - в реферируемом журнале «Геодезия и картография», входящем в Перечень изданий, определенных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура диссертации. Общий объем диссертации составляет 149 страниц печатного текста. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников, включающего 84 наименования, и приложений. Работа содержит 12 таблиц, 13 рисунков, 5 приложений.
Диссертация и автореферат диссертации оформлены в соответствии с СТО СГГА 012-2011.
Похожие диссертации на Разработка и исследование методики определения формы и размеров территорий по геопространственным данным
