Єдина електронна картографічна основа: проблеми і перспективи

Безпосереднім приводом для написання цієї статті стала постанова уряду РФ від 03.11.2016 №1131 "Про затвердження Правил створення та оновлення єдиної електронної картографічної основи".

Досягнення сучасної геоінформатики великі і вражаючі. Цифрові навігаційні карти використовуються не тільки на повітряному або морському транспорті, а й широким колом автомобілістів, за допомогою докладних цифрових планів працюють автоматизовані системи проектування, на цифрових картах ведеться планування заходів по ліквідації наслідків надзвичайних ситуацій. Однак, відзначаючи безсумнівний прогрес в цій області людської діяльності, не можна забувати і про існуючі проблеми, і головна з них в Росії є розрізненість, розпорошеність діяльності зі збору та аналізу просторових даних. Практично кожен хто, використовує геоінформаційні системи для управління об'єктами інфраструктури в межах своєї долі або улусу або для навігації транспортних засобів, змушений збирати інформацію про цікавить його місцевості самостійно. Так, фірми-виробники навігаційних автомобільних карт організують періодичні об'їзди доріг, виявляючи схеми руху, розстановку дорожніх знаків, зміни в розташуванні придорожніх об'єктів. Забудовникам доводиться виконувати зйомку цікавих для них ділянок. При цьому зібрана інформація використовується лише один раз.

Олексій Рогачов, головний інженер ТОВ "Інформтехпром"

Широту завдань змушує залучати до робіт безліч дрібних компаній, кожна з яких працює у власних стандартах і практично не відповідає за якість зйомки. Наслідки розрізненої діяльності очевидні - дублювання робіт, низька якість продукції. При цьому є величезний за обсягом інформації, що зберігається банк цифрових топографічних карт (ЦТК), іменований федеральним фондом. Однак затребуваність міститься в ньому інформації невелика. Причини цього зрозумілі: то, що оцифровано за багато років підприємствами Роскартографії, а потім Росреестра, не відповідає сучасним вимогам ні за змістом, ні за точністю, ні, особливо, по актуальності. В силу цього нечисленні споживачі цієї продукції змушені самостійно допрацьовувати, виправляти, оновлювати отримані матеріали.

Виправити ситуацію несприятливу ситуацію, здавалося б, повинно було виникнення нового інформаційного ресурсу, названого Єдиної електронної картографічної основою (ЕЕКО). Поява ЕЕКО було закріплено зазначеним вище урядовою постановою. Мета, яку переслідує ця постанова, цілком благородна - створити загальнодержавну базу інформації про земну поверхню, якої зможуть користуватися всі споживачі.

Слово "електронна" дозволяє сподіватися, що ця сама єдина картографічна основа нарешті дозволить використовувати всі переваги зберігання даних про Землю, які надає сучасна обчислювальна техніка. А можливості в цьому напрямку вона відкриває найширші - перш за все в порівнянні з традиційною, паперової картографією. Бо паперова картографія базується на численних умовності, продиктованих необхідністю розмістити на обмеженій частині площині інформацію про земельну ділянку, регіоні, континенті або навіть всієї Землі. Вона ж, як відомо, куляста, а тому укласти цю інформацію на папір без спотворень неможливо. При цьому розміри спотворень тим істотніше, чим ширший яка надається на папері територія. Серед найбільш істотних джерел спотворень виділяються прийняті в картографії поняття масштабу, проекції, разграфки, системи умовних знаків.

Масштаб як міра зменшити масштаб карти в порівнянні з реальністю призводить до зменшення точності координат показуються об'єктів, а заодно і до втрати багатьох об'єктів, просто не "влазити" на невеликий лист, тобто до зниження детальності і, як наслідок, достовірності карти.

Всілякі картографічні проекції є спробами укладання поверхні геоїда на площину, що, очевидно, просто неможливо. Кожна з цих спроб спрямована на мінімізацію спотворення відстаней між об'єктами, або кутів, або площ (в залежності від призначення карти). Але, виграючи в одному, неминуче програвали в іншому. В результаті всі виміри, вироблені по паперовим картам, свідомо неточні.

В силу того, що передати на одному аркуші паперу інформацію про великих територіях неможливо, виникло поняття разграфки, тобто встановленого способу розподілу великих поверхонь на частини обмежених розмірів, карти яких при дотриманні заданого масштабу можуть укластися на один лист. Тут також виникають проблеми. Для того щоб пару сусідніх листів можна було скласти, склеїти, їх боку вимушено доводиться складати з відрізків прямих ліній. Але Земля кругла, і нарізати її на ділянки прямими лініями неможливо навіть теоретично. Внаслідок цього всі ці випрямлення стають черговим джерелом спотворень.

Останньою ланкою в ряду необхідних, але вельми шкідливих умовностей традиційної картографії є ​​система умовних знаків. Налічує вона понад тисячу значків. Це майже як китайські ієрогліфи: запам'ятати їх все практично неможливо! Тим часом наміри її творців були самі благі - передати на карті якомога більше інформації про об'єкти зображуваної місцевості. Наприклад, шляхи сполучення. Адже важливо не тільки знати, де проходить дорога, але і яка вона - з асфальтовим покриттям, з щебенем або просто розбита колія. Ось і доводиться для кожного з численних типів доріг винаходити свій тип лінії (умовний знак), якою вона буде показана на карті. З одного боку, добре, але з іншого - погано. Ці лінії мають товщину, причому іноді чималу. Наприклад, поряд з важливою автомобільною дорогою проходить не менш важлива залізнична магістраль. Умовні знаки, якими вони зображаються на карті дрібного масштабу, "налезут" один на одного. Мимоволі доводиться їх розсовувати, до того ж залишаючи між ними хоча б маленький зазор - щоб можна було розібратися, що до чого. А це знову втрата точності, джерело можливих помилок.

Але найменш точно, приблизно передається на картах рельєф. Для його зображення служать горизонталі - лінії, що з'єднують точки з однаковою висотою. Біда в тому, що обриси цих ліній суб'єктивні - у відповідності зі смаком і здібностями малювали їх картографів. Їм доводилося проводити горизонталі, маючи в розпорядженні кілька десятків точок з відомою висотою, виміряною на місцевості топографами. Дещо поліпшилася справа з появою стереоскопічних аерознімків. Їх використання дало можливість більш точно укладати горизонталі на відкритій місцевості, але ось для зображення рельєфу в густих лісах картографам знову доводилося в деякій мірі фантазувати. А знімати взимку, коли дерева листя скидають, було безглуздо: рельєф спотворюється сніговим покривом.

Сукупність цих вимушених, необхідних в епоху традиційної картографії умовностей привела до того, що паперові топографічні карти можна було вважати точними, тобто допускають проведення вимірювань документами, лише з великою натяжкою.

І коли розвинені до необхідної потужності засоби обчислювальної техніки відкрили можливість вносити в пам'ять комп'ютерів величезні обсяги інформації про земну поверхню, виявилося, що практично єдиним більш-менш повним джерелом таких даних є ці самі свідомо спотворені топографічні карти.

У 90-ті роки ХХ століття широко розгорнувся процес "цифрования" - переведення в цифрову форму зображень з паперових карт. Сама по собі технологія цифрования була аж ніяк не простий: потрібні були роки, щоб довести її до заданого рівня якості та надійності. При цьому ще не замислювалися над тим, що всі погрішності паперових карт переносяться в цифрову форму, яка в принципі допускала абсолютну точність представлення даних про Землю і не потребувала жодних умовності і угодах.

Листи топографічних карт переносилися в пам'ять комп'ютерів як прості копії. Лісту паперової карти відповідав (хоча звучить це просто безглуздо) "лист" карти цифрової! На магнітні носії записувалися не тільки величезні обсяги даних про нашу планету, зібрані часто героїчними зусиллями радянських геодезистів, топографів, картографів, а й обумовлені недосконалістю паперової форми подання неточності, спрощення, помилки.

По суті, це було закономірним кроком: в перші роки життя нової науки геоінформатики, що йде на зміну традиційної картографії, навряд чи можна було винайти інший шлях накопичення первинних цифрових даних про Землю. В результаті десятилітніх зусиль новостворених центрів геоінформації був сформований федеральний фонд цифрових топографічних карт, що покривають територію всієї країни. Причому цифрові карти, як і традиційні, становили масштабний ряд від 1:25 000 до 1: 1000 000. Але поняття масштабу як заходи зменшення для цифрової карти позбавлене сенсу. На екрані комп'ютера зображення може бути як завгодно розтягнуто або стисло. Насправді йшлося лише про детальності цифрових карт, що відповідає тому чи іншому масштабу карти традиційної.

Правомедвухсрен питання: чи потрібно було витрачати час і чималі гроші на те, щоб переводити в цифрову форму один і той же об'єкт шість разів - один раз з карти 25-тисячного масштабу, потім 50-тисячного, 100-тисячного, 200-тисячного, 500 -тисячною і, нарешті, мільйонного? Єдиним істотним аргументом на користь такого рішення стала можливість швидкого отримання традиційної карти будь-якого масштабу по її цифровому поданням. Адже цифрова карта була практично точну копію паперової - з усіма її умовностями і неточностями. Але чи варто було переводити паперову карту в цифрову форму, щоб знову отримати паперову?

Якийсь час жевріла надія, що таке хитрування спростить і прискорить процес оновлення карт, внесення в них інформації про новопосталих або змінили своє положення або якість об'єктах. Надія виявилася примарною: будь внесена в цифрову карту зміна порушувало вигляд карти традиційної, і щоб її отримати, потрібна неабияка ручне редагування. Причому суть цього редагування зводилася до курсу тим самим умовним угодами, які принесли так багато шкоди. На догоду свідомо неточної паперовій карті псувалася карта цифрова, в яку будь-які зміни могли бути внесені з точністю майже абсолютної.

До початку 2000-х років формування Федерального картографо-геодезичного фонду було завершено. На той час всі недоліки цифрових карт, як копій паперових, вже були очевидні. Не менш зрозумілі були і ті величезні можливості, які відкривала цифрова форма подання. На відміну від аналогової, цифрова форма подання геоінформації дозволяє представляти положення і обриси об'єктів географічними координатами, тобто прив'язувати їх не до площини карти, а безпосередньо до поверхні геоїда. Це знімає необхідність у використанні будь-якої картографічної проекції і знищує внесені нею похибки.

Внаслідок цього, як уже зазначалося, відпадає поняття масштабу як заходи зменшення цифрової моделі місцевості - адже вона передається в реальних координатах. Відпадають і обмеження, які масштаб паперових карт накладав на повноту складу зображуваних об'єктів і детальність їх опису. Адже в цифрову базу даних (а саме базу даних і являє собою цифрова модель місцевості) можна записати інформацію про необмеженій кількості об'ектів.

Оскільки інформація міститься в географічних координатах, то цифрова модель Землі в пам'яті комп'ютера є точне відтворення геоїда, що не вимагає ніякої разграфки (нарізки на окремі листи). Заодно відкривається можливість оперувати (оновлювати, уточнювати, будувати похідні моделі) з площами будь-якої конфігурації, з будь-якими групами об'єктів або з окремими об'єктами.

Нарешті, цифрова форма подання відмітає будь-які обмеження (в тому числі і освячені багатовіковим досвідом традиційної картографії) на склад описуваних об'єктів. У їх число, крім зазвичай подаються на картах статичних, можуть вноситися і переміщаються об'єкти. Відомості про них можуть виходити з різних джерел і з самої різної точністю. Останнє реалізується за допомогою розвиненої системи метаданих, які супроводжують кожен окремий об'єкт, кожну характеристику. Метадані повинні описувати джерело відомостей про об'єкт або характеристиці, точність планового положення або значень характеристик, час отримання останніх відомостей про об'єкт, наявність режимних обмежень і багато іншого.

Концепція переходу від цифрових карт до цифрових моделям місцевості, рельєфу земної поверхні, які в повній мірі дозволяли б використовувати всі надані комп'ютерною технікою переваги, сформувалася вже на початку 2000-х років, однак ніяких практичних кроків в цьому напрямі зроблено не було. Зате замість цього почалося формування так званої Цифровий географічної основи (ЦГО), яка, по суті справи, представляла собою все той же набір окремих "листів" цифрових топографічних карт. Тривало і "цифрование" паперових карт і планів, незважаючи на те що багато вихідні матеріали безнадійно застаріли. Потім були виділені кошти на створення так званих навігаційних карт. За ці гроші вдалося оновити інформацію про дорожню мережу Росії, проте навігаційних карт в повному сенсі цього слова (тобто із зазначенням напрямків руху, схемами розв'язок, дорожніх знаків і т.п.) створено, звичайно, не було. У федеральному фонді, як і в ЦГО, як і раніше лежали (і лежать понині) все ті ж "листи" цифрових топографічних карт.

А тим часом приватні підприємці не дрімали. В Інтернеті одна за одною стали з'являтися цифрові моделі Землі, побудовані за вказаними вище принципам. Відкривають сайт відвідувачі бачать перед собою не цифрову карту, а крутиться земна кулька, на якому можна вибрати цікавий район і розглянути його в будь-якому наближенні і з будь-якої детальністю. Однак інтернет-моделі є спрощеними, що містять інформацію про обмеженому складі об'єктів. Найголовніше - в них немає (або є в мінімальному обсязі) даних про рельєфі, хоча цілком можливо, що при створенні моделей використовувалися цифрові карти з федерального фонду. Відсутність даних про рельєф, так само як і не дуже висока точність інтернет-моделей обумовлені перш за все режимними міркуваннями.

Такі обмеження не накладаються на геоінформацію, що міститься в федеральному фонді, і, здавалося б, в його рамках цілком можливо сформувати цифрову модель земної поверхні, позбавлену всіх недоліків традиційних карт, і вигідно відрізняється від існуючих нині інтернетівських моделей високою точністю і повнотою інформації.

Така модель дійсно могла б стати Єдиної електронної картографічної основою. На жаль, текст "Правил створення ..." свідчить про те, що ця сама ЕЕКО знову зводиться до набору цифрових топографічних карт різних масштабів, і без того вже багато років лежать в федеральному фонді. Пункт 9 "Правил створення ..." передбачає "зведення між собою" листів топокарт і планів. Тим самим зберігається повністю зжила себе нарізка інформації на листи. При цьому делікатно обходиться питання про те, яким чином можна виконати це саме "зведення" при явною різниці в актуальності сусідніх листів (іноді доходить до десятків років).

Пунктом 7 встановлюється прив'язка міститься в ЕЕКО інформації до умовних знаків традиційних топографічних карт і тим самим закріплюються численні спотворення реального стану об'єктів, які виникають внаслідок використання цих самих знаків. Пункт 8 допускає зберігання в ЕЕКО растрових уявлень карт, тобто просто картинок. Витрати на зберігання цих так званих карт ніколи не окупляться, оскільки знайти реальне застосування для них практично неможливо.

Нісенітніцю перерахованого вимог кілька скрашує пункт 10, Який допускає использование для поновлень ЕЕКО відомостей, что містяться в Єдиному державному Реєстрі нерухомості та інформаційних системах забезпечення містобудівної ДІЯЛЬНОСТІ. Правда, на цьом прогрес и закінчується, оскількі далі НЕ встановлюються ні порядок взаємодії, ні відповідальні за це организации. Зато є пункт 11, Який говорити, что зазначені дані "включаються до складу відомостей картографічної основи з Позначку" довідкові "і Використовують для актуальності картографічної основи". Цю ж тему розвиває і пункт 13, в якому для "моніторингу актуальності" (тільки для цього!) Можуть залучатися якісь невідомі "інші документи".

Нарешті, вершину глибокодумності є пункт 14 "Правил створення ...". Оновлення картографічної основи здійснюється шляхом виключення з неї відомостей, що не відповідають стану місцевості, і включення в картографічну основу актуалізованих відомостей. Тим часом можливість збереження інформації про втрачені об'єктах також є важливою перевагою цифрової форми представлення інформації про земну поверхню. Подібні відомості стануть корисними для багатьох споживачів геоінформації.

Отже, висновок є очевидним: розрекламована ЕЕКО, існування (поки ще плановане) якої закріплено постановою №1131, являє собою все той же банк цифрових топографічних карт з якимись не дуже істотними поліпшеннями. За останні чверть століття цей банк вже неодноразово поглинав солідні державні кошти, щоразу фігуруючи під різними найменуваннями - банку, фонду топографічних, потім навігаційних карт.

Так чи варто ще раз займатися черговою модифікацією того, що безнадійно відстало від вимог часу? Чи не краще, поки не пізно, переглянути погляди на ЕЕКО так, щоб вона стала помітним кроком на шляху переходу від цифрових карт до цифрових моделям?

Але, як би не хотілося одним махом звільнитися від тяжкої спадщини традиційної картографії, ЕЕКО до цього не готова, про що, власне, говорить і сама назва. Необхідність створення і підготовки до друку традиційних карт ще довго буде залишатися однією з найважливіших задач. Таким чином, ЕЕКО є геоінформаційних продуктом перехідного періоду, що характеризується поступовою відмовою від цифрових топографічних карт і формуванням цифрових моделей місцевості.

Основна функція ЕЕКО - служити універсальним фоном для нанесення, координатної прив'язки точної інформації про об'єкти земної поверхні і інтеграції цих даних. Природно, в такому вигляді перспективи розвитку в якості самостійного продукту в майбутньому ЕЕКО не має. Після закінчення перехідного періоду ЕЕКО збережеться лише в якості найбільш простого стандартизованого зображення фрагментів змісту цифрових моделей місцевості (тобто в якості "екрану").

Але вже зараз формування та подальше ведення ЕЕКО здатні усунути ряд суттєвих недоліків цифрових топографічних карт і розширити сферу застосування геоінформаційних продуктів.

Для цього необходимо:
- усунути в ЕЕКО поняття масштабу і нарізки на листи;
- ввести "плаваючу", що не фіксується вимогами до топографічних карт конкретних масштабів деталізацію об'єктового складу і характеристик об'єктів;
- підвищити актуальність змісту ЕЕКО шляхом включення в неї відомостей з різних джерел, в тому числі і прямо не відносяться до сфери топографії і картографії.

Забезпечити реалізацію цих положень дозволить формування розвинутої системи метаданих (про які "Правила створення ..." навіть не згадують!). Ведення ЕЕКО має поступово відв'язувати від цифрових топографічних карт (ЦТК), хоча вони і служать зараз головним джерелом даних для її формування. На перехідний період слід якомога ширше використовувати ЕЕКО для збору та інтеграції на її основі можливо більшого обсягу спеціальної інформації, яка збирається з усіх можливих джерел. Ця інформація після відповідної верифікації повинна використовуватися для створення цифрових моделей місцевості.

Для широкого, ефективного застосування ЕЕКО і отримання від неї реальної віддачі для початку необхідно скорегувати наказ Мінекономрозвитку, який встановлює поняття ЕЕКО, перш за все в частині зв'язку ЕЕКО і ЦТК. Прогрес сучасної геоінформатики неможливий в тісних і застарілих рамках картографії.