Во второй главе рассмотрены теоретические и методические аспекты анализа и прогноза использования и состояния земель.
Исходя из целей и задач ГМЗ и с учетом выполненного анализа сделано заключение, что информация о фактическом использовании земель и их состоянии, собираемая в процессе осуществления ГМЗ, должна обеспечивать возможность решения следующих задач:
- выявление земель, подвергшихся радиоактивному, химическому и биологическому загрязнению. Контроль использования и оценка результатов дезактивации и рекультивации загрязненных земель. Контроль соблюдения особого режима их использования;
- выявление земель, подверженных захламлению; дегумификации, эрозии и дефляции; опустыниванию; затоплению и подтоплению; засолению; закислению; зарастанию мелколесьем и кустарником; опасным экзогенным процессам; опасным техногенным процессам. Оценка и предотвращение деградации, загрязнения и захламления земель, нарушения земель, воздействия хозяйственной и иной деятельности, негативно влияющей на земли;
- выявление неиспользуемых земель, формирование фонда перераспределения земель и земель запаса;
- контроль целевого назначения и разрешенного использования земель, выявление сельскохозяйственных угодий, которые выведены из земель сельскохозяйственного назначения или используются не по целевому назначению;
- выявление земель потенциально пригодных для использования в качестве сельскохозяйственных угодий;
- определение эффективности использования земель и изменения состояния земель как производственного ресурса;
- развития рыночного оборота земли, в том числе в комплексе со связанной с ней недвижимостью;
- создания инфраструктуры рынка земли и другой недвижимости;
- информационного обеспечения земельного рынка;
- установления земель, которые могут быть приватизированы, с одновременным определением земель, ограниченных в обороте и исключенных из оборота;
- повышения эффективности управления земельными ресурсами;
- развития ипотечного кредитования граждан и других участников рынка, инвестирующих свои средства в приобретение недвижимости, повышение плодородия почв, обеспечение государственного контроля за рынком земельных закладных;
- расширения возможностей аренды земли, находящейся в государственной и муниципальной собственности;
- совершенствование процедур предоставления земли под жилищное и промышленное строительство.
В соответствии с представленными задачами, в главе рассмотрено содержание работ по анализу и прогнозу использования и состояния земель и выделены три основных блока:
- выявление и отображение изменений в использовании и состоянии земель;
- анализ пространственно-временной динамики использования и состояния земель;
- разработки прогнозов о состоянии и использовании земель.
В диссертации рассмотрено содержание и схемы работ по каждому из выделенных блоков.
Основываясь на работах Гейла Д., Данцига Дж., Дегтярева И.В., Езекиела М., Тихомирова Р.А., Фокса К. и др. предложена и рассмотрена классификация прогнозов для целей ГМЗ, которая представлена на рисунке 1.
К настоящему времени достаточно полно разработана теория и методы проведения анализа и построения прогнозов в различных областях деятельности человека, в том числе в сфере природопользования. Накоплен обширный материал по различным приёмам анализа и прогнозирования природных, антропогенных, природно-антропогенных процессов. В этом направлении работали такие ученые как Бугаевский Л.М., Волков С.Н., Дегтярев И.В., Ланге О., Ларченко Е.Г., Майоров А.А., Пастернак П.П., Савиных В.П., Цветков В.Я.
Применение математических методов и моделирования для решения прикладных задач естествознания связано с именами Аганбегяна А.Г., Браславца М.Е., Винера Н., Гатаулина А.М., Гуревича Т.Ф., Канторовича Л.В., Кравченко Р.Г., Крылатых Э.Н., Курносова А.П., Ланге О., Милосердова В.В., Минца Б., Можина В.П., Немчинова В.С., Новожилова В.В., Пастернака П.П., Попова И.Г., Тунеева М.М., Федоренко Н.П., Хеди Э., Эшби У. и др.
Для целей выявления изменений в состоянии земель, оценки и анализа этих изменений, формирования различных прогнозов такими учеными как Безгинов А.Н. , Бугаевский Л.М., Васмут А.С., Винер Н., Волков С.Н., Гаврилов Г.В., Гатаулин А.М., Гейл Д., Дегтярев И.В., Кирюхин В.Д., Конокотин Н.Г., Копенкин Ю.И., Красницкий В.С., Майорова А.А., Максудова Л.Г., Мизюрин В.К., Портнов А.М., Сербенюк С.Н., Твердовская Л.С., Эшби У. и др. разрабатывались методы, основанные на моделировании протекания природных и антропогенных процессов.
Как показывают результаты указанных выше исследований, для целей проведения анализа, построения прогноза и выработки соответствующих рекомендаций по предотвращению развития негативных процессов к числу основных относятся следующие методы: геометрического моделирования; физического моделирования; математического моделирования; картографического моделирования; математико-картографического моделирования; экономико-математического моделирования; компьютерного моделирования.
В работе систематизированы и рассмотрены методы анализа и прогноза происходящих изменений в использовании и состоянии земель в соответствии с указанной выше группировкой.
Как показали проведенные исследования в наиболее комплексном виде, результаты анализа и прогноза использования и состояния земель учитываются при осуществлении экономического (социально-экономического) анализа и прогноза развития территории с учетом текущего состояния и использования земель.
В настоящее время значимость подобных прогнозов особенно велика на государственном уровне при реализации национальных проектов. Примером может служить национальный проект «Доступное и комфортное жилье - гражданам России».
В главе рассмотрена методика, позволяющая обеспечить минимизацию финансовых затрат без потери качества жилищного строительства, на основе анализа освоения и эффективного использования территории.
Использование указанной методики основывается на применении картографических моделей, содержащих сведения об использовании и состоянии земель, обеспечивающих принятие обоснованных решений по выбору земель под массовое строительство жилья.
В работе разработаны содержание и методы создания следующих карт:
- карта распределения земель по формам собственности;
- карта распределение земель по категориям, угодьям и кадастровой стоимости;
- карта оценка качества сельскохозяйственных угодий,
которые легли в основу атласа «Земельные ресурсы территорий, прилегающих к крупнейшим городам России».
Каждый прогноз должен сопровождаться оценкой точности и надёжности данного прогноза. В работе предложены методы оценки точности и надёжности прогнозов, разрабатываемых для целей мониторинга земель, и сделано заключение о том, что система прогнозов должна предусматривать возможность корректировки прогнозов при соответствующем обновлении исходной информации.
Основываясь на математическом аппарате, рассмотренном в данной главе, и статистической информации из Государственного (национального) доклада о состоянии и использовании земель за 2005 год был составлен, приведенный в таблице 2, прогноз изменения площадей сельскохозяйственных угодий, в том числе пашни, кормовых угодий и залежи на 2010, 2015 и 2020 годы.
Таблица 2. Прогноз динамики изменения площади угодий
№
|
Вид угодья
|
Вид уравнения регрессии
|
Прогнозная площадь, тыс. га
|
2007
|
2010
|
2015
|
2020
|
1
|
Сельскохозяйственные угодья
|
|
220436,64
|
220045,20
|
219392,80
|
218740,40
|
2
|
Пашня
|
|
119492,43
|
117054,90
|
112992,35
|
108929,80
|
3
|
Кормовые угодья
|
|
93087,10
|
94153,00
|
95929,50
|
97706,00
|
4
|
Залежь
|
|
6006,29
|
7084,70
|
8882,05
|
10679,40
|
Для составления прогноза была использована регрессионная модель. Вид уравнения регрессии определялся с использованием графиков в двумерной системе координат (x,y). Параметры уравнения регрессии рассчитаны с использованием метода наименьших квадратов. При помощи многомерного корреляционно-дисперсионного анализа была проведена оценка производственной функции и оценка адекватности полученных сглаженных зависимостей.
Третья глава посвящена методическим основам автоматизированной системы анализа и прогноза использования и состояния земель.
Степень автоматизации рассматриваемых в диссертации задач находится в зависимости от общего уровня развития информационных технологий и инструментальных пакетов, а также наличия разработок по решению конкретных проблемных задач и соответствующих математических алгоритмов.
В работе выполнен анализ развития геоинформационных технологий, предложена и описана классификация программного обеспечения, применяемого на разных этапах сбора, обработки и интерпретации пространственных данных, характеризующих состояние и использование земель, выполнен анализ специального программного обеспечения, представленного на рынке информационных технологий в рассматриваемой сфере деятельности.
Анализ функциональных возможностей указанных выше программных продуктов показал, что в большинстве они предоставляют пользователю хорошие инструментальные и сервисные возможности. Однако, решение конкретных задач осуществляется с использованием специального прикладного программного обеспечения, при создании которого в той или иной степени могут использоваться возможности тех или иных пакетов.
В этой связи, оценивая состояние математического обеспечения задач мониторинга земель, в работе отмечается следующее.
Начиная с начала 70-х годов прошлого века в работах Бережнова В.С., Бугаевского Л.М., Васмута А.С., Волкова С.Н., Коробочкина М.И., Ларченко Е.Г., Максудовой Л.Г., Портнова А.М., Савиных В.П., Сербенюка С.Н., Цветкова В.Я. и др. были заложены теоретические и практические основы, касающиеся разработки и применения программ для автоматизации процессов изучения земельных ресурсов и их картографической интерпретации.
Разработанные программные средства, позволяли в автоматизированном режиме решать экономико-математические задачи, исследовать различные процессы, характеризующие состояние земель, проектировать математическую основу карт, создавать картографическую продукцию, экономически обосновывать и осуществлять многовариантное землеустроительное проектирование.
В то же время проведенные исследования показали, что вопросы автоматизации таких компонент мониторинга земель, как анализ и прогноз использования и состояния земель требуют своего дальнейшего развития.
Основываясь на полученных заключениях, были разработаны общие принципы построения АС СИЗ, в соответствии с которыми она должна иметь трёхуровневую структуру: федеральный уровень, региональный уровень, локальный уровень. Каждому уровню соответствует свой перечень решаемых задач и необходимых программно-технических средств. В то же время АС СИЗ представляет собой единую распределенную систему, формируемую на основе применения ИТ-технологий, и обеспечивающую возможность использования совокупного информационного ресурса и его обработки независимо от места нахождения пользователя.
Анализ современной методологии проектирования автоматизированных систем показывает, что при проектировании АС СИЗ целесообразно выделить среду функционирования, совокупность базовых компонент, образующих ядро АС СИЗ, прикладные программные компоненты, ориентированные на решение отдельных тематических задач по изучению использования и состояния земель, интерфейсы и базы географических данных
В работе сделан вывод о том, что основой АС СИЗ должна стать геоинформационная система (ГИС), оперирующая не только формализованной информацией, но и знаниями.
К основным принципам функционирования АС СИЗ можно отнести: объективность и полноту сведений, территориальную распределенность, непрерывность ведения и экономичность. Для достижения указанного необходимо использование современных информационных технологий в области создания распределенных компьютерных сетей на базе высоко-производительных вычислительных платформ и телекоммуникационных средств. Мировой опыт создания близких по назначению систем показывает, что это наиболее оптимальный подход в реализации автоматизированных систем федерального и регионального уровня.
Определяя образ АС СИЗ, в диссертации установлены требования, которым она должна отвечать в части, касающейся использования единой системы показателей государственного мониторинга земель; единой картографической основы; единых требований к описанию объекта; требований к программному обеспечению, применению геоинформационных и WEB технологий.
Опираясь на возможности Internet-технологии, позволяющей организовать некую единую точку входа в информационное пространство путем создания Web-сервера, играющего роль информационного шлюза, в работе предложена схема трехуровнего информационного взаимодействия в АС СИЗ. При этом выделяютс два технологически связанных направления:
- оперативная обработка данных, выявление и отображение изменений в использовании и состоянии земель, реализуемых посредством ГИС и ОLТР-систем;
- агрегация данных, анализ и поддержка принятия решений, реализуемых через ОLАР-системы.
Рассмотренная в диссертации схема организации информационного взаимодействия на основе WEB-технологий обладает высокой мобильностью, взаимной независимостью отдельных частей системы и обеспечивает возможность создания распределенной информационной системы АС СИЗ с удаленным доступом к районным информационным ресурсам системы и хранилищу агрегированных данных на центральном сервере системы.
Структура АС СИЗ включает в себя следующие функциональные подсистемы.
1) Подсистема “Авторезация пользователей”. Включает в себя следующие блоки: “Аутентификация пользователей”, “Защита информации от несанкционированного доступа”.
2) Подсистема “Управление системой”. Включает в себя следующие блоки: “Мониторинг работоспособности системы”, “Администрирование системы”.
3) Подсистема “Информационное обеспечение системы”. Включает в себя следующие блоки: “Ввод данных”, “Верификация данных”, “Первичная обработка”.
4) Подсистема “Хранение данных”. Включает в себя следующие блоки: “База данных”, “База метаданных”.
5) Подсистема “Построение прогностической модели”. Включает в себя следующие блоки: “Выявление изменений”, “Анализ данных”, “Прогноз”.
6) Подсистема “Запрос-ответ”. Включает в себя следующие блоки: “Формализация запроса”, “Кеширование информации”, “Предоставление информации”, “Канал связи”.
В диссертации рассмотрены назначение, структура, особенности функционирования и механизмы взаимодействия блоков и подсистем АС СИЗ.
Информация об использовании и состоянии земель является пространственно-распределенной. В этой связи большое значение играют вопросы картографического обеспечения применительно к созданию АС СИЗ. В диссертации определены задачи, которые нужно решить в данном направлении, и предложены их решения. Особо следует отметить тот факт, что до настоящего времени не разработана система карт использования и состояния земель. Учитывая данное обстоятельство, в работе предложен перечень тематических карт, которые могут создаваться с использованием АС СИЗ.
Значительное место в диссертации уделено вопросам WEB-картографирования. Предложенные в работе методические рекомендации позволяют создать WEB-сервер, обеспечивающий одновременную работу большого количества пользователей, возможность статистической обработки информации и построения на её основе карт динамики процесса, представление географической информации в виде тематических карт, возможность поиска документов различного содержания, синхронизацию данных в разделённой БД с использованием механизма метакаталогов и т.д.
В рамках исследования вопросов применения WEB-технологий при создании АС СИЗ была разработана методика и соответствующее программное обеспечение для организации информационного взаимодействия удаленных пользователей при создании тематических карт качества земель.
При рассмотрении вопросов, связанных со структурой АС СИЗ отмечалась необходимость реализации концепции приложений, каждое из которых позволит решить одну или несколько конкретных задач, в том числе связанных с анализом и прогнозом использования и состояния земель. В этой связи в диссертации рассмотрены лишь некоторые вопросы математического обеспечения АС СИЗ в части касающейся моделирования противоэрозионных мероприятий в условиях развитой водной эрозии почв, так как данные негативные процессы являются наиболее распространенными на территории России. В частности, была разработана экономико-математическая модель (ЭММ) «Организация пашни в системе севооборотов с проектированием комплекса противоэрозионных мероприятий в условиях развитой водной эрозии».
Для составления ЭММ была использована информация по конкретному хозяйству. Решение задачи осуществлялось с использованием симплексного метода линейного программирования.
Разработанная ЭММ позволила найти оптимальную структуру и площади посевных площадей, количество, типы и площади севооборотов, оптимальный комплекс противоэрозионных мероприятий, включающий площади агротехнических мероприятий, площади лесополос и гидротехнические мероприятия, которые обеспечат наибольший выход сельскохозяйственной продукции и будут способствовать прекращению эрозионных процессов на пашне.
|
