Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

SYSTEMATIZATION OF MATERIALS ENGINEERING GEOLOGICAL SURVEY ON THE BASIS OF GIS TECHNOLOGY

Pyankov S.V. 1 Osovetskiy B.M. 1 Konoplev A.V. 1 Iblaminov R.G. 1
1 Perm State National Research University
Описан опыт работы по созданию геоинформационной системы по инженерной геологии города Перми путем систематизации материалов городских фондов. Приведены основополагающие принципы проектирования сетевой распределенной информационно-аналитической среды обработки геологических данных. Приведен алгоритм действий, включающий анализ инженерно-геологической изученности территории г. Перми, построение карт изученности; разработку структуры баз данных; согласование классификаторов и структуры баз данных; наполнение баз данных и создание баз метаданных информации; сбор исходной информации для картографирования; разработка классификаторов для тематических карт; создание комплекта тематических карт; интеграцию баз данных и геоинформационных систем в единый городской ресурс – информационную систему обеспечения градостроительной деятельности.
The experience of work to create a geographic information system for the engineering geology of the city of Perm by ordering materials city funds. Given the fundamental design principles of distributed network of information-analytical processing environment geological data. The algorithm of actions, including the analysis of engineering-geological study of the territory of Perm, mapping of knowledge; development of database structures; harmonization of classification and structure of the database; content databases and the creation of meta-database information; collection of baseline data for mapping; classifiers for the development of thematic maps; the creation of a set of thematic maps; integration of databases and geographic information systems into a single urban resource – information system for urban activities.
engineering geology
information resource
database
geographic information system
еhematic mapping
1. Dimuhametov D.M., Chemus A.A., Konoplev A.V. Opyt sozdaniia geoinformatcionnoi sistemy inzhenernoi geologii territorii g. Permi // «Problemy inzhenernoi geologii karsta urbanizirovannykh territorii i vodokhranilishch». Materialy Vseros. nauch.-prakt. konf. PGU. Perm, 2008. рр. 78–81.
2. Kozlovskii S.V. Metodicheskie aspekty, printcipy i posledovatelnost organizatcii geoinformatcionnoi sistemy (GIS) v inzhenernoi geologii // Inzhenernaia geologiia. Mart 2010. рр. 18–22.
3. Konoplev A.V., Krasilnikov P.A. Metodika kartografirovaniia territorialnykh sochetanii prirodnykh resursov i ikh kompleksnaia ocenka s ispolzovaniem GIS (na primere Permskogo kraia)// Geografiia i prirodnye resursy. 2012. no. 1. рр. 129–132.
4. Konoplev A.V., Krasilnikov P.A. Raionirovanie territorii Permskogo kraia po velichine prirodno-resursnogo potentciala na osnove GIS-tekhnologii // Voprosy sovremennoi nauki i praktiki. Universitet im. V.I. Vernadskogo. 2009. no. 3 (17). рр. 150–156.
5. Krasilnikov P.A., Konoplev A.V., Kustov I.V., Krasilnikova S.A. Geoinformatcionnoe obespechenie inzhenerno-ekologicheskikh izyskanii// Fundamentalnye issledovaniia. 2013. no. 10–14. рр. 3161–3165.
6. Piankov S. V. Permskii gosuniversitet: kurs na kompleksnoe formirovanie rynka vnedreniia GIS-tekhnologii i dannykh DDZ // Zemlia iz kosmosa – naibolee effektivnye resheniia. 2011. no. 5. рр. 74–78.
7. Razrabotka printcipov i sozdanie edinoi geoinformatcionnoi sistemy geologicheskoi sredy g. Permi (inzhenernaia geologiia i geoekologiia) / A.V. Konoplev, I.S. Kopylov, S.V. Piankov, V.A. Naumov, R.G. Iblaminov // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniia. 2012. no. 6. URL: http://www.science-education.ru/106-7893.
8. Seredin V.V. K voprosu o prochnosti zasolennykh glinistykh gruntov // Inzhenernaia geologiia. 2014. no. 1. рр. 66–69.
9. Seredin V.V., Kachenov V.I., Siteva O.S., Paglazova D.N. Izuchenie zakonomernostei koaguliatcii glinistykh chastitc // Fundamentalnye issledovaniia. 2013. no. 10–14. рр. 3189–3193.
10. Seredin V.V., Pushkareva M.V., Leibovich L.O., Bahareva N.S. Metodika inzhenerno-geologicheskogo raionirovaniia na osnove balnoi ocenki classifikatcionnogo priznaka // Inzhenernaia geologiia. 2011. no. 3. рр. 20–25.
11. Seredin V.V., Iadzinskaia M.R. Zakonomernosti izmenenii prochnostnykh svoistv glinistykh gruntov, zagriaznennykh nefteproduktami. Inzhenernaia geologiia. 2014. no. 2. рр. 26–32.

Территория города Перми достаточно хорошо изучена в инженерно-геологическом отношении, что позволяет с достаточной степенью обоснованности принимать планировочные решения. Пространственные данные о городской территории постоянно накапливаются в фонде Департамента планирования и развития территории (ДПиРТ). Они включают в себя картографо-геодезические, геологические материалы, данные инженерных изысканий, представляющие согласованные между собой наборы пространственной информации в виде совокупности карт и планов, моделей местности, отдельных слоев картографической информации, а также материалы и данные дистанционного зондирования территории города, опорно-геодезической сети и другие виды информации [1, 3].

В соответствии со статьей 8 Градостроительного кодекса РФ, ведение информационных систем обеспечения градостроительной деятельности, осуществляемой на территориях городских округов, не только относится к полномочиям, но и является обязанностью органа местного самоуправления.

В настоящий момент начальный этап формирования единого геоинформационного пространства пройден, заложен фундамент для дальнейшего развития и совершенствования инфраструктуры пространственных данных на территории города Перми, в том числе для разработки новых (недостающих на сегодняшний момент) массивов пространственных данных [2].

Главной проблемой инженерно-геологического обеспечения градостроительной деятельности являлось то, что данная информация не была представлена в городе Перми в качестве городского информационного ресурса. При этом в фонде ДПиРТ города Перми на протяжении почти 50 лет накоплен достаточный объем геологической информации. В результате был создан фонд геологических данных, насчитывающий описания почти 60000 геологических скважин, пробуренных в границах города. Эти данные рассчитаны на удовлетворение потребностей в геологической информации различных видов хозяйственной деятельности. Наиболее востребованными из геологических информационных ресурсов являются геологическое строение городской территории, инженерно-геологические условия участков и массивов (состояние и свойства пород, гидрогеологические условия, развитие инженерно-геологических процессов) [10, 11]. Однако фонд инженерно-геологических отчетов хранится в бумажном виде. Это является препятствием для широкого использования этой информации в практических целях. Устранение указанной проблемы осуществлялось через геоинформационное картографирование и ведение банка данных инженерно-геологических изысканий по территории города Перми по следующему сценарию и необходимой последовательности:

  • анализ геолого-геофизической, инженерно-геологической и гидрогеологической изученности территории г. Перми, построение карт изученности и обоснование масштаба картографирования;
  • разработка структуры баз данных инженерно-геологической, гидрогеологической и геоэкологической информации. Согласование классификаторов и структуры баз данных;
  • наполнение баз данных и создание баз метаданных инженерно-геологической, гидрогеологической и геоэкологической информации;
  • сбор исходной информации для картографирования. Разработка классификаторов для тематических карт;
  • создание комплекта тематических карт (ГИС слоев). Карты обеспечивают создание геоинформационного ресурса на площадь города, служат геологической основой планирования застроек и базой для формирования комплекса сводных карт;
  • создание комплекта сводных карт (опасных эндогенных и экзогенных геологических процессов и явлений; рисков возникновения ЧС; инженерно-геологического районирования для целей обеспечения безопасного строительства).

Этапы реализации информационно-аналитической среды (ИАС) представляют последовательную совокупность междисциплинарных научно-исследовательских работ, упорядоченных во времени, взаимосвязанных и объединенных в стадии системного, технического и рабочего проектирования ИАС, ввода в эксплуатацию и сопровождения.

Важнейшие задачи поэтапного проектирования ИАС:

  • создание инфраструктуры информационного базиса по инженерной геологии;
  • использование стандартных, открытых, универсальных протоколов и интерфейсов;
  • реализация проектных решений по программному, техническому и информационному обеспечению в виде взаимоувязанных компонент и комплексов для интегрирования в распределенную вычислительную среду.

Потенциальными пользователями ИАС являются поставщики (владельцы) и потребители ее аппаратно-вычислительных, сетевых, информационных и информационно-аналитических ресурсов. Предусматривается координируемое и контролируемое разделение ресурсов для совместного решения задач динамическими совокупностями индивидуальных пользователей, организаций и принадлежащих им ресурсов – виртуальными организациями, с прямым доступом пользователей к информационно-аналитическим ресурсам, к приложениям, базам данных и знаний и др. ресурсам ИАС [6,7].

Часть работ уже реализована. В конце 2010 года ДПиРТ заключен муниципальный контракт на создание и наполнение базы данных информационной системы «Инженерно-геологические изыскания». Сроки исполнения – 2010–2012 гг. Целью выполнения работ явилось создание базы данных «Инженерно-геологические изыскания» и наполнение данными для дальнейшей интеграции в информационной системе обеспечения градостроительной деятельности (ИСОГД).

Выполнен следующий объем работ по переводу фонда отчетов в цифровую форму:

Количество отчётов – 5 300; количество листов в отчёте от 1 до 50. Отсканированные отчеты переведены в формат PDF. Типовое содержание:

  • титульный лист;
  • выводы (пояснительная записка);
  • журнал буровой скважины;
  • план земельного участка;
  • геологический разрез скважины;
  • заключение.

Количество переведенных в табличную форму скважин – 23700. Информация представлена в виде таблицы в формате XLS.

Имена полей:

  • № п/п;
  • номер отчёта;
  • номер инженерно-геологической выработки;
  • район;
  • название объекта;
  • организация, выполнившая инженерно-геологические изыскания;
  • период проведения изысканий;
  • способ нанесения координат;
  • координаты выработки X;
  • координаты выработки Y;
  • координаты выработки Z;
  • вид выработки;
  • глубина выработки;
  • появившийся уровень грунтовых вод;
  • установившийся уровень грунтовых вод;
  • глубина залегания коренных пород;
  • дата ввода в базу;
  • проверка номера.

Информационный раздел «Инженерно-геологические изыскания» содержит карту существующих выработок и семантические данные по каждой выработке в системе координат г. Перми. Для базы данных отсканированной информации разработан минимальный интерфейс поиска по номеру отчета и номеру инженерно-геологической выработки по журналу выработок. Для системы в целом реализованы основные требования к обеспечению защиты от несанкционированного доступа, к эргономике и технической эстетике, по стандартизации и унификации, расширяемости и перспективам развития и модернизации.

Геоинформационная система (ГИС) является неотъемлемой и очень важной подсистемой ИСОГД [3, 7]. Данная подсистема должна обеспечивать возможность работы с пространственными данными с непосредственной «привязкой» графических объектов к объектам других подсистем ИСОГД. С помощью ГИС производится обработка цифровых пространственных данных. Платформой автоматизированной ГИС управления пространственными описаниями объектов градостроительной деятельности является стандартизованная программная платформа ArcGIS, внедренная в ДПиРТ в 2008 году.

Данная платформа ГИС для АИСОГД обеспечивает следующие функциональные возможности:

  • Открытость системы, масштабируемости и настройки под конкретные задачи.
  • Технологии публикации данных в сети интернет на основе современных WEB-сервисов.
  • Расширенные возможности аналитического аппарата и мощные средства пространственного анализа.
  • Стандартные полноценные средства конвертации из форматов других ГИС.
  • Хранение в стандартной базе данных атрибутивной информации, обеспечение целостности данных при многопользовательском режиме редактирования.
  • Поддержка версионности баз данных.
  • Присутствие средств построения и проверки векторной модели – правильности взаимоотношений графических объектов в системе, после которой конвертация данных в другие системы происходит без потери или искажения информации.

Объектами подсистемы являются графические объекты карты. Каждый графический объект должен иметь определенный набор атрибутов. Перечень, состав объектов и их атрибутов был определен на этапе технического проектирования [4]. Данная функция позволяет визуализировать определенные графические объекты, выводить на экран открытую пользовательскую карту, либо карту специального назначения (топографический план) и выходных отчетов, в зависимости от уровня доступа пользователя и характера выполняемых задач.

В части работы с графической информацией реализованы следующие возможности:

  • Просмотр графической информации через Web.
  • Просмотр и редактирование графической информации, содержащейся в едином хранилище пространственных и описательных данных на основе СУБД посредством ArcEditor, ArcView (ArcMap) (клиентских приложений существующей платформы ArcGIS).
  • Подключение различных пространственных и описательных данных (графических слоев базы геоданных) в зависимости от уровня доступа пользователя и характера выполняемых задач и выходных отчетов.
  • Использование возможностей выбранной ГИС для проверки обрабатываемых в Системе графических и семантических данных.
  • Использование возможностей выбранной ГИС для формирования необходимой отчетности.

В настоящий момент работы по геоинформационному картографированию и ведению банка данных инженерно-геологических изысканий по территории города Перми продолжаются, что создает предпосылки для создания ГИС-Атласа инженерной геологии города Перми.

Рецензенты:

Середин В.В., д.г.-м.н., профессор, заведующий кафедрой инженерной геологии и охраны недр, Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь;

Наумова О.Б., д.г.-м.н., зав. кафедрой поисков и разведки полезных ископаемых, Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь.

Работа поступила в редакцию 06.10.2014.