Vnedrenie Land Information Model (LIM) tekhnologiy dlya povysheniya kachestva monitoringa zemelnyh uchastkov v ekonomike regiona

Введение

В условиях цифровизации развитие инновационной инфраструктуры для поддержки создания и функционирования агоротехнопарков, а также рост важности задач по повышению рациональности использовании земельных участков и территорий диктуют новые правила автоматизированного учета и мониторинга. Для повышения эффективности учетных операций все чаще используется метод многоуровневого моделирования объектов недвижимости по самым разным параметрам.

Инженерные коммуникации, состав грунта, перечисленные ранее географические и геодезические параметры, системы орошения и многие другие объекты, составляющие материально-техническую базу агротехнопарка, могут находится на разных высотных или глубинных отметках одного и того же земельного участка. Как отмечают Н.А. Николаев и А.В. Чернов, «вследствие этого корректное двухмерное (2D) и даже трехмерное (3D) представление такой застройки не является достаточным» [2].

Вместе с тем, технический прогресс в сфере геодезического оборудования и расширения возможностей геоинформационных систем показал целесообразность использования четырехмерного (4D) моделирования, основу которого, например, составляет подход на основе многомерного кадастра [3]. Наиболее эффективно данный формат кадастра получил в Нидерландах и Китае, которые уже используют национальные формы 3D-кадастра. В соответствующих документах объекты недвижимости отображаются в объемном виде (рисунок 1).

Источник: [1]

Рисунок 1 – Пример объекта отработки прототипа 3D-кадастра

Литературный обзор

В ряде других стран, например, в Сингапуре, Швеции, Австралии, осуществляются серьёзные научные исследования в данной сфере, но полноценное функционирование таких моделей еще сталкивается с рядом ограничений, например, в части признания результатов мониторинга, учёта и юридической регистрации подобных многомерных моделей [7, 9, 10]. По мнению М. Эль-Мекави, Дж. Пааша и Дж. Поулсон, «в большинстве стран действует наиболее простая форма конвертации данных из действующего 2D-кадастра в зарождающейся 3D-кадастр с заделом на будущее в виде внедрения BIM-технологий на этапе проектирования новых зданий и сооружений» [8].

Говоря о работе по моделированию агротехнопарка, нужно понимать, что многомерное моделирование представляет собой достаточно трудоемкий процесс. Поэтому на данном этапе развития моделирования сплошной охват всех земельных участков подобными работами, по нашему мнению, нецелесообразен. Вместе с тем, инновационные площадки нуждаются в расширенной информации о собственном научном потенциале.

Здесь мы согласны с мнением Е. И. Аврунева и А. И. Гиниятова, что «существуют отдельные объекты недвижимости, которые становятся исключением в связи со своей уникальностью или по ряду других причин» [1]. В этих ситуациях, как отмечают Т.А. Широкова и И.Т. Антипов, «обычно используются методы съёмки наземного и воздушного лазерного сканирования, расширяющие спектр сведений об объекте» [5].

Цель и методология исследования

Целью статьи является описание возможностей доработки и расширения существующих в настоящее время систем BIM (Building Information Modelling) до более функциональных и полезных для развития сельского хозяйства систем LIM (Land Information Modelling). Для этого необходимо не только дополнить имеющиеся разделы соответствующих баз данных, но и обеспечить на уровне регионов соответствующий набор средств мониторинга профильных земельных участков с точки зрения сбора информации о состоянии и качестве сельскохозяйственных земель в регионе и структуры инженерных коммуникаций.

Для достижения поставленной цели в статье использованы аналитический метод, метод контент-анализа, пространственное моделирование, а также методы экономического анализа параметров состояния региональной экономики.

Основная часть

Система Land Information Model (LIM) является одним из вариантов информационной модели для управления земельной информацией. BIM (Building Information Modeling) и LIM (Land Information Model) – это две концепции, которые, хотя и имеют разные фокусы, могут быть интегрированы для создания комплексной информационной системы об объекте. Например, система орошения земельного участка (рисунок 2) – это объект BIM-модели.

Источник: [4]

Рисунок 2 – Пример использования BIM для описания подземных элементов земельного участка

В свою очередь, дополнение данной модели за счет информации о составе и структуре почв расширяет ее именно в сторону многомерного описания земельного участка. Визуальное моделирование состава почвы представлено на рисунке 3. Использование упрощенных инструментов визуализации позволяет оценивать динамику состава почвы и результаты экспериментов.

Существующий подход на основе BIM (Building Information Modeling) является методом работы с информацией о зданиях и земельной инфраструктуре. Для построения системы LIM на основе BIM можно следовать следующим шагам:

Источник: [6]

Рисунок 3 – Дополнение 3D модели BIM за счет дополнительной информации о земельном участке

1. Определить цели и требования: определить цели и требования к системе LIM, обозначить какие данные о земельной информации необходимо учитывать.

2. Сбор данных: собрать данные о земельной информации, включая геоданные, кадастровую информацию, планировочные данные и т.д.

3. Интеграция BIM и LIM: разработать методы и инструменты для интеграции информации из BIM моделей и земельной информации. Использовать стандарты обмена данных для эффективной интеграции.

4. Разработка моделей данных: создать модели данных для хранения и управления информацией о земле в соответствии с требованиями системы LIM.

5. Разработка приложений: создать специализированные приложения для работы с земельной информацией на основе BIM, включая визуализацию, анализ и управление данными.

6. Тестирование и внедрение: протестировать систему LIM на реальных данных, внедрить ее в работу с земельной информацией и обеспечить обучение пользователей.

7. Поддержка и обновление: обеспечить поддержку и обновление системы LIM, следить за изменениями в законодательстве и технологиях для улучшения работы системы.

Эти шаги помогут построить систему Land Information Model на основе BIM и эффективно управлять земельной информацией. Причем, классический вариант 3D моделей для использования в агротехнопарках, по нашему мнению, представляется недостаточным. Только визуализация объектов не является главной целью моделирования.

Мы полагаем, что наиболее важным в моделировании агротехнопарка является описание параметров земельного участка не только в геометрической интерпретации, но и в сущностных свойствах. Поэтому важным является расширение функционала классических BIM-моделей для описания свойств грунта и других параметров земельного участка (рисунок 4). В этом контексте мы предлагаем ряд приоритетных направлений использования BIM для построения новой системы LIM:

1. Использование BIM-данных:

- геометрия: BIM-модели содержат точную информацию о геометрии зданий и сооружений;

- атрибуты: BIM-модели содержат атрибуты объектов, такие как материал, назначение, размеры, стоимость, и т.д.;

- связи: BIM-модели содержат информацию о связях между объектами.

2. Интеграция с ГИС-системами:

- создание геопространственных данных: преобразование BIM-моделей в геопространственные данные для использования в ГИС;

- связь с географическими данными: интеграция BIM-моделей с географическими данными, такими как топография, дороги, реки, и т.д.

Источник: построено автором.

Рисунок 4 – Дополнение возможностей BIM-моделей за счет функционала LIM-моделирования

3. Расширение BIM-модели:

- добавление данных о землепользовании: включить информацию о землепользовании, собственниках, инфраструктуре, природных ресурсах;

- включение данных о пространственных ограничениях: добавление информации о планировочных ограничениях, зонах охраны, экологических ограничениях.

4. Создание комплексной информационной системы:

- объединение BIM-данных с данными о землепользовании: создание базы данных с единой информацией о строительстве и территории;

- использование инструментов визуализации: использование ГИС-инструментов для создания визуализаций LIM, демонстрирующих пространственные взаимосвязи.

5. Применение:

- планирование: LIM позволяет планировать развитие территории, учитывая все существующие ограничения и ресурсы;

- управление: LIM позволяет управлять землевладениями, планировать инфраструктуру, отслеживать изменения в землепользовании;

- анализ: LIM позволяет анализировать пространственные взаимосвязи, оценивать риски и преимущества различных проектов;

- преимущества использования BIM для создания LIM;

- повышенная точность и достоверность данных: BIM-модели обеспечивают высокую точность геометрических данных, что важно для LIM;

- улучшение координации и сотрудничества: интеграция BIM-данных позволяет различным заинтересованным сторонам совместно работать над одним проектом;

- сокращение затрат и времени: автоматизация процессов на основе BIM может сократить время и затраты на проектирование, строительство и управление;

- создание более устойчивых решений: LIM, основанный на BIM, позволяет принимать решения, учитывающие экологические и социальные факторы.

Таким образом, LIM – это комплексная модель, которая описывает все аспекты землевладения и пространственных объектов на территории. Она представляет собой систему интегрированных данных, пространственной информации, а также правил и логики, которые описывают взаимосвязи между этими элементами. По нашему мнению, развивая предыдущие задачи и описанные ранее параметры оценки полезности, можно предложить следующие основные элементы LIM (таблица 1).

Таблица 1 – Основные элементы LIM для агротехнопарка

Отсутствие жестких нормативных ограничений позволяет агротехнопарку выбрать собственную структуру LIM-модели. Например, по нашему мнению, типовая LIM-модель данных может иметь следующие варианты структуры в зависимости от целей и требований (рисунок 5).

Рисунок 5 – Перечень основных вариантов структуры LIM-модели для агротехнопарка

В Научно-исследовательском институте точных приборов создана информационная система «Цифровая Земля» (https://vk.cc/ctQU2I) (ИС ЦЗ) для формирования постоянно обновляемого единого сплошного многослойного динамического покрытия территории Российской Федерации данными дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и обеспечения доступа потребителей к данным, продуктам и сервисам ДЗЗ. Автоматическая генерация высокоточных ортомозаик в рамках ИС ЦЗ стала возможна благодаря комплексу, созданному Акционерным обществом «Научно-исследовательский институт точных приборов» (АО «НИИ ТП»).

Например, в регионе планируется создание агротехнопарка. BIM-модели основных зданий и вспомогательных сооружений могут быть интегрированы с LIM-моделями, включающим в себя информацию о топографии, инфраструктуре, дорогах, зонах озеленения, коммуникациях, и существующих площадках открытого и закрытого грунта. Такой подход позволяет:

1) оптимизировать расположение объектов инновационной инфраструктуры на земельном участке, а также учитывать влияние нового объекта на окружающую среду и инфраструктуру агротехнопарка в целом;

2) сократить время принятия решения на изменение структуры агротехнопарка за счет наличия точных многомерных моделей всех объектов, минимизируя ошибки;

3) улучшить управление ресурсами за счет оптимизации логистических траекторий, например, энергетические коммуникации, системы орошения, системы поддержки микроклимата на участках закрытого грунта.

Заключение

Использование нового подхода на основе предлагаемого нами LIM создает мощный инструмент для планирования, управления и анализа пространственных данных на территории агротехнопарков. BIM-данные служат основой для LIM, обеспечивая высокую точность и достоверность информации. LIM, в свою очередь, позволяет более эффективно управлять территорией, учитывая все существующие ограничения и ресурсы. При этом LIM для конкретного агротехнопарка может включать в себя самые разные виды данных:

- пространственные данные – геометрия проездов, зданий, водоемов, участков открытого и закрытого грунта, границ зонирования;

- атрибутивные данные – ответственные за проведение работ на участке, дополнительные сведения о сущности участка, назначение объектов, способы орошения, состояние энергетической сети;

- правила и логика – основные принципы зонирования, минимальные расстояния между территориями экспериментов, требования к озеленению, ограничения на высоту зданий.

Используя перечисленные данные, эффективность землеустроительного процесса в агротехнопарке существенно повышается за счет следующих дополнительных возможностей:

- планирование развития территории – учет ограничений и ресурсов при разработке проектов размещения лабораторной базы и вспомогательных объектов в агротехнопарке;

- управление земельными участками – распределение прав на проведение экспериментальных научно-исследовательских работ, контроль за использованием земли;

- мониторинг окружающей среды – оценка изменений в ландшафте, составе почвы, прогнозирование экологических рисков;

- анализ пространственных данных – изучение взаимосвязи между различными объектами, выявление проблемных участков.

Таким образом, предлагаемая нами LIM – это сложная, но необходимая модель для эффективного управления территорией агротехнопарка. Она позволяет хранить, обрабатывать и анализировать огромное количество информации о землевладении, инфраструктуре и окружающей среде, что в конечном итоге способствует устойчивому развитию и рациональному использованию природных ресурсов.