Панов Дмитрий Владимирович. Совершенствование информационного обеспечения мониторинга городских земель на основе учета особенностей рельефа : Панов Дмитро Володимирович. Удосконалення інформаційного забезпечення моніторингу міських земель на основі врахування особливостей рельєфу Panov Dmitry Vladimirovich. Improving information support for monitoring urban land based on taking into account the features of the relief

Краткое описание

Панов Дмитрий Владимирович. Совершенствование информационного обеспечения мониторинга городских земель на основе учета особенностей рельефа: диссертация ... кандидата технических наук: 25.00.26 / Панов Дмитрий Владимирович;[Место защиты: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия"].- Новосибирск, 2014.- 136 с.

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»
(ФГБОУ ВПО «СГГА»)

На правах рукописи Панов Дмитрий Владимирович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
МОНИТОРИНГА ГОРОДСКИХ ЗЕМЕЛЬ НА ОСНОВЕ УЧЕТА
ОСОБЕННОСТЕЙ РЕЛЬЕФА
25.00.26 - «Землеустройство, кадастр и мониторинг земель»
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата
технических наук
Научный руководитель –
доктор технических наук,
профессор
Трубина Людмила Константиновна
Новосибирск – 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ПОДХОДЫ К УЧЕТУ КАЧЕСТВЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЗЕМЕЛЬ
1.1 Основные положения и требования по организации землепользования 9
1.2 Факторы, определяющие экологическое состояние городских земель 11
1.3 Информационная основа управления землями населенных пунктов 16

1.3.1 Информационная основа кадастра недвижимости 16
1.3.2 Землеустройство как основа рационального использования земель 22
1.3.3 Мониторинг земель 27
1.3.4 Градостроительная оценка городских земель 28
1.4 Анализ подходов к оценке экологического состояния городских земель 33
2 НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО
АНАЛИЗА ФОРМ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ 37
2.1 Инструментальные средства ГИС для анализа поверхностей 37
2.2 Морфометрические характеристики рельефа для выявления предпосылок аккумуляции загрязняющих веществ 45
2.3 Научно-методические основы анализа рельефа как фактора влияющего на формирование экологической обстановки 57
3 МОРФОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕРРИТОРИИ Г. НОВОСИБИРСКА И ЕГО
3.1 Формирование ЦМР на территорию г. Новосибирска и его окрестностей в среде ГИС Панорама 68
3.2 Оценка точности построения ЦМР 71
3.3 Морфометрический анализ территории г. Новосибирска и его окрестностей по
3.4 Характеристика потоковых структур Новосибирска и его окрестностей 84

4 ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ФОРМИРУЕМОЙ ПОД ВЛИЯНИЕМ РЕЛЬЕФА, НА ЗЕМЕЛЬНЫХ УЧАСТКАХ Г.НОВОСИБИРСКА………………………………….89
4.1 Выявление земельных участков попадающих в экологически неблагоприятные зоны……………………………………………………………………………………89
4.2 Влияние рельефа на загрязнение почв 94
4.3 Влияние рельефа на загрязнение воздушной среды 101
4.4 Анализ пространственного расположения городских школ с точки зрения формирования благоприятной экологической обстановки 111
4.5 Влияние рельефа на развитие транспортных коммуникаций 115
4.6 Разработка рекомендаций по совершенствованию мониторинга земель
населенных пунктов 118
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………….…………… 123
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 125

4
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. В современных условиях возрастает роль
информационного обеспечения мониторинга городских земель для
регулирования землепользования и охраны земель. Именно в городах наиболее
остро стоят вопросы повышения качества окружающей природной среды,
поскольку их социально-экономическое развитие, и, как следствие, экологическое
состояние напрямую связаны с увеличением техногенной нагрузки на
окружающую среду. Процесс загрязнения, как основное проявление техногенного воздействия, в городских условиях имеет повсеместное распространение, протекает в течение всего времени освоения и использования территории и отражается на всех землях. Общие тенденции изменения экологических условий территории специфичны для каждого города с характерными для него природной обстановкой, структурой застройки и техногенными источниками.
Основные аспекты свойств земель – градостроительный, инженерно-строительный, правовой, экологический, санитарно-гигиенический – в той или иной степени учитываются при регулировании землепользования, при земельно-кадастровых работах, градостроительном проектировании и мониторинге земель.
Существующая система организации мониторинга земель не позволяет в полной мере учитывать всю специфику городских земель при оценке их экологического состояния. Сложившиеся методические подходы к оценке состояния земель базируются на фиксации данных о концентрации загрязняющих веществ в отдельных точках, которые характеризуют объемы и механизмы поступления загрязняющих веществ, но не позволяют судить о процессах распространения загрязнений, в значительной степени определяемых природной составляющей территории. При этом ведущая роль принадлежит рельефу.
Именно рельеф несет сложную функциональную нагрузку, являясь не только базисом для градостроительства, но и во многом определяя направления распространения загрязнений, пути миграции вещества, зоны его возможного

5
накопления и смыва. При этом в нормативно-методических документах,
регламентирующих оценочные работы, значимость рельефа отражена
недостаточно.
В связи с этим актуальными являются исследования по анализу форм рельефа, обуславливающих закономерности миграции загрязняющих веществ и влияющих на формирование экологической обстановки на городских землях, для целей совершенствования их мониторинга.
Степень разработанности темы. Теоретические основы мониторинга окружающей среды заложены Герасимовым И. П., Израэлем Ю. А., Ковдой В. А. Исследованиям городских территорий в аспекте оценки состояния земель посвящены работы Верещака Т. В., Владимирова В. В., Заиканова В. Г., Касимова Н. С., Котлова Ф. В., Лаппо Г. М., Лихачевой Э. А., Новаковского Б. А., Прохорова Б. Б., Строгановой М. Н., Тютюнника Ю. Г. и других авторов. В работах Ласточкина А. Н., Симонова Ю. Г., Спиридонова А. И., Степанова И. Н., Тимофеева Д. А., Уфимцева Г. Ф., Флоренсова Н. А., Шарого П. А. представлены методологические подходы к анализу рельефа земной поверхности, а аспекты геоинформационного моделирования рельефа рассмотрены в работах Жалковского Е. А., Журкина И. Г., Карпика А. П., Кошкарева А. В., Лисицкого Д. В., Лурье И. К., Тикунова В. С.
Цель исследования заключалась в совершенствовании информационного обеспечения мониторинга городских земель на основе разработки научно-методических положений для анализа рельефа городских территорий как фактора формирования экологических условий.
Задачи исследования. Для достижения цели исследования необходимо было решить следующие задачи:
– выполнить анализ подходов к оценке качественного состояния земель населенных пунктов;
– определить возможности практического использования методов
морфометрического анализа рельефа в информационном обеспечении
мониторинга городских земель;

6
– разработать научно-методические положения для анализа рельефа как
фактора формирования экологической обстановки на земельных участках
средствами ГИС-технологий;
– выполнить апробацию разработанных научно-методических подходов на примере анализа рельефа территории г. Новосибирска и его окрестностей;
– разработать рекомендации по совершенствованию организации
мониторинга городских земель на основе учета особенностей рельефа.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является мониторинг земель населенных пунктов (на примере г. Новосибирска). Предметом исследования является информационное обеспечение мониторинга с учетом форм рельефа, влияющих на формирование экологической обстановки городских земель.
Научная новизна:
– разработаны научно-методические положения анализа рельефа средствами ГИС-технологий для учета его влияния на формирование экологической обстановки городской среды с целью совершенствования организации мониторинга земель;
– выявлены наиболее информативные показатели рельефа, позволяющие
прогнозировать распространение негативных экологических факторов на
городских землях;
– в результате исследования получены данные морфометрического анализа территории г. Новосибирска, подтверждающие эффективность предложенных подходов к оценке пространственных закономерностей распространения загрязняющих веществ в зависимости от форм рельефа;
– предложено дополнить структуру информационного обеспечения мониторинга городских земель данными морфометрического анализа рельефа для выделения потенциально неблагоприятных с экологической точки зрения зон.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты
диссертационной работы могут служить основой для совершенствования организации мониторинга городских земель за счет определения детальных характеристик пространственных свойств земной поверхности, определяемых ее

7
рельефом. Возможность выделения потенциально неблагоприятных с
экологической точки зрения зон позволит оптимизировать схемы проведения инструментального мониторинга, а также использовать эту информацию при формировании и реконструкции городских территорий, включая структуру землепользования.
Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использованы базовые понятия землеустройства, государственного кадастра недвижимости, геоинформатики, методы системного анализа и математической статистики, а также современное программное обеспечение по реализации цифрового моделирования рельефа.
Положения, выносимые на защиту:
– разработанные научно-методические основы анализа влияния рельефа на формирование экологической обстановки городских территорий средствами ГИС-технологий повышают достоверность оценки экологического состояния многофункционально используемых земель;
– предложенный интегральный показатель экологической значимости рельефа отражает количественную характеристику вклада рельефа в формирование экологических условий в зонах различного функционального назначения;
– результаты морфометрического анализа территории г. Новосибирска
и его окрестностей характеризуют пространственное распределение природных и
вещественно-энергетических потоков, способствующих распространению
негативных экологических факторов на городских землях;
– использование предложеной структуры информационного обеспечения мониторинга городских земель с учетом данных морфометрического анализа рельефа позволяет повысить объективность экологической оценки состояния земель.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности . Диссертация соответствует областям исследования: пункт 23 – «Мониторинг земель как научное направление (концепция, методология, технология); системный подход»; пункт 24 – «Научные основы, цели, функции, содержание и организация мониторинга земель

8
(федеральный, региональный и локальный уровни)» паспорта научной специальности 25.00.26 – «Землеустройство, кадастр и мониторинг земель».
Степень достоверности и апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на Международных научных конгрессах «ГЕО-Сибирь» (2010, 2011 гг., г. Новосибирск), «Интерэкспо ГЕО-Сибирь» (2012, 2013 гг., г. Новосибирск), III Международной конференции «Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов» (2012 г., г. Тюмень).
Результаты исследований использовались при выполнении НИР «Разработка методологии исследований состояния и оценки ресурсоемкости экологических систем», номер государственной регистрации 5.2940.2011.
Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 11 статей, из которых 4 опубликованы в журнале «Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка», который входит в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертации.
Структура диссертации. Общий объем диссертации составляет 136 страниц. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы, включающего 117 наименований, содержит 15 таблиц, 51 рисунок.

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В представленной диссертационной работе решены поставленные задачи и достигнута основная цель исследования – разработаны научно-методические положения для анализа влияния рельефа городских земель на формирование экологических условий средствами ГИС.
Получены следующие основные результаты:
– выполнен анализ подходов к оценке качественного состояния земель населенных пунктов, который показал, что в нормативно-методических документах, регламентирующих оценочные работы, значимость рельефа отражена недостаточно;
– определены возможности практического использования методов морфометрического анализа рельефа, реализуемых средствами ГИС, в информационном обеспечении мониторинга городских земель;
– разработаны научно-методические положения для анализа рельефа средствами ГИС-технологий для учета влияния рельефа на формирование экологической обстановки городской среды и организации мониторинга земель, которые включают: базовые научно-методические положения, обоснование наиболее информативных морфометрических показателей и алгоритм вычисления индекса оценки экологической значимости рельефа, технологические решения для реализации морфометрического анализа рельефа средствами ГИС;
– осуществлена апробация разработанных научно-методических положений
для территории г. Новосибирска и его окрестностей: проведен детальный
морфометрический анализ рельефа, выделены потоковые структуры,
транспортирующие и аккумулирующие загрязняющие вещества, выполнены исследования по выявлению закономерностей распространения загрязнений для объектов, расположенных в зонах разного функционального назначения;
– предложено дополнить информационное обеспечение мониторинга городских земель данными морфометрического анализа рельефа для выделения

124
потенциально неблагоприятных зон, связанных с пространственными процессами распространения загрязняющих веществ;
– разработаны рекомендации по совершенствованию организации
инструментального мониторинга, позволяющие повысить объективность
экологической оценки земель за счет выбора репрезентативных ключевых
участков и точек отбора проб, рационального размещения стационарных постов наблюдения за состоянием окружающей среды.
Использование выполненных разработок позволит повысить объективность оценки и прогноза состояния земель поселений.