Моделирование данных для автоматизированной системы ведения государственного земельного кадастра 

                «Одной из важнейших стратегических целей государственной политики в области создания условий устойчивого экономического развития Российской Федерации является эффективное использование земли и иной недвижимости всех форм собственности для удовлетворения потребностей общества и граждан. Однако, достижению указанной цели мешает ряд нерешенных проблем в области реформирования земельных и имущественных отношений. Возможность на практике внедрять эффективные экономические механизмы в сфере управления недвижимостью ограничена отсутствием систематизированных и достоверных сведений о земельных участках и иных объектах недвижимости, современных автоматизированных систем и информационных технологий  их учета и оценки. Решение этих проблем даст возможность реализовать конституционные нормы и гарантии права собственности на землю и иную недвижимость, активизировать вовлечение земли и иной недвижимости в гражданский оборот, создать основу для сохранения природных свойств и качеств земель в процессе их использования…»

Так сформулирована основная на сегодняшний день проблема в федеральной целевой программе «Создание автоматизированной системы ведения государственного земельного кадастра и государственного учёта объектов недвижимости (2002-2007 годы)» [5]. Актуальность проблемы  обусловлена всё возрастающей потребностью в разработке методов, информационных технологий и программного обеспечения для формирования единого информационно-коммуникационного пространства органов государственного учета земель и объектов недвижимости, технической инвентаризации, регистрации прав на недвижимое имущество и сделки с ним, налогообложения, управления и распоряжения землей и иным недвижимым имуществом.

Данная программа является одним из целого ряда законов и нормативных актов о земле как следствие целенаправленной политики государства на перестройку всех земельных отношений.

В соответствии с ГОСТ 34 (РД 50-680-88) автоматизированная система (АС) – «организационно-техническая система, обеспечивающая выработку решений на основе автоматизации информационных процессов в различных сферах деятельности (управление, проектирование, производство и т. д.) или в их сочетаниях», и здесь же о составе данной системы:    «в процессе функционирования автоматизированная система представляет собой совокупность комплекса средств автоматизации, организационно-методических и технологических документов и специалистов, использующих их в процессе своей профессиональной деятельности».

Неотъемлемой частью создания автоматизированной системы является процесс проектирования или разработки самой системы. В соответствии с INCOSE (Международный совет по системным разработкам), данный процесс понимается как системное проектирование и представляет собой «междисциплинарный подход и средства, делающиевозможным создание успешных систем» .

Системное проектирование (толкование INCOSE) — дисциплина разработки продуктов или процессов на основе концепции систем. Оно фокусируется на определении потребностей заказчика и необходимых функций системы, установлении требований, выполнении конструкторского синтеза и аттестации с согласованием как бизнес аспектов, так и технических аспектов данной задачи. Интегрирует необходимые дисциплины и группы специалистов в одну команду на протяжении всего жизненного цикла разработки и развития системы.

Объектом автоматизации и системного проектирования в нашем случае выступает государственный земельный кадастр, который согласно Федеральному  закону «О государственном земельном кадастре» [6] представляет собой систематизированный свод документированных сведений, получаемых в результате проведения государственного кадастрового учета земельных участков, о местоположении, целевом назначении и правовом положении земель Российской Федерации и сведений о территориальных зонах и наличии расположенных на земельных участках и прочно связанных с этими земельными участками объектов (далее сведения государственного земельного кадастра). Отсюда следует, что речь идёт об автоматизированных системах, функционирующих на основе хранения, накопления и обработки определённого объема информации или автоматизированных системах на основе баз данных [2].  Таким образом, в основе рассматриваемого типа автоматизированной системы лежит понятие «базы данных», которая содержит сведения государственного земельного кадастра. Рассмотрим более подробно принципы проектирования автоматизированных систем подобного рода.

На протяжении нескольких последних десятилетий  методы доступа и обработки информации развились от начального периода использования файловых систем к различным видам баз данных. Одним из результатов пройденного пути является теория реляционных баз данных, признанная ведущей на настоящее время в области информационных систем [1,2,3,4]. Внеся много нового в методы обработки информации, данная теория полностью изменила и подход к системному проектированию, выдвинув на первое место идею отделения логического проектирования структур данных от  физического проектирования таблиц баз данных. В основе данной идеи лежит отделение процесса проектирования и создания  таблиц баз данных, где многое зависит от используемой СУБД, таланта и опыта программиста, технических и материальных возможностей разработчика и ещё многих других факторов, способных повлиять на результат проектирования, от логического проектирования структуры данных с целью максимально достоверно отобразить предметную область в рамках задач конечных пользователей.

Различие между физическим  и логическим представлением данных было официально признано в 1978 году, когда комитет ANSI/SPARC (комитет по базам данных Американского Национального Института Стандартов) выпустил отчёт, где была предложена трёхуровневая технология системного проектирования [1,3].

В данной технологии особое внимание уделяется первому этапу проектирования системы – концептуальному. Здесь происходит разработка модели предметной области, которая базируется на анализе информационных потребностей будущих пользователей разрабатываемой системы. В результате получается модель предметной области,  выраженная в виде концептуальной схемы данных.

Следующим этапом или уровнем является выбор СУБД и отображение в её среде спецификации модели предметной области. Это внутренний уровень проектирования, стадия физического проектирования базы данных и других необходимых программных средств на основе концептуальной схемы.

И последним этапом является  внешний уровень проектирования, где создаются пользовательские представления данных, которые основываются на концептуальной схеме и конструируются на стадии разработки приложений.

При опубликовании технологии системного проектирования было особенно выделено, что   концептуальное проектирование структур данных является важнейшей стадией системного проектирования автоматизированных систем.  Активные разработки в данном направлении начались ещё в 70-е годы и не прекращаются по сей день. Одним из результатов научных изысканий является теория реляционных баз данных и  её необходимая часть – концептуальное проектирование структур данных [2].

Таким образом, в рамках общей задачи «Создания автоматизированной системы ведения государственного земельного кадастра и государственного учёта недвижимости» как автоматизированной системы на основе баз данных можно выделить три технических вопроса: концептуальное проектирование структуры данных, физическое проектирование (и реализация) таблиц базы данных, проектирование (и реализация) пользовательских представлений.

В данной статье обращается внимание на проблему логического моделирования данных в земельном кадастре как важнейший этап создания автоматизированных и ГИС систем. От качества создаваемой модели в прямой зависимости находятся функциональные возможности, быстродействие и эффективность конечного программного продукта. 

Процесс моделирования данных является сложным техническим процессом, основанным на подробном анализе моделируемой предметной области и представления её объектов в упорядоченном виде. При этом применяются различные методики и приемы, в основном основанные на итерационном подходе (методом приближения или уточнения). Однако, во всех методиках присутствуют общие черты, которые можно сформулировать следующим образом:

• Использование специального графического языка, где основными элементами являются сущности, как объекты предметной области и связь, отражающая особенности зависимости между сущностями.
• Применение понятий нормальных форм, как набора формальных требований к данным, позволяющих добиться определенной степени систематизации и согласованности данных между собой в процессе проектирования и контроля.

Результатом проектирования является комплект технической документации, в основе которой лежит модель рассматриваемой предметной области, в нашем случае это модель данных для государственного кадастрового учёта земельных участков. Модель представляется в виде комплекта схем и словарей данных,   отражающих связи между объектами, информационный состав, характеристики и особенности использования различных элементов, в том числе сущностей, отношений (таблиц), связей, атрибутов. Данная модель отражает объекты, их связи и состав информации землеустройства  и  государственного кадастрового учёта земельных участков  как определённой ограниченной области. В ней выражены принципы взаимосвязи информации земельного кадастра и логика правовых отношений в рамках необходимости государственного кадастрового учёта земель. Модель, совместно с набором отношений, является базовой технической документацией для создания автоматизированной системы государственного кадастрового учёта земельных участков или других автоматизированных систем, основанных на земельно-кадастровой информации.

Естественно модель данных не является самоцелью, хотя и становится полностью самостоятельным техническим и научным продуктом. Она предназначается, в первую очередь, для создания автоматизированных и ГИС систем. Но особенность моделирования, произведённого не в процессе программирования, а отдельным самостоятельным этапом, состоит в том, что в данном случае моделирование производится, в первую очередь, специалистом в предметной области, обладающим знаниями и навыками, позволяющими ему отразить свои разработки в виде логических и концептуальных схем. В результате он не отягощён проблемами решения технических вопросов реализации и не стремится моделировать под СУБД или под свои возможности в программировании. На результат не влияет опыт, настроение и желание программиста или особое видение проблемы одного из пользователей. Модель в таком случае более строгая, более научная, менее подвержена излишествам и обладает большей гибкостью при решении задач, не предусмотренных на начальных этапах проектирования.

Рассмотрим несколько простых примеров решения проблем моделирования данных, возникающих при построении автоматизированных систем государственного кадастрового учёта земельных участков. В данном случае применяется метод сущность-связь в варианте EER-диаграмм, где моделирование происходит с применением понятий суперкласса (сущность, включающая разные подклассы, которые необходимо представить в модели данных) и подкласса (сущность, которая исполняет отдельную роль, а также является членом суперкласса).

Первым примером для рассмотрения является моделирование понятия единого землепользования в рамках общего подхода к описанию земельных участков.  Единое землепользование формируется путём объединения группы земельных участков под единым правом на основании единой цели использования. Однако, единое землепользование описывается теми же атрибутами, что и земельный участок, и является таким же объектом кадастрового учёта. Следует так же учесть, что существуют и обыкновенные земельные участки, не имеющие ни какого отношения к единому землепользованию.

Представим на схеме (рис.1) земельный участок в виде суперкласса ЗУ.  На основании [6,7,8] в суперклассе ЗУ можно выделить три подкласса: ЕДИНОЕ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ (земельные участки, являющиеся составными), ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ (обособленные и условные земельные участки, входящие в состав единого землепользования), ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ (простые земельные участки, учитываемые как просто землепользование).  Выделим только уникальные для каждого подкласса атрибуты, а именно Название (определяет условный или обособленный это участок) у подкласса ВХОДЯЩИЙ В СОСТАВ. Остальные подклассы атрибутов не имеют. Но особенностью данной конструкции является  образование связи типа 1:М между подклассами ЕДИНОЕ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ и ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ, так как единое землепользование подразумевает под собой вхождение в него обособленных и условных земельных участков.

Таким образом, образованы три дополнительные сущности;  ЕДИНОЕ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ, ВХОДЯЩИЙ В СОСТАВ,  ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ, где подклассы  ЕДИНОЕ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ и ВХОДЯЩИЙ В СОСТАВ связаны между собой связью 1:М (обязательный).

Произведём сокращение сущностей, не обладающих уникальными атрибутами. Вернее будет отметить, что в данном случае происходит поглощение супертипом ЗУ подтипов ЕДИНОЕ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ и ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ с сохранением связей.

Полученная схема (рис.2) отражает процесс образования единого землепользования на основе простых земельных участков, где среди массы земельных участков (ЗУ) некоторые могут входить в состав других земельных участков (ВХОДЯЩИЙ В СОСТАВ) и обладать при этом дополнительным атрибутом (Наименование ЗУ).

Если мы применим правила преобразования подобных схем в отношения (таблицы) [4], то увидим, что сущность  ВХОДЯЩИЙ В СОСТАВ преобразуется в связующую таблицу, обладающую двумя внешними ключами (ссылочные идентификаторы на другие таблицы), которые указывают на общую связь с таблицей ЗУ (рис.3).

Таким образом, была подготовлена часть модели, отражающая понятие единого землепользования.

Другим примером моделирования может служить понятие ПРАВО как один из важнейших элементов кадастровой системы. Суперкласс ПРАВО (рис. 4), на основании [7, 8], можно выразить в трёх возможных вариантах права: СОБСТВЕННОСТЬ, ПОЖИЗНЕННО НАСЛЕДУЕМОЕ ВЛАДЕНИЕ, ПОСТОЯННОЕ БЕССРОЧНОЕ ПОЛЬЗОВАНИЕ. В свою очередь собственность также можно определить как суперкласс, образовывающий два подкласса: СОВМЕСТНАЯ СОБСТВЕННОСТЬ, ДОЛЕВАЯ СОБСТВЕННОСТЬ.

  На основании [6, 7] определим атрибуты для образованных суперкласса и  подклассов. Сюда можно отнести: субъект права, кадастровый номер земельного участка, атрибуты документа, определяющего право, вид права, доля, количество участников совместной собственности, номер земельного участка, если образовывается сервитут при участии данного права. Уникальными для подклассов являются только два:

• Доля – принадлежит подклассу ДОЛЕВАЯ СОБСТВЕННОСТЬ.
• Количество участников совместной собственности – принадлежит подклассу СОВМЕСТНАЯ СОБСТВЕННОСТЬ, однако, данный атрибут является явно вычисляемым, то есть может быть определён путём арифметических действий (сложить всех, кто обладает совместной собственностью на данный участок).

Таким образом, если мы произведём сокращение, то только один из подклассов (ДОЛЕВАЯ СОБСТВЕННОСТЬ) сохранится как самостоятельная сущность с уникальным только ему присущим атрибутом  Доля. Если преобразовать данную схему в таблицы (рис.5), то в результате таблица ДОЛЕВАЯ СОБСТВЕННОСТЬ будет обладать внешним ключом, отражающем ссылку на таблицу ПРАВО.

Полученные нами схемы отражают особое положение долевой собственности в комплексе прав на недвижимость и результатом данной попытки моделирования явилось образование дополнительной таблицы.

В рамках статьи невозможно  охватить сколько-то серьёзный объём примеров моделирования и отразить всю сложность процесса создания моделей данных в области земельного кадастра, поэтому ограничимся приведёнными. Однако, следует отметить, что если с приёмами и методами проектирования в общем можно ознакомится в специальной литературе, то публикации  на тему моделирования в земельном кадастре практически отсутствуют. Однако, геоинформационные и автоматизированные системы существуют и появляются новые, следовательно, модели создаются и разрабатываются, но происходит это разрозненно без единого систематизированного подхода, не в рамках научных учреждений, а мимоходом, как что-то маловажное. Это соответственно влияет на качество и функциональные возможности  производимых геоинформационных и автоматизированных кадастровых систем. В результате получаются системы однодневки, устаревающие ещё до выхода в свет, или неподъемные монстры с сотнями таблиц, сложные, запутанные и нефункционирующие. Единый системный подход к моделированию данных, включение в работу научных институтов по профилю, подготовка молодых специалистов в направлении моделирования данных в земельном кадастре  является крайне важными составляющими при создании и развитии  автоматизированных кадастровых систем в частности и геоинформатики в целом.