CC BY
11УДК 62-503.57: 631.171
Технические науки
Кувшинов Алексей Николаевич, к.т.н., доцент кафедры «Мобильные энергетические средства и сельскохозяйственные машины имени профессора А.И. Лещанкина» Института механики и энергетики ФГБОУ ВО «МГУ им.
Н.П. Огарева»
Фирсова Надежда Михайловна, студент Института механики и энергетики
ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарева»
ФОРМАТЫ ДАННЫХ В ТОЧНОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ
Аннотация: В статье представлен обзор форматов представления данных информационных систем точного земледелия. Рассмотрены преимущества и недостатки работы системы точного земледелия в режиме online и offline. Определены виды форматов векторных данных и их применение.
Ключевые слова: точное земледелие, системы глобального позиционирования, данные, цифровизация, стандарт, online, offline.
Abstract: The article presents an overview of data presentation formats for precision farming information systems. The advantages and disadvantages of the system of precision farming in online and offline mode are considered. The types of vector data formats and their application are defined.
Keywords: precision farming, global positioning systems, data, digitalization, standard, online, offline.
Точное земледелие включает в себя большое количество элементов, которые являются основой цифрового метода ведения хозяйства [2, 5]. Цифровизация всех сфер производства сельскохозяйственной продукции предусматривает работу с цифровыми данными или большими данными (массивами, BIG DATA) [1, 7].
Инструменты и технологии, используемые для точного земледелия, включают [6]:
- географические информационные системы (GIS);
- систему глобального позиционирования (GNSS);
- технологию переменного внесения материалов (VRT);
- дистанционное зондирование (RS);
- системы параллельного и автоматического вождения (Autotrac);
-системы дистанционного контроля и мониторинга.
Данные системы решают задачи бережливого использования ресурсов, позволяют снижать вредное влияние сельскохозяйственного производства на экологию за счет отказа от необдуманного внесения большого количества пестицидов и удобрений.
Наиболее важными компонентами системы точного земледелия являются сквозные составляющие, которые будут основой для остальных технологий. Такие условия обеспечивают коммуникативные технологии между всеми компонентами системы, а также информационная среда, в которой происходит взаимодействие. Для сельскохозяйственного производства в качестве коммуникативной составляющей используются системы глобального позиционирования, в качестве информационной среды, в которой будут происходить все процессы - электронные карты полей [6].
Отличие от обычных географических карт заключается в следующем. Информация, представленная на географических картах представляет собой уменьшенное изображение поверхности земли или ее участка в виде специальной картографической проекции. Так как поверхность Земли представляет собой выпуклую трехмерную поверхность (сфера), а карта двухмерное пространство, то на картах появляются искажения формы и отклонения границ и площадей от действительных значений.
Основным преимуществом таких карт является наглядность и интуитивная логика ориентации в пространстве (местности). Представленная модель называется позиционной, в ней все данные местности связаны с
пространственным положением. Несмотря на простоту использования в обычных картах цветных изображений, для компьютерного (машинного) языка их оцифровка представляет собой сложность, так как создание требуемых данных занимает много памяти. Увеличение точек разрешения (пикселей) значительно увеличивает объем файлов. Такие карты, а также спутниковые снимки поверхности земли представляет собой растровые изображения. Они удобны для восприятия человеком и позволяют примерно оценить географическое местоположение (широта, долгота), тип поверхности земли (вода, суша, горы, равнина и т.д.).
Для машинных систем, как правило, не требуется визуального отображения типа поверхностей, а необходимы геометрические фигуры пространственных данных с привязкой с географическими координатами. Для цифровых данных растровые форматы - это привычные форматы изображений (JPEG, BMP, TIFF) (рисунок 1) или специализированные для географических систем (GeoTIFF, GeoSpot).
Рисунок 1 - Пример фотографии места участка земли. Учебная площадка
Данные, описанные в виде геометрических фигур (линия, круг, многоугольник и т.д.) и снабженные атрибутивной (описательной) информацией, называются векторными.
Оператор машин с системами точного земледелия, тоже, как правило, будет работать с векторными данными. На рисунке 2 и 3 показаны отличия растрового и векторного представления участка земли, изображенного на рисунке 1.
Рисунок 2 - Пример отображения растрового формата участка земли. Учебная площадка
Рисунок 3 - Пример отображения векторного формата участка земли. Учебная площадка
В точном земледелии различают два основных подхода в управлении данными. Это данные, передаваемые сейчас и постоянно (режим online) с помощью беспроводных коммуникаций (сотовая сеть, WI FI, радиосеть) и непостоянные, передающиеся с определенной периодичностью (в основном, в конце смены) (режим offline) [3, 4].
Для систем, работающих online зачастую отсутствие доступа к сети является критическим, и оборудование работать не будет, их также называют
сетевым (рисунок 4). Более продвинутые системы могут работать как от сети, так и локально.
\
Плюсы:
+ достл п к данным с тwool о места, где есть свя1ь (Интернет) + коллективный достл п + синхрони шпня между устройствами
Минусы:
- зависимость от сети
- физические данные хранятся на удаленном сервере сторонней компании
- проблемы безопасности данных в сетях (хакерские атаки на сервер и сеть)
Плюсы: + работает быстрее + отсутствует «задержка» сети + фишческие данные хранятся у конечного польювателя усгройс!вами
Минусы:
- требуются больше памяти конечного устройства, так как данные сохраняются локально
- невозможность обновления системы по сети (недостающие данные не подгружаются)
Рисунок 4 - Преимущества и недостатки различных схем передачи данных
Режим online иногда сравнивают с операционными системами реального времени (Real Time), т.е. системами, работающими мгновенно, здесь и сейчас. В точном земледелии его так в полной мере нельзя назвать, так во время передачи данных присутствует задержка (сети, аппаратная задержка, операционная, отклика, программная и т.д.). Тем не менее, данные передаются постоянно с конечного устройства на облачный сервер и с сервера на конечное устройство пользователя. Также важным условием является то, что эти системы
работают с технологическим оборудованием, что позволяет их отнести к таким системам.
В этих двух подходах отличаются и способы хранения данных. В случае режима online данные передаются на сервер и хранятся там. В случае режима offline, данные накапливаются цифровом устройстве хранения конечного пользователя, потом объединяются на общем компьютере или сервере.
Векторные форматы данных могут быть представлены в виде:
- текстовых форматов (данные представлены массивом с координатами. Файлы представлены расширением формата TXT. Также данные могут быть представлены ячейками или колонками с координатами. Файлы представлены расширением формата Excel, CSV);
- «шейп-файлов» (Shapefile), популярный векторный формат, разработанный компанией Esri в начале 1990-х годов. Файлы данных представлены расширением формата SHP;
- tab файлов - наиболее популярный формат в России. В основном используется в ГИС Mapinfo;
- Geopackage (gkpg), обновленный формат SHP;
- GPX, формат записи GPS -треков;
- KML (Keyhole Markup Language) web- формат векторных данных. Наиболее распространен в системах точного земледелия в РФ. Является официальным стандартом Открытого геопространственного консорциума (Open Geospatial Consortium - OGC). Используется в большинстве платных и бесплатных программ. Является основой программы Google Earth.
Выводы. Система точного земледелия представляет собой набор систем и технологий и предусматривает работу с цифровыми данными или большими данными (массивами, BIG DATA). Существую множество форматов сохранения данных. В настоящее время в технике применяются векторные форматы сохранения, отображения, использования и передачи данных. Отсутствие единых форматов зачастую затрудняет его использование на всех видах технике и технологиях, что требует применение конвекторов.
Библиографический список:
1. Анализ информативности методов обработки больших спутниковых данных систем точного земледелия при коррекции крупномасштабных почвенных карт / А. Л. Куляница, Д. И. Рухович, П. В. Королева [и др.] // Почвоведение. - 2020. - № 12. - С. 1460-1477. - DOI 10.31857/S0032180X20110088.
2. Варич М. И. Цифровизация сельского хозяйства в рамках проекта развития сельского хозяйства в Российской Федерации до 2025 года / М. И. Варич, Р. Р. Давлетшин // Молодой ученый. - 2020. - № 2(292). - С. 354-357.
3. Завьялова А. Г. Ставка на точное земледелие / А. Г. Завьялова, О. Е. Комарова // APK News. - 2019. - № 13. - С. 71-73.
4. Кокунова, И. В. Инновационные решения в конструкциях разбрасывателей минеральных удобрений для снижения экологических рисков / И. В. Кокунова, Т. Е. Федорова-Семенова, В. А. Григорьева // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. - 2021. - № 1(34). - С. 51-59.
5. Косников, С. Н. Преимущества и проблемы цифровизации сельского хозяйства / С. Н. Косников, А. С. Чаленко, Э. Р. Меликов // Естественно-гуманитарные исследования. - 2022. - № 42(4). - С. 137-140.
6. Разработка практических рекомендаций для создания электронных карт полей с помощью программ на базе операционной системы ANDROID / А. Н. Кувшинов, В. Ф. Купряшкин, А. П. Иншаков, И. И. Курбаков // Нива Поволжья. - 2020. - № 4(57). - С. 109-115. - DOI 10.36461/NP.2020.57.4.007.
7. Харитонов В. И. Инструменты формирования цифрового сельского хозяйства в контексте развития системы управления продовольственным обеспечением / В. И. Харитонов // E-Scio. - 2021. - № 9(60). - С. 262-268.
