CC BY
54
АГРОХИМИЧЕСКАЯ СЛУЖБА
УДК 528.8:631.42
МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ АГРОХИМИЧЕСКОГО
ОБСЛЕДОВАНИЯ ПОЧВ
М.И. Степанов, С.Ю. Есбатырова
ФГУ «Центр агрохимической службы «Новосибирский » e-mail: [email protected]
Представлены данные по методике использования программного пакета ArcView 3.2а для обработки материалов агрохимического обследования почв. Показано, что этот способ обеспечивает накопление больших массивов информации, облегчает и ускоряет обработку материалов и выдачу их заказчику.
Ключевые слова: ГИС-технология, агрохимическое обследование, почва, оценка, участок, информация, картографический материал.
Methodic aspects of GIS-technology use for calculation of agrochemical soil inspection
Presentation of ArcView 3.2a software application to calculation of agrochemical soil inspection. This method provides accumulation of database, simplifies and accelerates compilation and output.
Keywords: GIS-technology, agrochemical inspection, soil, appraisal, plot, information, cartography material.
Учет состояния агрохимических показателей плодородия пахотных почв, осуществляемый Государственной агрохимической службой, - целевое направление комплексного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения. 30 апреля 2008 г. в Министерстве сельского хозяйства РФ был принят план мероприятий по организации мониторинга обрабатываемой пашни и вовлечении неиспользуемых земель сельскохозяйственного назначения в сельскохозяйственное производство, где создание единой базы данных и описание земельных участков было возложено на ФГУ центры и станции агрохимической службы. Кроме того, Правительством РФ перед Минсельхозом России была поставлена задача «создание единого государственного информационного ресурса земель сельскохозяйственного назначения, как природного ресурса, используемого в качестве главного средства производства в сельском хозяйстве». Правительством РФ также готовится Положение об осуществлении государственного мониторинга земель, используемых или предназначенных для ведения сельского хозяйства.
В свете этих решений агрохимической службе поручено предоставление следующей информации в систему мониторинга: 1) состояние земельных участков и показателей плодородия почв с указанием географических координат размещения элементарных земельных участков сельскохозяйственных земель, полученных на основе данных наземных обследований и наблюдений; 2) использование сельскохозяйственных земель по данным дистанционного зондирования; 3) загрязнение элементарных земельных участков тяжелыми металлами, пестицидами, нефтепродуктами, радионуклидами и другими загрязнителями; 4) негативные процессы, развивающиеся на сельскохозяйственных землях (эрозия, засоление, подкисление, подтопление, заболачивание, закустаривание, опустынивание и др.); 5) проведение агрохимических, мелиоративных, культуртехнических
и агротехнологических мероприятий на сельскохозяйственных землях и размещение на них сельскохозяйственных культур по результатам наземных обследований и наблюдений, выполняемых ФГУ центрами и станциями агрохимической службы, ФГУ центрами химизации и сельскохозяйственной радиологии, ФГУ по мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснабжения. Для того чтобы поставленные цели были выполнены в срок и с достаточной достоверностью центры и станции агрохимической службы должны иметь соответствующий программный продукт и опыт работы в этой сфере. Исследования в ФГУ ЦАС «Новосибирский» проводят по методическим указаниям, утвержденным Министерством сельского хозяйства (2003). По результатам обследования специалисты центра выдают картографические и рекомендательные материалы. ГИС-технология при почвенно-агрохимическом обследовании позволяет более детально анализировать состояние почвенного плодородия. Внедрение информационных технологий значительно расширяет возможности картографии применительно к сельскохозяйственной отрасли.
В нашем центре внедрена программа «Agrotools» на основе геоинформационных технологий «ArcView 3.2а», работу ведут в течение 8 лет. ArcView 3.2а дает возможность географически, то есть в наиболее наглядной и удобной для восприятия форме отображать, исследовать, запрашивать и анализировать данные. Вначале была создана кодировка хозяйств, в которой первые две цифры указывают код района, вторые две -код хозяйства и последние - год обследования. Например 301106, что означает 30 - Ордынский район, 11 -САХО «Солнечное», 06 - обследование проведено в 2006 г. Схемы внутрихозяйственного землеустройства были отсканированы и собраны в единое растровое изображение и сохранены согласно принятой кодировки. Затем провели ручную разбивку рабочих участков
на бумажной основе на элементарные, сделав привязку каждого участка согласно внутрихозяйственной оценке земель по полям, севооборотам, отделениям. Это позволяет в последующем структурировать информацию по элементарным участкам, полям, в целом по хозяйству и избавляет от повтора в нумерации при разбивке на элементарные участки.
После этого проведена векторизация полей, создание полигонов в программе ArcView 3.2a. Полигоном служит каждое поле со своим номером бригады, типом севооборота, номером собственно поля и его площадью. По каждому полю создают отдельные шейп-файлы (н\р 1b1kr1279.shp) и сохраняют в проекте. Arc-View автоматически добавит расширение apr к имени, которое мы задали новому файлу.
Проект - это файл, в котором хранится наша работа, выполняемая с помощью ArcView. Проект содержит все Виды, Таблицы, Диаграммы, Компоновки, и Тексты программ, используемые в конкретном приложении ArcView 3.2a. Таким образом, наша работа хранится в одном месте. В связи с этим осуществляется взаимосвязь и точная передача информации с бумажной основы в компьютер. И из года в год номер элементарного участка остается неизменным, что позволяет сопоставлять информацию между турами агрохимобследования.
Проведена оцифровка всех хозяйств нашей зоны обслуживания в 16 районах (рисунок). Данные по агрохимическому обследованию, поступающие из аналитического отдела, вводят с клавиатуры в программе Microsoft Excel. После того, как введены данные полностью по хозяйству, сохраняется файл в формате dBASE
IV (н\р 301106db.dbf), чтобы потом загрузить данные в ArcView 3.2a.
Обрабатываем цифровую информацию в базе данных Агрокарта системы ArcView 3.2a. В программе предварительно размещают справочные данные о классификации почв по содержанию элементов питания. Обработка данных заключается в группировке их в соответствии с градациями утвержденными Министерством сельского хозяйства Российской Федерации «Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения» (2003).
Конечным результатом при работе в ArcView 3.2a является создание компоновок. В компоновке мы собираем все компоненты будущей карты, располагаем их по нашему усмотрению, а затем выводим на печать. Компоновка значительно упрощает создание качественных карт с помощью ArcView. Для каждого хозяйства распечатывают на плоттере HP DesignJet 500 и выдают картограммы по 15 элементам (макро-, микро-, ТМ).
Программа позволяет обрабатывать информацию не только сплошного агрохимического обследования, но и выборочно под заказ, для любого сельскохозяйственного предприятия, в т.ч. фермерского. Кроме того, выдаем районные картограммы по гумусу, фосфору, калию и кислотности.
Банк данных результатов агрохимического обследования пахотных земель ведется с 1965 г. Программы обеспечивают накопление, обработку и сохранение результатов агрохимобследования (рисунок).
«Г Обработка данный агрохимического обследования Г
i Операции Сервис Справка Финиш
Хозяйство Район КцдХозяйства Имя dbf-Файл;
► АО "Вперед" Болотнинский 1G 131G01db.dbf
АО "Вперед" Болотнинский 1G 131 GGGDB.dbf
_ АО "Вперед" Болотнинский 1G 131G74DB.dbf
_ АО "Вперед" Болотнинский 1G 131GG3DB.dbf
_ АО "Вперед" Болотнинский 1G 131G67DB.dbf
_ АО "Вперед" Болотнинский 1G 131G92DB.dbf
_ АО "Вперед" Болотнинский 1G 131 GOGdb. dbf
_
ш
|б1 запись |7 записей |l|l31601db.dbf |l запись 330 записей i 1 февраля
ip Метод обработки
Отчет Закрыть Анализ
^□JxJ
(* Средние для района С Район и хозяйства С Конкретное хозяйство
2001
Район: Хозяйство: Годы:
Параметр С Кислотность (* Гумус С Фосфор С Калий С Марганец С Цинк С Медь С Кобальт С Молибден С Бор С Сера
Болотнинский
О "Вперед"
1] - |2001 ^
Кислотность (Г KCI вытяжка С Водная вытяжка
Результаты (• Кратко Г Подробно
Выполнить обработку данных
Рис. Одно из заданий выполняемого банком данных для обработки материала
Данные этих программ мы используем для формирования информационной базы данных согласно ФЦП «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроланд-шафтов как национального достояния России на 20062010 годы». Имеется две программы, разработанные на основе «Delphi 6»:
I. Для обработки табличного материала, который используется в написании сопроводительных записок к картограммам. Для этого сводная таблица по участкам берется из проекта, который создается в ArcView 3.2a и при использовании нашего модуля Агрокарта. Рекомендации пишут в офисной программе Word.
II. Программа, позволяющая рассчитать рекомендуемые дозы минеральных удобрений на планируемую урожайность с учетом содержания в почве азота, фосфора и калия.
Основным источником для оформления картограмм служат материалы внутрихозяйственной оценки земель и схема землеустройства. Создание электронных карт средствами графических программных пакетов Arc-View 3.2a значительно облегчает их использование, поскольку объем информации, который может быть размещен в них, практически неограничен. Затраты времени на обработку полученного материала значительно сокращаются до 2-3 дней против 3-4 недель при традиционном способе.
Векторное изображение схем внутрихозяйственного землеустройства позволяет осуществлять их наложение на космические снимки местности, что в будущем значительно изменит методологию агрохимических обследований в целом, интегрируя их в Системе Дистанционного Мониторинга Земель сельскохозяйственного назначения (СДМЗ).
Имея в наличии космические снимки и программные модули ArcView 3.2а для наложения векторного изображения схем внутрихозяйственного землеустройства (оцифрованного материала) на эти космоснимки, а также внутрихозы мы имеем возможности в одном View программного модуля ArcView 3.2а использовать для работы одновременно космоснимок района, схему внутрихозяйственного землеустройства и первоначальную оцифровку хозяйства в системе координат.
Без схем внутрихозяйственного землеустройства работа по оцифровке на космоснимках будет переделываться много раз, мы имеем уже опыт в этом направлении. Работа с ГИС-технологиями ведется нами в течении 8 лет. Мы используем схемы внутрихозов на 1990 г., когда распаханность земель была самая наибольшая.
Сравнивая наложение векторных схем внутрихозяйственного землеустройства на космоснимки и непосредственно оцифровав земельные участки на космосе не используя внутрихозы, как подложку - мы делаем выводы, что в первом случае более реальная картина, особенно, если измерить площадь конкретного земельного участка на космосе, то он близко совпадает с площадью, указанной на нашей схеме внутрихозяйственного землеустройства. На космоснимке точно не
обведешь по контуру полей, даже использую перед собой схемы хозяйств, из-за тени и качества снимков. У нас есть районы с очень плохим качеством предоставленных космоснимков, где не видно пашни. Значит и площадь земельных участков будет не соответствовать. Особенно затрудняется работа из-за сложной конфигурации полей нашей зоны, что несравнимо со степной зоной Алтайского края, где ровные поля разделены лесополосами.
Так как оцифровку проводили с 2000 г. и мы не имели таких возможностей, как сейчас, поэтому в программном пакете ArcView 3.2a были свои недочеты, которые программа не может решить. При оцифровке она не видит соприкосновение соседних участков и их не видно визуально, а при переносе на космос эти ошибки сразу видны. Это - проблема правки наложений полей друг на друга, но ее можно делать и в Arc-View, где нет системы поиска пересечений, что во многом усложняет работу.
Векторизатор WDF|INFO в том варианте, который предлагается сейчас, не отвечает многим требованиям. В нем нет конвертации, чтобы импортировать наши готовые оцифрованные шейп-файлы из ArcView 3.2а в программу, а затем экспортировать шейп-файлы обратно в ArcView 3.2а. Этот векторизатор, не решает проблему правки наложения полей друг на друга и не предполагает использование схем внутрихозяйственного землеустройства. Если WDF|INFO будет доработан, то можно рассмотреть, как вариант использования его векторизатором при оцифровке полей.
Для устранения этих проблем, мы нашли выход, используя векторизатор Geodraw (Геодро), который приобрели в Почвенном институте им. В.В. Докучаева. В этом векторизаторе мы работаем не только с оцифрованным материалом, но также с космоснимками и нашими схемами внутрихозяйственного землеустройства, что облегчает работу во много раз. Используя модули ArcView 3.2а, мы можем сделать перепроецирование проекта в географические координаты и использовать для работы с GPS - навигаторами, а также в любой момент можем определить географические координаты любого земельного участка нашей зоны обслуживания (таких участков у нас числится ! Формула не в таблице). Каждый элементарный участок имеет полную информацию (код ОКАТО области, код ОКАТО района, номер бригады, севооборота, номер поля, площадь, определенная с космоснимка включая и данные агрохимического обследования).
Создание электронных карт средствами графических программных пакетов ArcView 3.2a значительно облегчает их использование, поскольку объем информации, который может быть размещен в них, практически неограничен. Кроме того, значительное развитие получает научная подсистема мониторинга: преимущество программного обеспечения заключается в том, что с его помощью легко и просто решается задача выявления и анализа тенденций и закономерностей.
