Научная статья на тему 'Опыт использования геоинформационных технологий при реализации точного земледелия в Волгоградской области'

Опыт использования геоинформационных технологий при реализации точного земледелия в Волгоградской области Текст научной статьи по специальности «Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства»

CC BY
23
6
Поделиться
Ключевые слова
АГРОЛАНДШАФТ / ТОЧНОЕ ЗЕМЛЕДЕЛИЕ / МОНИТОРИНГ / ВОЛГОГРАДСКАЯ ОБЛАСТЬ / ГИС / ДЗЗ

Аннотация научной статьи по общим и комплексным проблемам технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства, автор научной работы — Шинкаренко С.С., Бодрова В.Н., Сидорова Н.В.

В статье рассматривается опыт применения беспилотных летательных аппаратов, данных GPS-мониторинга техники и автоматизированной системы параллельного вождения на базе GPS-навигации для геоинформационного обеспечения систем точного земледелия в Волгоградской области. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №18-016-00165 «Геоинформационные технологии прогнозирования состояния и управления агролесосистемами»

Похожие темы научных работ по общим и комплексным проблемам технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства , автор научной работы — Шинкаренко С.С., Бодрова В.Н., Сидорова Н.В.,

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Опыт использования геоинформационных технологий при реализации точного земледелия в Волгоградской области»

УДК 625.72:634.93

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

С. С. Шинкаренко12, к. с.-х. н., vnialmi@bk.ru, В. Н. Бодрова2, bodrova0307@mail.ru, Н. В. Сидорова2, nadyushkasidorova@mail.ru - 1ФНЦ агроэкологии РАН, г. Волгоград 2Волгоградский государственный университет, г. Волгоград

В статье рассматривается опыт применения беспилотных летательных аппаратов, данных GPS-мониторинга техники и автоматизированной системы параллельного вождения на базе GPS-на-вигации для геоинформационного обеспечения систем точного земледелия в Волгоградской области.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №18-016-00165 «Геоинформационные технологии прогнозирования состояния и управления агролесосистемами».

Ключевые слова: агроландшафт, точное земледелие, мониторинг, Волгоградская область, ГИС, ДЗЗ.

В настоящее время точность и эффективность в сельскохозяйственной деятельности приобретают немаловажное значение. Это связано с тем, что прогрессирует развитие вычислительного оборудования, геоинформационных технологий и методов моделирования, а также с тем, что все виды технологий и сельскохозяйственной техники постоянно совершенствуется и модернизируется [5, 7]. Современная же тенденция развития сельскохозяйственного бизнеса в крупных агропромышленных холдингах говорит о необходимости ведения производства с применением современных информационных технологий, в частности внедрения точного земледелия [9].

Для того, чтобы повысить производительность, увеличить урожайность и уменьшить затраты сельхозтоваропроизводителей, вся актуальная информация о полях и их характеристиках должна лежать в основе агротехнических планов для каждого конкретного сельскохозяйственного угодья или участка. При помощи ГИС-технологий предприятие может решать многочисленные задачи планирования, моделирования, прогноза, анализа и т.п. [4, 6]. Геоинформационные технологии для картографирования земель сельскохозяйственного назначения на сегодняшний день широко применяются в развитых странах, где являются стратегическим направлением аграрной политики [2, 7, 9]. Россия же находится только на начальном этапе внедрения технологий точного

земледелия. В Волгоградской области только отдельные хозяйства применяют элементы точного земледелия, как правило, это системы параллельного вождения и БПЛА, однако о подсистемах принятия решений, в том числе геоинформационном обеспечении речь не идет. В статье показан опыт использования геоинформационных технологий для обеспечения системы точного земледелия в регионе.

Материалы и методика исследований. В работе использованы аэрофотоснимки БПЛА «eBee Ag», спутниковые снимки Landsat 8 и Sentinel-2, данные автоматизированной системы параллельного вождения тракторов John Deere. Геоинформационная обработка осуществлялась в программах QGIS и ArcGIS, также использовано специализированное программное обеспечение для фотограмметрической обработки аэрофотоснимков и треков, поставляемое вместе с оборудованием.

Результаты и обсуждение. Электронные карты полей (угодий) являются основой любой информационной системы контроля производства как элементарные операционные единицы хранения информации [3, 8]. Интерактивная карта полей (рис. 1) позволяет ГиС-специалистам оперативно обновлять и заполнять данные о полях, а остальные пользователи имеют возможность узнавать всю необходимую информацию (номер поля, культура, агрохимические показатели и т.д.) простым наведением курсора.

Фанл Правка Вид i" МЦЯ Бставка Выборка I ruO'.pj'jL Kl Настройка Окна Сгр»и

□ б5И© В X *> r»l*-|MÄJÜ -gjacsfsen .......-I ► м.

iSSflSBIBBIH(В1Ш"_-JШsЯ®I: 'Л -I -i ■ --r I в i й «г H iE lс в

d r о :: «■ »opines щи Г

!" jH " л! Точка

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

<ли ца содержания

и

ES Слои

.) 0Л1 Graduate чог(Лвложени»|\поля.т0

в нЕНЕЗПЗ

и О E*po>t_(Xrtpiit_5 (Ш Export,Outpul„7

т

_-_au___ 4 X вление данными +

250 дминнстрирование >

рхиаироаание

ерсни

пожения

ь Добашть вложен»

■ Запретить вложен

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

,, Разрешить аложег

ь Создать таблицу с

ь Удалить вложения

енерализацив

!ометричес«я сеть

паграмма

napt*jpg ндексы

пасс пространствен»

КОД лопя 250 пассы отношений

Ппощздь {га) 330.26 atop данных LAS бщие

Культура (2017 г.) Пар

вкет подтипы

в Полистный К5Ш g| % Пол*

О Проекции и преобраз В Пространственные о( Е %! Рабочая область в % Распределение баи Щ Растр

• Слон и представлен» »

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

®АгсТ... 43,972 50,352 Десятичные градусы

Рисунок 1 - Интерактивная карта сельскохозяйственных земель

Все большее значения для мониторинга состояния посевов приобретает аэрофотосъемка с использованием БПЛА, имеющая ряд преимуществ перед спутниковой съемкой. Это связано с низким временным разрешением спутниковых снимков высокого пространственного разрешения и низким пространственным разрешением систем, осуществляющих ежедневную съемку (например, спектро-радиометр MODIS).

Мониторинг полей при помощи БПЛА включает несколько этапов:

- аэрофотосъемка согласно полетному плану

(рис. 2а), полевые исследования;

- фотограмметрическая обработка снимков, включающая ортотрансформацию, уточнение географической привязки, склейку в мозайку;

- расчет вегетационных индексов (например, NDVI) на основе полученной на предыдущем этапе ортофотомозайки (рис. 2б);

- анализ состояния посевов.

В результате обработки эти данные помогают оперативно реагировать на изменения состояния культур, принимать своевременные решение, что позволяет повысить эффективность земледелия.

г ¡э $ ^ оа ив

ч г

С

'•П№ ГГ..

* .1: - НП *

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

1«" г*

тЮО »

чн™«* «имуще Ма

- С

Легенда значении индекса

■ о

|ол Ш0.2

0.3 0.4

а«

I 0.7

■ 0.3

■ а»

II

а)

Д*)гмк>н (среднее ыаченис)

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

б)

Рисунок 2 - Окно состояния БПЛА (а) и растры результатов вычисления вегетационных индексов

по материалам аэрофотосъемки (б)

Данные автоматизированной системы параллельного вождения предоставляются в виде треков (векторных слоев, рис. 3а), содержащих данные о положении техники в каждый момент времени (географические координаты, абсолютные высотные отметки), скорости (рис. 3б). Трек позволяет увидеть наличие препятствия внутри полей - контуры балок, оврагов и других неудобий, лесополос. Аналогично могут быть обнаружены и прочие необрабатываемые

участки внутри полей. Набор векторных слоев-треков позволяет организовать систему контроля проведения всех агротехнических операций на каждом поле. По данным такой системы можно построить карту скорости движения техники по полю, которая позволяет наглядно оценить работу механизатора и выявить нарушения технологий (рис. 3г). Системы параллельного вождения сельскохозяйственной техники предоставляют возможность проведения ана-

лиза высотных отметок (рис. 3в). При работе на поле техника, оборудованная автоматизированной системой параллельного вождения, фиксирует отметки высот через заданные интервалы. При работе датчиков мы имеем максимально точные и актуальные данные о высотах, которые можно использовать для построения детальных ЦМР (цифровые модели рельефа) полей, которые могут послужить важным факти-

ческим материалом для разработки агрономических мероприятий, таких как формирование задания для механизаторов по обработке поля, расчет оптимальной траектории движения по полю с минимальным воздействием на почвенный покров, планирование точек входа и выхода техники на поля, подбор агротехнических приемов с учетом морфометрических характеристик рельефа и т.п.

Рисунок 3 - Геоинформационные слои по данным систем параллельного вождения (а - треки в системе «СКАУТ», б - трек работы тракторов John Deere, в - рельеф, г - скорость движения тракторов John Deere)

Выводы. Несомненным плюсом использования ГИС-технологий в земледелии является информационно-техническая поддержка агрономической службы при принятии технологических решений. Основными задачами точного земледелия являются контроль границ полей, планирование посевов/ работ, накопление данных о полях. Для решения этих задач используют современные информационные технологии, включающие в себя дистанционные методы оценки состояния почв и посевов (аэрофотосъемка, спутниковые данные) и применение геоинформационных систем. Электронные карты полей - это начало системы точного земледелия, без которого невозможно организовать полноценную подсистему принятия решений.

Литература:

1. Баденко В.В. Особенности геоинформационного обеспечения технологий точного земледелия // Геома-тика. - 2009. - № 4. - С. 53-58.

2. Байбеков Р.Ф., Афанасьев Р.А. Информационное обеспечение технологий точного земледелия // Мелиорация и водное хозяйство. - 2012. - № 1. - С. 10-13.

3. Бодрова В.Н. Методы дистанционного контроля сельскохозяйственных угодий // Антропогенная трансформация геопространства: история и современность: матер. IV Междунар. науч.-практ. конф., г. Волгоград, 1519 мая 2017 г. / редкол.: С.Н. Канищев (отв. ред.) [и др.]; Федер. гос. авт. образоват. учреждение высш. образования «Волгоградский государственный университет». -

Волгоград: Изд-во ВолГУ 2017. - С. 149-159.

4. Личман Г.И. Использование космического мониторинга и дистанционного зондирования в системе точного земледелия // Геоматика. - 2011. - № 4. - С. 89-93.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

5. Михайленко И. М. Управление системами точного земледелия. - СПб.: Изд-во С.-Петербургского ун-та, 2005. - 234 с.

6. Рулев А.С. Геоинформационное картографирование и моделирование эрозионных ландшафтов - Волгоград: ВНИИ агролесомелиорации, 2015. - 153 с.

7. Рунов Б.А. Новейшие технологии (точное земледелие) - основа развития выгодного сельского хозяйства // Экономика сельского хозяйства России. - 2010. - № 2. - С. 25-34

8. Якушев В.П. Геоинформационное обеспечение прецизионных экспериментов в земледелии // Геоинформатика. - 2015. - № 3. - С. 96-101.

9. Якушев В.П. Точное земледелие: опыт применения и потенциал развития // Геоинформатика. - 2014. - № 3. -С. 32-38.

EXPERIENCE OF THE USE OF GEOINFORMATION

TECHNOLOGIES IN THE IMPLEMENTATION OF THE

PRECISION AGRICULTURE IN VOLGOGRAD REGION

S.S. Shinkarenko12, K.S-Kh.N., V.N. Bodrova2, N.V. Sidorova2 -

1FSC of Agroecology RAS, Volgograd, Russia 2Volgograd State University, Volgograd, Russia

The paper considers the experience of using unmanned aerial vehicles, GPS-monitoring equipment and an automated parallel driving system based on GPS navigation for geoinformation support of precision agriculture systems in the Volgograd region.

Keywords: agrolandscape, precision agriculture, monitoring, Volgograd region, gIs, remote sensing.