CC BY
62
УДК 625.72:634.93
ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
С. С. Шинкаренко12, к. с.-х. н., [email protected], В. Н. Бодрова2, [email protected], Н. В. Сидорова2, [email protected] - 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
<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
,, 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» »
®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 *
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)
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.
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.
