ОРГАНИЗАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ И СЕВООБОРОТОВ C ПРИМЕНЕНИЕМ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК [332.3+631.582]:528.46

ФОМЕНКО П. Н., ЯРМОЛЕНКО А. С.

ОРГАНИЗАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ И СЕВООБОРОТОВ C ПРИМЕНЕНИЕМ

ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ

ORGANIZATION OF LAND AND CROP ROTATION WITH GIS-TECHNOLOGIES APPLICATION

Аннотация. В статье указывается на необходимость автоматизации процесса внутрихозяйственного землеустройства, в связи с чем предлагается технология применения географических информационных систем (ГИС) и технологий при организации земель и севооборотов как составной части внутрихозяйственного землеустройства. В статье разработана структурно-функциональная схема организации земель и севооборотов средствами ГИС, в соответствии с которой рассмотрены этапы осуществления проекта.

Ключевые слова: ГИС, технология, организация земель, внутрихозяйственное землеустройство, севооборот.

Геоинформационное обеспечение внутрихозяйственного землеустройства -один из путей инновационного совершенствования процесса управления сельскохозяйственным производством. Его внедрение позволяет решить следующие задачи:

- повысить оперативность производства проектов внутрихозяйственного землеустройства;

- осуществить систему автоматизированного управления сельскохозяйственным производством на муниципальном уровне с применением сетевых технологий;

- повысить качество проектирования широким применением методов математического моделирования распределения земельных ресурсов с целью их эффективного использования.

Развитие сельскохозяйственного производства основано на применении современных технологий и требует обоснованной организации использования и охраны земель, рационального размещения средств производства. При организации производства сельскохозяйственного предприятия должны

Annotation. The article states the importance of automation in the process of farm boundary adjustment. In this connection, the application of GIS technologies and technologies of land and crop rotation organization is proposed. It is viewed as a constituent part of farm boundary adjustment. The structurally functional scheme of land and crop rotation organization by the use of GIS is worked out. In accordance with the scheme, the stages of project creation are considered.

Keywords: GIS, technology, land organization, farm boundary adjustment, crop rotation.

быть учтены природные и экономические факторы. Решение данных задач осуществляется в процессе землеустройства.

Теоретические и методические вопросы организации земель и севооборотов освещены в трудах таких ученых как С.Н. Волков

[1], М.А. Куропатенко и Ф.К. Куропатенко

[2], С.А. Сулин [4], В.Ф. Колмыков [3], С.А. Удачин [5] и др. Ими созданы обширные разработки в данной области, которые используются организациями по землеустройству и в настоящее время.

Внедрение географических информационных систем (ГИС) позволит автоматизировать процесс землеустроительного проектирования. В связи с этим целью настоящей статьи является разработка автоматизированной технологии организации земель и севооборотов средствами ГИС; задачей исследования - разработка автоматизированных модулей для выполнения каждого из этапов внутрихозяйственного землеустройства.

В настоящей работе геоинформационное обеспечение представляется в виде

ГИС-проекта всех этапов внутрихозяйственного землеустройства:

- подготовительные работы;

- обоснование проектных решений по структуре земель сельскохозяйственного предприятия;

- организация системы севооборотов на основе эколого-ландшафтного подхода;

- устройство территории сельскохозяйственного предприятия.

Поэтапно рассмотрим каждый из них.

Первый этап - подготовительные работы.

На этапе подготовительных работ осуществляются следующие процессы:

- подготовка планово-картографических материалов и земельно-учетных данных;

- комплексное обследование территории;

- анализ производственной деятельности и установление перспектив развития хозяйства;

- определение состояния и перспектив размещения населенных пунктов и производственных центров.

На рисунке 1 представлена разработанная авторами структурно-функциональная схема ГИС-обеспечения организации угодий.

В соответствии с данной схемой на рассматриваемом этапе были осуществлены следующие процессы:

- сканирование исходного плана с помощью программы FineReader 9.0; в связи с тем, что исходный картографический материал имел значительные размеры, сканирование выполнялось по частям, а затем части были сшиты в программе Ado-be_Photoshop;

- после сшивки была выполнена привязка картографического изображения к соответствующей системе координат в программном комплексе Credo_Transform;

- осуществлено экспортирование проекта в программу ArcView;

- созданы объекты внутрихозяйственного землеустройства методом векторизации в среде ArcView.

Процесс векторизации включал выполнение следующих действий:

- выбор начальных установок по команде «Вид ^ Свойства»;

- установление нового слоя объектов по команде «Вид ^ Новый ^ Добавить тему».

В установленном режиме создаются линейные и площадные объекты.

При этом линейные объекты могут создаваться одним из следующих способов:

а) созданием новой линейной темы по командам «Вид ^ Новая тема ^ Линия ^ ОК» - создания новой линейной темы; «Свойства Темы ^ Редактирование ^ Замыкание ^ Общее или Интерактивное» -определения режима замыкания;

б) отображением линейных объектов конечной ширины в виде буферных зон по команде «Тема ^ Создать буферные зоны ^ Метод создания буферных зон ^ На расстоянии по полю атрибута».

Второй способ создания линейных объектов предпочтителен в отношении корректности топологии объектов, которая заключается в том, что смежные объекты имеют общую границу, не накладываются и не пересекаются.

Все буферные зоны сохраняются в новой теме - Экспликация (см. рисунок 2), которая является основой для создания темы площадных объектов. При создании площадных тем, с точки зрения землеустроителя, важно, чтобы смежные объекты этой темы не имели промежутков или перекрытий и идеально состыковывались между собой. Для этого, как и при создании линейной темы, установлен режим замыкания. Допуск на замыкание задан равным 10 метров.

Рис. 2. Сохранение буферных зон в новой теме «Экспликация»

Площадные объекты создавались аналогично линейным по команде «Вид ^ Новая тема ^ Полигон ^ ОК» с допуском на замыкание 5 метров. Неточности векторизации исправляются инструментом «Редактировать вершины». Цветовое оформление полигонов осуществляется по командам «Тема ^ Редактировать легенду, Тип легенды ^ Уникальное значение ^ Поле значений ^ Вид земель» (см. рисунок 3).

Далее с помощью модуля «^_29 Коллекция скриптов» были рассчитаны площади всех площадных объектов, все темы объединены в одну «Экспликация» в виде электронной карты (см. рисунок 4), а сама таблица площадей - экспликация земель - экспортирована в MS Exсel.

'>' Редакюр легенды

1 Тема; | Зксл/мсация л] _ Загрузить J

1 Тип легенаы | у,»*алыюе значение Соирамлъ и

По у-юлчам«о |

1 Поле значений |Вк1 земель

Символ Значение Подпись 1 СчвТ 1 1

шш Болота низинные Болота низинные 5

1 1 Дороги Дороги

Г—1 Земли ДЭУ Земли ДЭУ

ж" Земли Н П. Земли Н П. —

ж Земли посторонних Земли посторотвс

п Каналы

1 1 : Пес Пес ' 8

±}У] 1 ±\Г]

1 Цветовые схемы | Щеарый чрожЛ

| Статист»«® 1 1 Пр»менить |

Рис. 3. Создание легенды цветового оформления объектов

Рис. 4. Электронная карта темы «Экспликация»

По результатам комплекса исследований, анализа производственной деятельности, состояния и перспектив развития хозяйства могут создаваться и храниться соответствующие базы данных.

Второй этап - обоснование проектных решений по структуре земель сельскохозяйственного предприятия.

1) Агроэкологическое зонирование территории предприятия.

Основой для агроэкологического зонирования является тема «Экспликация», в которой выбираются объекты, которые являются как источниками загрязнений, так и сами требуют защиты от загрязнений. Вокруг источников загрязнения создаются буферные зоны по команде «Тема ^ Создать буферные зоны ^ На расстоянии по полю атрибута» (см. рисунок 5).

Поскольку буферные зоны не должны выходить за границы хозяйства, то их обрезают по этой границе по команде «Вид ^ Мастер пространственных операций ^ Вырезать одну тему с использованием другой» (см. рисунок 6).

О Пространственные операции

выберите пространстве*»*^) операцию и щеломгв ив киогге Деле« дня мае»««) параметров.

Г Слаъ объекты гю общему атрибуту С Слить те»*>4 в ао*ч

** Выре>9ть<в^темч с испо1*>эов»*«ем яссомт Г Пересев две те»^ С 0бмки*в«гъдвете»"*1 Г Присвоитьал—^о по местогюложе»мо (Пространств соей***«)

О

О Вырезании

Эта операция создает результирующую тему, содержащую объекты и атрибуты модной темы в границах отсекающем темы

ВЮ-в>

(йомавцм п.-,

Спрмкв

Отмен« | На^ы | Д«ле«>>

Рис. 5. Буферные зоны

Рис. 6. Обрезка зоны по границе хозяйства

В качестве входной темы здесь выбирается «Экспликация», а полигональной отсекающей - «буферные зоны». В результате буферные зоны принимают корректный вид (см. рисунок 7).

Площади буферных зон определяются автоматически и помещаются в соответствующие таблицы. Из темы «Экспликация» выбираются объекты посторонних землепользователей. Окончательно агроэкологи-ческие участки и объекты посторонних зем-

лепользователей объединяются по команде «Тема ^ Преобразовать в Шейп-файл» в чертеж агрохозяйственного обследования (см. рисунок 8) под названием «Чертеж».

Рис. 7. Откорректированный вид буферных зон

2) Формирование и оценка эколого-технологических однородных рабочих участков.

Для формирования рабочих участков создается растровая основа почвенной карты по такому же алгоритму, что и растровая основа ГИС-проекта (см. рисунок 1, рисунок 9).

Рис. 8. Чертеж агрохозяйственного обследования

Параллельно с этим из темы «Экспликация» по команде «Тема ^ Преобразовать в Шейп-файл» выбираются пахотные контуры, которые в соответствии с почвенной картой объединяются в рабочие участки (см. рисунок 10).

Рис. 9. Растр почвенной карты

Рис. 10. Рабочие участки

По сформированным рабочим участкам устанавливаются основные экологические и технические показатели: тип и механический состав почв, степень их увлажнения, каменистости, эродированности, длина гона, угол склона, конфигурация и удаленность от хозяйственного центра. Данные о типе почв, их механическом составе, степени увлажнения, каменистости, эродированности (неэро-дированные, слабо-, средне- и сильноэроди-рованные) и мелиоративному состоянию определяется по почвенным картам и другим материалам обследований и изысканий.

Длина гона рабочего участка определялась с помощью инструмента «Измерить». Если участок правильной формы, то длину гона определяли путем измерения длинной стороны участка; если участок неправильной формы, то с помощью инструмента «Полигон» строили прямоугольник, площадь которого примерно равна площади участка, и измеряли большую сторону прямоугольника.

Экологическая характеристика рабочих участков представляется соответствующей базой данных (см. таблицу 1).

Таблица 1

Эколого-технологическая характеристика рабочих участков

Номер рабочего участка Площадь рабочего участка Тип почв и степень увлажнения Механический состав Средний уклон, град. Каменистость, м3/га. Степень эродированности Конфигурация Длина гона, км Удельное сопротивление, КПА Код предшественника Коэффициент потерь гумуса от мех. состава Удаленность от центральной усадьбы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1 36,74 дерново-глееватые супесчаные 1° 5 неэроди-рованные 5 8,56 45 1 1,4 1,3

2 38,43 торфяно-болотные торфяные 1° 5 неэроди-рованные 3 5,12 45 2 1,5 1,9

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

3 45,88 торфяно-болотные торфяные 1° 5 неэроди-рованные 2 5,99 45 3 1,6 1,4

4 39,49 торфяно-болотные торфяные 1° 5 неэроди-рованные 2 5,74 45 4 1,6 1,4

5 57,69 торфяно-болотные торфяные 1° 5 неэроди-рованные 2 5,89 45 5 1,6 0,1

6 72,8 торфяно-болотные торфяные 1° 5 неэроди-рованные 5 5,20 45 6 1,6 0,1

7 57,04 торфяно-болотные торфяные 1° 5 неэроди-рованные 1 5,49 45 7 1,6 1,5

8 24,65 торфяно-болотные торфяные 1° 5 неэроди-рованные 2 8,12 45 8 1,6 2,4

Итого 372,72

Третий этап - организация севооборотов на основе темы рабочих участков.

Для размещения посевов по рабочим участкам вычислялись эквивалентные расстояния от производственных центров до рабочих участков, затем была дана эколого-технологическая характеристика рабочих участков. При составлении эколого-технологической

характеристики рабочих участков уточнялся тип почв, механический состав, средний уклон, каменистость, конфигурация, длина гона, определялся коэффициент потери гумуса от механического состава и удаленность от центральной усадьбы. На основе полученных данных определялся балл экономической оценки рабочих участков (см. таблицу 2).

Таблица 2

Балл экономической оценки рабочих участков1 __

№ Площадь Озимые Яровые Зернобобовые Картофель Лен Корнеплоды Кукуруза Однолетние травы Многолетние травы

1 36,74 51 51 50 47 49 50 45 41 56

2 38,43 66 70 66 85 1 77 1 1 78

3 45,88 68 71 68 87 1 78 1 1 80

4 39,49 66 70 66 85 1 77 1 1 78

5 57,69 69 73 69 88 1 80 1 1 82

6 72,8 71 74 71 90 1 81 1 1 83

7 57,04 69 73 69 88 1 80 1 1 82

8 24,65 65 68 65 83 1 75 1 1 77

Для выполнения расчетов предшественники по участкам кодировались следующим образом: озимым зерновым присваивалось значение, равное 1, яровым зерновым - 2, зернобобовым - 3, картофелю -4, льну - 5, кормовым корнеплодам - 6, кукурузе - 7, однолетним травам - 8, многолетним травам - 9.

Четвертый этап - устройство территории сельскохозяйственного предприятия.

Расчет условной энергетической эффективности возделывания сельскохозяй-

ственных культур по рабочим участкам производился по программе <^етрго2». Исходные данные по рабочим участкам и культурам, необходимые для выполнения расчетов, сводились в таблицы (см. рисунок 11).

1 Для культур лен, кукуруза, однолетние травы (для участков 2-8) проставлены единицы, т.к. дальнейшие расчеты будут производиться в программе <^ешрго2», а с прочерками программа будет выдавать ошибку. На указанных участках данные культуры не выращиваются.

Проект Проверить О программе

Рабочих участков: 8 петя2 E:\TEKCTOBЫЕ ДОКУ МЕН ТЫЧземлеустр. магистрКкурсачЧМоя матрица

Коэффициенты пересчета Посев Результаты расчета Матрица условного дохода Матрица предшественников Баллы плодородия Характеристики рабочих участков Урожай Культуры Матрица условной энергетической эффективности

Таблица 1. Исходные данные для расчёта энергетической эффективности

наименование культур Объем грузоперевоэ Число дней Объем мехраб Э нерго содержа! Урожайность План.площад Срок возвр.

□ зим.зерн. 3,48 5,2 13,8 16508 3,5 108,1 1

Яр.зерн 3 4.8 9.7 16608 3 100,6 1

Зернобоб. 3,1 Б 4,5 7.4 17690 2,5 0 3

Картофель 25,28 44.7 48,4 3660 25,3 0 2

Тех. культ 1,66 9.2 10.1 18000 0.9 0 3

Корнеплоды 44,24 52,1 48,8 4100 44,2 0 3

Кукуруза 31,6 4.6 28,5 4100 25,3 0 0

Одн.травы 25,28 4.4 18,4 3000 20,2 0 2

Мн.травы 10,11 4,4 3.7 3780 5,1 1Б4 2

Разнести в другие таблицы

Площадь всего: 372,7

Ввести Сохранить Открыть

Рис. 11. Исходные данные для расчета энергетической эффективности

Результатом оценки рабочих участков по эффективности возделывания сельскохозяйственных культур явились матрицы условной энергетической эффективности (см. рисунок 12) или условного чистого дохода как основа для организации системы севооборотов или ежегодного размещения посевов по рабочим участкам.

В диалоговом окне командой «Рассчитать ^ Разместить ^ Следующий год» осуществлялось размещение посевов сельскохозяйственных культур по годам.

Для автоматизированного создания полей по каждому рабочему участку определялось чередование культур.

ной

Проект Проверить О программе

Рабочих участков: 8 петя E:\TEKCTOBblE ДОКУМЕНТЫ\землеустр. магистр\курсач\Моя матрица

Коэффициенты пересчета Посев Результаты расчета Матрица условного дохода Матрица предшественников

Баллы плодородия Характеристики рабочих участков Урожай Культуры Матрица условной энергетической эффективности

№ №уч. площ. оз. яр. зерноб. карт. лен корн. кукур однол. мн.

1 1 36.74 26412 20999 20300 15825 131160 73390 798349 480053 6590

2 2 38.43 36349 31801 29056 51715 -12282 127198 -2192 4726 10632

3 3 45.88 37936 32460 30332 52847 -12552 127722 -2675 4829 11341

4 4 ЗЭ.4Э 36124 31590 28869 50282 -12733 124924 -ЗОЮ 4603 10713

5 5 57.69 39383 34301 31482 55950 -11983 134884 -1158 5757 12162

Б Б 72.8 48518 34627 32491 57543 -12201 136642 -1429 5551 12140

7 7 57.84 38487 33564 30802 53563 -12687 131862 -2847 4705 11650

8 8 24.65 41347 36181 34002 54451 -7101 126494 2662 5115 11212

Площади 372.7 108.1 100.6 0 0 0 0 0 0 164

Ур-сть 3.5 3 2.6 25.6 1 44.8 25.6 20.5 5.1

Ввести Сохранить Открыть Расчитать Разместить посевы

II II

Рис. 12. Матрица условной энергетической эффективности

Дальнейшая задача заключалась в нанесении севооборотов на карту. Для этого было создано 8 точечных тем для каждого рабочего

участка; на каждом участке расставлено 5 точек по вертикали; в атрибутивной таблице заполнено чередования культур по годам (см. рисунок 13).

£

Атрибуты севооОороты.^пр

Культуры

Гщ

Озимые зерн. 1 I

Мн. травы 2!

Мн.травы 3!

Яровые зерн. 4;

Яровые зерн. 5\

Рис. 13. Таблица темы «Рабочий участок 1»

По команде «Тема ^ Автоподпись» (см. рисунок 14) было выведено чередование культур на цифровую карту. Аналогичным образом созданы темы для остальных рабочих участков. Для удобства работы с подписями осуществлена операция «Слить темы в одну», что привело к окончательному результату - «Севообороты» (см. рисунок 15).

Рис. 14. Меню «Автоподпись»

Рис. 15. Тема «Севообороты»

В заключение отметим, что предложенная авторами структурно-функциональная схема ГИС-обеспечения организации угодий и ее реализация в автоматизированном виде является инновационным инструментом для принятия управленческих решений в области использования земельных ресурсов.

Литература

1. Волков С.Н. Землеустройство. Землеустроительное проектирование. Внутрихозяйственное землеустройство. - М.: Колос, 2001. - Т.2. - 648 с.

2. Внутрихозяйственное землеустройство колхозов и совхозов / Под. ред. Ф.К. Куропатенко. - М., 1963. - 282 с.

3. Колмыков В.Ф. Курсовое и дипломное проектирование по землеустройству: учеб. пособие / Белорусская государственная сельскохозяйственная академия. -Горки, 2002. - 248 с.

4. Сулин М.А. Землеустройство. -Спб., 2005. - 448 с.

5. Удачин С.А. Землеустроительное проектирование. - 5-е изд. - М.: Колос, 1969. - 560 с.