CC BY
57
001: 10.24411/0044-3913-2018-10713 УДК 631.4
Применение геоинформационных систем при инвентаризации многолетних насаждений и в точном земледелии
И. Г. КОСТИН, зав. лабораторией (e-mail:
Центр агрохимической службы «Белгородский», ул. Щорса, 8, Белгород, 308027, Российская Федерация
леделие, геоинформационная система, мониторинг, почва, инвентаризация многолетних насаждений.
Для цитирования: Костин И. Г. Применение геоинформационных систем при инвентаризации многолетних насаждений и в точном земледелии // Земледелие. 2018. № 7. С. 45-48. йО!: 10.24411/00443913-2018-10713.
почвы // Достижения науки и техники АПК. 2012. № 1. С. 3-6.
18. Теоретические основы эффективного применения современных ресурсосберегающих технологий возделывания зерновых культур / А. В. Гостев, И. Г. Пыхтин, Н. Б. Нитченко и др. Курск: ФГБНУ ВНИИЗиЗПЭ, 2016. 87 с.
Conceptual Model of Designing the Database Structure for Agricultural Resource-Saving Technologies
|l. G. Pykhtin], A. V. Gostev
Kursk Federal Agrarian Scientific Center, All-Russian Research Institute of Farming and Soil Protection from Erosion, ul. Karla Marksa, 70 b, Kursk, 305021, Russian Federation
Abstract. To date, resource saving is one of the main topical trends in domestic production in general and agriculture in particular. The aim of the research was the development of the database structure of resource-saving technologies of crops cultivation, which is a fundamentally new solution that allows a more reasonable and differentiated approach to the use of both individual resource-saving techniques and agricultural technologies of different intensity for each group of crops. The process of resource saving should be implemented not only by reducing the cost of material and energy resources but also with the obligatory condition of soil fertility preservation. On the basis of the system analysis and generalization of modern scientific data published, as well as the results of our own research, regional conditons for the effective use of resource-saving techniques and agricultural technologies that promote the rational use of available resources were justified. A conceptual model was developed for designing a database structure for resource-saving technologies for growing crops of different intensity, which includes three blocks: initial data, regulatoryand reference information, computational algorithms. To fill the listed blocks we summarized and developed the regulatory and reference information on the issue of the most appropriate factors and conditions for the use of resource-saving agricultural technologies and agricultural practices. Their descriptive characteristic was given with the substantiation of the regional conditions for their effective use in technologies of crop cultivation of different intensity levels. Practical use of the results of the research in agriculture will contribute to the rational use of natural resources and will provide opportunities for long-term monitoring and forecasting of the environment state, as well as the production of the required quantity and quality of crop products for food security of the Russian Federation.
Keywords: database; structure; model; agricultural technology; resource saving.
Author Details:11. G. Pvkhtinl D. Sc.(Agr.); A. V. Gostev, Cand.Sc.(Agr.), leading research fellow (e-mail: [email protected]).
For citation: Pykhtin I. G., Gostev A. V. Conceptual Model of Designing the Database Structure for Agricultural Resource-Saving Technologies. Zemledelije. 2018. No. 7. Pp. 42-45 (in Russ.). DOI: 10.24411/00443913-2018-10712.
Цель исследований - доработать и применить веб-сервис ГИС Агроэколог Онлайн для инвентаризации многолетних насаждений и построения сводных отчётов, а также адаптировать его для использования в точном земледелии с целью построения тематических карт по элементарным участкам и выявления про -блемныхзон. В работе использовали программные средства MS Visual Studio 2015 и SQL Management Studio. При разработке применяли языки программирования C#, HTML, JavaScript, SQL. Данными для разработки и примеров наполнения базы данных послужили: информация по инвентаризации, собранная при проверке садов на территории Белгородской области в 2017-2018 гг.; формы инвентаризации, разработанные Департаментом растениеводства, механизации, химизации и защиты растений Министерства сельского хозяйства Российской Федерации; контура участков, отвекторизованные по космическим снимкам. Для адаптации к требованиям точного земледелия использовали контура элементарных участков, подготовленные специалистами ФГБУ «ЦАС «Белгородский», и результаты агрохимического обследования в разрезе элементарных участков. По данным инвентаризации многолетних насаждений, внесённых в базу данных, сформирован отчёт по многолетним насаждениям, расположенным на территории Белгородской области, в котором перечислены культуры и их сорта, а также указаны площади. По площадям видно, что новых садов с 2006 по 2018 гг. заложено около 2559 га, из них 1036 га находятся в плодоносящем возрасте, а 1523 га садов ещё не вступили в период плодоношения. По загруженным в ГИС картограммам содержания агрохимических элементов в почвах колхоза «Знамя труда» Ракитянского района можно определить места их концентрации и дефицита, что открывает возможности для их дифференцированного внесения и сокращения затрат. Улучшенную ГИС Агроэколог Онлайн можно использовать для инвентаризации многолетних насаждений и в точном земледелии на всей территории России.
Ключевые слова: агрохимическая служба, сельское хозяйство, точное зем-
На сегодняшний день в сельском хозяйстве используют множество географических информационных систем (ГИС), которые позволяют отслеживать динамику изменения характеристик рабочего участка, хранить историю полей и отслеживать изменения различных показателей [1, 2, 3].
Многие решения, принимаемые во время выращивания сельскохозяйственных культур, основываются на учете урожайности. Данные об урожайности той или иной культуры на конкретном поле позволяют товаропроизводителю предпринимать более правильные и обоснованные действия при выборе доз удобрений, делать выводы о том, насколько эффективно производство [4]. Если объединить сведения о структуре посевных площадей и урожайности с другими данными, например, картой крутизны склонов или картой эрозии почв, то можно определить проблемные зоны и причины их появления, а также оперативно найти способы устранения недостатков. Таким образом, ГИС позволяют землевладельцам сократить время и расходы по уходу за посевами и насаждениями, а также добиваться повышения урожайности.
Так как большинство ГИС разрабатывают сторонние организации, никак не связанные с сельским хозяйством, то периодически возникают такие трудности, как поиск источника ы получения данных и отсутствие по- е нимания, что с этими данными де- л лать. В результате этого многие ГИС д либо не используют вообще, либо л их использует узкий круг наиболее | подготовленных специалистов. Ещё 2 одна крупная проблема - нежелание 7 или невозможность разработчиков м постоянно контактировать с поль- 1 зователями ГИС и осуществлять до-
работку функционала, необходимого для продуктивной работы.
Применение ГИС-технологий формирует информационную основу для ландшафтно-экологического анализа территории. Их использование при агроэкологической типизации земель позволяет значительно сократить время на проведение оценки, а также получать пространственную информацию об агроландшафтах и количественно оценивать распределение данных в пределах рабочих участков [5, 6]. Поэтому в ФГБУ «ЦАС «Белгородский» разработана и освоена геоинформационная система под названием «ГИС Агроэколог Онлайн», которая обеспечивает доступ к базе данных о плодородии почв каждого рабочего участка через сайт http:// www.agrochim31.ru. Использование этого ресурса дает возможность пользователям системы всегда иметь удобный доступ к базе данных агрохимической службы, в которой отражены актуальные результаты мониторинга плодородия почвы [7, 8, 9]. Пользователи могут просматривать тематические картограммы, отражающие обеспеченность почв подвижными формами макро- и микроэлементов, органическим веществом и др., которые строятся динамически по материалам из базы данных.
Есть возможность вести электронную книгу истории полей, с использованием современых методик рассчитывать дозы удобрений, следить за движением транспорта в реальном времени и просматривать GPS-треки, формировать различные отчеты [10]. Основные достоинства этой ГИС - постоянное обновление агрохимических данных и огромный функционал, который интенсивно дорабатывается и улучшается.
Цель исследований - доработать и применить веб-сервис ГИС Агроэколог Онлайн при инвентаризации многолетних насаждений для удобного представления данных в виде сводных
отчётов, которые позволят увидеть урожайность по садам на определённой территории и сделать соответствующие выводы. Также адаптировать этот сервис для возможности использования в точном земледелии с целью построения тематических карт по элементарным участкам и выявления проблемных зон.
Для разработки функционала по инвентаризации многолетних плодово-ягодных насаждений использовали примеры данных, собранных при проверке садов; формы инвентаризации многолетних насаждений, разработанные Департаментом растениеводства, механизации, химизации и защиты растений Министерства сельского хозяйства Российской Федерации; контура участков многолетних плодово-ягодных насаждений, отвекторизованные по космическим снимкам.
Создание функционала для точного земледелия осуществляли на основе отвекторизованных контуров элементарных участков; данных ФГБУ «ЦАС «Белгородский» по агрохимическому обследованию рабочих участков в разрезе элементарных участков; примеров заполнения книги истории полей как по участкам, так и по элементарным участкам.
В качестве языковых средств программирования для разработки серверной части и получения информации из базы данных использовали C#; для написания клиентской части и фрагментов пользовательского интерфейса - JavaScript; в качестве основной разметки веб-страниц и интерфейса - HTML; для создания таблиц, запросов, представлений и работы с базой данных - язык программирования баз данных SQL.
Основная среда разработки серверного и пользовательского функционала, отчётов - MS Visual Studio 2015; среда программирования баз данных на языке SQL - SQL Management Studio. Также использовали бесплат-
ную библиотеку для работы с картографическими и векторными данными Ореп_ауегв, бесплатные библиотеки для написания клиентского функционала и части интерфейса - иОиегу и иОиегу III.
Используя средства разработки, языки программирования и полученные данные необходимо обобщить и структурировать всю информацию для наглядного представления и дальнейшей обработки. На первом этапе разрабатывали необходимую структуру в базе данных и набор функций для взаимодействия с данными. Далее осуществляли написание серверного функционала для обработки пользовательских запросов на сервере и передачи результатов обратно клиенту, а также разрабатывали формы для вывода отчётов. Параллельно с серверной частью разрабатывали клиентский функционал и интерфейс для удобного представления данных и взаимодействия с пользователями. После всего наполняли базу данных тестовыми данными и тестирование веб-приложения, по результатам которого получали готовое решение со сводными отчётами и картограммами.
Для применения ГИС Агроэколог Онлайн в точном земледелии был разработан функционал, позволяющий вести книгу истории полей и строить картограммы в разрезе элементарных участков.
Теперь пользователи системы могут видеть не только общие картограммы по рабочим участкам, но и более подробно просматривать их по элементарным участкам, что позволяет выявить проблемные территории (рис. 1). На основании информации, полученной при внесении удобрений или защите от сорняков, можно будет обрабатывать только проблемные зоны, не затрагивая всю площадь участка, что в свою очередь сократит расходы и улучшит продуктивность. Заполнять книгу истории полей мож-
$ Рис. 1. Картограммы подвижного фосфора по участкам и элементарным участкам.
Многолетние насаждения
Область Баллххуюая 1304102 173014.82
Район Алексеевский 99765 54 4
ИП Глава КФХ Лесогор РВ 4 4 2017 Показать
Район Белгородский 29974 83 52 5
ИП Глава К(Ф)Х Заярный Ю В 10 10 2017 Показать
ИП Глава К(Ф)Х Лавренов С С 10 10 2017 Показать
ИП Глава К(Ф)Х Тараканов С В 10 10 2017 Показать
ИП Гпава КФХ Тавокин С В 225 225 2017 Показать
Район Борисовский 19968 16 153 38
ОГАУЗ "Санаторий Красиво" 3403 33 8 2017 Показать
ООО "Сады в залесье-оригинал" 1356 11958 2017 Показать
Район Валуйский 61643 35 14
ЗАО "Агросадоеодческое" 113 65 2015 Показать
ИП Полухин В И 75 75 2015 Показать
Район Вейдепевский 78764 78 556
ООО "Вейделевские Сады" 556 556 2017 Показать
Район Волоконовский 103352 20
ИП Созыкин В И 20 20 2017 Показать
Район Грайворонский 55583 2 258
ООО "Цветущий сад" 258 25 8 2017 Показать
Район Губкинский 83921 57 739 5
АО "Чуевские сады" 1092 2 739 5 2017 Показать
Район Корочансхий 59072 4 667 7
ООО "Агрохолдинг Корочансхий" 10066 22 2017 Показать
ЗАО "Корочансхий плодопитомник" 633 7 6337 2017 Показать
ИП Глава К(Ф)Х Мамонтов А В 12 12 2017 Показать
Инвентаризация многолетних насаждений
Основные данные I
Инвентаризация многолетних насаждений
Год 2018
Основные характеристики
Площади многолетних насаждений
2009
2014
Купыура Сорт
Дата проведения инвентаризации Год посадки Год вступления в плодоношение Год вступления в товарное плодоношение
Подвой (тип. наименование) 54-118 Схема посадки 5x2
Урожайность. IVIа 0 Интенсивный □ Наличие шпалеры 0 Наличие капельного орошения Фитосанитарное состояние Хорошее
Яблоня -1
Женева -1
11 06 2018
Изреженность, % |3 Валовое пр-во. тонн
Сохранить Закрыть
Рис. 2. Реестр и книга инвентаризации многолетних насаждений.
но по отдельным элементарным участкам, что в дальнейшем, после доработки функционала, позволит строить картограммы по структуре посевных площадей более подробно. Планируется добавление отчётов по элементарным участкам.
В марте 2017 г. Департаментом растениеводства, механизации, химизации и защиты растений Министерства сельского хозяйства Российской Федерации бала организована работа по актуализации результатов инвентаризации многолетних насаждений плодовых и ягодных культур, проведенной в субъектах РФ. Выполнение этой работы было возложено на органы управления АПК субъектов РФ совместно с подведомственными министерству филиалами ФГБУ «Россельхозцентр», ФГБУ «Гос-сорткомиссия», а также центрами и станциями агрохимической службы. Это имеет большое значение для развития интенсивного плодоводства в стране и применения инновационных технологий в этой сфере сельскохозяйственной деятельности [11]. В связи с изложенным в 2018 г. в ГИС Агроэколог Онлайн был разработан функционал по инвентаризации многолетних насаждений, в том числе, например, реестр и книга инвентаризации многолетних насаждений (рис. 2), а также отчёты по ним.
Такой функционал позволяет вносить всю необходимою информацию по инвентаризации, например, год проведения, культура, сорт, год посадки, год вступления в плодоношение, год вступления в товарное плодоношение, подвой, схема посадки, урожайность, изреженность, валовое производство, наличие шпалеры, интенсивность, наличие капельного орошение и фитосанитар-
ное состояние. На вкладке «Площади многолетних насаждений» можно задать площади по возрасту культуры (в плодоносящем возрасте, не вступили в период плодоношения, вышли из оборота, раскорчёваны, питомники/ маточники) и указать наличие господдержки. В справочниках базы данных содержатся все основные культуры и их сорта, а также группы культур по виду, что позволяет быстро заполнять почти все данные из выпадающих списков и в дальнейшем построить отчёт (рис. 3).
Формы сводных отчётов по инвентаризации многолетних насаждений были разработаны Департаментом растениеводства, механизации, химизации и защиты растений Министерства сельского хозяйства Российской Федерации с корректировкой сотрудниками ФГБУ «ЦАС «Белгород-
ский». Совместно с функционалом по отображению и работы с элементарными участками есть возможность заполнения инвентаризации многолетних насаждений по элементарным участкам. Это актуально в тех случаях, когда на одном рабочем участке посажено несколько разных сортов или культур.
Кроме нового функционала в ГИС Агроэколог Онлайн пользователям доступны все ранее существовавшие функции и отчёты. После входа в систему можно выбирать область, район и организацию для просмотра картограмм и отчётов, а также внесения данных в книгу истории полей. Далее возможно просмотреть все тематические картограммы с результатами агрохимического и почвенно-эрозионного обследования. Важная картограмм - карта
Рис. 3. Пример инвентаризационной формы 1.
проекта адаптивно-ландшафтной системы земледелия (АЛСЗ), на которой стрелочками обозначены направления обработки участков, есть подписи севооборотов, отображены лесополосы, водные объекты с водоохранной зоной, местазалужения и вывода пашни из севооборота. Почти все объекты на карте АЛСЗ интерактивны и содержат информацию о себе во всплывающем окне. Есть возможность менять подложку картограммы и отображать кадастровую карту. Также есть информация по животноводческим комплексам и протоколам испытания органических удобрений. Присутствует функционал по расчёту доз минеральных удобрений, который учитывает не только культуру, но и агрохимические характеристики в почве. Небольшими дополнениями служат измерительный функционал, позволяющий определять расстояния и площади, а также возможность мониторинга передвижения транспортных средств через GPS.
Концепция геоинформационных систем позволяет проводить покомпонентный анализ территории, интегрировать показатели природного, социального и экономического характера. Территориальная привязка к природным объектам (почвам, рабочим участкам) и объектам административного деления (район, хозяйство) даёт пользователю возможность осуществлять имитационное моделирование совокупности разнородных данных [12]. Объединяя в себе множество функций и храня в базе данных огромное количество информации ГИС Агроэколог Онлайн предоставляет огромные возможности для анализа данных и последующего обоснованного принятия решений на их основе как для землепользователей, так и для уполномоченных сотрудников Министерства сельского хозяйства РФ.
Таким образом, в результате проделанной работы на основе данных, полученных при инвентаризации многолетних насаждений, данных агрохимического обследования участков и отвекторизованных контуров участков, полученных от ФГБУ «ЦАС «Белгородский», с использованием форм инвентаризации, разработанных Департаментом растениеводства, механизации, химизации и защиты 18 растений Министерства сельского ° хозяйства Российской Федерации, IV разработан и внедрён функционал ^ по инвентаризации многолетних е плодово-ягодных насаждений, а так-ли же функционал для использования ГИС Агроэкоглог Онлайн в точном ® земледелии.
S Нововведённые функции позво-$ ляют землевладельцам сократить
время и расходы по уходу за сельскохозяйственными культурами и плодово-ягодными насаждениями, добиться повышения урожайности, а сотрудникам Министерства сельского хозяйства, Россельхозцентра, Госсорткомиссии и Агрохимслужбам строить и просматривать отчёты для оперативного получения информации и контроля исполнения обязанностей землепользователями.
Литература.
1. Васильев П. В., Петин А. Н., Яницкий Е. Б. Геоинформатика в недропользовании. Белгород: изд-во БелГУ, 2008. 232 с.
2. Каличкин В.К. Геоинформационное моделирование в изучении трансформации и использования земель сельскохозяйственного назначения //Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 4. С. 70-72.
3. Выявление динамики почвенного покрова в условиях внутривековой климатической изменчивости юга лесостепи среднерусской возвышенности с использованием геоинформационных систем Л. Г Смирнова, А.Г. Нарожняя, Н.С. Кухарук и др. // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 11. С. 12-16.
4. Личман Г. И., Беленков А. И. Мониторинг урожайности сельскохозяйственных культур в точном земледелии // Нивы Зауралья. 2014. № 11 (122). С. 64-69.
5. Применение геоинформационных систем для агроэкологической оценки земель при проектировании адаптивно-ландшафтных систем земледелия / Л. Г. Смирнова, А. Г. Нарожняя, Ю. Л. Криво-конь и др. // Достижения науки и техники АПК. 2011. № 11. С. 11-14.
6. Система показателей агроэкологиче-ской оценки эродированных черноземов/ Н.П. Масютенко, Г. П. Глазунов, А. В. Кузнецов и др. // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 11. С. 7-11.
7. Лукин С.В., Четверикова Н.С. Мониторинг плодородия пахотных почв лесостепной зоны Центрально-Черноземного района // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2010. № 1. С. 71-73.
8. Лукин С. В. Динамика основных агрохимических показателей плодородия почв Центрально-Черноземных областей России // Агрохимия. 2011. № 6. С. 11-18.
9. Лукин С. В. Мониторинг содержания микроэлементов 7п, Си, Мо, Со, РЬ, Сс1, Дв, Нд в пахотных черноземах юго-запада Центрально-Черноземной зоны // Агрохимия. 2012. № 11. С. 52-59.
10. Рекомендации по проектированию интегрированного применения средств химизации в ресурсосберегающих технологиях адаптивно-ландшафтного земледелия: инструктивно-методическое издание / под ред. А. Л. Иванова. М.: Росинформа-гротех, 2010. 464 с.
11. Об инвентаризации многолетних насаждений плодовых и ягодных культур // ФГБУ «Российский сельскохозяйственный центр». ияи Шрв:// roeeelhoecenter.com/inCex.php/regione/ сетга1/875-товкуа/поуов^/12330-оЬ-iпveпtarizatвii-mпogoletпikh-пaвazhCeпij-р!оСоуукЬы-уадоСпукЬ|-ки1Шг (дата обращения: 20.10.2018).
12. Каличкин В. К., Павлова А. И. Система поддержки принятия решений по рациональному использованию земельных ресурсов хозяйства на основе ГИС // Достижения науки и техники АПК. 2009. № 6. С. 13-15.
Application of Geoinformation Systems in Inventory of Perennial Plantations and in Precise Agriculture
I. G. Kostin
Center of Agrochemical Service "Belgorodsky", ul. Shchorsa, 8, Belgorod, 308027, Russian Federation
Abstract. The purpose of the research was to elaborate and apply web service GIS Agroecolog Online in the inventory of perennial plantations and construction of summary reports, as well as to adapt the service for the use in precise farming in order to construct thematic maps for elementary plots and to identify problem areas. Software tools MS Visual Studio 2015 and SQL Management Studio were used in the work. The development used the following programming languages: C#, HTML, JavaScript, SQL. The data for the development and examples of filling the database were the following: information on the gardens inventory in Belgorod region in 2017-2018; inventory forms developed by the Department of Crop Production, Mechanization, Chemicalization and Plant Protection of the Ministry of Agriculture of the Russian Federation; contour plots, vectorized from satellite images. For precision farming, the contours of the elementary plots prepared by the specialists of the Center of Agrochemical Service "Belgorodsky" and the data of the agrochemical survey in the context of the elementary plots were used. According to the inventory of perennial plantations, included in the database, a report on perennial plantations, located in the territory of Belgorod region, which lists the crops and their varieties, as well as the areas, was generated. According to the areas, it was clear that from 2006to 2018 about 2,559hectares were planted; gardens on 1,036 hectares were in fertile age, and gardens on 1,523 hectares did not start the fruiting period. Using the maps of the content of agrochemical elements in the soils of the Znamya Truda collective farm, Rakityansky district, loaded in the GIS, it was possible to determine the places of their accumulation and deficiency, which opened up opportunities for their differentiated application and cost reduction. Improved GIS Agroecolog Online can be used for the inventory of perennial plantations and in precise agriculture throughout Russia.
Keywords: agrochemical service; agriculture; precise farming; geo-information system; monitoring; soil; inventory of perennial plantations.
Author Details: I. G. Kostin, head of laboratory (e-mail: [email protected]).
For citation: Kostin I. G. Application of Geoinformation Systems in Inventory of Perennial Plantations and in Precise Agriculture. Zemledelije. 2018. No. 7. Pp. 45-48 (in Russ.). DOI: 10.24411/00443913-2018-10713.
