CC BY
49
МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИННОВАЦИИ
Вестн. Ом. ун-та. 2012. № 4. С. 200-202.
УДК 528.87:551.521.64 М.Р. Шаяхметов
ПРИМЕНЕНИЕ КАТЕГОРИАЛЬНО-СИСТЕМНОЙ МЕТОДОЛОГИИ В ВОПРОСАХ ДЕШИФРИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
На основе применения категориально-системных методов к анализу обширного экспериментального материала региональных научных коллективов впервые создана гомеостатическая модель дешифрирования космической информации. Установлены закономерности взаимодействия различных элементов данной системы в целях использования их при практическом внедрении в задачи сельского хозяйства.
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, категориально-системная методология, почвенный покров.
Одним из коренных условий, обеспечивающих ускорение прогресса научных исследований, в современных условиях выступает разработка теории и средств методологии. Они порождаются прежде всего усложнением научного знания, ускорением процесса его дифференциации и интеграции знаний, требующих учета специфических региональных особенностей процессов и характера изучаемого объекта. В современных условиях роль системных подходов развития научного знания и общественной практики неизмеримо возросла и является условием получения инновационных результатов.
В последние годы широкое применение в практике любых научных исследований системного подхода потребовало и расширения спектра философского осмысления методологии научного познания. Применительно к современным проблемам аграрной сферы в целом и рационального использования почвенного покрова в частности, а также взаимоотношения экономических и социальных партнеров производства и потребления природно-ресурсного потенциала регионов должны строиться по определенным методологическим принципам [1].
Высокое разрешение современных спутников и многоканальность съёмки их объективов раскрывает в последнее время широкий спектр научных исследований, основанный на применении мультиспектральных снимков в сельском хозяйстве, для получения более точной информации о состоянии угодий.
На основе категориально-системного методологического подхода [2] впервые была разработана гомеостатическая схема методики дешифрирования космической информации (рис 1).
На входе в систему планируется разработка принципов обоснования региональной подсистемы адаптивно-ландшафтного земледелия (РАЛЗ); на выходе - внедрение разработанной агротехнологии. В роли высшего органа управления (1) ставятся цели и задачи (ЦиЗ), из которых вытекает сам процесс построения алгоритма работы. Блок дополнительной активации и адаптации (2) представлен сельскохозяйственными орудиями, лабораторным оборудованием и подсистемой компьютерного анализа, которые используются в работе.
Местным регулятором (3) выступает мультиспектральный снимок, на котором выделяются агроценозы, располагающиеся на массивах со сложным почвенным покровом. Объектами наблюдения являются спектральные характеристики полей (СХП) (6). Первым регулятором-исполнителем (4) - являются данные о почвенном покрове (ПП), куда входят: история полей, структура почвенного покрова, химический состав почв. Вторым © М.Р. Шаяхметов, 2012
Применение категориально-системной методологии..
201
регулятором-исполнителем (5) становятся коэффициенты отражения агроценозов (КОА). Они включают в себя анализ и синтез данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).
Рис. 1. Гомеостатическая схема методики дешифрирования космической информации:
ЦиЗ - цели и задачи; РАЛЗ - региональная подсистема адаптивно ландшафтного земледелия; Т+О - техника и оборудование; ПП - данные о почвенном покрове; КОА - коэфициенты отражения агрозенозов;
СХП - спекральные характеристики полей
При разработке подсистемы агропоч-венного дешифрирования мультиспек-
тральных снимков необходимо учитывать, что они характеризуют отражательную способность агроценозов в целом, в единстве «почва - растения». Поглощение условно стабильной солнечной радиации данной системой, проявляющееся в характере всегда динамичной отражательной способности агроценоза, изменяется как во времени, так и в пространстве. Основными факторами этой динамичности поглощения солнечной радиации являются сезонная периодичность почвенных процессов, динамика прохождения фаз развития растений, влияние системы севооборота от состояния парового поля без растительности, богатогой влагой и элементами питания до последнего поля севооборота, крайне бедного элементами питания, запасами влаги, при высокой засоренности. Все это закономерно изменяет величину коэффициента спектральной яркости
Почв о образующие процессы
светоотражения растении на одном и том же земельном участке при, казалось бы, неизменном ПП.
На основании одновременного анализа и синтеза, оперативно поступающих в результате ДЗЗ данных светоотражения агроценозов, ожидается определение объектив-нои региональнои спектральнои характеристики почв для оперативного внесения поправок в действующую агротехнологию любого землепользования, вплоть до небольших крестьянско-фермерских хозяйств.
Также нами интерпретирована генеральная обратная связь. При ослаблении или искажении её может быть преувеличена или уменьшена эффективность использования космоснимков для оценки состояния ПП. Впервые предусмотренная генеральная обратная связь на экспериментальном массиве внедрения результатов позволит проверить полученные рекомендации на другой территории с аналогичными природными и социальными условиями для выявления ошибок прогноза и его дальнейшей корректировки.
Детализация схемы позволяет рассматривать противоречия внутри каждого регулятора-исполнителя и противоречие между двумя регуляторами-исполнителями (рис. 2, 3).
В ходе наших исследований на опытных полях ГПЗ «Омский» было установлено, что солевой состав почвогрунтов обратно пропорционально изменяется в зависимости от увлажнения. Это необходимо знать при изучении количества биомассы изучаемой территории и выявления коэффициентов NDVI (Normalized Differences Vegetation Index). Индекс NDVI - это безразмерный показатель, отражающий активность вегетации растительности, но в то же время он коррелирует со следующими параметрами: содержание хлорофилла, площадь листовой поверхности, сомкнутость и архитектура растительного покрова, поглощение фотосинтетически активной радиации. Также наблюдается связь значения индекса NDVI с такими показателями, как продуктивность, биомасса, влажность почвы, испаряемость, объём выпадаемых осадков, мощность и характеристики снежного покрова.
Поглохцеиие
растениями
Кол
ичество влаги в почве
Рис. 2. Компенсационный гомеостат, отражающий зависимость солевого состава почв от влажности
202
М. Р. Шаяхметов
Эталонны:
значения
Внедрение новой технологии
Рис. 3. Компенсационный гомеостат, отражающий зависимость коэффициентов отражения агроценозов
от изучаемого агроценоза
На схеме компенсационного гомеостата (рис. 3) мы наблюдаем зависимость коэффициентов отражения от агроценоза. Обе схемы связываются следующим образом. Качество солевого состава почв зависит от процессов почвообразования, которые протекают в агроценозе, на варьирование солей в почвенной толще влияют грунтовые воды и климатические осадки. Коэффициенты отражения зависят от поверхности агроценоза (поглощение и отражение световых лучей). В свою очередь на растения влияет почва. Также количество отражённого света зависит от влажности поверхности, чем влажнее поверхность, тем отражение света меньше. В ходе наших многолетних исследований будут выявлены эталонные значения коэффициентов отражения для различных сельскохозяйственных культур и пара равнинных территорий Сибири, и в результате это поможет скорейшему внедрению адаптивно-ландшафтных приёмов земледелия в регионе.
При применении данного алгоритма расшифровывания материалов ДЗЗ, а именно гомеостатической схемы, существенно повышается наукоёмкость полученных данных, уменьшается количество погрешностей при дешифрировании космических снимков. В итоге получаемые рекомендации могут использоваться не только для совершенствования методики почвенного обследования территорий и внедрения современных принципов земледелия, но и решения многих подобных задач управления народным хозяйством на основе опера-
тивного анализа регулярно передаваемых заказчику космических снимков. Появляется реальная возможность регулярно обновлять информацию о состоянии не только сельскохозяйственного, но и лесного хозяйства, а также социально-экологического состояния любого населенного пункта от села до мегаполиса с учетом региональных особенностей, которые невозможно учесть при едином государственном подходе к решению глобальных проблем современности.
Таким образом, альянс инновационных технологий познания природы и современных агротехнологий, динамично изменяемых, на основании оперативной космической информации о состоянии системы «почва - растения» с теоретическим анализом поступающей информации на основе категориально-системной методологии позволяет выявлять региональные особенности и непредсказуемые отклонения при реализации планов и прогнозов с целью обеспечения максимальной производительности производства с учетом интересов данной территории и рационального использования местных ресурсов.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Измайлова С. Методологические принципы формирования сферы переработки и производства молока // Международный сельскохозяйственный журнал. 2011. № 3. С. 40-41.
[2] Разумов В. И. Категориально-системная методология в подготовке ученых : учебное пособие / вступ. ст. А. Г. Теслинова. Омск : Ом. гос. ун-т, 2004. 277.
