CC BY
183
УДК 332:528.94
СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПО РАЦИОНАЛЬНОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ХОЗЯЙСТВА НА ОСНОВЕ ГИС
В. К. КАЛИЧКИН, доктор сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией
А. И. ПАВЛОВА, кандидат технических наук, старший научный сотрудник
Сибирский НИИ земледелия и химизации сельского хозяйства
E-mail: kvk@ngs.ru
Резюме. Предлагаются подходы к созданию системы поддержки принятия решений по рациональному использованию земельных ресурсов хозяйства с применением геоинформационных систем.
Ключевые слова: геоинформационные системы, земельные ресурсы, управление.
С развитием средств вычислительной техники и информационных систем расширились исследования в области «общество — природная среда» [1]. Все большее распространение получают геоинформационные системы (ГИС) в управлении земельно-имущественными отношениями [2], картографировании почв [3}, определении кадастровой стоимости земель [4], организации территории агроландшафта [5]. При решении задач рационального использования земельных ресурсов хозяйства актуальны исследования по созданию автоматизированной системы поддержки принятия решений (СППР) [6, 7].
Анализ современной методологии проектирования автоматизированных систем показывает, что при создании СППР целесообразно выделять среду функционирования, совокупность базовых компонент, образующих ядро системы, прикладные программные компоненты, ориентированные на решение отдельных тематических задач по рациональному использованию земельных ресурсов хозяйства, интерфейсы и базы географических данных.
Основным ядром СППР, по нашему мнению, должна быть ГИС. Концепция геоинформационных систем позволяет выполнять покомпонентный анализ территории, интегрировать знания природного, социального и экономического характера. Территориальная привязка к природным объектам (почвам, рабочим участкам) и объектам административного деления (район, хозяйство) дает пользователю возможность осуществлять имитационное моделирование совокупности разнородных данных.
Система поддержки принятия решений строится по принципу иерархической динамической модели. Она включает в себя следующие три основных компонента: источник воздействия верхнего уровня (ведущий); источник воздействия нижнего уровня (ведомый) и управляемая динамическая система (УДС).
При решении задач рациональной организации земель хозяйства в качестве «ведущего» уровня выступают органы землеустроительного проектирования (на этапе создания проектов землеустройства) и агрономы (на этапе реализации проектов по использованию земель). Роль «ведомого» в такой системе играют земли хозяйства в совокупности. В поэлементном рассмотрении это поля севооборотов, кормовые угодья и др. Под УДС понимается система земледелия, предусматривающая в своей основе реализацию агротехнических мероприятий по возделыванию культур (рис. 1).
Рис. 1. Основные составляющие СППР по рациональному использованию земельных ресурсов хозяйства.
Один из основных принципов функционирования управляемой динамической системы — создание устойчивых агроландшафтов, способных к воспроизводству высококачественной продукции растениеводства и поддержанию необходимого уровня плодородия почв.
Система поддержки принятия решений, реализованная на основе ГИС, состоит из блоков исходных данных, моделирования, принятия решений и их анализа (рис. 2).
Блок исходных данных включает совокупность баз данных (БД) об объектах УДС, которые подразделяются по характеру использования на картографические, нормативные и статистические.
Картографические БД формируются в ГИС в виде информационных моделей. При традиционном рассмотрении для этого используются массивы данных цифровых карт, из которых пользователь путем манипулирования информационными слоями и объектами может сформировать необходимые совокупности объектов в виде картографических покрытий. При определении содержания и слоев картографических покрытий возникает задача учета технологических решений ввода исходных данных и использования их в последующих аналитических расчетах.
Базы данных:
нормативные,
статистические,
картографические
SZ.
Создание
проектов
землепользова^
ния
Блок моделирования:
имитационные методы: экономики -математические, расчетно-балансовые
Сбор исходной информации, первичная обработка, унификация и структуризация
Ж
имитационное моделирование; SQL-запросы; выбор условий и ограничений и др.
Принятие решений
v
V
Проектирование, изменение границ, трансформация угодий и др.
Анализ экономической и экологической целесообразности принимаемых решений
Создание окончательного проекта об использовании земель с рекомендациями по агротехнологиям
Рис. 2. Основные блоки СППР по рациональному использованию земель хозяйства на основе ГИС.
Основные требования к информационным моделям ГИС — согласованность тематических слоев. В качестве базовых для решения задач управления земельными ресурсами на уровне хозяйственного землепользования служат среднемасштабные карты (М 1:10000, 1:25000), но могут бьггь использованы и крупномасштабные (1:2000, 1:5000). Выбор определяется особенностями территории.
Информационные модели, в которых формализуется отображение объекта при помощи идентифицирующих его параметров, в ГИС могут создаваться на базе планово-картографических материалов, данных дистанционного зондирования земли (аэрофотосъемка и космосъемка), полевых топографических съемок или их комбинаций. На сегодняшний день для решения задач землеустройства и земледелия такие модели, в основном, формируют по картографическим материалам. Однако довольно актуально использование данных дистанционного зондирования Земли.
Нормативные БД содержат информацию ограничительного и рекомендательного характера. Например, нормы внесения удобрений под культуры, коэффициенты разложения растительных остатков и гумификации, оптимальные предшественники культур в севооборотах и др.
Статистические базы данных необходимы для хранения и анализа информации об объектах УДС во временном аспекте. Это многолетние сведения об урожайности сельскохозяйственных культур, агроклиматических факторах (сумма осадков за год, сумма активных температур, коэффициент увлажнения) и др.
В блоке анализа на основе моделирования с использованием имитационных, математико-эко-номических и расчетнобалансовых методов принимаются окончательные решения об эксплуатации земель.
Пользовательский интерфейс системы поддержки принятия решений должен быть удобным и наглядным. Инструментарий ГИС дает возможность широко использовать запросы атрибутивных и пространственных данных, проводить имитационное моделирование, основанное на концепции булевой алгебры. Однако для решения специальных задач, например расчета урожайности, учета доз внесения удобрений и др. необходима разработка специальных приложений. Концепция интегрированной картографии и встроенные внутренние языки программирования ГИС позволяют создавать собственные приложения. Таким образом, используя ГИС и методы программирования — динамический обмен данными (DDE), OLE — можно разрабатывать СППР с удобным и развитым интерфейсом.
Внешняя оболочка системы поддержки принятия решений создается на языке Visual Basic. В нее встраиваются необходимые функции по работе с картой (открыть карту, просмотреть данные, создать отчет и др.). Использование Visual Basic дает возможность работать с БД, созданными в других приложениях, например, Excel, Access (рис. 3).
Оперативное управления рациональным использованием земельных ресурсов состоит из реализации блоков систем земледелия, а также текущего и ретроспективного мониторинга агроэкологических характеристик земель, объектов сельскохозяйственного назначения и трудовых ресурсов, технических и технологических возможностей хозяйства. На основе мониторинга и научных рекомендаций осуществ-
Вычисление затрат на участке при реализации механизма DDE
БД
статистические и нормативные, созданные в Excel, Access
Информационные модели ГИС
СППРпо
управлению
земельными
ресурсами
Составление и решение экономических моделей с геоданными
-у
Агроэкологическая оценка земель
Рис. 3. Схема взаимодействия ГИС и СУБД.
ляется плакирование работ. В зависимости от этого плана и внешних факторов, воздействующих на хозяйство. реализуются фактические мероприятия. В результате обработки данных по фактическим мероприятиям проводится анализ производственной деятельности и принимаются оперативные решения. Анализ и обработка информации подразумевает расчёт показателей экономической эффективности планируемых и фактических мероприятий, а также возможные последствия.
Автоматизированная система управления может состоять из следующих основных блоков:
агротехнический — автоматический подсчёт пространственных характеристик (длина и площадь участка, уклон местности), прогнозирование урожайности в зависимости от погодных условий, предше-
ственников и их характеристик, расчёт потребности в удобрениях и средствах защиты растений и др.;
организационно-экономический — автоматизированное создание технологических карт, книги истории полей, плана-графика механизированных работ, учётного листа механизатора с расчётом трудозатрат, учёт техники и сельскохозяйственного инвентаря с расчётом экономических показателей, расчёт экономических показателей выращивания культур по севооборотам и др.
Это дает возможность на каждом этапе анализировать планируемые и фактические затраты, а также рассчитывать себестоимость производимой продукции. В случае отклонения программа должна выявить причину для соответствующей корректировки . На основе ретроспективного мониторинга продуктивности севооборотов и внешних (рыночных) факторов принимаются решения по корректировке проводимых в хозяйстве мероприятий.
Таким образом, возможности использования концепции интегрированной картографии, инструментария ГИС и СУБД, реализованные в системе поддержки принятия решений по управлению земельными ресурсами хозяйства, позволяют увеличить эффективность и ускорить принятие решений, обеспечивают ответы на запросы и анализ пространственных и атрибутивных данных, позволяют представлять результаты в наглядном и удобном для зрительною восприятия виде (карты, картограммы, графики).
Литература.
1. Тикунов B.C., Цапук Д.А. Устойчивое развитие территории: картографо-геоинформационное обеспечение. — Москва-Смоленск: Изд-воСГУ, 1999.- 176 с.
2. Опыт применения математического моделирования в области земельно-имущественных отношений / В.В. Бондаренко, А.Л. Куля-ница, А.В. Евсин, Г.П. Чекинов// Информационные технологии. — 2007. — № 4, — С. 43-49.
3. Дитц Л. Ю. Геоинформационная система в почвенной картографии. — Новосибирск, 2002. — 78 с.
4. Каличкин В.К., Павлова А.И. Применение ГИС в кадастровой оценке сельскохозяйственных земель/ РАСХН Сиб. отд-ние. — Новосибирск, 2006. — 76 с.
5. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий. Методическое руководство. — М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. — 784 с.
6. Усов А. Б. Система поддержки принятия решений по упрощению рациональным использованием земельных ресурсов// Информационные технологии. — 2007. — № 8.- С. 67-71.
7. А-1ьт В.В., Каличкин В.К. Перспективные информационные технологии интенсификации сельского хозяйства //Достижения науки и техники АПК. - 2007. - № 5. - С. 34-37.
SYSTEM OF THE SUPPORT OF DECISION-MAKING BY THE RATIONAL UTILIZATION OF LAND
RESOURCES OF FARM ON THE BASIS OF GIS
V.K. Kallchkln, A.I. Pavlova
Summary. Approaches to the creation of the system of the support of decision-making by the rational utilization of land resources of farm with the application of geoinformation systems (GIS) are proposed.
Keywords: geoinformation systems, land resources, administration.
