CC BY
106
Маркова Н.А., Нардин Д.С. Создание сквозной агрономической геоинформационной системы в современных условиях ведения сельского хозяйства // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2016. -№1(4) январь-март. - URL http://e-journal.omgau.rU/index.php/2016-god/4/25-statya-2016-1/242-00069. - ISSN 24134066
УДК 004.9:633
Маркова Наталия Алексеевна
Магистрант
ФГБОУВО Омский ГАУ, г. Омск mаg-markova@mаil.ru
Нардин Дмитрий Сергеевич
Кандидат экономических наук, доцент ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск [email protected]
Создание сквозной агрономической геоинформационной системы в современных
условиях ведения сельского хозяйства.
Аннотация: В данной статье описаны работы по созданию сквозной технологии использования агрономической ГИС, рассматривается взаимодействие различных программных продуктов для комплексного управления хозяйством, даны описания основных программ, (ГИС «Карта 2011» и ГИС «Панорама АГРО»), совместное использование которых приведет к более точному анализу деятельности хозяйства. Созданная на основе этих программ электронная карта полей содержит всю необходимую информацию для принятия проектных решений по размещению сельскохозяйственных культур, дифференциации технологий их возделывания при различных уровнях интенсификации производства, оптимальной организации территории с учетом ландшафтных связей, то есть формирования системы земледелия и агротехнологий.
Ключевые слова: программный продукт, анализ функциональных возможностей, электронная карта полей, ГИС.
Введение
Для управления сельскохозяйственным предприятием, производящим продукцию растениеводства, необходима объективная информация о размерах и состоянии сельхозугодий. Большой объем пространственной и атрибутивной информации качественно можно обрабатывать и анализировать только при помощи специального программного обеспечения, учитывающего как пространственную привязку, так и специальные сведения о полях. Специализированные ГИС для сельского хозяйства в Европе и США уже давно не диковинка, а необходимый компонент системы комплексного управления хозяйством. В Российской Федерации ситуация несколько отличается, причем, не в лучшую сторону.
Такое состояние дел было обусловлено изменением системы информационного обеспечения сельхозпредприятий через ВИСХАГИ. В результате продолжительного застоя в данной отрасли сложилась ситуация, при которой сельхозпроизводители не имеют в своем распоряжении качественных картографических материалов, а уровень информационной подготовки специалистов хозяйства соответствует уровню 80-х годов прошлого столетия. Имеющиеся в хозяйствах картографические материалы обычно неполны, в значительной
степени устарели и не отвечают современным требованиям, предъявляемым интенсивными агротехнологиями к картографической основе.
Имеющиеся в хозяйстве картографические материалы можно условно разделить на три группы: землеустроительные, почвенные, агрохимические. Землеустроительные материалы представлены либо планами внутрихозяйственного землеустройства советского периода либо современными кадастровыми планами. Почвенные материалы представлены почвенными картами, составленными чаще всего 20-30 лет назад и картами агропроизводственных группировок почв. И те, и другие, как показывает практика, отсутствуют в большинстве хозяйств. Агрохимические материалы представлены агрохимическими картограммами (содержания гумуса, подвижного фосфора, подвижного калия, рН) различной давности [1].
Отсутствие достоверной информации о состоянии полей не позволяет принять выверенное решение об основной выращиваемой культуре и применяемой аграрной технологии ее возделывания.
Однако рыночные отношения тем и хороши, что при возникновении потребности в каком-либо виде продукции, технологии или услуги, дает толчок к появлению организаций предлагающих соответствующую продукцию, технологию или услугу.
Объект исследования.
ООО «Агрокультура» и ЗАО КБ «Панорама» при научной поддержке специалистов РГАУ-МСХА им. Тимирязева ведут работы по созданию сквозной технологии использования агрономической ГИС. В процессе работ отлаживаются наполнения системы картографическими материалами, заполнения базы данных сведениями о показателях почв, фитосанитарном состоянии посевов, ввода сведений о предлагаемых агротехнологиях, выработки предложений по использованию ГИС в хозяйствах, обучения специалистов хозяйств, учебных и проектных организаций разработке и использованию ГИС в растениеводстве[2].
Пр оект »Н(тр11!ГА 1ЯИ£ТИикоте 1»ыл»у41р<Я10Т«»
Щл-и 1 ЮСНО 81—
Рис. 1 Проект внутрихозяйственного землеустройства с экспликацией полей севооборотов
В полном варианте, агрономическая ГИС должна включать многослойную электронную карту хозяйства и атрибутивную базу данных истории полей, с учетом всех выполненных агротехнических мероприятий. Количество тематических слоев электронной карты зависит от сложности ландшафтно-экологических условий и уровня интенсификации агротехнологий (определяется по урожайности и количеству затрат на гектар). В общем случае электронная карта полей (Рис. 1) должна включать слои:
• мезорельефа;
• крутизны склонов;
• экспозиции склонов;
• микрорельефа;
• микроклимата;
• уровня грунтовых вод, их состава;
• почвообразующих и подстилающих пород;
• микроструктур почвенного покрова;
• содержания гумуса в почве;
• обеспеченности элементами минерального питания растений и микроэлементами;
• значения рН почв;
• физических свойств почв;
• загрязнения тяжелыми металлами, радионуклидами;
• эрозированности почв;
• переувлажнения почв;
• засоленности почв;
• растительного покрова с оценкой состояния угодий;
• лесной растительности с оценкой состояния лесных насаждений;
• распределения полезных видов животных, птиц, полезных энтомофагов, оценкой их территориального влияния;
• фитосанитарного состояния посевов.
Систематизация имеющихся материалов, интеграция их с новыми данными, получаемыми сейчас, все чаще с использованием GPS/ГЛОНАС аппаратуры, необходимость обработки и анализа огромного массива данных о проведении технологических операций по каждому полю приводит к необходимости использования помимо геоинформационных систем (ГИС), применения программы для удобной работы с агрономической информацией - агрономической ГИС (АгроГИС). АгроГИС требует полноты и отсутствия избыточной информации по каждому производственному участку для принятия управляющих решений. При создании АгроГИС было отдано предпочтение продуктам КБ «Панорама»: профессиональная ГИС «Карта 2011» и специальная ГИС «Панорама-АГРО», обладающих полным набором инструментов для решения подобного рода задач.
ГИС «Карта 2011» используется для создания карт полей и первичного ввода информации в систему. Каждый слой электронной карты имеет тесную связь с атрибутивной базой данных, содержащей соответствующую тематике слоя карты информацию по каждому контуру. Например, база данных карты микроструктур почвенного покрова содержит следующую информацию: номер контура; индекс почвенной комбинации; название почвенной комбинации; состав почв; генетическую характеристику почвообразующих пород и их гранулометрический состав; площадь контура.
Некачественный учет необходимых факторов, влияющих на эффективность сельскохозяйственного производства, приводит к непроизводительным затратам, снижению урожайности продукции, поломкам техники. На каждом земельном участке имеются как относительно стабильные, так и динамично изменяющиеся агрономически важные факторы. К первым относятся условия рельефа, почв, гидрогеологии. Ко вторым - текущая климатическая ситуация, фитосанитарная обстановка. ГИС «Панорама-АГРО» предназначена для информационного обеспечения процесса управления земледельческим предприятием, с учетом обеих факторов. Также данная программа имеет встроенный блок мониторинга техники хозяйства, что обеспечивает автоматизированный сбор сведений о проведенных агротехнических мероприятиях и позволяет оценить качество механизированных работ. Агротехнологическое планирование включает в себя следующие виды работ:
• анализ потенциальных возможностей производственной деятельности хозяйств (кадров и земельных ресурсов) их текущей и потенциальной эффективности;
• обмер полей путем объезда по контуру с высокоточным GPS-оборудованием;
• составление структуры посевных площадей и севооборотов в формате векторной электронной карты;
• расчет потребности в технике и оборудовании;
• экономический анализ при минимальном и максимальном уровнях урожайности стабильно возможных для конкретных условий.
Электронные карты полей имеют общую проекцию и единую систему координат. В результате производится точная географическая привязка почвенных контуров, совмещение почвенных контуров с соответствующими им формами рельефа. Привязку начинают с гидрографической сети, овражно-балочного комплекса, зачастую дополняют дорожной сетью и другими объектами, которые хорошо выделяются на почвенной карте и картографической основе (Рис.2).
Снимок КА Ikonos (разрешение 1м). Отчетливо видна водно-эрозионная сеть.
Снимок КА Cartosat (разрешение 2,5 м). Хорошо видны солонцовые комплексы (светлые пятна), сильно ухудшающие качество земель и требующие химической мелиорации.
Рис.2. Фрагменты космических снимков, используемых при составлении электронной карты полей
По данным космических снимков проверяют наличие элементарной почвенной структуры (ЭПС - «рисунка почв») на каждом выделенном на почвенной карте контуре. Компоненты ЭПС имеют разный тон изображения и создают своеобразный рисунок изображения по которому можно посчитать долевой состав компонентов. Компонентный состав определяют исходя из принадлежности территории к району почвенно-географического районирования и установления причины возникновения ЭПС (эрозия, солонцеватость почв и пр.) Для этого анализируют формы, размеры компонентов ЭПС, приуроченность ее к мезорельефу, генезис почвообразующих пород и другие сведения, содержащиеся в литературных источниках и отчетах предыдущих изысканий.
Границы ЭПС корректируются по реальным границам форм и элементов рельефа. Путем взаимного наложения тематических слоев электронной карты полей формируется комплексная карта агроэкологических групп и видов земель, то есть элементарных ареалов агроландшафта (однородных участков), каждый из которых снабжается банком данных по всем параметрам[3].
Результаты.
В результате электронная карта полей (Рис.3) содержит всю необходимую информацию для принятия проектных решений по размещению сельскохозяйственных культур, дифференциации технологий их возделывания при различных уровнях интенсификации производства, оптимальной организации территории с учетом ландшафтных связей, то есть формирования системы земледелия и агротехнологий.
Рис.3. Фрагмент электронной карты полей и атрибутивной базы данных в ГИС «Панорама-АГРО»
Эта информация необходима и достаточна также для проектирования систем животноводства, решения социально-экологических задач, то есть для разработки проекта внутрихозяйственного землеустройства. Специалистам хозяйства предлагается удобный механизм не только для накопления данных, но и ведения истории полей с привязкой к году урожая. Средства анализа позволяют выполнять пространственные и логические запросы к данным, формировать выборки и отчеты. Накопление данных с привязкой к году урожая обеспечивает ретроспективный анализ информации, а средства трехмерной графики ее наглядное представление (см. рис.4) [4].
Рис.4. Фрагменты трехмерных моделей электронной карты полей
Заключение.
В последнее время особую актуальность приобретает термин- точное земледелие - это процесс управления хозяйством с целью получения максимальной прибыли, оптимизации сельскохозяйственного производства, рационального исследования природных ресурсов, защиты окружающей среды.
Внедрение технологий точного земледелия требует нового мышления, подготовки заинтересованных кадров, обеспечения вычислительной техникой, наличия методов математического моделирования и средств автоматизации. При этом наиболее актуальным является применение новых информационных технологий - искусственного интеллекта и ГИС.
Мировой рынок уже предлагает значительный выбор программно-аппаратных и технических средств по реализации технологии точного земледелия, которые базируются на последних достижениях сельскохозяйственного машиностроения и электроники.
В России накоплен определенный научный и некоторый практический опыт по точному земледелию. Однако недостаток финансирования, отсутствие производства отечественной промышленностью навигационной аппаратуры, датчиков и исполнительных механизмов безусловно сдерживает практическое применение точного земледелия в России[5].
Развитие работ по точному земледелию будет способствовать сбору новых сведений о сельскохозяйственных землях, плодородии почв, об урожайности, размещении культур, которые в настоящее время либо недостаточны или отсутствуют для большинства территорий страны. В условиях России целесообразно в первую очередь сосредоточить работы на развитии и построении систем сбора и обработки информации о сельскохозяйственных землях и посевах.
Ссылки на источники:
1. Автоматизация технологий ресурсосберегающего земледелия. Журнал «Молодой ученый» www.moluch.ru [10.01.2016]
2. Солопова А.А. - Модели и алгоритмы для разработки проектов землеустройства, которые обеспечивают эколого-экономическое обоснование севооборотов и упорядочивание угодий. Реферат. 30.01.2013 г. [11.01.2016]
3. Перспективы развития и внедрения в сельское хозяйство точного земледелия. www.selo-delo.ru [10.01.2016]
4. Применение ГИС-технологий при картографировании и проектировании агроландшафтов www.cyberleninka.ru [10.01.2016]
5. Мультимасштабная электронная карта как основа системы учета земель www.cyberleninka.ru [10.01.2016]
Natalia Markova
Master s Degree Student
FSBEI HO Omsk SA U, Omsk
Dmitry Nardin
Candidate of Economic Sciences, Associate Professor
FSBEI HO Omsk SA U, Omsk
Creation Of A Cross-Cutting Agricultural Geo-Information System Under The Contemporary Conditions Of Managing Agriculture.
Abstract: This article describes the work on the creation of a cross-cutting technologies agronomic GIS, the interaction of a variety of software products for the integrated management of the economy, describes the major programs (GIS "Map 2011" and GIS "Panorama AGRO '), the sharing of which will lead to more precise analysis of the activities of the economy. Established on the basis of these programs, electronic field map contains all the necessary information for making design decisions on the placement of crops, differentiating technology of their cultivation at various levels of intensification of production, optimal organization of the territory in view of the landscape linkages, i.e. the formation of the system of agriculture and agro-technologies.
Keywords: software, analysis features, electronic field map.
