CC BY
19
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2019.79.1.012
ВНЕДРЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ЗАДАЧАХ АГРОМОНИТОРИНГА НА ПРИМЕРЕ ОПЫТНОГО-ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ХОЗЯЙСТВА (ОПХ) «МИНИНО»
Научная статья
Ерунова М.Г.1, Якубайлик О.Э.2' *
1 ORCID: 0000-0002-1922-1036,
1 Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск, Россия;
2 ORCID: 0000-0002-2668-4776,
2 Институт вычислительного моделирования СО РАН, Красноярск, Россия
* Корреспондирующий автор (yakubailik[at]yandex.ru)
Аннотация
Приведен опыт внедрения цифровых технологий в системе земледелия на территории Красноярского края. На примере опытно-производственного хозяйства «Минино» используя методы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), геоинформационные технологии и возможности геопорталов сформирована цифровая модель ОПХ «Минино», позволяющая эффективно решать задачи агромониторинга. Доступ к подготовленным тематическим картам реализован на основе средств интерактивной веб-картографии в стандартном Интернет-браузере и через картографические веб-сервисы для геоинформационных систем.
Ключевые слова: сельское хозяйство, система земледелия, ландшафт, агромониторинг, ГИС, геоинформационная система, геопортал, дистанционное зондирование Земли.
INTRODUCTION OF DIGITAL TECHNOLOGIES IN AGROMONITORING ON EXAMPLE OF EXPERIMENTAL PRODUCTION FARM (EIF) MININO Research article
Erunova M.G.1, Yakubaylik O.E.2, *
1 ORCID: 0000-0002-1922-1036,
1 Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk, Russia;
2 ORCID: 0000-0002-2668-4776,
2 Institute of Computational Modeling of SB RAS, Krasnoyarsk, Russia
Corresponding author (yakubailik[at]yandex.ru)
Abstract
The experience of introducing digital technologies in the farming in the Krasnoyarsk Territory is described in the paper. On the example of experimental production farm Minino, the authors show the use of the remote ground sounding methods, geoinformation technologies, and geoportal capabilities, a digital model of the EIF Minino was formed, which makes it possible to effectively solve agromonitoring tasks. The access to prepared thematic maps is implemented on the basis of interactive web-mapping tools in a standard Internet browser and through map-based web services for geographic information systems.
Keywords: agriculture, farming system, landscape, agromonitoring, GIS, geoinformation system, geoportal, remote ground sounding.
Успешное развитие сельскохозяйственного производства в значительной степени зависит от научно-обоснованной аграрной политики, ее эффективности в современных условиях. Новые формы хозяйствования, приемы агротехники и системы машин, средства защиты растений и другие достижения агропромышленного комплекса (АПК) с одной стороны и прогресс в области информационных технологий, Интернета и мобильных устройств, стремительно растущая доступность картографических сервисов и данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) с другой стороны, формируют актуальную сегодня задачу цифровизации системы земледелия, использования веб-технологий, геоинформационных систем и методов ДЗЗ для оценки состояния и использования сельхозугодий.
В Красноярском крае разработана и используется Система земледелия на ландшафтной основе [1, С. 72]. Современные агрономические требования предусматривают расширение информационной и оперативной поддержки. Точность принятия технологических решений в земледелии будет зависеть от содержания Системы земледелия, формы изложения, методов внедрения инновационного продукта. Поэтому, внедрение цифровых технологий для задач агромониторинга на территории Красноярского края актуальны.
Опытно-производственное хозяйство «Минино» расположено в Емельяновском районе Красноярского края, в непосредственной близости от Красноярска. Красноярский НИИ сельского хозяйства (обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН) осуществляет селекционную работу на базе ОПХ «Минино» на протяжении многих лет.
Цель проекта - создание современных цифровых технологий земледелия на основе геоинформационных веб-технологий и методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), для обеспечения независимости и конкурентоспособности АПК Красноярского края.
Внедрение цифровых технологий для задач агромониторинга на территории Красноярского предполагают сбор и систематизацию в виде банка данных исходных сведений и параметров по всем технологическим элементам [2, С. 5]. В основу метода составления цифрового варианта технологических карт положен принцип многовариантных схем [3, С. 617], где будут предусмотрены различные технологии - от простых, до сложных высокотехнологичных.
В дополнение к технологическим картам будут созданы вспомогательные спутниковые цифровые карты, позволяющие оценить в режиме on-line состояние паровых полей, озимых культур, выявить зоны поражения посевов болезнями и вредителями, и посредством вегетационных индексов прогнозировать уровень урожайности сельскохозяйственных культур [4, С. 91].
Таким образом, будет сформирована система комплексного агромониторинга, позволяющая оперативно принимать управленческие и технологические (корректировать системы удобрения, защиты растений и обработки почв) решения. Эта информация позволит также анализировать основные закономерности реальной пестроты урожайности сельскохозяйственных культур в пределах поля для различных почвенно-агроэкологических условий, что создаст условия для перехода к точному земледелию [5, С. 25].
Результаты исследований эффективнее представлять в геоинформационной веб-системе (веб-ГИС) [6, С. 62]. Проектируемая веб-ГИС организует доступ к ее информационным ресурсам через Интернет на основе современных стандартов и сервисов, придаст новый импульс региональным исследованиям в рассматриваемой области. Пользователи получают возможность интерактивной работы с тематическими картами через веб-интерфейс стандартного браузера Интернет. Эти карты могут содержать наборы различных растровых и векторных тематических слоев картографических данных, дополнительные информационно-справочные слои изображений снизу (подложка) и сверху (поверх) тематических данных, такие как карты-схемы сторонних сервисов, надписи наименований географических объектов. Например, одним щелчком мыши можно выбрать в качестве фонового изображения мозаику спутниковых снимков Google или карту Яндекс, включить визуализацию данных, доступных через веб-сервисы - слой кадастровых кварталов Росреестра или актуальные спутниковые изображения, карты вегетационных индексов из регионального центра дистанционного зондирования Земли.
При формировании цифровой модели ОПХ «Минино» были решены следующие задачи:
1. Сбор и инвентаризация существующих геопространственных данных на территорию опытно -производственного хозяйства (ОПХ) «Минино».
2. Электронное картирование полей ОПХ «Минино» на основе наземных и данных дистанционного зондирования Земли.
Рис. 1 - Фрагмент электронной карты полей
На основе спутниковых снимков ОПХ «Минино» в геоинформационной системе рвШ создана современная электронная карта полей [7, С. 115]. Электронная карта полей дает возможность:
- обозначить точный рисунок границ всего землепользования и отдельных полей;
- ввести первичные информационные сведения о землепользовании;
- провести инвентаризацию земель для планирования масштабов производства;
- выявить неиспользуемые и залежные земли;
- оценить ландшафтные особенности территории.
3. Проектирование и разработка структуры атрибутивной базы данных для картографического обеспечения исследуемой территории по основным технологическим операциям (сорта, семена, севообороты, обработка почв, удобрения, защита растений от вредных объектов, механизация, экономика).
Рис. 2 - Фрагмент почвенной электронной карты
Исходной информацией для создания цифровой почвенной карты послужили почвенная карта и почвенный очерк [8] ОПХ «Минино» в 1978 году. Были оцифрованы следующие слои [9, С. 57]: почвенные выделы, разрезы, химические свойства, гранулометрический состав почв и почвообразующие породы.
4. Создание многослойной электронной карты хозяйства и заполнение атрибутивной базы данных истории полей, с учетом всех выполненных агротехнических мероприятий.
Рис. 3 - Тематическая карта урожайности в 2018 г. (ц/га)
На сегодняшний день цифровая модель опытно-производственного хозяйства «Минино» содержит актуальную информацию о полях, сортах, культурах, почвенному, гранулометрическому составу, почвообразующих породах, условия залегания по рельефу, подобраны мультиспектральные спутниковые снимки.
Геопространственная база данных ОПХ «Минино» размещена на специализированном картографическом вебсайте [http://gis.krasn.ru] - геопортале ИВМ СО РАН [10-12]. Сервисы геопортала предоставляют возможность визуализации данных двумя способами - в обычном веб-браузере и на основе стандартных картографических веб-сервисов. Каждый из указанных двух вариантов имеет свои преимущества. В 1-м случае нет необходимости в использовании каких-либо дополнительных программ - стандартный веб-браузер является достаточным для интерактивного просмотра заранее подготовленных тематических карт. Любой пользователь может работать с такими данными, какое-либо обучение пользователей не требуется. Во 2-м случае - предполагается использование специализированного программного обеспечения ГИС, такого как MapInfo, QGIS, ArcGIS, и проч. В этом случае предполагается специальная подготовка пользователей. К размещенным на геопротале картографическим данным можно «подключаться» из программ на своем компьютере, выполнять совместный анализ информации. При наличии соответствующих прав доступа - можно редактировать геоданные, размещенные на геопортале, создавать новые.
Подготовка картографических данных для геопортала предполагает выполнение ряда последовательных этапов -систематизация геопространственных данных, их преобразование в стандартный формат, загрузка в базу данных или файловый архив геопортала; регистрация слоев геоданных в каталоге геопортала, их тематическое оформление;
71
создание карт как композиции отдельных слоев; настройка параметров представления отдельных слоев и карт (диапазоны видимости в зависимости от масштаба, тематическое оформление, картографические проекции и подложки, легенда, списки отображаемых полей таблиц слоев, шаблоны визуализации атрибутивной информации, классификация созданных ресурсов в каталоге, настройка прав доступа и параметров веб-сервисов, режимов загрузки слоев, метаданных, и т.д.)
Планируется получение новых знаний по электронному картированию полей на примере землепользования ОПХ «Минино». Будут усовершенствованы методы распознавания объектов наблюдения - виды землепользования, различные культуры, сорная растительность, степень созревания. Планируется создание банка данных по основным технологическим операциям - сорта, семена, севообороты, обработка почв, удобрения, защита растений от вредных объектов, механизация, экономика.
Конфликт интересов Conflict of Interest
Не указан. None declared.
Список литературы / References
1. Система земледелия Красноярского края на ландшафтной основе: монография, руководство / Под общ. ред. С.В. Брылёва. - Красноярск: МСХ Красноярского края, Красноярский НИИСХ, 2015. - 591 с.
2. Степных Н.В. Разработка базы данных типовых техкарт для информационно-аналитического комплекса по земледелию / Н.В. Степных, О.А. Жукова, А.М. Заргарян // Вестник НГИЭИ. - 2018. - № 4 (83). - С. 5-15.
3. Erunova M. GIS-aided modelling of two siberian reservation sites / M. Erunova, M. Sadovsky // Lecture Notes in Computer Science. - 2017. - V. 10208. - P. 617-628.
4. Шпедт А.А. Развитие системы земледелия Красноярского края: принципы рационального землепользования, ландшафтный подход, цифровизация. / А.А. Шпедт, Ю.Н. Трубников // Региональные системы комплексного дистанционного зондирования агроландшафтов: материалы 1-го Всерос. научн.-практ. сем., Красноярск, 09 февраля 2018 г./ Под общ. ред. Ю.Н. Трубникова и А.А. Шпедта. - Красноярск: Изд-во ИФ ФИЦ КНЦ СО РАН. - 2018. - С. 91.
5. Бобкова Ю.А. Использование технологий точного земледелия при создании агрохимических картограмм / Ю.А. Бобкова, В.Т. Лобков // Вестник аграрной науки. - 2017. - № 4 (67). - С. 25-31.
6. Кадочников А.А. Сервис-ориентированные веб-системы для обработки геопространственных данных / Кадочников А.А., Якубайлик О.Э. // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Информационные технологии. - 2015. - Т. 13. - № 1. - С. 37-45.
7. Ерунова М.Г. Географические информационные системы земельно-информационные системы: учеб. пособие / М.Г. Ерунова // Красноярск: КрасГАУ. - 2010. - 365 с.
8. Технический ответ по почвенному обследованию основного участка ОПХ «Минино» Емельяновского района Красноярского края / Красноярск: КНИИСХ. - 1996. - 156 с.
9. Шпедт А.А. Создание цифровой крупномасштабной почвенной карты учебного хозяйства "Миндерлинское" Сухобузимского района красноярского края / А.А. Шпедт, М.Г. Ерунова // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. - 2011. - № 7 (58). - С. 57-61.
10. Якубайлик О.Э. Технологии формирования интерактивных тематических карт на геопортале / О.Э. Якубайлик // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2017. - № 4. - С. 23-28.
11. Матузко А.К. Разработка прикладных ГИС на основе технологий геопортала / Матузко А.К., Якубайлик О.Э. // Образовательные ресурсы и технологии. - 2016. - № 2 (14). - С. 202-209.
12. Yakubailik O.E. The formation of regional spatial data infrastructure / Yakubailik O.E. // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. - 2016. - № 9(7). - P. 979-986.
Список литературы на английском языке / References in English
1. Sistema zemledelija Krasnojarskogo kraja na landshaftnoj osnove: monografja, rukovodstvo [The system of agriculture of the Krasnoyarsk territory on a landscape basis: monograph, manual] / Pod obshh. red. S.V. Bryljova. - Krasnojarsk: MSH Krasnojarskogo kraja, Krasnojarskij NIISH [Krasnoyarsk: Ministry of Agriculture of the Krasnoyarsk Territory, Krasnoyarsk Research Institute of Agriculture]. - 2015. - 591 p. [in Russian]
2. Stepnyh N.V. Razrabotka bazy dannyh tipovyh tehkart dlja informacionno-analiticheskogo kompleksa po zemledeliju [Database development of standard routings for the information and analytical complex for agriculture] / N.V. Stepnyh, O.A. Zhukova, A.M. Zargarjan // Vestnik NGIJeI [Bulletin of Nizhny Novgorod State Engineering and Economic Institute]. - 2018. - № 4 (83). - P. 5-15. [in Russian]
3. Erunova M. GIS-aided modelling of two siberian reservation sites / M. Erunova, M. Sadovsky // Lecture Notes in Computer Science. - 2017. - V. 10208. - P. 617-628.
4. Shpedt A.A. Razvitie sistemy zemledelija Krasnojarskogo kraja: principy racional'nogo zemlepol'zovanija, landshaftnyj podhod, cifrovizacija. [Development of the system of agriculture of the Krasnoyarsk territory: principles of rational land use, landscape approach, digitalization] / A.A. Shpedt, Ju.N. Trubnikov // Regional'nye sistemy kompleksnogo distancionnogo zondirovanija agrolandshaftov: materialy 1-go Vseros. nauchn.-prakt. sem., Krasnojarsk, 09 fevralja 2018 g. [Regional system of integrated remote sensing of cultivated lands: materials of the 1st All-Russian scientific-practical seminar, Krasnoyarsk, 09 Feb 2018]/ Pod obshh. red. Ju.N. Trubnikova i A.A. Shpedta. - Krasnojarsk: Izd-vo IF FIC KNC SO RAN [Publisher: Krasnoyarsk, FRC KSC SB RAS]. - 2018. - P. 91. [in Russian]
5. Bobkova Ju.A. Ispol'zovanie tehnologij tochnogo zemledelija pri sozdanii agrohimicheskih kartogramm [The use of precision agriculture technologies in the creation of agrochemical cartograms] / Ju. A. Bobkova, V.T. Lobkov // Vestnik agrarnoj nauki [Bulletin of Agricultural Science]. - 2017. - № 4 (67). - P. 25-31. [in Russian]
6. Kadochnikov A.A. Servis-orientirovannye veb-sistemy dlja obrabotki geoprostranstvennyh dannyh [Service-oriented web applications for geospatial data processing] / Kadochnikov A.A., Jakubajlik O.Je. // Vestnik Novosibirskogo
gosudarstvennogo universiteta. Serija: Informacionnye tehnologii [Bulletin of Novosibirsk State University. Series: Information Technologies]. - 2015. - V. 13. - № 1. - P. 37-45. [in Russian]
7. Erunova M.G. Geograficheskie informacionnye sistemy zemel'no-informacionnye sistemy: ucheb. Posobie [Geographical Information Systems Land Information Systems: Studies manual] / M.G. Erunova // Krasnojarsk: KrasGAU [Krasnoyarsk State Agrarian University]. - 2010. - 365 p. [in Russian]
8. Tehnicheskij otvet po pochvennomu obsledovaniju osnovnogo uchastka OPH «Minino» Emel'janovskogo rajona Krasnojarskogo kraja [Technical answer on soil survey of the main site of OPH "Minino" Emelyanovsky district of Krasnoyarsk Krai]/ Krasnojarsk: KNIISH [Krasnoyarsk, Krasnoyarsk Research Institute of Agriculture]. - 1996. - 156 p. [in Russian]
9. Shpedt A.A. Sozdanie cifrovoj krupnomasshtabnoj pochvennoj karty uchebnogo hozjajstva "Minderlinskoe" Suhobuzimskogo rajona krasnojarskogo kraja [The creation of large-scale digital soil map of the educational sector "Minderlinskoe" Suhobuzimskoe district of the Krasnoyarsk territory] / A.A. Shpedt, M.G. Erunova // Vestnik Krasnojarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Krasnoyarsk State Agrarian University]. - 2011. - № 7 (58). - P. 57-61. [in Russian]
10. Jakubajlik O.Je. Tehnologii formirovanija interaktivnyh tematicheskih kart na geoportale [Forming technology of interactive thematic maps on the geoportal] / O.Je. Jakubajlik // Vestnik komp'juternyh i informacionnyh tehnologij [Bulletin of Computer and Information Technology]. - 2017. - № 4. - P. 23-28. [in Russian]
11. Matuzko A.K. Razrabotka prikladnyh GIS na osnove tehnologij geoportala [Develop GIS applications based on the technology of the geoportal] / Matuzko A.K., Jakubajlik O.Je. // Obrazovatel'nye resursy i tehnologii [Educational Resources and Technology]. - 2016. - № 2 (14). - P. 202-209. [in Russian]
12. Yakubailik O.E. The formation of regional spatial data infrastructure / Yakubailik O.E. // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. - 2016. - № 9(7). - P. 979-986.
