Геоинформационные системы в сельском хозяйстве

Сегодня в индустриально развитых странах сельское хозяйство поставлено на промышленную основу. Это означает не только использование мощной сельскохозяйственной техники, передовых агрономических методов и высокоэффективных химикатов, но и привлечение самых современных компьютерных технологий.

В промышленности компьютеры не просто повысили эффективность производства, они, по сути, совершили вторую промышленную революцию, обеспечив небывалые доселе рост эффективности производства, повышение качества продукции и снижение себестоимости.

В сельском хозяйстве внедрение компьютерной техники несколько отстало от промышленности, однако сегодня мы можем наблюдать массовое внедрение компьютерных технологий в сельское хозяйство США, Европы и России.

Познакомьтесь с передовым опытом мониторинга состояния полей крупнейшего российского производителя сахара — группы «Продимекс:

Сами по себе компьютеры и программное обеспечение, конечно, не могут заменить традиционные сельскохозяйственные инструменты, но они могут дать очень ценную информацию по их оптимальному использованию. Уже классическими примерами стали выдаваемые специальными программами подсказки сроков, мест и объемов внесения удобрений, ядохимикатов, управление ирригацией и т.п. Решение таких задач требует наличия довольно большого объема исходных данных, получение которых составляет основную часть стоимости использования информационных технологий в сельском хозяйстве. Обусловлено это тем, что необходимо собирать и вести информационные базы данных по большим площадям на значительном временном протяжении. Только актуальность, точность и полнота исходных данных могут обеспечить эффективное применение информационных технологий в сельском хозяйстве.

Особенность использования информационных технологий в сельском хозяйстве состоит в том, что практически все используемые данные имеют пространственную (географическую) привязку. И если мы хотим, например, проанализировать распределение увлажнения почвы совместно с урожайностью, то и те, и другие данные должны находиться в одной системе координат и иметь необходимую координатную точность. Обрабатывать же такие данные могут только программы, специализированные на работе с пространственной информацией, а именно – географические информационные системы (ГИС). Особенность этих систем в том, что они позволяют интегрировать, вести и совместно анализировать самые разные виды пространственно распределенных показателей и описательных данных. Эти системы используются для создания и ведения кадастров земель и водных объектов, реестров собственности, экологического и погодного мониторинга, управления чрезвычайными ситуациями, оценки производственных рисков, анализа взаимосвязей различных факторов, влияющих на урожайность сельскохозяйственных культур и во многих других приложениях, основанных на пространственно­распределенной информации. По сути, ГИС – это объединение электронных карт, баз данных и средств их ведения и анализа. Возможности и гибкость этих систем обеспечивают их применимость как в масштабах всей страны, так и на уровне отдельного фермерского хозяйства. И именно так эти системы используются сегодня.

Данные для сельскохозяйственных ГИС получаются различными способами. Основные источники – это непосредственные замеры на полях с последующей интерполяцией и обработка снимков с самолетов и космических спутников. Непосредственные замеры используются главным образом на уровне отдельного хозяйства или региона. Их преимущество – высокая точность и надежность получаемых результатов, возможности измерения самых разных показателей при непосредственном контакте с землей. Недостаток – высокая стоимость, особенно когда речь идет о больших площадях. Данные космической и высотной аэросъемки позволяют контролировать объем биомассы, равномерность роста растений, увлажнение почвы и другие показатели. Важнейшее преимущество таких данных, особенно снимков с космических аппаратов, – их низкая стоимость при регулярных обследованиях больших территорий.

Обработка снимков с БПЛА и вычисление вегетационных индексов

Использование геоинформационных систем и данных космоаэросъемки возможно на разных уровнях управления сельским хозяйством. На федеральном уровне возможно ведение объединенной геоинформационной системы, используемой для прогноза урожайности в целом по стране, оценки благоприятных и неблагоприятных погодно-климатических факторов, ведения общего учета и создания кадастра сельскохозяйственных земель, слежения за долговременными тенденциями в отрасли и стратегического планирования. На федеральном уровне определяются особо охраняемые территории, и, соответственно, ГИС этого уровня могут использоваться для планирования мероприятий по защите этих территорий от неблагоприятного воздействия аграрного сектора. Данные по подобным территориям могут передаваться с федерального на региональный уровень. В федеральной ГИС могут использоваться как обобщенные данные с мест, так и данные космической съемки. Наличие независимого и объективного источника информации в виде данных космосъемки позволяет осуществлять контроль исполнения общегосударственной аграрной политики, проверять соответствие поставляемой с мест информации фактическому состоянию. Федеральный центр может не только сам использовать такие данные, но и предоставлять их региональным центрам. Причем не только сами исходные данные, но и результаты их обработки, более пригодные для использования на местах для решения конкретных задач.

В качестве примера может служить федеральная ГИС «Атлас земель сельскохозяйственного назначения», созданная на базе настольных и серверных компонентв ArcGIS.

ГИС регионального уровня может решать задачи учета сельхозугодий, определения ценности земель на основе многих факторов, мониторинга деятельности сельскохозяйственных предприятий, определения ущерба и компенсационных выплат в случаях ЧС, взаимодействия с органами ЧС и т.д. Региональные сельскохозяйственные администрации могут использовать геоинформационные технологии также и для оказания консультационных услуг непосредственно тем, кто обрабатывает землю. Очевидно, что практически невозможно иметь специалиста по компьютерной обработке и анализу пространственной информации в каждом хозяйстве. В то же время, анализ целесообразно проводить в комплексе по всему региону, – так он будет более полным и точным. При этом стоимость получения и обработки данных будет распределяться среди многих хозяйств, что снизит их затраты в данной области и будет дополнительно способствовать росту экономической эффективности.

Геоинформационные системы позволяют анализировать различные факторы. Например, средства топографического анализа позволяют строить на основе цифровых моделей рельефа карты экспозиций склонов, величин уклонов, определять коэффициенты инсоляции; средства гидрологического моделирования – определять направления и интенсивность поверхностного стока, формируя основу для оценки воздействия аграрной деятельности на окружающую среду. На основе топографического анализа и карт почв возможно построение карт эрозионного потенциала. Средства геостатистического анализа позволяют выявлять пространственно-временные зависимости урожайности от множества факторов, таких как влажность, кислотность, состав и другие характеристики почв, время и объем внесения удобрения и ядохимикатов, и многих других. В общем, аналитические средства ГИС позволяют решать огромное количество задач повышения устойчивости сельскохозяйственного производства и снижения его затратности. Проводить такой анализ наиболее целесообразно в региональных центрах, которые смогут предоставлять результаты анализа хозяйствам с целью повышения их эффективности и прибыльности.

Результаты расчета морфометрических характеристик рельефа: а) – исходные данные, б) – экспозиция склонов, в) – направление поверхностного стока, г) – индекс предрасположенности к развитию линейной эрозии (SPI), д) – топографический индекс влажности (TWI).

Развитые возможности анализа и высокая мощность современных компьютеров привели к возникновению в развитых странах так называемого «точного» сельского хозяйства, при котором собираются данные и анализируется эффективность сельскохозяйственного производства по очень малым участкам, а собранная по ним статистика позволяет наиболее полно учесть вариации характеристик почв, гидрологического режима и других показателей. На основе такого анализа для каждого микро­поля предлагаются оптимальные режимы ирригации, внесения удобрений и ядохимикатов, проведения других работ, и даже организации специфического севооборота. Огромная популярность этой методики обусловлена ее высокой эффективностью в то время, как все другие методики уже практически исчерпали свой потенциал повышения урожайности и качества продукции. Обработка же и анализ данных, используемые в данном подходе просто не мыслимы без компьютеров и геоинформационных систем, – только они обеспечивают на сегодня необходимый уровень функциональных возможностей.

Настраиваемые мобильные геоформы для ведения информации о состоянии культур

 


Добавить комментарий