Организация мониторинга сельскохозяйственного производства при использовании космических технологий преследует цель рационального использования земель сельскохозяйственного назначения, повышения эффективности использования потенциала технических средств и технологических ресурсов агропроизводства и успешного управления АПК страны.
Современное сельское хозяйство все чаще сталкивается с различными проблемами мониторинга посевов. Наиболее эффективным и надежным методом ведения постоянного сельскохозяйственного мониторинга является использование средств и методов ДЗЗ. Данные, полученные этим методом, обладают рядом преимуществ по сравнению с другими, позволяя вести регулярное наблюдение и контроль различных этапов сельскохозяйственных работ, стадий развития растений и т.д. Кроме того, использование ДЗЗ, совместно с различной статистической и другими видами информации, позволяет получить высококачественные данные о нынешнем состоянии посевов. Основными особенностями мониторинга на основе данных ДЗЗ являются:
— актуальность получаемой информации;
— высокая достоверность получаемой информации;
— высокая периодичность получения информации;
— широкий охват исследуемой территории;
— получение данных в едином стандартизованном виде;
— возможность накопления статистической информации и использования ее для прогнозов урожайности и оценок ущерба [1].
Агропромышленный комплекс страны (АПК) особые надежды возлагает на внедрение в его деятельность космических технологий, которые разрабатываются в АО «Национальная компания «Қазақстан Ғарыш Сапары». Эти технологии обеспечиваются космической системой дистанционного зондирования Земли (КС ДЗЗ) и наземной инфраструктурой Системы высокоточной спутниковой навигации (СВСН), которые станут мощными инструментами создания, развития и актуализации пространственных данных. Данные КС ДЗЗ и СВСН Республики Казахстан можно эффективно использовать практически во всех областях экономики Республики Казахстан, включая систему космического мониторинга сельскохозяйственного производства.
В Казахстане, начиная с 2002 года, реализуется бюджетная программа от Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан (МСХ РК), в рамках осуществляется закуп услуг по мониторингу сельскохозяйственного производства на основе данных ДЗЗ по трем северным зерносеющим областям.
Далее представлена схема реализации мониторинга сельскохозяйственного производства на основе ГИС и ДЗЗ (рисунок 1).
Путь развития системы мониторинга на основе использования космических технологий и геоинформационных систем для АПК складывается из нескольких стадий. Первая стадия — создание ГИС учетного уровня. Основные функции — введение баз данных, интеграция разнородной информации, включая космические снимки, на единой картографической основе. Вторая стадия — создание аналитических ГИС, включая системы контроля за сельхозпроизводителями и за использованием земель. Третья стадия — создание мониторинговых систем оценки и прогнозирования (урожайности, состояния полевых культур) [2].
Рисунок 1. Этапы реализации системы мониторинга сельхозпроизводством
Разработка крупномасштабной геоинформационной системы
Производительность, функциональность и ценность системы зависит, прежде всего, от формируемой базы данных географической и атрибутивной информации. Используя приемы генерализации и обобщения, создана информационная основа ГИС – база геоданных (БГД) на Акмолинскую, Северо-Казахстанскую и Костанайскую области. Для формирования БГД разрабатывается архитектура узла, определяется перечень подсистем, излагается концепция работы с пространственными данными.
Создание геоинформационной платформы проходит в несколько этапов. На первом этапе создается картографическая основа информационной системы пространственных данных. В качестве исходных материалов используются различные данные:
- космические снимки на обследуемую территорию (Level 3A: орторектифицированные снимки, пространственное разрешение –6,5 м);
- топографические карты масштаба 1:25 000;
- данные геодезической съемки, полученные с помощью методов высокоточной спутниковой навигации.
Для всех пространственных данных определяется система координат WGS 1984. Путем векторизации ортофотопланов и растровых топографических карт, а также обработки результатов геодезических измерений на основе мобильной дифференциальной станции (МДС) СВСН РК на территорию исследуемого района создаются цифровые карты.
Второй этап включает полевое обследование территории с целью уточнения данных об использовании и функциональном назначении объектов, отображенных на цифровой карте, для формирования семантической информации, а также выборочное агрохимическое обследование с отбором образцов почв и пространственной привязкой мест отбора с помощью спутниковых навигационных приемников. На третьем этапе разрабатываются пользовательские базы данных с привязкой их к конкретным объектам цифровой карты. Пользовательские базы данных включают: агроландшафтную характеристику, данные о состоянии почв и др. Четвертый этап — систематизация пространственных данных и формирование ГИС Акмолинской, Северо-Казахстанской и Костанайской области.
Количество тематических слоев зависит от сложности ландшафтно-экологических условий и уровня агротехнологий. В результате анализа природных и административно-территориальных особенностей исследуемого района, при проектировании БГД были определены оптимальные наборы пространственных данных (рисунок 2).
Рисунок 2. Исходная модель базы геоданных
После проектирования была создана исходная версия модели БГД, которая включала оптимальный набор векторных, атрибутивных и растровых данных.
Анализ полученных при проектировании классов пространственных объектов позволяет определить табличную структуру базы геоданных, атрибутивные поля и типы столбцов. Также для обеспечения целостности данных определяются атрибутивные домены, описывающие допустимые значения для определенного атрибута таблицы и класса пространственных объектов. Таким образом, создается рабочая схема БГД, которая определяет физическую структуру базы вместе с отношениями и свойствами каждого набора данных в базе геоданных (рисунок 3).
Рисунок 3. Схема базы геоданных
В процессе работ отлаживаются процессы наполнения системы картографическими материалами, заполнения базы данных сведениями о показателях почв, фитосанитарном состоянии посевов, ввода сведений о принадлежности к типу сельхозугодий.
Учитывая отраслевое назначение разрабатываемой ГИС, состояние почвенного покрова является основополагающим при планировании сельхозпроизводства. Для получения электронной информации о почвенном профиле и характере его функционирования проведена оцифровка отсканированных и привязанных к координатной системе почвенных карт-схем. Электронная почвенная карта Акмолинской, Северо-Казахстанской и Костанайской областей с указанием гранулометрического состава почв представлена на рисунке 4. Каждый слой имеет связь с атрибутивной базой данных, содержащей соответствующую тематике слоя карты информацию по каждому контуру. Например, база данных карты структуры почвенного покрова содержит следующую информацию: идентификационный номер контура; индекс почвенной комбинации; полное название почвенной комбинации; состав почв; генетическую характеристику почвообразующих пород и их гранулометрический состав; балл бонитета и площадь контура.
Рисунок 4. Карта гранулометрического состава почв Северо-Казахстанской области
Данные о рельефе позволяют получить информацию об уклоне местности, которые влияют на неоднородность агроэкологических параметров. Методика создания слоя «Рельеф» заключается в том, чтобы оцифровать горизонтали в виде линейных объектов с занесением информации о высотной отметке по Балтийской системе. Основой для создания данного электронного слоя послужили планшеты масштаба 1:25000.
Учитывая спецификацию создаваемой ГИС, основным ее составляющим является ориентиры на представление слоя «сельскохозяйственные угодья». Слой «Сельскохозяйственные угодья» создается путем оцифровки контуров земель различного сельскохозяйственного назначения. Традиционным набором сельскохозяйственных угодий для северного Казахстана являются пашни, пастбища и сенокосы. Каждый тип сельхозугодий представлен в виде тематического слоя. В атрибутивной таблице слоя содержится информация о видах сельхозугодий и их площади. Проводится актуализация и проверка (валидация) пространственной и атрибутивной информации по объектам сельскохозяйственных угодий. Результаты валидации площадей сельскохозяйственных угодий по данным ДЗЗ со статистическими данными несут важную информацию и дают оценку площади земель сельскохозяйственного назначения. Использование карт сельскохозяйственных угодий поможет при выявлении участков непродуктивной пашни, планировании экологически безопасных и научно-обоснованных систем земледелия (вспашка поперек склона, приближение границ угодий к границам урочищ и т.д.), позволит вести паспортные данные об угодьях с учетом их привязки к урожаю.
В результате проведенных работ обоснована, разработана и апробирована геоинформационная платформа для системы мониторинга сельскохозяйственного производства Акмолинской, Северо-Казахстанской и Костана йской областей с представлением основных тематических слоев с пространственными и атрибутивными данными.
Мониторинг сельскохозяйственного производства на основе данных ДЗЗ. Организация мониторинга сельскохозяйственного производства выполняется по определенной схеме, которая включает интеграцию нескольких направлений деятельности, которая отражена на рисунке 5.
Рисунок 5. Реализация космического мониторинга сельхозпроизводства
Методология мониторинговых исследований зависит от поставленных задач: спутниковая оценка весеннего запаса влаги в метровом слое почвы под яровыми зерновыми культурами; спутниковая оценка яровых посевных площадей; спутниковая оценка дат ярового сева; спутниковая оценка площадей паровых полей текущего года и структуры зернопарового севооборота; спутниковая оценка засоренности посевов яровых зерновых культур; спутниковая оценка состояния яровых посевов; спутниковый прогноз урожайности и объема валового сбора зерна месячной заблаговременности; спутниковая оценка уборочной площади яровых сельскохозяйственных культур.
Технология подготовки спутниковой информации включает использование космоснимков с различных спутниковых систем (MODIS, Landsat-8, DMC, KazEOSat-2 и др.) и наземной информации (погодные условия, результаты маршрутного обследования зерновых посевов, наземная информация с подспутниковых полигонов и т.д.). На выходе получаются различные тематические карты в масштабе 1:750000, 1:200000 и 1:100000.
Данные спутникового мониторинга охватывают все сельхозформирования основных зерносеющих областей республики и используются для принятия необходимых оперативных мер до получения официальных статистических данных. На основе данных мониторинга госорганы проводят анализ посевных площадей и прогнозной урожайности зерновых культур, формируют ценовую, экспортную, страховую политику в складывающихся условиях агропроизводства.
Список литературы
- Хасанова Г.Б., Кожахметов Б.Т. Перспективы применения данных дистанционного зондирования Земли из космоса для повышения эффективности сельского хозяйства /https://sibac.info/studconf/natur/viii/31815
- Чернов А.В., Глумов Н.И. Региональная ГИС агропромышленного комплекса. — type=»book» name=»ПРОВЕДЕНИЕ КОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА» description=»По заказу Комитета государственной инспекции в агропромышленном комплексе (АПК) МСХ РК проводится космический мониторинг сельскохозяйственного производства зерносеющих областей страны. С целью повышения эффективности мониторинговых исследований в основу положены современные геоинформационные технологии (создание крупномасштабной электронной карты земель сельскохозяйственного назначения, внедрение отраслевых данных и данных земельного кадастра и.др.), данные ДЗЗ высокого разрешения для детализации продуктивных процессов и внедрения элементов точного земледелия.» author=»Әліпбеки Оңғарбек Әліпбекұлы, Кабжанова Гульнара Рашиденовна, Алипбекова Чаимгуль Абусагатовна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2016-12-28″ edition=»euroasia-science.ru_26-27.02.2016_2(23)» ebook=»yes» ]