Агрономическая геоинформационная система (агроГИС) - система управления агропредприятием.
Агрономическая геоинформационная система
( агроГИС ) - система управления агропредприятием.
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.
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.
Несколько коммерческих фирм (разработчиков программного обеспечения) при научной поддержке специалистов РГАУ-МСХА им. Тимирязева ведут работы по созданию сквозной технологии создания и использования агрономической ГИС. В процессе работ отлаживаются процессы 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.
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 (см. рис.1) должна включать слои:
- мезорельефа (с показом мезоформ рельефа, форм склонов);
- крутизны склонов;
- экспозиции склонов (теплые, холодные, нейтральные);
- микрорельефа (с показом контуров с преобладанием тех или иных форм микрорельефа, имеющих агрономическое значение);
- микроклимата;
- уровня грунтовых вод, их минерализации и состава;
- почвообразующих и подстилающих пород;
- микроструктур почвенного покрова (почвенная карта);
- содержания гумуса в почве;
- обеспеченности подвижными формами элементов минерального питания растений и микроэлементами;
- значения рН почв;
- физических свойств почв;
- загрязнения тяжелыми металлами, радионуклидами и другими токсикантами;
- эродированности почв, эрозионной опасности и другим видам физической деградации (оползней, селей и др);
- переувлажнения и заболоченности почв, в том числе вторичного гидроморфизма, подтопления, мочарообразования и др.
- засоленности почв (типов и степени засоления);
- солнцеватости почв;
- растительного покрова с оценкой состояния естественных кормовых угодий;
- лесной растительности с оценкой состояния природных лесов и 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 нформацией - агрономической ГИС (АгроГИС). Аграномическая геоинформационная система 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 2008 и специальная ГИС «Панорама-АГРО», обладающих вместе полным набором инструментов для решения подобного рода задач.
ГИС Карта 2008 используется для создания карт полей и первичного ввода информации в систему. Каждый слой электронной карты имеет 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; полное название почвенной комбинации; состав почв; генетическую характеристику почвообразующих пород и их гранулометрический состав; площадь контура.
Не качественный учет необходимых факторов, влияющих на эффективность сельскохозяйственного производства, приводит к непроизводительным затратам, снижению урожайности и качества продукции, поломкам дорогостоящей 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. Кроме того, 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 чего 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 (см. рис.2).
Снимок КА Cartosat (разрешение 2,5 м). Хорошо видны солонцовые комплексы (светлые пятна), сильно ухудшающие качество земель и требующие химической мелиорации.
Снимок КА Ikonos (разрешение 1м). Отчетливо видна водно-эрозионная сеть.
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.
В результате электронная карта полей (см. 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 зачастую достаточна также для проектирования животноводства, решения социально-экологических задач, то есть для разработки проекта внутрихозяйственного землеустройства (проекта сельскохозяйственного производства). 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).
Рис.4. Фрагменты трехмерных моделей электронной карты полей