д-р инж. Алберт Демиденко (Конструкторско бюро „Панорама“, Москва, Русия),
инж. Яна Ангелова (Геодетект ЕООД)
Ключови думи: ГИС, данни от дистанционни изследвания, мониторинг на посевите, интерактивна карта на полетата.
На територията на всяко стопанство има плодородни и неплодородни земи. За да се избере на кои полета трябва да се полагат повече усилия и да се инвестират повече средства, а на кои полета разходите да се сведат до минимум, е необходимо правилно да се обследват. За ефективно управление на земеделието трябва да се знаят не само реалните размери на посевните площи, с които разполага всяко стопанство, но и локалните условия на почвеното плодородие.
Агро-културното земеделие започва с измерване на полетата, обследване на почвената покривка, диагностика на релефа, местните климатични условия и създаване на многослойна електронна карта на полета, обединени по сеитбооборот в съответствие с тяхното качество. В основата на научната концепция за прецизно селско стопанство е представата за съществуващите нееднородности в пределите на едно и също поле. За оценка и откриване на тези нееднородности се използват най-новите технологии, като системите за глобално позициониране (GPS, ГЛОНАСС), специални датчици, аерофотоснимки и сателитни изображения, а също така специализирани програми за агро-мениджмънт на базата на географски информационни системи (ГИС). Събраните данни се използват за планиране на посевите, разчет на нормите за торене и средствата за растителна защита, по-точно прогнозиране на добивите и финансово планиране. Цялата събрана информация се обединява в база пространствени данни, включваща цифрови карти на полетата и атрибутни сведения за обработваемата земя. Съвременните ГИС осигуряват създаването и поддържането на електронни карти с детайлизация на атрибутните характеристики на обработваемите площи до елементарни участъци, размерите на които се определят от ползвателя.
В Конструкторско бюро (КБ) „Панорама“ е разработен комплекс от програми за аграрна ГИС, ориентиран за използване в управление на земеделието – ГИС „Панорама АГРО“. На този етап инструменталната среда на аграрната ГИС включва няколко програми и информационни компоненти (фиг. 1).
Аграрната ГИС на базата на продуктите на КБ „Панорама“ е ориентирана за обработка на информацията за земята и обектите за отчет на селскостопанското предприятие, включващи характеристики на обработваемите площи, сведения за сеитбооборота, кадастрални данни, навигационна информация за движение на селскостопанската техника и транспорт, данни от дистанционно изследване, сведения за текущ наземен мониторинг, агрохимически разчети на дозите с минерални торове и др. Структурата на данните за земеделската земя и обектите на отчета е представена във формата на база данни на СУБД Microsoft SQL Server. Основното програмно средство за водене на аграрна база данни е ГИС „Панорама АГРО“.
„Автоматизираното работно място (АРМ) на агронома“ осигурява създаване и актуализиране на карти на полетата на основата на различни източници на данни. Кадастралните сведения съответстват на структурата на данните от кадастъра на имотите. За водене на вътрешностопански кадастрален отчет може да бъде използвана ГИС „Земя и недвижимост“. Картографската информация и координатното описание на полетата и обектите на отчет се съхраняват в пространствената база данни, достъпът до която се осигурява от ГИС Сървър.
Програмата GIS WebServer AGRO, разработена на основата на GIS WebServer, е ориентирана към специалистите в областта на земеделието и се явява разширение на ГИС „Панорама АГРО“ за работа със сведенията за селскостопанското предприятие на основата на WEB-технологии (фиг. 2). Като фонови данни в системата могат да бъдат използвани собствени пространствени данни или информация от отворени източници (Google, Yandex, Росреестр, OpenStreetMaps и др.).
На базата на аграрната ГИС Панорама в Русия и Украйна са създадени редица информационни системи за управление на земеделието в агро-холдинга. Йерархическата структура от данни позволява оперативно да се превключва между различни нива на управление (фиг. 3) за преглед и анализ на данните. Освен за корпоративно управление, аграрната ГИС успешно се използва за анализ на данните от многогодишни наблюдения за състоянието на почвите в агрохимическите центрове.
През 2012 г. в Центъра за агрохимични служби „Белгородский“ е разработена и внедрена геоинформационна система, която осигурява достъп до базата данни на агрохимическата служба на ниво селскостопанско предприятие, общини, държавни служби и министерство на земеделието на Руската Федерация.
В тази ГИС за всеки административен район има информация за броя на земеползвателите и обработваните от тях площи. Показани са границите на земеделските участъци.
На картата на вътрешностопанското земеустройство за конкретното предприятие (фиг. 4) за всеки работен участък има данни за: номер и площ, година на последно агрохимическо обследване, съдържание на хумус, фосфор, калий, азот, цинк, мед, манган, кобалт, молибден, степен на киселинност, хидролитна киселинност и др. В табличен вид потребителите могат да получат информация за динамиката на промените в показателите на почвеното плодородие в циклите на агрохимическото обследване за всеки работен участък (фиг. 5).
В допълнение към вътрешностопанското земеустройство потребителите могат да получат достъп до тематичните карти: почвено-ерозионна (фиг. 6), структура на посевните площи, осигуряване на обработваемите почви с подвижни форми на фосфор (фиг. 7) и калий (фиг. 8), органични вещества (фиг. 9), киселинност (фиг. 10) и др.
На базата на сведенията за релефа може да се формират матрични модели на местността и да се създадат карти на разпределение на склоновете по стръмност, експозиции и форми на релефа. Функциите за анализ на релефа и изпълнение на овърлейни операции с данни за структурата на посевните площи са вградени в ГИС Панорама и осигуряват технология за подготовка на карти на вътрешностопанско земеустройство на основата на адаптивно-ландшафтна система на земеделието.
Адаптивно-ландшафтната система на земеделието е система за използване на земи от определена агро-екологична група, ориентирана за производство на продукция с икономически и екологически обосновано количество и качество в съответствие с обществените (пазарните) потребности, природните и производствените ресурси. Тя осигурява устойчивост на агро-ландшафта и възпроизводство на почвеното плодородие. Аграрната ГИС „Панорама АГРО“ предоставя възможност за създаване, поддържане в актуално състояние и използване на многослойни електронни карти на полетата, съответстващи на агро-екологическата оценка на обработваемите площи.
По същество агро-екологичната оценка на земята е оценка на плодородието, при което се установява доколко е изгодно да се отглежда една или друга култура на определена територия. Съвременните технологии за обработка и публикуване на пространствени данни позволяват на разработчиците на различни информационни ресурси да предоставят достъп до своята информация на основата на унифицирани протоколи (WMS, WMTS, WFS, WCS и др.). В резултат на това потребителят получава възможност за оперативен достъп до значителен обем информация без разходи за нейното събиране и обработка. Наличието в комплекта програми на аграрната ГИС на функции за включване на външни източници от данни, осигурява на проектиращия адаптивно-ландшафтни системи на земеделието мощни инструменти за анализ на разнородни данни.
Например, фермер може да включи портал с отворени данни (Google, Yandex, Космоснимки и др.) и на основата на космическите изображения оперативно да оцифри границите на своите полета. При това сведенията за контурите на полетата ще се съхраняват на неговия компютър. След това, включвайки портал „Публична кадастрална карта“ ще уточни сведенията за границите на полетата съгласно кадастралните данни (фиг. 11).
За да се прецизират сроковете на агротехническите мероприятия, към картата с границите на полетата може да се включат сведения за метеоданните от услугата „Вега“ (фиг. 12). Дадения ресурс предоставя информация по 16 показатели, сред които: температура на въздуха, относителна влажност, облачност, количество на валежите, влажност на почвата и др. Данните се предоставят във вид на тематични карти, съставени за определената дата и време. При необходимост може да се изменят параметрите на запитване и да се прегледат исторически или прогнозни данни.
Освен отворените източници на данни, съществуват различни търговски продукти, осигуряващи на земеделските производители по-широк спектър от данни. Продуктът „Космос АГРО“ на компанията ИТЦ СКАНЭКС предоставя на потребителите сведения за динамиката на земеползване по материали от снимки от минали години, състоянието на снежната покривка през зимния период, качеството на посадъчния материал на културите, пролетното състояние на зимните култури – качество на презимуване, състояние на селскостопанските растения в периода на активна вегетация, състояние на посевите и др. По данни от дистанциони изследвания на Земята специалистите на компаниите могат да подготвят тематични карти, отразяващи развитието на процесите на деградация на почвата: ерозия, дефлация, засоляване, сезонно наводнение, заблатяване, пасищна дегресия. На основата на картографиране на деградационните процеси на земеделските земи се създават карти за оценка на степента на риска на деградационната динамика и намаляване плодородието на почвите.
Достъпът до търговските данни се осъществява по същите протоколи за информационно взаимодействие, както и до откритите източници на данни. Достатъчно е лицензираният потребител да знае потребителското име и паролата за достъп до ресурсите.
Включването на външни източници на данни и запазването на информацията за обработваемите площи във вид на книга с историята на полетата позволява да се сформира в среда на аграрната ГИС „Панорама АГРО“ нов тип карта – интерактивна карта на полетата. Това не е просто статично изображение на местността, а информационен ресурс, осигуряващ на потребителя нагледна и достоверна информация за земеделската земя и плодородието на почвата.
В комплект с навигационните данни за преместване на селскостопанските машини и транспорта аграрната ГИС позволява да се контролират полевите работи. При необходимост комплексът от работи по контрол на посевните мероприятия и прибирането на реколтата може бъде подкрепен с тематични данни, получени на основата на мониторингови наблюдения от космоса, включващи контрол на резултатите и оценка ефективността на проведените агротехнически мероприятия.
За удобство на селскостопанските производители предлаганата ГИС е оборудвана с функции за изчисляване на потребността от минерални торове според планирания добив на селскостопанската култура. Разчетът на препоръчителните дози от азот, фосфор и калий, внасяни с минералните торове се извършва с отчитане на планираното им намаляване при прибирането на реколтата, а също така и с редица корекционни коефициенти за: зърнометричния състав на почвата, предходната култура, степента на ерозия, постъпването на подхранващи вещества от органични торове, използването на подхранващи вещества от органични и минерални торове, наличието на достъпни форми на елементите в почвите.
Интерактивната карта на полетата в среда на аграрната ГИС е предназначена за решаване на задачи, свързани с информационната поддръжка на вземането на решения в земеделието. В ГИС „Панорама АГРО“ значително внимание е отделено на подсистемата за мониторинг на посевите. Сведенията за показателите от мониторинга се въвеждат в системата на базата на полеви наблюдения. Тези показатели могат да включват покълване, валежи, количество на активните температури, влажност, съдържание на захар и много други. Съставът на показателите за мониторинг се настройва индивидуално за всяка отглеждана култура в зависимост от нейните особености. Визуалната ориентация играе важна роля при полевото обследване, а най-очевидният способ за това е фотоснимката. Възможно е запазването на географските координати (използвайки системите за позициониране GPS и ГЛОНАСС) в метаданните на файла със снимката – т. нар. „геотагинг“ (фиг. 14). Тази възможност позволява да се допълва описанието на земеделските земи със снимки на почвени разрези, състояние на посевите, технологични и човешки въздействия и други.
Мониторингът на посевите е вграден в паспорта на полето, сведенията, от който съответстват по структура и съдържание на книгата с историята на полето. Фактически аграрната ГИС осигурява поддръжка на електронна книга на историята на полетата с георефериране границите на контура на обработваемата земя. Данните от паспортите на полетата се използват при подготовка на технологичните карти на отглежданите култури.
Функциите на програмата автоматизират подготовката на технологичната документация в строго съответствие с картографското представяне на посевните площи. Реализацията на тези функции се базира на използване на предварително подготвените шаблони на технологичните карти. При това съставът на технологичните операции зависи от културата и степента на интензификация на производството, получени в процеса на адаптивно-ландшафтното проектиране. Създаването на шаблони на технологичната карта „по образец“ позволява автоматично да се създават нови технологични карти с пълен набор от операции и свързаните с тях разходи.
Интерактивната карта на полетата, съдържаща сведения от собствена банка пространствени данни, бази за почвеното плодородие и данни от открити източници (метеоданни, свойства на растителността, пожароопасност, пътна ситуация и много други) е основа за вземане на информирани решения както за оперативното управление на агротехническите мероприятия, така и за инвестиционните и застрахователни дейности.
По този начин, интерактивната карта на полетата, сформирана в среда на аграрната ГИС „Панорама АГРО“, осигурява на ползвателите ефективни средства за анализ на състоянието на селскостопанските земи в няколко направления:
– проектиране на вътрешностопанското земеустройство с отчитане на адаптивно-ландшафтна система на земеделие;
– формиране и водене на електронна книга за историята на полетата;
– оперативен анализ на разнородни данни, получени от външни източници (космически снимки, сведения за състава на почвата, метеоданни и др.) по унифицирани протоколи;
– формиране на технологични карти на отглежданите култури с отчитане на агро-екологичните условия на местността;
– мониторинг на състоянието на посевите и обработваемата земя на основата на полеви измервания;
– дистанционен мониторинг за състоянието на полетата по данни от дистанционни изследвания на Земята;
– мониторинг на проведени полеви работи на основата на навигационни данни;
– дистанционен контрол за хода на полевите работи по данни от дистанционни изследвания на Земята.
Описаният подход към земеделието позволява превеждането му на качествено по-високо технологично ниво със съблюдаване на агро-екологичния баланс на селскостопанската земя. По-нататъшното развитие на информационните технологии само ще разширява функционалните възможности на аграрната ГИС.
