инж. Андрей Королев (Конструкторско бюро „Панорама“, Москва, Русия), инж. Яна Ангелова (Геодетект ЕООД)
В статията накратко е изложена технология за построяване на инфраструктура на пространствени данни (ИПД) за земеделски земи на основата на програмните продукти на Конструкторско бюро (КБ) „Панорама“. Разгледаната технология за построяване на ИПД може да бъде използвана във всички отрасли на националното стопанство.
Ключови думи: инфраструктура на пространствени данни, геоинформационни системи, „Карта 2011″, „Панорама АГРО“, GIS WebServer AGRO, банка пространственни данни.
Може да се отделят няколко типа субекти на стопанска дейност непосредствено свързани със земеделието. Това са инвестори, производители на продукция, органи на общинското и държавно управление, а също така и застрахователни компании. Важната задача за първите е изборът на земеделски земи и оценка на качество им. Вторите са заинтересовани от точно съблюдаване на агротехнологиите. За да оценят ефективността на субсидиите, местните администрации и държавата се нуждаят от обективна информация за състоянието на дейностите в аграрния сектор. На застрахователите са необходими основания за оценка на риска. За решаване на всички изброени задачи е нужна информация за структурата и състава на земеделските земи и програмно осигуряване, предоставящо дадените сведения в най-удобен вид. Формирането на „удобна“ информационна среда се извършва на основата на ИПД.
ИПД е система от базови пространствени данни (ПД), метаданни, стандарти и регламенти, информационни възли, гео-услуги за достъп и обмен на географски информационни ресурси.
Елементите на ИПД може да се разделят условно на няколко взаимно свързани подсистеми от програмни продукти и информационни ресурси, постоянно обновявани в процеса на актуализация на ПД:
– подсистема за събиране и натрупване на ПД;
– подсистема за водене на банки от пространствени данни (БПД);
– подсистема за публикуване на ПД.
В общия случай подсистемата за събиране и натрупване на ПД осигурява изпълнението на технологични операции по:
– контрол на качеството на цифровата информация за местността;
– нейното преобразуване във формати за съхранение;
– формиране на бази ПД и бази метаданни за пространствена информация.
Програмният продукт Професионална ГИС „Карта 2011″ осигурява изпълнението на всички технологични операции на дадения етап, а програмата „ГИС Сървър 2011″ осигурява формиране на разпределено хранилище на данните и разграничаване на достъпа до пространствена информация. Освен това програмата ГИС „Карта 2011″ осигурява въвеждане на базовите метаданни в цифровата карта.
При построяване на БПД се отчитат обхвата на територията и степента на детайлизация на данните. Например, за решаване на задачи на общинско ниво и на ниво земеделски стопанства и ферми са необходими ПД, съответстващи на карти и планове в мащаб 1:25 000 – 1:500.
В състава на ПД могат да се отделят различни тематични схеми: съдържание на основни хранителни вещества, киселинност и алкалност на обработваемата земя, влагане на минерални подобрения в почвата, превишаване съдържанието на допустимите норми за радионуклиди и тежки метали, класация на обработваемата земя, извеждане/включване на земи в селскостопанския оборот, водна ерозия, наводняване на земеделски земи, разпределение на сеитбооборота на културите, разпространение на болести и вредители.
Този списък може да бъде променян и допълван в зависимост от конкретната ситуация.
Процедурата за извличане от цифровите карти на необходимото координатно и атрибутно описание на пространствените обекти се осъществява със средствата на приложенията „Атлас на картата“ и „Мениджър на картата“. Разполагането на получената информация в БПД, компановката на пространствените обекти в набори от ПД и подготовката на каталозите с метаданни се осигурява чрез средствата на „Комплекса за водене на банка данни за цифрови карти и данни от дистанционни изследвания“.
От позицията на ИПД структурата на БПД не е особено важна, това може да бъде файловото хранилище във формат ГИС, СУБД, поддържащо пространствени връзки или тяхната комбинация. Важни се явяват търсенето на необходимите данни и предоставянето им на ползвателя по единни съгласувани протоколи. В разглежданата технология дадените функции се реализират чрез програмни средства за публикуване на пространствени данни.
Съществуват няколко варианта за публикуване:
– предоставяне на ползвателя информация директно от доставчика;
– разполагане на готовите набори от ПД на геопорталите;
– предоставяне на открит достъп до ПД на основата на гео-услуги, предаващи в автоматизиран режим необходимата информация.
ИПД предоставя възможност за търсене на геоинформационни ресурси – източници на данни по каталозите с метаданни, явяващи се неразделна част от ПД и формиране на образци от ПД по техните характеристики. За това се използват WEB-порталите с метаданни, съдържащи интерфейс за взаимодействие с БПД. Тъй като метаданните се създават паралелно със самите ПД, и се публикуват от собствениците на информацията на геопорталите, ползвателите получават инструменти за търсене на ПД по описанието им.
За построяване на WEB-портали и публикуване на подготвени набори от ПД се използва програмното средство GIS WebServer. Приложението дава възможност да се извършва преглед, сортиране и филтрация на таблиците от базата данни (БД), осигурява функции за интерактивна работа с картата.
За извличане на ПД, съхраняващи се в СУБД и предоставянето им в нагледен графичен вид се използва приложението „Мониторинг на картографски данни в базата“. Програмата осъществява мониторинг на съдържанието в базата данни и в автоматичен режим обновява картата. Процесът на обновяване е двустранен и при изменение в графичното съдържание на картата, сведенията за пространствените данни в базата се обновяват.
За осигуряване на функции за предоставяне на данни по запитване от потребителите са предназначени различни гео-услуги. Съществуват няколко разновидности от гео-услуги, като най-разпространените от тях са картографските услуги и услугите, предоставящи достъп до данните.
Картографските услуги осигуряват предаване на потребителя по канал за връзка на готови картографски изображения за нужната територия. Международните стандарти за картографски услуги са WMS (Web Map Service) и WMTS (Web Map Tile Service).
Картографските услуги, обаче позволяват да се извърши само визуална обработка на данните. За пространствени анализи са необходими други механизми. Възможност за отдалечен достъп до базата ПД осигуряват гео-услугите, представляващи достъп до данните. Международните стандарти за гео-услуги, предоставящи данни са WFS (Web Feature Service) и WCS (Web Coverage Service). Тези стандарти позволяват да се получат от отдалечен източник не само картографски изображения, а пространствени обекти и матрици. Сведенията за пространствените обекти съдържат координатно описание и атрибути, с отчитане на топологията и връзките, съществуващи между различните слоеве и типове пространствени обекти в БПД на сървъра с информационния ресурс.
Описаната технология за построяване на ИПД може да се използва във всички отрасли на националното стопанство.
По-детайлно ще бъдат разгледани подсистемите на ИПД, използвани в земеделието.
Подсистемата за събиране и натрупване на ПД е представена с продуктите ГИС „Карта 2011″, „ГИС Сървър 2011″ и специализираните ГИС: „Панорама АГРО“, „Панорама АВТО“, „Панорама ЗЕМЛЕДЕЛИЕ“, „АРМ на Агронома“.
Подсистемата за водене на БПД се организира с използване на „Комплекса за водене на банка данни за цифрови карти и данни от дистанционни изследвания“, а също така със средствата на приложението „Атлас на картата“.
Подсистемата за публикуване на ПД е реализирана с помощта на web-приложенията „GIS WebServer“ и „GIS WebServer AGRO“.
ГИС „Панорама АГРО“ е предназначена за комплексна автоматизация на управлението на селскостопански организации в областта на растениевъдството и осигурява решаването на две взаимно свързани задачи: управление на аграрните технологии и мониторинг на подвижните технически средства на основата на GPS/ГЛОНАСС навигация.
Комплекта програми „АРМ на Агронома“ е автоматизирано работно място на агронома на базата на ГИС „Панорама 2011 Мини“ и допълнителен модул „Комплекс за агрономически задачи“. Той е предназначен за създаване, редактиране и печат на карти на полетата, водене на база данни за историята на полетата и почвеното плодородие, формиране на набор от данни, тематични картограми и отчети.
GIS WebServer AGRO е предназначен за обработка на информацията за земеделските земи и обектите на отчет в селскостопанските предприятия, включващи характеристика на обработваемата земя, сведения за сеитбооборота, кадастрални данни, данни от мониторинга, агрохимически разчети на дозите минерални торове за различните земеделски култури и др. Структурата на данните за земеделските земи и обекти на отчет е представена във формата на базата данни на ГИС „Панорама АГРО“. Кадастралните сведения съответстват на структурата с данните от кадастъра за недвижимите имоти. За водене на кадастрален отчет може да бъде използвана ГИС „Земя и недвижимост“.
Общата схема на взаимодействие между програмните продукти на КБ „Панорама“, осигуряващи технологията за построяване на ИПД е представена на фиг. 1.
Фиг. 1. Обща структура на програмно осигуряване (ПО).
Схемата показва взаимодействието между следното ПО:
1. Банка Пространствени Данни (БПД) – основно хранилище на електронни карти, актуалността, на което се осигурява със средствата на „Комплекса за водене на банка данни за цифрови карти и данни от дистанционни изследвания“.
2. Външна БД като допълнителен източник на информация, на основата на система за управление на бази данни (СУБД).
3. Програмата за мониторинг на БД служи за синхронизация на външната БД и картографския материал, намиращ се в БПД.
4. Imagery Creator – приложение, необходимо за създаване на тайлове, които после могат да се публикуват на Web.
5. ГИС Сървър се използва като източник на данни за гео-услугите, средствата за интернет-публикации и настолните клиенти.
6. Гео-услугите също така са източник на данни за средствата за интернет-публикации и настолните клиенти.
7. GIS Web Server и GIS Web Server AGRO – средства за публикации на Web на пространствени и атрибутни данни от БД „Панорама АГРО“.
8. Web-клиенти – точки на достъп до системата от стандартен интернет-браузер. Осигуряват изобразяване на информацията, публикувана с помощта на GIS Web Server и GIS Web Server AGRO.
9. Службата от терминали позволява да се организира терминален достъп до „Панорама АГРО“. Това способства за повишаване мащабируемостта на системата.
10. Настолните клиенти (ГИС „Карта“, „Панорама АГРО“, „Панорама АВТО“, „Панорама ЗЕМЕДЕЛИЕ“, „АРМ на Агронома“) имат достъп до източниците на данни.
11. Външно ПО може да получава данни от гео-услугите, разработени в КБ „Панорама“.
На основата на така описаната ИПД са изградени и успешно се експлоатират информационни системи в редица селскостопански предприятия и агрохолдинги в Русия и Украйна.
На фиг. 2 е показан агропортал, създаден на основата на GIS Web Server AGRO. За достъп в системата (https://62.173.139.13/GWS_AGRO/GisAgro.aspx): логин – agro, парола – agro.
Използва се за вътрешностопанско счетоводство и автоматизирано земеделско управление.
Реализирана е подсистема за следене състоянието на земите и посевите, която позволява събиране и анализ на данни, определени от потребителя. На разположение са и инструменти за извличане на стойностите за дадени дати, които дават възможност за управление на актуалността на изобразяваната информация.
Данните от тази подсистема може да се използват съвместно с информация от външни геопортали. Към списъка от геопортали са добавени услугите „Кадастрална карта на Украйна“ и ВЕГА.
Кадастралната карта на Украйна съдържа слоеве с ортофото, кадастрално деление и почви. Слоевете се предоставят под формата на WMS/WMTS услуги.
Слоевете от услугата ВЕГА дава на селскостопанските специалисти възможност за анализ състоянието на полето в сравнение с текущите метеорологични данни. На потребителите се дава възможност да анализират по съществуваща граница на обекта или да очертаят собствен контур. Например:
– застрахователните специалисти може да използват информацията за определяне на застрахователната сума и щетите от въздействие на неблагоприятни фактори;
– собствениците и ползвателите на земите може да контролират вегетацията и да вземат оперативни решения при възникване на непредвидени ситуации;
– изследователите и университетските преподаватели може да анализират динамиката на растежа на различни природни и антропогенни обекти.
Автоматизирано е създаването на технологични карти на култивацията на културите и паспортите на посевните площи.
Фиг. 2. Агропортал
Внедряването на описаната ИПД ще позволи ефективно да се решават такива задачи, като: изработка на селскостопанска политика, прогнози за брутната реколта от различни култури, контрол на целевото използване на земята и мероприятия по повишаване на плодородието.
На ниво на отделните стопанства или кооперации информацията, предоставена в рамките на ИПД, може да бъде използвана при проектиране и внедряване на адаптивно-ландшафтни системи за земеделие и така нареченото точно земеделие (precision agriculture), контрол на движението на транспортните средства и ретроспективен анализ на използваните агротехнологии.
