Побудова агрономічної ГІС

Деміденко Альберт Геннадійович (ЗАТ КБ "Панорама")
В 1989г. закінчив факультет прикладної математики Харківського ВВКІУРВ ім. Крилова М.І., сфера діяльності - розробка програмного забезпечення для геоінформаційних систем, заступник генерального директора по науковій роботі. Кандидат технічних наук.

Сліва Іван Володимирович (ТОВ "Агрокультура")
Старший викладач кафедри ґрунтознавства РДАУ-МСГА ім. К.А. Тімірязєва. Сфера діяльності - розробка методики проектування адаптивно-ландшафтних систем землеробства, управління проектуванням і контроль створення електронних карт, впровадження методики в освітній процес університету. Генеральний директор.

Трубніков Олексій (ТОВ "Агрокультура")
Аспірант факультету ґрунтознавства, агрохімії і екології РДАУ-МСГА ім. К.А. Тімірязева. Сфера діяльності - проведення комплексного аналізу земель із застосуванням ГІС-технологій, постачання устаткування для "точного землеробства", технічний директор.

Для управління сільськогосподарським підприємством, що виробляє продукцію рослинництва, необхідна об'єктивна інформація про розміри і стан сільгоспугідь. Великий об'єм просторової та атрибутивної інформації якісно можна обробляти й аналізувати лише за допомогою спеціального програмного забезпечення, що враховує як просторову прив'язку, так і спеціальні відомості про поля. Спеціалізовані ГІС для сільського господарства в Європі та США вже давно не диковинка, а необхідний компонент системи комплексного управління господарством. У нашій країні ситуація декілька відрізняється, причому, не в кращу сторону.

Такий стан справ був обумовлений зміною системи інформаційного забезпечення сільгосппідприємств через ВІСГАГВ (ВИСХАГИ). В результаті тривалого застою в даній галузі склалася ситуація, при якій сільгоспвиробники не мають у своєму розпорядженні якісних картографічних матеріалів, а рівень інформаційної підготовки фахівців господарства відповідає рівню 80-х років минулого століття.

Наявні в господарствах картографічні матеріали зазвичай неповні, в значній мірі застаріли та не відповідають сучасним вимогам, що пред'являються інтенсивними агротехнологіями до картографічної основи.

Наявні в господарстві картографічні матеріали можна умовно розділити на три групи: землевпоряджувальні, ґрунтові, агрохімічні. Землевпоряджувальні матеріали представлені або планами внутрішньогосподарського землеустрою радянського періоду, або сучасними кадастровими планами. Ґрунтові матеріали представлені ґрунтовими картами, складеними, частіше всього, 20-30 років тому і картами агровиробничих угрупувань ґрунтів. І перші, і другі, як показує практика, відсутні в більшості господарствах. Агрохімічні матеріали представлені агрохімічними картограмами (вміст гумусу, рухливого фосфору, рухливого калія, рН) різної давнини.
Відсутність достовірної інформації про стан полів не дозволяє прийняти вивірене рішення про основну культуру, що вирощується, та аграрну технологію її оброблення, що використовується.

Проте ринкові стосунки тим і відрізняються, що при виникненні потреби в якому-небудь вигляді продукції, технології або послуги, вони дають поштовх до появи таких організацій, що пропонують відповідну продукцію, технологію або послугу.

ТОВ "Агрокультура" і ЗАТ КБ "Панорама" при науковій підтримці фахівців РДАУ-МСГА ім. Тімірязєва ведуть роботи зі створення крізної технології створення і використання агрономічної ГІС. В процесі робіт налагоджуються процеси наповнення системи картографічними матеріалами, заповнення бази даних відомостями про показники ґрунтів, фітосанітарний стан посівів, введення відомостей про агротехнології, що пропонуються, вироблення пропозицій по використанню ГІС в господарствах, навчання фахівців господарств, учбових і проектних організацій розробці і використанню ГІС в рослинництві.

Рисунок 1. Проект внутрішньогосподарського землеустрою з експлікацією полів сівозмін

У повному варіанті агрономічна ГІС повинна включати багатошарову електронну карту господарства й атрибутивну базу даних історії полів з урахуванням всіх виконаних агротехнічних заходів. Кількість тематичних шарів електронної карти залежить від складності ландшафтно-екологічних умов і рівня інтенсифікації агротехнологій (визначається по врожайності і кількості витрат на гектар). У загальному випадку електронна карта полів (рис. 1) повинна включати шари:

мезорельєфу (з показом мезоформ рельєфу, форм схилів);
крутості схилів;
експозиції схилів (теплі, холодні, нейтральні);
мікрорельєфу (з показом контурів з переважанням тих або інших форм мікрорельєфу, що мають агрономічне значення);
мікроклімату;
рівня ґрунтових вод, їх мінералізації і складу;
ґрунтоутворюючих і підстилаючих порід;
мікроструктур ґрунтового покриву (ґрунтова карта);
вміст гумусу в ґрунті;
забезпеченості рухливими формами елементів і мікроелементами мінерального живлення рослин;
значення рН ґрунтів;
фізичних властивостей ґрунтів;
забруднення важкими металами, радіонуклідами й іншими токсикантами;
еродованості ґрунтів, ерозійної небезпеки й інших видів фізичної деградації (зсувів, селів та ін.);
перезволоження і заболоченості ґрунтів, у тому числі вторинного гідроморфізму, підтоплення, мочаростворення й ін.
засоленості ґрунтів (типів і міри засолення);
сонячноватості ґрунтів;
рослинного покриву з оцінкою стану природних кормових угідь;
лісової рослинності з оцінкою стану природних лісів і лісових насаджень;
розподілу корисних видів тварин, птиць, корисних ентомофагів, оцінки їх територіального впливу;
фітосанітарного стану посівів.

Систематизація наявних матеріалів, інтеграція їх з новими даними, що отримуються зараз, частіше з використанням GPS/ГЛОНАСС апаратури, необхідність обробки й аналізу величезного масиву даних про проведення технологічних операцій по кожному полю приводить до необхідності використання, окрім геоінформаційних систем (ГІС), програми для зручної роботи з агрономічною інформацією - агрономічною ГІС (АгроГІС). АгроГІС вимагає повноти і відсутності надлишкової інформації по кожній виробничій ділянці для ухвалення управляючих рішень. При створенні АгроГІС була віддана перевага продуктам КБ "Панорама": професійна ГІС Карта 2008 і спеціальна ГІС "Панорама-АГРО", що володіють разом повним набором інструментів для вирішення подібного роду задач.

ГІС Карта 2008 використовується для створення карт полів і первинного введення інформації в систему. Кожен шар електронної карти має зв'язок з атрибутивною базою даних, що містить відповідну тематиці шару карти інформацію по кожному контуру. Наприклад, база даних карти мікроструктур ґрунтового покриву містить наступну інформацію: номер контуру; індекс ґрунтової комбінації; повна назва ґрунтової комбінації; склад ґрунтів; генетичну характеристику ґрунтоутворюючих порід і їх гранулометричний склад; площа контуру.

Не якісний облік необхідних чинників, які впливають на ефективність сільськогосподарського виробництва, призводить до непродуктивних витрат, зниження врожайності та якості продукції, поломок дорогої техніки. На кожній земельній ділянці є як відносно стабільні, так і динамічно важливі чинники, що змінюються агрономічно. До перших відносяться умови рельєфу, ґрунтів, гідрогеології. До других - поточна кліматична ситуація, фітосанітарний стан. ГІС "Панорама-АГРО" призначена для інформаційного забезпечення процесу управління землеробським підприємством з урахуванням обох чинників. Крім того, дана програма має вбудований блок моніторингу техніки господарства, що забезпечує автоматизований збір відомостей про проведені агротехнічні заходи і дозволяє оцінити якість механізованих робіт.

Агротехнологічне планування включає наступні види робіт:

· аналіз потенційних можливостей виробничої діяльності господарств (кадрів і земельних ресурсів), їх поточної та потенційної ефективності;
· обмір полів шляхом об'їзду по контуру з високоточним GPS-устаткуванням;
· складання структури посівних площ і сівозмін у форматі векторної електронної карти;
· розрахунок потреби в техніці й устаткуванні;
· економічний аналіз при мінімальному та максимальному рівнях врожайності стабільно можливих для конкретних умов.

Електронні карти полів мають загальну проекцію та єдину систему координат, внаслідок чого виробляється точна географічна прив'язка ґрунтових контурів і поєднання ґрунтових контурів з відповідними їм формами рельєфу. Прив'язку починають з мережі гідрографії, яро-балочного комплексу, часто доповнюють дорожньою мережею та іншими об'єктами, які добре виділяються на ґрунтовій карті та картографічній основі (рис. 2).


Знімок КА Cartosat (просторова роздільна здатність 2,5 м). Добре видно солонцові комплекси (світлі плями), які сильно погіршують якість земель і які вимагають хімічної меліорації.	Знімок КА IKONOS (просторова роздільна здатність 1м). Виразно видно водно-ерозійна мережа.

Рисунок 2. Фрагменти космічних знімків, які використовуються при складанні електронної карти полів

За даними космічних знімків перевіряють наявність елементарної ґрунтової структури (ЕҐС - "рисунка ґрунтів") на кожному виділеному на ґрунтовій карті контурі. Компоненти ЕҐС мають різний тон зображення і створюють своєрідний малюнок зображення, по якому можна порахувати пайовий склад компонентів. Компонентний склад визначають виходячи з приналежності території до району ґрунтово-географічного районування і встановлення причини виникнення ЕҐС (ерозія, солонцюватість ґрунтів та ін.) Для цього аналізують форми, розміри компонентів ЕҐС, приуроченість її до мезорельєфу, генезис ґрунтоутворюючих порід і інші відомості, які містяться в літературних джерелах і звітах попередніх досліджень.

Кордони ЕҐС коректуються по реальних кордонах форм і елементів рельєфу. Шляхом взаємного накладання тематичних шарів електронної карти полів формується комплексна карта агроекологічних груп і видів земель, тобто елементарних ареалів агроландшафту (однорідних ділянок), кожен з яких забезпечується банком даних по всіх параметрах.

В результаті електронна карта полів (рис. 3) містить всю необхідну інформацію для ухвалення проектних рішень по розміщенню сільськогосподарських культур, диференціації технологій, їх обробітку при різних рівнях інтенсифікації виробництва, оптимальній організації території з урахуванням ландшафтних зв'язків, тобто формування системи землеробства й агротехнологій.

Рисунок 3. Фрагмент електронної карти полів і атрибутивної бази даних в ГІС "Панорама-АГРО"

Ця інформація необхідна і часто достатня також для проектування тваринництва, вирішення соціально-екологічних задач, тобто для розробки проекту внутрішньогосподарського землеустрою (проекту сільськогосподарського виробництва). Фахівцям господарства пропонується зручний механізм не лише для накопичення даних, але і ведення історії полів з прив'язкою до року урожаю. Засоби аналізу дозволяють виконувати просторові та логічні запити до даних, формувати вибірки та звіти. Накопичення даних з прив'язкою до року урожаю забезпечує ретроспективний аналіз інформації, а засоби тривимірної графіки, її наочне представлення … (рис. 4).

Рисунок 4. Фрагменти тривимірних моделей електронної карти полів