Современные ГИС технологии в растениеводстве

Оперативные материалы в виде обзорных цифровых карт для различных пространственных масштабов, таблиц с результатами решения прикладных задач, пояснительных записок с анализом текущей ситуации будут передаваться потребителям. Основные потребители этих материалов на подготовительном этапе - Министерство сельского хозяйства РФ и региональные органы управления АПК. Основными разработчиками и исполнителями являются Главный вычислительный центр МСХ РФ, Институт космических исследований РАН (ИКИ), Федеральный кадастровый центр «Земля» Федеральной службы земельного кадастра. ИКИ располагает собственными станциями приема спутниковой информации, развитыми технологиями обработки данных дистанционного зондирования и опытом работы с различными министерствами и ведомствами, в том числе и с Министерством сельского хозяйства РФ. ФКЦ «Земля» имеет большой опыт обработки спутниковых данных высокого разрешения для решения задач ведения кадастра и оценки земель, в том числе и сельскохозяйственного назначения.

В 2003 г. году реализован рабочий макет системы приема ДДЗ и производных материалов, полученных на их основе, через Веб интерфейс. Действующий макет рассчитан, в первую очередь, на работу с данными приборов AVHRR (NOAA), MODIS (Terra, Aqua), VEGETATION (SPOT), МСУ_Э (Метеор_3М). Для снижения эксплуатационной стоимости предусмотрены средства автоматизированного сбора, обработки, хранения и представления данных. Продукты обработки ДДЗ низкого и среднего разрешения доступны ежедневно на территорию южных регионов, высокого разрешения - на отдельные районы. Архив результатов тематической обработки ДДЗ содержит в настоящее время следующие типы продуктов: карты изображений облачности, карты температуры подстилающей поверхности, карты NDVI (нормализованного разностного вегетационного индекса). Примеры изображений с разрешением 1 км на территорию Ростовской области на 14 апреля и 30 августа 2004 года, показывающие динамику изменения индекса NDVI, представлены на следующих рисунках. Полученный и созданный цифровой материал представляет собой основу для формирования банка картографических и спутниковых данных, информационные ресурсы которого в дальнейшем предполагается широко использовать в отрасли.

При разработке решений по управлению сельскохозяйственным предприятием в условиях современных рыночных отношений необходимо опираться на результаты пространственного анализа эффективности производства продукции растениеводства. Информационную основу этого процесса составляют анализ состояния сельхозугодий, уровня почвенного плодородия, текущего экономического состояния предприятия, прогнозные значения экономических показателей производства, потребностей в привлечении инвестиций, оценка интервалов их изменений при различном состоянии

рынка. Для разработки системы, удовлетворяющей указанным требованиям, необходимо использовать методы экономико-математического и имитационного моделирования, методы прогнозирования, ГИС технологии.

 

ГИС «Хозяйство»

Рассмотрим вариант реализации геоинформационной системы «Хозяйство». Ее практическое использование для заданного плана посевных площадей, плана обновления машинно-тракторного парка и проведения почвоохранных мероприятий позволяет:

· рассчитать экономические показатели производства продукции растениеводства и определить интервалы их изменений;

· обосновать объем инвестиций и условия их предоставления;

· оценить лимиты затрат на производство продукции по полям;

· проанализировать эффективность производства продукции растениеводства;

· спланировать структуру посевных площадей и объемы внесения удобрений.

ГИС «Хозяйство» может применяться хозяйствами с различной организационно-правовой формой собственности в целях повышения эффективности производства продукции

растениеводства.

ГИС «Хозяйство» обладает следующими функциями:

- оценки  и прогноза экономических показателей  производства продукции растениеводства (валового объема товарной продукции, выручки и прибыли от реализации  продукции, затрат на внесение  удобрений и пр.);

- оценки  объема финансирования, необходимого  для производства основных товарных  культур и воспроизводства основных  средств (приобретения новой техники, проведения почвоохранных мероприятий);

- получения  характеристик состояния сельхозугодий (тип растительного покрова, содержание  питательных веществ в почве  и пр.), влияющих на уровень  плодородия и систему обработки  почвы;

- получения  серии тематических карт, характеризующих  эффективность производства по  полям в разные месяцы и  годы.

Процесс прогнозирования опирается на базовую информацию по фактическому периоду времени. В наших расчетах в качестве базового периода времени рассматривается интервал в 5 лет, горизонт планирования также составляет 5 лет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Данные

 

Совокупность данных, необходимых для использования рассматриваемой ГИС, делится на три группы:

1. Статистическая  информация: экспликация земель  сельскохозяйственного назначения, валовой сбор растениеводческой  продукции, затраты на производство  товарных культур, характеристика  машинно-тракторного парка и пр.

2. Агрономическая  информация: содержание питательных  веществ в почве, подверженность  водной и ветровой эрозии, кислотность  почв, используемые севообороты, возделываемые  культуры по полям и их урожайность, объемы внесения удобрений и  пр.

3. Картографическая  информация: цифровая карта сельхозугодий  хозяйства, имеющая нарезку полей.

Для заполнения необходимых данных используется паспорт хозяйства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Структурная организация

 

ГИС «Хозяйство» разрабатывалась на базе инструментальных средств ArcView GIS, MS Access, MS Excel и содержит три подсистемы:

1) автоматизированного  картографирования;

2) ведения  базы атрибутивных данных;

3) имитационного  моделирования.

Подсистемы представляют собой отдельные автоматизированные рабочие места (подсистемы 1 и 2 АРМ «Агронома», подсистема 3 АРМ «Экономиста»).

Рассмотрим назначение и основные функции каждой подсистемы.

Подсистема автоматизированного картографирования

Назначение - выполнение работ по картографированию исследуемой территории, обеспечение лиц, принимающих решения (ЛПР), аналитической информацией, представленной в картографическом виде.

Основные функции:

· актуализация картографической информации;

· разработка базовых цифровых карт исследуемой территории;

· построение тематических цифровых карт;

· подготовка компоновок и вывод их на печать.

Подсистема ведения базы атрибутивных данных

Назначение 8 обеспечение ЛПР детальной информацией о состоянии сельхозугодий.

Основные функции:

· ввод, хранение, изменение, удаление данных;

· получение детальной информации по полям;

· прогноз урожайности и экономических показателей по полям;

· создание отчетов.

Подсистема имитационного моделирования

Назначение 8 обеспечить ЛПР информацией об общем состоянии предприятия, дать его прогноз на плановый период.

Основные функции:

· ввод данных для проведения анализа и прогноза технико-экономических показателей;

· настройка моделей прогноза;

· выполнение прогноза для определенного сценария (благоприятного, среднего, неблагоприятного);

· составление обобщенного отчета по результатам расчетов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты практического использования

 

Разработка ГИС «Хозяйство» проводилась для одного из хозяйств Алтайского края. Для него разработано картографиическое обеспечение, проведен сбор и обобщение необходимых данных. В качестве исходной атрибутивной информации по полям сельскохозяйственных угодий использовались данные системы земледелия. Основными товарными культурами на предприятии являются яровая пшеница, гречиха, горох, сахарная свекла. По этим культурам осуществляется анализ экономической эффективности производства и прогноз экономических показателей. Пример электронных форм для ввода данных по полям хозяйства (качественная характеристика, севооборот, возделываемые культуры, внесение удобрений) представлен на рис. 1. На основании сложившейся системы земледелия построена карта севооборотов (рис. 2) и карты структуры посевных площадей по фактическому и плановому периоду с учетом последовательности культур в севообороте (рис. 3). Каждому полю, относящемуся к конкретному севообороту, присвоен порядковый номер. Реализована возможность построения тематических карт, характеризующих содержание питательных веществ в почве. Исходя из возделываемой культуры, содержания питательных веществ, объемов вносимых удобрений, по полям осуществляется расчет прогнозного значения урожайности культур, валовых сборов продукции, затрат на внесение удобрений на плановый период. Также осуществляется обобщение данных по типам вносимых удобрений, потребности в них и затратам на их внесение в целом по хозяйству. На основе данных паспорта хозяйства в подсистеме имитационного моделирования выполняется прогноз цен реализации товарных культур и затрат на производство, значения которых используются для оценки эффективности производства продукции растениеводства по полям. Затраты на производство культур рассчитываются по калькуляционным статьям затрат. Далее формируются результаты расчетов по одному из полей в табличном виде. Следует отметить, что анализ эффективности производства продукции растениеводства проводился для пяти основных товарных культур, для других культур затраты на производство полагались равными нулю и, соответственно, выручка от реализации и другие показатели не рассчитывались. Анализ экономической эффективности производства продукции растениеводства по полям проводится в ГИС с использованием показателей притока выручки от реализации товарной продукции, окупаемости затрат на производство, средней величины окупаемости затрат, суммы валового дохода по фактическому и прогнозному периоду. Расчет данных показателей проводится при определенном сценарии развития производства. На основе полученных результатов составляются тематические карты, характеризующие рабочие участки по показателю суммы валового дохода на 1 га площади, рассчитанного для среднего сценария по фактическому и прогнозному периоду (рис. 4а, б). Анализ этого показателя в разрезе полей дает четкое представление о целесообразности использования того или иного участка в производстве продукции, о необходимости изменения системы земледелия конкретного поля (перевод в другой севооборот, внесение удобрений, залужение и пр.) или, для целей страхования урожайности, о пороговом значении урожайности (при благоприятном сценарии).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преимущества

 

Предлагаемая система поддержки принятия решений по управлению сельскохозяйственным предприятием обладает следующими преимуществами:

· используется пространственный анализ эффективности производства продукции растениеводства;

· автоматизировано вычисление показателей, характеризующих экономическое состояние предприятия и машинно-тракторного парка;

· оценка экономических показателей осуществляется с учетом сложившейся системы земледелия в хозяйстве;

· возможна оценка интервалов изменения экономических показателей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Рынок ГИС стремительно развивается прежде всего в развитых странах, которые хотят снизить издержки и затраты и получить максимальное количество продукта. В этом им помогают ДДЗ, огромное количество ГИС программ и инструментов, успешно использующихся и помогающих в решении различного рода технических задач. В нашей стране данные разработки в последние несколько лет ведутся также активно, однако применяются нечасто и не везде. Причина этому низкий уровень аппаратного обеспечения регионов, отсутствие специалистов. Однако технологии имеются, постепенно развиваются и внедряются повсеместно уверенными шагами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1)      Журнал ArcReview, №2 (29), 2004

2)      Сайт ГИС http://www.dataplus.ru

3)      Геоматика http://geomatica.ru

4)      КБ Панорама, Геоинформационные технологии http://www.gisinfo.ru

5)      Официальный сайт ArcGIS http://www.esri.com/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение

 

Информационная технология (ИТ) - совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта).

Технология — это комплекс научных и инженерных знаний, реализованных в приемах труда, наборах материальных, технических, энергетических, трудовых факторов производства, способах их соединения для создания продукта или услуги, отвечающих определенным требованиям.

Компьютеризация - это проникновение вычислительной техники и компьютерных технологий в различные сферы человеческой жизнедеятельности.

       ГИС - информационная система, обеспечивающая  сбор, хранение, обработку, доступ, отображение  и анализ пространственных (пространственно-координированных) данных.