Точечное земледелие — Географические информационные системы
Географические информационные системы (ГИС)
Развитие информационных технологий, использующих системный подход, математические методы и современные компьютерные средства, привело к новым и эффективным инструментам сбора данных, их хранения и манипуляций с ними, к экономному и наглядному отображению этих данных в виде карт — географическим информационным системам (ГИС).
В ГИС – проектах для точного земледелия выделяются карты продуктивности полей (обычно в виде карт собираемых урожаев) и карты почвенного плодородия, карты внешних факторов, воздействующих на посевы в пределах рассматриваемого поля, таких, как тепло- и влагообеспеченность, агроклиматические и агрохимические карты, карты временных трендов урожая, собираемого с изучаемого поля, а также карты других агрофизических и агротехнических характеристик.
Наибольшее распространение получили плоские (двухмерные) карты. Двухмерная система координат на картах ориентирована обычным образом (Север-Юг – по вертикали и Запад-Восток – по горизонтали) с указанием расстояния (в метрах) от места расположения обсерватории (Гринвич в Англии, Пулково в России) или иной реперной геодезической точки, координаты которой известны. Для некоторых задач, например, для почвообразования в ландшафте, применяются объемные (трехмерные) карты. Разграничение на карте областей, отличающихся параметрами, производится раскраской с ранжированием по интенсивности цвета и легендой, соответствующей этому ранжированию. Раскраска может быть как черно-белой, так и цветной.
Учет различных форм изменчивости на поле является сердцевиной оценок и управления в точном земледелии. Оценки пространственной изменчивости урожайности на сельскохозяйственном поле могут быть получены путем сравнения прогнозируемого урожая с полученным в данной точке поля. При этом, естественно, погрешности оценок возрастают на краях полей, а также на полях с сильным пространственным разбросом плодородия или неоднократными сменами лимитирующих факторов. Для получения данных, позволяющих построить карты урожайности, используются монтируемые на уборочной машине измерительные системы: объемная – для зерновых и весовая – для корне- и клубнеплодов. Для определения координат положения уборочного комбайна на сельскохозяйственном поле используется система DGPS.
Построение карт рассмотрено на примере составления карт урожая для корне- и клубнеплодов. Основное назначение карты урожая заключается в фиксации результатов комбайновых уборок посредством непрерывной системы измерений клубней или зерна в сочетании с Глобальной позиционной системой (DGPS). Мобильные буксируемые системы DGPS удобны для использования различных источников информации о величине урожая на поле. Существуют две весовых системы: конвейерная система и трейлерная. Трейлерная система в соединении с системой DGPS является практическим путем для получения урожайных карт некомбайновой уборки.
Для размещения системы весовой оценки урожая, собранного некомбайновым способом, создан трейлер. Разработан метод взвешивания на движущемся трейлере, использующий низкочастотный фильтр и алгоритм осреднения двух последовательных измерений собранной биомассы за каждые 25 секунд с точностью ±0,2 кг/с. Создана тарировочная карта, базирующаяся на DGPS и индентифицирующая направления особенностей поля при сборе урожая сахарной свеклы, а также устанавливающая места, в которых ошибки измерения собранного урожая, вызванные влиянием неровностей поверхности почвы, незначительны.
Ценность карт зависит от того, насколько правильно они будут проанализированы. Главная цель интерпретации карт урожайности – увеличение прибыльности за счет лучшего понимания природных и антропогенных причин, обусловливающих изменчивость урожайности в пределах одного поля.
Для успешной интерпретации карт привлекается дополнительная информация о поле. Для эффективной оценки влияния всей совокупности факторов на урожайность используют ГИС, устанавливающие связь между урожайностью и другими характеристиками поля.
На основе данных об урожайности товаропроизводитель может судить о преимуществах или недостатках конкретной технологии возделывания данной культуры. Изучая изменчивость урожайности в рамках одного поля (на элементарных участках), товаропроизводитель может определить причины, вызывающие это, и устранить их.
Многие факторы, влияние на урожайность, взаимозависимы. Ключом к интерпретации карт является более глубокое понимание причин, вызывающих изменение урожая, и выявление тех из них, которые обусловлены действиями самого производителя во время выращивания соответствующей с.-х. культуры. Составление карт урожайности эффективно лишь в том случае, когда эта информация будет использована для более обоснованного принятия решения. В настоящее время ведутся работы по автоматизации процесса составления карт урожайности с использованием последних достижений в электронике и глобальном позиционировании /37/.
Таким образом, повышение эффективности управления производством растениеводческой продукции может быть достигнуто за счет внедрения геоинформационных систем (ГИС) как одного из основных средств сбора, обработки, передачи, отображения и документирования пространственно распределенной информации о состоянии объектов сельскохозяйственного назначения. ГИС можно рассматривать как набор программных средств, позволяющий вводить, хранить, визуалировать, анализировать и обрабатывать (моделировать) пространственно распределенную информацию об изучаемой территории. Геоинформационная система состоит из трех основных частей: атрибутивно-графических пространственных данных, аппаратно-программного обеспечения и набора программных средств, выполняющих вышеперечисленные функции. С помощью ГИС можно получать оперативную пространственную экспресс-информацию об изучаемом процессе или явлении, необходимую для повышения эффективности принимаемых решений.
