Космические снимки: решения для сельского хозяйства

Основные области применения ГИС в сельском хозяйстве - увеличение производства сельскохозяйственной продукции, оптимизация ее транспортировки и сбыта. В качестве примера можно привести удачный опыт некоторых компаний по оценке требуемого количества и оптимизации доставки удобрений и ядохимикатов сельскохозяйственным предприятиям. Сельскохозяйственные предприятия используют ГИС для пространственного анализа и мониторинга тенденций продуктивности сельскохозяйственного производства. Страховые компании используют ГИС для оценки рисков и уточнения страховых взносов при страховании урожая. Поставщики сельскохозяйственного оборудования, удобрений и ядохимикатов применяют ГИС для рекламирования и сбыта собственной продукции в сельскохозяйственных регионах, поиска оптимальных маршрутов доставки продукции автомобильным, водным и железнодорожным транспортом.
Одним из новых и перспективных направлений в сельском хозяйстве за рубежом является прецизионное земледелие. Речь идет о том, чтобы, используя самые разнородные данные (результаты отбора проб почвы с географической их привязкой, обработки данных дистанционного зондирования, цифровые тематические карты) оптимизировать принятие решений о локальном внесении удобрений и ядохимикатов в почву для повышения продуктивности сельскохозяйственного производства. Уже сейчас существуют системы, обеспечивающие отображение в реальном режиме времени на дисплее перемещение трактора или комбайна по полю и информирование фермера о необходимости увеличения или уменьшения расхода удобрений на том или ином участке поля.
По сути та же самая цифровая картографическая информация позволяет в оперативном режиме составлять карты состояния посевов на текущий момент, служащие основой для поддержки принятия решений. В частности, на участках наилучшего произрастания посевов быстрее истощаются запасы азота в почвах. Поэтому раннее обнаружение различий в состоянии посевов позволяет своевременно определить те участки полей, на которых необходимо дополнительное внесение удобрений.
Комплексная ГИС наиболее часто включает в себя такие цифровые карты, как карты содержания минеральных веществ в почве, типов и характеристик почв, карты уклонов (с цифровой моделью рельефа) и экспозиций склонов, погодных, климатических и гидрологических условий. Крайне важной информацией являются цифровые карты за ряд последовательных таких факторов, как урожайность и тип посевов, тип механической и химической обработки почв, пространственное распределение заболеваний культур и динамика распространения вредных насекомых. При наличии такой информации открываются неограниченные возможности анализа, прогноза и оптимизации деятельности сельскохозяйственных предприятий.
Особенно важно применение геоинформацоинных технологий, в особенности технологий обработки данных дистанционного зондирования (аэрофотоснимков, космоснимков, в первую очередь многозональных и гиперспектральных), для тематического дешифрирования территории. Это может стать основой для создания цифровой картографической основы информационных систем агропромышленного комплекса.

Обширные территории, занимаемые сельскохозяйственными угодьями, довольно сложно контролировать из-за недостатка точных карт, неразвитой сети пунктов оперативного мониторинга, наземных станций, в том числе и метеорологических, отсутствие авиационной поддержки, ввиду дороговизны содержания и т.д. Кроме того, в силу различного рода природных процессов, происходит постоянное изменение границ посевных площадей, характеристик почв и условий вегетации на различных полях и от участка к участку. Все эти факторы препятствуют получению объективной, оперативной информации, необходимой для констатации текущей ситуации, ее оценки и прогнозирования. А без этого практически невозможны увеличение производства сельскохозяйственной продукции, оптимизация использования земель, прогнозирование урожайности, уменьшение затрат и повышение рентабельности. За рубежом аналогичные проблемы успешно решаются благодаря применению данных аэро- и космической съёмки, а также широкому использованию средств спутниковой навигации (GPS) при мониторинге посевов и при сборе урожая, для изучения состояния растительного покрова и прогноза продуктивности выращиваемых культур. В нашей стране использование данных спутникового зондирования в сельском хозяйстве представляет собой быстро развивающееся и перспективное направление. Материалы космической съемки могут помочь как для решения комплексных задач управления сельскохозяйственными территориями, так и в узкоспециализированных направлениях.

На данном примере видно, как заметно отличаются сельскохозяйственные районы двух сопредельных стран. В Польше распространены малоземельные (до 5 га) хозяйства, а для Украины характерны крупные поля.

Типичными задачами в этой области являются: инвентаризация сельскохозяйственных угодий, контроль состояния посевов, выделение участков эрозии, заболачивания, засоленности и опустынивания, определение состава почв, слежение за качеством и своевременностью проведения различных сельскохозяйственных мероприятий. При систематической повторяемости съёмок - наблюдение за динамикой развития сельскохозяйственных культур и прогнозирование урожайности. Например, зная, как меняется спектральная яркость растительности в течение вегетационного периода можно по тону изображения полей судить об их агротехническом состоянии. После перезимовки состояние озимых культур оценивается по различию в цвете здоровых и погибших растений, состояние озимых и яровых до уборки урожая - на основе учёта степени покрытости травостоем и его равномерности.

По всем вопросам и делать заявки по телефонам:
+38(044)227-24-12
+38(044)536-14-13

Землепользование

Космические снимки позволяют в режиме, близком к реальному времени, получать достоверную информацию на обширные территории с высокой степенью детализации. По спутниковым данным после математической обработки можно строить точные карты землепользования. Наборы последовательных снимков дают возможность оценить изменения в использовании земель и одновременно дать прогноз продуктивности сельскохозяйственных культур.

С помощью спутникового мониторинга возможно контролировать сроки и качество проведения основных агротехнических работ и тем самым оптимизировать управление сельскохозяйственным производством.

Мониторинг роста

С ROP G rowth М ОНИТОРИНГ S ystem разработан MARS Проект предусматривает Европейской комиссии (ГД по сельскому хозяйству) объективной, своевременной и количественным выходом прогнозы на региональном и национальном масштабах. КГМС мониторы культур в Европе, движимый метеорологические условия изменены характеристики почвы и урожай параметров. Это механистический подход описывает культур цикла (т.е. биомассы, хранение органа ...) в сочетании с фенологических развития от посева до погашения на ежедневной масштабе времени. Основной характеристикой КГМС заключается в его spatialisation компонента, интегрируя интерполированное metereological данных, soilsand параметров культур, через элементарные единицы отображения, используемого для моделирования в урожае модели.Ядро системы на основе 2 детерминированной модели культур, WOFOST и LINGRA . ГИС используются для подготовки данных и получения результатов карты. Входной и выходной хранятся в СУБД. Статистические процедуры используются для прогнозирования количественным выходом культур

Таким образом, КГМС состоит из трех основных частей:

1. Интерполяция метеорологическая данных в квадратную сетку
2. Моделирование роста сельскохозяйственных культур
3. Статистическая оценка результатов

Последние КГМС пакета (версии 9,2) можно ознакомиться здесь...

Из общественных FTP MARS сайте просмотреть и скачать версии вы можете скачать последнюю КГМС пакет (версия 9.2 документация и программное обеспечение)

Оценка состояния растительности

В течение сезона вегетации отражающая способность растительности меняется в красном и ближнем инфракрасном каналах и зависит от многих факторов, в том числе от количества зеленой фитомассы и густоты растительного покрова. Вегетационный индекс NDVI позволяет частично скомпенсировать разные условия визирования со спутника для серии снимков и оценить изменение количества зеленой фитомассы в течение сезона. На картах NDVI участки с различным состоянием растительности или объемом фитомассы изображаются различными цветами. Как правило, используется шкала, показывающая значения в диапазоне от -1 до 1. При этом цветовая палитра NDVI может быть произвольной, как показано на примере последовательных карт NDVI Каневского района Краснодарского края. Водная поверхность имеет отрицательное значение NDVI (в данном примере черные и синие тона), обнаженная почва без растительности и различные породы дают значение NDVI около нуля (белый и серый тон). По мере возрастания густоты растительности растут значения NDVI (красные и зеленые тона).

Растениеводство Мониторинг

Структура Системы дистанционного мониторинга земель

Центральное место в системе занимает федеральная ГИС, построенная по иерархическому принципу – от федерального уровня до уровня субъектов РФ (с принципиальной возможностью доступа на районный уровень и уровень сельхозпредприятия). Конечно, на федеральном уровне нет необходимости часто просматривать и оперировать данными более детальными, чем региональная информация, но такая возможность все же заложена в построение ГИС. Федеральная ГИС, как видно из рисунка, оперирует данными из хранилища, которое делится на две составляющие: блок стационарной и блок оперативной информации (это разделение в некотором смысле условно), что необходимо для повышения эффективности работы технических средств. В блоке стационарной информации находятся данные, не изменяющиеся в течение некоторого времени – это, например, подготовленные на территории субъектов РФ цифровые модели местности, тематические карты сельскохозяйственного назначения на территорию всей страны, архивные данные дистанционного зондирования, статистические данные и т.п. Информация этого блока может быть продуктом работы самой СДМЗ или может поступать из внешних источников с обязательным прохождением этапа входного контроля.

В блок оперативной информации поступают, главным образом, данные из системы оперативного спутникового мониторинга – в настоящее время основного источника данных дистанционное зондирование земель. Этот компонент был разработан и поддерживается Институтом космических исследований РАН. Данные спутникового мониторинга, в свою очередь, делятся на две составляющие: это ежедневные (от одного до трех раз в сутки) изображения облачности, снежного покрова, вегетационных индексов и др., полученные со спутников серии NOAA и Terra с разрешением 1000 и 250 метров, а также композитные изображения, полученные после обработки первичных спутниковых продуктов (двухнедельные композитные изображения вегетационных индексов). Спутниковые данные одновременно поступают на сайт оперативного спутникового мониторинга, информация которого доступна любому желающему по адресу WWW.AGROCOSMOS.GVC.RU На сайт выкладывается разнообразная спутниковая информация по территориальному и тематическому принципам, показываются сравнительные данные по годам, приводятся аналитические графики, построенные по результатам обработки данных и т.д. На сайте также представлен большой объем другой информации. Разница между информацией на сайте и на FTP-сервере заключается в том, что сайт предоставляет изображения в виде простых картинок, которые можно просмотреть и скачать, но которые не имеют привязки к реальным картографическим данным. Данные на FTP-сервере, доступные лишь авторизованным пользователям, имеют реальную географическую привязку и могут использоваться для совмещения с любыми пространственными данными, которые имеются у пользователя (параметры проекций пространственных данных закреплены для каждого региона РФ).

В хранилище данных также поступает информация по таким параметрам, как фитосанитарная и ветеринарная обстановка территории РФ, агроклиматические параметры, статистические данные по различным показателям сельскохозяйственного производства, данные о почвах и информация о наземных наблюдениях, а также любые другие данные, имеющие отношение к сельскохозяйственной тематике (например, ценовая и экономическая информация).

Вся поступающая информация проходит определенную обработку, зависящую от вида информации (по методам – от ручной до автоматической программной), с целью приведения ее к виду, пригодному для использования в ГИС. Для этого разработан набор спецификаций информационных продуктов, которые детально описывают структуры и форматы используемых данных. В зависимости от вида информации она также может поступать в блок стационарной или оперативной информации. Например, архивная статистическая информация по годам после ее нормализации к единому виду представления помещается в раздел стационарной информации и может быть доступна как исторический материал для выполнения различных задач анализа и сравнения с использованием картографической основы. Статистическая информация, поступающая в течение весенних и осенних полевых работ, является, по существу, оперативной. При ее привязке к картографическим материалам можно наглядно показывать ход сева и уборки сельскохозяйственных культур.

Собственно говоря, почти любая поступающая в хранилище информация может использоваться в качестве оперативной. Поступая далее в долговременное хранилище, она используется уже в качестве аналитических продуктов. Например, на основе архивных данных композитов вегетационного индекса за несколько лет проводится построение кривых хода вегетационного индекса за текущий год и сравнение их с кривыми хода за предыдущие года. На этой основе можно составлять прогноз развития сельскохозяйственных культур, используя метод года-аналога. Результаты такого сравнения, которые обрабатываются системным компонентом спутникового мониторинга по каждому из субъектов РФ, можно посмотреть на сайте (рис. 3). Аналогичным образом обрабатываются и представляются данные по фитосанитарной и ветеринарной обстановке территории РФ, информация по агроклиматическим параметрам.

Информация, обработанная отраслевой ГИС, поступает на аналитический уровень. Здесь создаются информационные продукты для конечного пользователя федерального уровня: карты, схемы, графики, презентационные материалы и отчеты.

По тем же принципам, что и федеральная ГИС, строятся и региональные ГИС, организация которых происходит на базе региональных министерств сельского хозяйства. Отличия в построении ГИС заключаются в методах использования программных средств ГИС и наборах информационных продуктов, необходимых для функционирования региональных центров. Информация от федеральной ГИС в виде картографических продуктов и вторичных продуктов обработки информации доступна региональным клиентам через FTP-сервисы. В свою очередь, федеральная ГИС через те же сервисы получает из региональных центров материалы, которые можно получить или создать только на региональном уровне.
Технические требования к ГИС различных уровней

В состав ГИС Федерального уровня входят разнообразные базовые и тематические наборы данных. Для их хранения, обработки, анализа, представления и распространения в принятых форматах используется настольные ГИС-продукты и серверное программное обеспечение разного назначения.

Состав доступных данных:

* топографическая основа 1:1 000 000;
* модель рельефа с разрешением 1 км;
* материалы космической съемки с разрешением 1 км;
* карта растительности 1:4 000 000;
* карта административного деления до уровня субъектов РФ;
* двухнедельные композитные изображения спутникового мониторинга на сельскохозяйственную зону РФ;
* статистические, климатические, фитосанитарные данные по субъектам РФ.

Основная масса данных федерального центра СДМЗ размещается на сервере геопространственных данных. В дополнение к ним может использоваться информация, предоставляемая региональными центрами СДМЗ.

В качестве базового программного ГИС-обеспечения используются продукты семейства ArcGIS. Оптимальным по функциональности клиентским программным пакетом на данном уровне является ArcInfo. Для более простых задач может использоваться ArcView. Для обработки космических снимков применяется ERDAS IMAGINE.

Рабочие форматы данных определяются применяемыми средствами базового ПО. На сервере геопространственных данных картографические данные хранятся в корпоративной базе геоданных под управлением ArcSDE в среде Microsoft SQL Server или Oracle. Космические снимки, растровые карты и регулярные цифровые модели рельефа доступны в форматах TIFF, GeoTIFF, ERDAS IMAGINE, для их хранения используются база геоданных и файловая структура. Табличные данные хранятся в Microsoft SQL Server. Для работы с документами применяется файловая структура и Microsoft SQL Server.

Для автономного рабочего места используются ресурсы компьютера, на котором работает специалист. Картографические данные хранятся в персональной базе геоданных в среде Microsoft Access и в виде шейп-файлов, растровые карты, снимки и ЦМР – в форматах TIFF, GeoTIFF, ERDAS IMAGINE. Для хранения табличных данных используются Microsoft Access и dBase, а для документов – файловая структура и приложения Microsoft Office.

В региональных центрах ГИС имеет несколько другой состав данных:

* топографическая основа 1:200 000 и 1:100 000;
* модель рельефа с разрешением 90 м;
* материалы космической съемки с разрешением 60 м;
* карта административного деления до уровня районов;
* схема полей масштаба 1:100 000;
* почвенная карта масштаба 1:300 000 и база данных с разделением по СХ зонам и погоризонтно (данные агрохимии и физических параметров);
* карты распределения ветровой и водной эрозии масштаба 1:300 000;
* двухнедельные композитные изображения спутникового мониторинга на территорию субъекта;
* статистические, климатические, фитосанитарные данные по районам.

В качестве базового ПО ГИС также используются продукты семейства ArcGIS. В случае малой активности регионального центра может использоваться более простой продукт ArcView. В тех регионах, где уже используются ГИС-продукты ESRI предыдущего поколения (ARC/INFO, ArcView GIS) или других фирм, идет постепенный переход на продукты ArcGIS. Этот переход позволит обеспечить технологическое единство СДМЗ, сократить издержки на конвертацию данных, упростить подготовку кадров, гарантировать масштабируемость программно-информационного обеспечения региональных центров.

Рабочие форматы данных определяются применяемыми средствами базового ПО. Для автономного рабочего места используются ресурсы компьютера, на котором работает специалист. Если в региональном центре СДМЗ устанавливается сервер для обслуживания группы специалистов, то основной массив данных размещается на этом сервере. В любом случае, в дополнение к собственным данным регионального центра, специалисты могут пользоваться информацией, предоставляемой федеральным центром СДМЗ. В целом, структура ГИС регионального уровня может значительно меняться в зависимости от местных условий, хотя ведется работа по ее унификации.
Заключение

Как можно понять из вышеизложенного, система постепенно развивается и по структуре, и по содержанию. В 2006 году был проведен комплекс мероприятий, направленных на сбор, получение и обработку данных сельскохозяйственного назначения, на адаптацию стандартных и создание новых программных продуктов для обработки первичных данных. Большое внимание уделялось расширению возможностей оперативного спутникового мониторинга и подготовке различных цифровых картографических продуктов и метаданных.

Растениеводство Прогнозы и воздействие изменения климата
Институт защиты и безопасности граждан

Действие: 21103

Акроним: AGRI4CAST

Резюме:

AGRI4CAST действия способствуют улучшению сообщества дистанционного зондирования для управления и мониторинга общей сельскохозяйственной политики.AGRI4CAST занимается разработкой и оперативно работает система прогнозирования урожая с 1992 года в целях обеспечения своевременных прогнозов урожайности сельскохозяйственных культур на европейском уровне. Эта система в состоянии контролировать рост растительности культур (зерновые, масла семян сельскохозяйственных культур, белка культур, сахарной свеклы, картофеля, пастбища, рис) и включают в себя краткосрочные эффекты метеорологических явлений на урожай трудов и представлять ежегодные прогнозы доходности европейских культур .

AGRI4CAST системы, также известный как MARS урожай прогнозирования, производится с помощью дистанционного зондирования и метеорологических наблюдений, агрометеорологических моделирования (рост урожая системы мониторинга (ЦГМС), MARS Model Library) и статистического анализа. Эти MARS инфраструктуры и библиотека МАРС модели отражают тематических областях основные направления исследований действий. MARS метеорологическую инфраструктуру содержит контроль качества метеорологических данных ежедневно с 1 января 1975 собрал почти 3000 станций распространение более 27 стран ЕС, Скандинавии, европейской части России, Белоруссии, Украины, стран Магриба и Турции обновляется каждый день. Кроме того ежедневно, 10-суточные, месячные и сезонные прогнозы от ЕЦСПП являются частью БД и использовать в течение культур моделей.

MARS дистанционного зондирования инфраструктуры является общеевропейской базы данных дистанционного зондирования для среднего и низкого даты разрешение спутниковых со временем серии собирается с 1981 года. Она состоит из исходных данных, а также десять дней и ежемесячной композитов растительности индикаторы состояния и метеорологических показателей. Он обновляется каждые десять дней.

MARS агрометеорологических инфраструктуры содержит фенологических данных урожай собрали из нескольких экспериментальных сетей поля (станция данные) в рамках нескольких проектов (например, LUCAS, ASEMARS) и моделируемых параметров культур на общеевропейском степени, как и выход КГМС на регулярной сетки с 1975 обновляется каждые десять дней.

Общая площадь этих инфраструктур совместно с действием 42002 - FOODSEC и оперативной части на аутсорсинг под MARSOP3.

AGRI4CAST хостов и развивается под его библиотеке MARS Модель серии агрометеорологических моделей для моделирования биофизических систем, обеспечивающих оценку динамики состояния переменных, таких как накопление биомассы и влажности почвы. КГМС в дополнение предоставляет также дают прогнозы. Кроме того агрометеорология программные компоненты, которые используются для обработки метеорологических данных и моделирования размещение и развиваться. AGRI4CAST расширяет свою ИТ-инфраструктуру и моделирования для дальнейшего улучшения качества и способности реагировать на запросы своих клиентов.

Кроме того, AGRI4CAST является депозитарием методы, разработанные с использованием дистанционного зондирования и области основы выборки на европейском уровне для оценки посевных площадей.

В 2009 году AGRI4CAST будет продолжать научные разработки новых улучшений, связанных с MARS урожай прогнозирования и искать для оперативного расширения системы с новыми возможностями (новая версия КГМС). Усвоения информации дистанционного зондирования в моделировании роста культур будет обеспечиваться. Это цель, чтобы получить выход прогнозы, основанные на информации RS ассимилировались в модели роста сельскохозяйственных культур по МДРД. Для метеорологической инфраструктуры современных методов на интерполяции наблюдаемых метеорологических параметров, будут исследованы и оценены в отношении нынешней методологии и ее влияние на моделирование роста сельскохозяйственных культур.

Моделирование потенциала с точки зрения модели и компоненты размещение и разработанные в рамках модели библиотеки будет продлен и платформы SW будет построен позволяющий подключить модели и позволить им работать на нашу БД инфраструктуры, таким образом, также расширяет возможности использования информации в DB вне MARS урожай прогнозирования.

Кроме того развития SW новых модулей (например, урожай абиотическим стрессам) и осуществление дополнительных модулей моделирования культур, кроме WOFOST под библиотеку модель MARS позволит оценки различных моделей с точки зрения культуры потенциала прогнозирование урожайности. Действий также приводит к росту урожая системы мониторинга научная сеть.

AGRI4CAST обеспечит продолжение деятельности применяется как это предусмотрено Постановлением Совета 78/2008. Это включает в себя общеевропейский мониторинг сельскохозяйственных культур и соответствующими прогнозами урожая, а также специальных анализа на конкретных климатических условий. Распространение информации для наших клиентов осуществляется через MARS бюллетени, веб-порталов и участия в ПЕРСПЕКТИВЫ групп в ГД-Agri представить результаты. Обслуживание и совершенствование инфраструктуры МАРС являются неотъемлемой его частью. Новый вид деятельности на урожай мире оценки уже начали с Черного моря, Россия и Китай за то, что касается пшеницы и далее будет распространяться на рис для России и Китая.

За что касается научной деятельности в области изменения климата воздействие на сельское хозяйство, сельскохозяйственное производство системы, будет произведена имитация под текущие и будущие погодные условия для оценки воздействия погоды сценарии и изучить условия адаптации, в целях поддержки повестки дня ЕС политики по изменению климата просят сектора ориентированные стратегии адаптации. Для того, чтобы сделать модель будет адаптирована к ответственности за изменение климата особенностей и дополнительных компонентов будет разработан (MARS модель библиотеки). Следовательно, из биофизической точки зрения как воздействия и адаптации исследования спроса на анализ, который использует специальные погода, сельскохозяйственных культур, растений и сельскохозяйственных ресурсов управления. В 2009 году особое внимание будет уделяться вывод сценариев изменения климата прогноз данных, удовлетворяющих потребности агрометеорологических моделей (дневные данные, разукрупнение), которые имитируют рост урожая или систем земледелия. В 2009 году AGRI4CAST продолжает его участия в FP6 IP ансамблей.

В рамках возможностей системы и миссии AGRI4CAST, клиент ГД получит поддержку в совершенствовании статистической деятельности, таких как системы Агромет и Люка обследования. AGRI4CAST будет продолжать научную и техническую поддержку проекта обследования ЛУКАС и работать летчиком-испытателем подходы к посевной площади оценки с использованием пробной площади кадра и / или дистанционного зондирования