Геоінформаційна система для підвищення ефективності ведення землеробства в сільськогосподарських підприємствах

Перелік умовних позначень, символів, одиниць, скорочень і термінів

БД - База даних

ДЗЗ - Дистанційне зондування Землі

СУБД — Система управління базами даних

ЦМР — Цифрова модель рельєфу

ГІС — Геоінформаційна система

с/г. - Сільськогосподарсь (ких), (кого)

Зміст

• Вступ
• Розділ 1. ГІС — технології в сільському господарстві
• 1.1 Стан використання ГІС в сільському господарстві.
• 1.2 ГІС для управління
• 1.3 Використання ГІС для ефективної роботи в агросфері
• 1.4 Нові прикладні області застосування ГІС
• Розділ 2. Використання супутникових даних в сільскому господарстві
• 2.1 Системи спостереження
• 2.2 Супутниковий моніторинг посівів
• 2.3 ДЗЗ в сільському господарстві
• Розділ 3. ГІС — Для підвищення ефективності ведення землеробства в сільськогосподарських підприємствах
• 3.1 Створення географічно-інформаційних систем на території підприємств
• 3.2 ГІС на сільськогосподарські підприємства
• 3.3 Господарство СТОВ «Авіатор» та НДГ «Лан» Городенківського району Івано-Франківської області
• Висновки
• Список використаних джерел

Вступ

Актуальність теми дослідження. Використання геоінформаційних технологій в сучасних умовах функціонування галузі сільського господарства, пов’язується з персоналізацією технічних засобів обчислювальної техніки, організацією автоматизованих робочих місць (АРМ), автоматизацією збору та реєстрації інформації, переходом на переважно без паперову документацію, використання розподілених баз даних, ефективних засобів комунікації, локальних і глобальних мереж. Сьогодні дистанційне зондування Землі і ГІС тісно пов’язані між собою: на основі дешифрування знімків створюється електронна карта, вона, в свою чергу, є основою будь-якої геоінформаційної системи.

Питання раціонального використання земель сільськогосподарського призначення, яке охоплює широкий спектр економічних, правових, екологічних і технічних аспектів, неможливе без ґрунтовного вивчення стану екологічних, соціально-економічних, природно-ресурсних умов територій та їх змістовної оцінки. За допомогою ГІС здійснюється всебічне вирішення багатьох задач, пов’язаних з просторовим аналізом інформації і прогнозом явищ та обґрунтуванням головних чинників і причин, а також їх можливих наслідків, і прийняття на основі цього конструктивних рішень.

Тобто ГІС автоматизує процедури аналізу і прогнозу, дозволяє побудувати на основі цього модель того чи іншого явища. Ефективність роботи сільськогосподарських підприємств залежить від інформованості про стан земель і посівів та здатності системно аналізувати наслідки проведених робіт та заходів. Таку інформованість забезпечують дані ДЗЗ, які пізніше, після дешифрування, опрацьовуються у геоінформаційних системах.

Землевпорядкування сільськогосподарських підприємств, яке охоплює широкий спектр правових, економічних, екологічних і технічних питань, у сучасних умовах неможливе без ґрунтовного вивчення стану екологічних, соціально-економічних, природно-ресурсних умов територій, їх економічної та екологічної оцінки. Одним з основних інструментів підвищення якості підготовчих робіт до землевпорядкування сільськогосподарських підприємств є геоінформаційні технології (ГІС-технології). В останні роки залученню ГІС-технологій до землевпорядного проектування присвячені праці провідних учених — П.Г. Казьміра, Н.В. Коновалової, М. Г. Ступеня, А. М. Третяка, які розглядають ГІС як інформацію про об'єкти землеустрою, а не як цілісну систему вивчення їх сутності.

Розглядаючи підходи до створення ГІС, спеціально орієнтовані на землевпорядкування сільськогосподарських підприємств та фермерських господарств, слід зазначити, що в таких системах має нагромаджуватися й зберігатися інформація фактологічна у реляційних та аналітичних таблицях, а також комплексних електронних картах.

Для створення географічних інформаційних систем у землеустрої необхідні спеціалізовані комп’ютерні системи, що включають: набір технічних засобів, програмного забезпечення та відповідних процедур, які призначаються для збору, зберігання, обробки та відтворення великого обсягу графічних і текстових даних. Застосування ГІС-технологій у розробці проектів просторової організації агроландшафту, землевпорядкування сільськогосподарських підприємств, проти-ерозійної організації території сприятиме значному підвищенню їх якості.

Мета дослідження. Мета курсової роботи полягає у розгляданні підходів використання ГІС, спеціально орієнтованих на землевпорядкування сільськогосподарських підприємств та фермерських господарств.

Предметом та об'єктом дослідження обрано господарства СТОВ «Авіатор» та НДГ «Лан» Городенківського району Івано-Франківської області.

Обсяг і структура курсової роботи. Курсова робота складається зі вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних джерел. Загальний обсяг роботи — 33 сторінки.

Розділ 1. ГІС — технології в сільському господарстві

1.1 Стан використання ГІС в сільському господарстві.

Сільське господарство — один з найбільш стародавніх і перспективних видів господарської діяльності людини. Можливо тому ми спостерігаємо тут максимум консерватизму і відчутне відставання у впровадженні сучасних технологій, особливо інформаційних ГІС-технологій. Звичайно, механізація значно підвищила продуктивність сільської праці, але якщо порівняти її з тим, як бурхливо розвиваються більшість галузей промислового виробництва, то сільське господарство опиниться далеко позаду. Проте, сьогодні і у нас вже зустрічаються цікаві проекти, які піднімають сільськогосподарське виробництво на якісно новий рівень.

Впровадження ГІС — технологій повинне починатися з перепису наявних виробничих ресурсів, із створення бази даних (БД). Оскільки основним ресурсом в сільському господарстві є земля, така БД обов’язково носитиме просторовий характер. Звичайно, можна перенумерувати поля і вести базу даних їх характеристик в табличному вигляді, навіть на папері. Межі полів можна закріпити на схемі і використовувати її для ілюстрації. Але така технологія не досконала. Внесення навіть простих змін в таку документацію вимагає багато ручної праці. Чим довше проводиться така БД, тим більша ймовірність появи в ній помилок, особливо якщо правки вносять різні фахівці. Часовий і просторовий аналіз даних практично не можливий. Однак, для країн, які вступають в Європейське Співтовариство, існує обов’язкова вимога функціонування національної єдиної системи (IACS) адміністративного управління, яка включає дані по всіх земельних ділянках і землекористувачах. Така система просто необхідна для ефективної реалізації програм субсидування виробників сільгосппродукції і контролю за використанням цих субсидій, сума яких по Євросоюзу складає декілька десятків мільярдів євро. У США велике число подібних і інших сільськогосподарських програм і проектів, заснованих на використанні інформаційних технологій, серед яких особливе місце відводиться ГІС.

Впровадження комп’ютерних технологій дозволяє не тільки значно спростити формування інформаційних баз даних і понизити вірогідність виникнення помилок, але і упровадити нові методи підтримки ухвалення управлінських рішень на основі аналізу даних і, зрештою, підняти продуктивність праці. Оскільки практично вся інформація про ресурси сільського господарства має просторову прив’язку, очевидно, що в якості базових інформаційних технологій краще всього використовувати геоінформаційні системи. Звичайно, це не означає, що ніякі інші технології тут не потрібні. Насправді, головна перевага сучасних засобів побудови ГІС — у їх відкритості і сумісності з іншими інформаційними технологіями (ІТ) і системами обробки даних.

1.2 ГІС для управління

Застосування геоінформаційних технологій в сільському господарстві можливо і на державному, і на регіональному, і на місцевому рівнях, аж до окремого господарства. Оскільки завдання на цих рівнях різні, відповідно, розрізняються і дані, які використовуються та засоби роботи з ними. При використанні єдиної системи забезпечується як вертикальна (між різними рівнями управління), так і горизонтальна (між господарствами або організаціями одного рівня) сумісність за даними і програмними продуктами. На державному рівні актуальні такі завдання, як формування сільськогосподарської політики, ліцензування і контроль виробництва продуктів масового споживання, прогнозування валового збору різних сільськогосподарських культур, моніторинг природних умов і використання земель, контроль інформації, що поступає «знизу» .

Якнайкраще застосування тут можуть знайти серверні програмні продукти для підтримки централізованого реєстру земель сільськогосподарського призначення, баз даних господарств. Всі ці об'єкти мають деяке положення і протяжність в просторі, тому тільки технологія просторових баз даних (інакше званих базами геоданих) може гарантувати адекватне комп’ютерне представлення цієї інформації. Причому простого ГІС-пакету тут недостатньо, — наприклад, в США є десятки тисяч господарств, мільйони ділянок, і лише спеціальні засоби управління великими просторовими базами даних можуть справитися з такими об'ємами.

До даних ГІС повинен бути забезпечений відповідний доступ. Розвиток комп’ютерних мереж дозволяє сьогодні за долі секунди зв’язувати комп’ютери, що знаходяться в різних точках країни.

Загальне проникнення Інтернету забезпечує швидкий обмін інформацією між фахівцями, а також представлення інформації всім зацікавленим особам. Графічний характер Всесвітньої павутини (www) призводить до того, що в ній стає все більш популярним представлення карт.

Проте карта у вигляді простої картинки нині має вже невелику цінність — інтерактивність будь-якого настільного ГІС-пакета більш значуща. Оптимальним рішенням для передачі картографічних даних через Інтернет і представлення карт у Вебі є картографічний інтернет-сервер. Завдяки ньому користувачі настільних продуктів можуть діставати доступ до картографічних матеріалів з будь-якої точки Землі, де є підключення до Інтернету. Цей же продукт може використовуватися у внутрішніх мережах організацій для забезпечення доступу до карт на центральному сервері через Інтранет. На рівні окремого господарства або групи господарств ГІС-технології також необхідні, і сьогодні в індустріально розвинених країнах можна спостерігати справжній бум нового напряму під назвою — точне землеробство. Суть його в тому, що обробка полів проводиться залежно від реальних потреб вирощуваних в даному місці культур. Ці потреби визначаються за допомогою сучасних інформаційних технологій, включаючи космічну зйомку, причому часто засоби обробки диференціюються в межах різних ділянок поля, даючи максимальний ефект при мінімальному збитку навколишньому середовищу і зниженні загальної витрати поживних речовин.

Звичайно, варіювати внесення хімікатів і поживних речовин можна і вручну, проте науково обґрунтований підхід ефективніший.

Накопичення статистики обробки (куди і скільки внесли кожної речовини) і отриманих результатів (врожайність) дозволяє застосовувати різні види аналізу (регресійний, факторний та ін.) з тим, щоб надалі корегувати дози поживних речовин для отримання максимуму віддачі на кожну гривню, що вкладається в обробку.

Сучасні СУБД включають засоби статистичного аналізу, що дозволяють проводити такий аналіз по окремих полях. Але якщо ми захочемо зробити аналіз детальнішим і точним шляхом розбиття поля на невеликі однорідні ділянки, то тут будуть потрібні вже засоби просторового аналізу. Саме такий підхід вважається оптимальним в ідеології точного землеробства. За допомогою цих засобів по кожній елементарній ділянці можна аналізувати вплив рельєфу, характеристик ґрунту, гідрологічного і гідролого-меліоративного режиму, історії внесення агрохімікатів, а також виявляти проблемні ділянки, які не вписуються в наявну агрономічну модель, і на цій основі її удосконалювати.

Слід відзначити що для окремого невеликого господарства проводити такий аналіз нереально (немає ні фахівців, ні економічно виправданого завантаження програмно-технічних засобів), проте цілком можливо застосування методик, розроблених у державному або регіональному дослідницьких центрах в системі ландшафтних меліорацій. Тобто, в господарствах потрібні лише прості у використанні інструменти кінцевого користувача, створювати які можуть регіональні і державні підрозділи. Використання єдиної масштабованої програмної технології, дозволяє, з одного боку, проводити аналіз будь-якої складності і розробляти методики, а з іншої - поставляти кінцевим користувачам рішення мінімальної вартості.

1.3 Використання ГІС для ефективної роботи в агросфері

Для створення і ведення карт та баз просторових даних сільськогосподарського призначення пропонується програма DIGITAL.

Специфічними функціями, які важливі для технологій точного землеробства, є три додаткові модулі - модуль просторового аналізу, модуль геостатистичного аналізу і модуль обробки знімків.

Перші два модуля дозволяють відновлювати картину просторового розподілу показників (наприклад, агрохімічних, або урожайних) по точкових вимірюваннях, а також досліджувати залежності між різними показниками, що впливають на продуктивність сільгоспугідь. Відмінність геостатистики від традиційних статистичних методик в тому, що тут враховується просторовий аспект досліджуваних явищ. Можна виявляти не тільки часові, але і просторові тренди, враховувати вплив і взаємозв'язки різних чинників не тільки в часовому, але і в просторовому контексті.

Важливим чинником інформатизації сільського господарства, у тому числі і впровадження ГІС, є віддаленість користувачів (фахівців господарств) від крупних міст, що мають розвинену інформаційну інфраструктуру. Програма DIGITAL можє працювати і з локальними даними, що знаходяться на тому ж комп’ютері, і будь-якими іншими наборами даних, доступними через Інтернет за допомогою інтернет-сервера.

1.4 Нові прикладні області застосування ГІС

З розвитком генної інженерії і появою генетично модифікованих сільськогосподарських культур в США велика увага приділяється контролю за виробництвом продуктів харчування із застосуванням генетично модифікованих інгредієнтів. При цьому потрібно відстежувати походження продуктів аж до того поля, на якому вони були вирощені, щоб механізм ідентифікації продуктів дозволяв контролювати їх виробництво. Природно, ГІС виявляються дуже відповідною технологією для ведення баз даних з такою інформацією.

Нещодавно в США була виявлена дуже важлива проблема вторгнення інфекцій і шкідників сільгоспкультур з інших країн. Так, наприклад, проведені дослідження і побудовані просторові моделі розповсюдження грибкової поразки сої, збудник якого походить з Бразилії, і до якого у рослин немає імунітету. За наслідками одного з цих досліджень, втрати урожаю в деяких штатах можуть досягати 40%.

Бразильські виробники сої вже витрачають сотні мільйонів доларів на фунгіциди, а через декілька років ця доля напевно спіткає і фермерів США — побудовані моделі показують неминуче розповсюдження інфекції з півдня на північ протягом декількох найближчих років. В даному випадку ГІС — технології дозволяють якщо не уникнути небезпеки, то принаймні вчасно провести заходи щодо захисту сільськогосподарських рослин.

моніторинг сільськогосподарський супутниковий геоінформаційний

Розділ 2. Використання супутникових даних в сільскому господарстві

2.1 Системи спостереження

Спостереження за полями проводиться різними способами: об'їзд полів, збір та аналіз зразків, використання датчиків і аерозйомки. При поточному рівні розвитку технологій можна запустити безпілотник, оснащений датчиками та обладнанням для фото або відеозйомки, запас палива якого дозволяє йому здійснювати політ тривалістю близько півгодини. Однак складність в управлінні та утриманні такої техніки, а також розмір сільгоспугідь від 100 га роблять таку схему роботи дорогою і важкореалізованою. Для таких масштабів у світовій практиці частіше використовуються космічні зйомки з супутників, обробка яких дозволяє спостерігати за посівами і на основі обробки таких знімків із накладенням у червоному та інфрачервоному спектрі приймати рішення про «точкове» внесення добрив, інсектицидів або гербіцидів, поливі або інших діях. Крім того, дані таких програм можна завантажувати на будь-який електронний носій або в бортовий комп’ютер сільськогосподарської техніки; що значно спрощує постановку завдання працівникам агропідприємства.

Системи спостереження за станом посівів зі супутника вже успішно використовуються у багатьох країнах Америки, Європи та СНД. Найбільш відомими і ефективними провайдерами цього сервісу є такі компанії, як Cropio (США/Німеччина), eLeaf (Голландія), PrecisionAgriculture (Австралія), Astrium-Geo (Франція), MapExpert (Україна), Вега (Росія). Використання цих систем дозволяє не тільки оперативно стежити за станом полів, але й у режимі реального часу отримувати звіти і повідомлення про найбільш важливі події по Інтернету або смс; робити прогнози по врожайності полів і всього господарства цілком; отримувати супутню інформацію про ринки сільгосппродукції, котирування валют і ціни сільськогосподарських товарів на окремих біржах; зіставляти поточні та історичні значення індексів вегетації, вологості ґрунту, вмісту добрив.

2.2 Супутниковий моніторинг посівів

Одним з важливих джерел отримання с/г. інформації є дані супутникової зйомки, які характеризуються надійністю, оперативністю отримання і масштабністю (миттєвий огляд як окремих об'єктів земної поверхні на знімках високої просторового дозволу, так і великих за територіальним розміром регіонів на знімках низького дозволу).

Супутниковий моніторинг посівів - технологія онлайн спостереження за змінами індексу вегетації, отриманих за допомогою спектрального аналізу супутникових знімків високого дозволу, на окремих полях або для окремих сільськогосподарських культур; яке дозволяє відстежувати позитивні та негативні динаміки розвитку рослин.

Різниця в динаміці індексу вегетації повідомляє про диспропорції у розвитку в межах однієї культури або поля, що свідчить про необхідність проведення додаткових с/г. робіт на окремих ділянках — тому технологію відносять до методик точного землеробства.

Широке застосування отримали дані спектрометричних вимірювань земної поверхні з метеорологічних і природоресурсних штучних супутників Землі LANDSAT (США), SPOT (Франція), РЕСУРС (Росія), IRS (Індія), NOAA (США). Досвід наукового аналізу супутникової інформації свідчить про принципову можливість використання даних багатоспектральної супутникової зйомки для моніторингу посівів сільськогосподарських культур: визначення структури посівних площ, параметрів рослинного покриву, стану польових культур та інших інформативних ознак.

Істотною перевагою також є високий рівень автоматизації процесів спостереження за посівами та його інтерпретація в зрозумілу для широкого кола користувачів інтерактивну карту.

Найбільш ефективне застосування GPS і GIS-технологій можливе лише за умови тісної співпраці з системою постійного дистанційного контролю посівів на полях. Ця схема передбачає задіяти меншу кількість працівників в організації спостереження, планування робіт на полях і підтримку комунікації між окремими кластерами агропідприємств. Система контролю вегетації виконує постійний оперативний моніторинг полів агрокомпанії незалежно від того, на якій відстані один від одного вони знаходяться, і які культури на них посіяні. У разі виникнення аномального для кожного з посівів «плями» відповідна посадова особа отримує повідомлення, на підставі якого агрономи приймають рішення про внесення добрив, проведення поливу або інших заходів. Слід відразу зауважити, що інші способи моніторингу посівів (об'їзд на легковій машині, установка спеціальної техніки спостереження на дільницях, відбір зразків для лабораторного аналізу тощо) є набагато менш інформативним і вимагає великих витрат часу і коштів. Крім того, кожне подібне спостереження складніше організувати і провести, ніж просто завантажити з будь-якого комп’ютера з доступом до Інтернету необхідні поточні дані, їх історію та їх автоматичну інтерпретацію.

Космічні знімки: рішення для сільського господарства.

Історично склалося, що роль сільського господарства для України досить велика. Великі території, які займаються сільськогосподарськими угіддями, досить складно контролювати через нестачу точних карт, нерозвинену мережу пунктів оперативного моніторингу, наземних станцій, у тому числі і метеорологічних, відсутність авіаційної підтримки, зважаючи на дорожнечу і т.д. Крім того, в силу різного роду природних процесів, відбувається постійна зміна кордонів посівних площ, характеристик грунтів та умов вегетації на різних полях і від ділянки до ділянки.

Всі ці фактори перешкоджають отриманню об'єктивної, оперативної інформації, необхідної для констатації поточної ситуації, її оцінки та прогнозування. А без цього практично неможливі збільшення виробництва сільськогосподарської продукції, оптимізація використання земель, прогнозування врожайності, зменшення витрат та підвищення рентабельності.

За кордоном аналогічні проблеми успішно вирішуються завдяки застосуванню даних аеро та космічної зйомки, а також широкого використання засобів супутникової навігації (GPS) при моніторингу посівів і при зборі врожаю, для вивчення стану рослинного покриву та прогнозу продуктивності вирощувальних культур.

У нашій країні використання даних супутникового зондування в сільському господарстві на даний момент перспективний напрямок, що швидко розвивається. Матеріали космічної зйомки можуть допомогти як для вирішення комплексних завдань управління сільськогосподарськими територіями, так і у вузькоспеціалізованих напрямках.

Типовими завданнями в цій галузі є:

· визначення категорій типів сільськогосподарських посівів (зернові, олійні, технічні, овочеві та ін.);

· поточний контроль за станом сільськогосподарських посівів, оцінка схожості, засміченості, ступеня стиглості сільськогосподарських культур; раннє прогнозування характеристик врожайності тих чи інших культур на базі поточного стану посівів;

· повний моніторинг темпів збирання врожаю одночасно на території цілих регіонів, отримання незалежної та об'єктивної статистичної інформації про обсяги продуктів рослинництва, зібраних в тих чи інших господарствах з метою усунення випадкових або навмисних спотворень офіційної статистики, приховування доходів, вдосконалення оподаткування;

· виявлення та прогнозування несприятливих явищ, пов’язаних із сільськогосподарським природокористуванням (вітрова та водна ерозія, засолення, підбурювання рослинності, витоптування ґрунтів худобою і т.д.) з метою врахування цих процесів при плануванні сільськогосподарського природокористування;

· вивчення природних умов, що сприяють, або перешкоджають активній сільськогосподарській діяльності (виявлення плоских заболочених ділянок, різких перегинів рельєфу тощо з застосуванням ЦМР).

Наприклад, знаючи, як змінюється спектральна яскравість рослинності протягом вегетаційного періоду можна за тоном зображення полів судити про їх агротехнічний стан. Після перезимівлі стан озимих культур оцінюється за розходженням в кольорі здорових і загиблих рослин, стан озимих та ярих до збирання врожаю на основі врахування ступеня покриття травостоєм і його рівномірності.

2.3 ДЗЗ в сільському господарстві

Дистанційне зондування Землі (ДЗЗ) займає особливе місце в системі геоінформаційних систем і технологій, які застосовуються в сільському господарстві. В Україні цей напрям практично не розвинений, тоді як, наприклад, у Франції АПК — найважливіший споживач космічних знімків з супутників SPOT. Хоча ця знімальна система є комерційною, значну частину витрат бере на себе держава, і в періоди вегетації сільськогосподарських культур АПК має найбільш високий пріоритет в проведенні зйомок з космосу, серед інших споживачів. Сільськогосподарське виробництво відіграє центральну роль в економіці Франції, і керівництво цієї країни усвідомлює необхідність фінансування сучасних інформаційних технологій, що суттєво підвищують ефективність сільського господарства.

У космічному моніторингу земель сільськогосподарського призначення зацікавлені як виробники сільгосппродукції, так державні служби. З одного боку, оперативна і детальна інформація про стан вирощуваних культур дозволяє ефективно планувати агрономічні заходи і досягати максимальних урожаїв. З іншого боку, дані ДЗЗ — незалежне і об'єктивне джерело інформації для державних служб. Ці дані можуть використовуватися для складання кадастру земель сільськогосподарського призначення, проведення їх оцінки, перевірки і уточнення меж сільгоспугідь, контролю цільового використання земель.

Основним програмним продуктом роботи з даними ДЗЗ, є програми обробки зображень, де є функції, необхідні для застосування даних ДЗЗ в сільському господарстві. Так, наприклад, GPS Tool — інструмент підтримки GPS-приймачів — дозволяє безпосередньо на екрані комп’ютера спостерігати поточне положення користувача на електронній карті або космознімку. Якщо встановити цей продукт на мобільний комп’ютер і зв’язати його з GPS-приймачем, то вийде мобільний комплекс, що дозволяє у реальному часі проводити координатну зйомку меж між полями, доріг та інших об'єктів, порівнювати їх стан із зображенням на знімку, поповнювати базу даних з описами поля і об'єктів сільської інфраструктури;

Нещодавно для прогнозування урожаю в масштабах цілої країни або регіону додався новий інструмент — ДЗЗ. Ця методика застосовується для оцінки економічного потенціалу у виробництві сільгосппродукції, коли наземні дані просто недоступні. Історія ДЗЗ налічує декілька десятиліть, і програмні засоби для роботи з даними ДЗЗ пройшли певний шлях розвитку. Разом з інструментами, що стали класичними, з’являються все нові розробки.

Так, наприклад, програма яка вирішує завдання автоматичного дешифрування знімків на основі бази знань (БЗ), що створюється користувачем. Вона дозволяє в автоматичному режимі дешифрувати контури об'єктів (поля), визначати їх стан (вологість, біомаса), однорідність характеристик. Великий набір дешифровочних ознак дозволяє вирішувати і такі задачі, які раніше виконувалися тільки вручну.

Геоінформаційні технології знаходять все нове застосування в АПК. Відомо, що сільськогосподарське виробництво схильне до значних ризиків, обумовлених погодними умовами, і вже нині ГІС здійснюють цінну підмогу у формуванні баз даних статистики сільськогосподарського виробництва і аналізу чинників ризику. ГІС-технології дозволяють страховикам і фермерам знаходити спільну мову в оцінці збитку, адже ті, та інші можуть використовувати цю технологію як об'єктивне і оперативне джерело інформації.

Розділ 3. ГІС — Для підвищення ефективності ведення землеробства в сільськогосподарських підприємствах

3.1 Створення географічно-інформаційних систем на території підприємств

Загальні положення:

Географічно-інформаційні системи (ГІС) — це програмно-технічний комплекс, що забезпечує автоматизований збір, обробку, зберігання, аналіз, відображення і розповсюдження просторово-координованої інформації. Ця сучасна комп’ютерна технологія забезпечує інтеграцію баз даних та операцій над ними, таких як запит і статистичний аналіз, з потужними засобами подання даних, результатів запитів, вибірок і аналітичних розрахунків у наглядній, легко читаємій картографічній формі.

Практично у кожній сфері діяльності присутня інформація, відображена у вигляді карт, планів, схем, діаграм тощо. Це може бути схема міста чи план будинку, карта екологічного моніторингу території або схема взаємозв'язку між офісами компанії, атлас земельного кадастру чи карта природних ресурсів та ін. ГІС дає можливість накопичувати і аналізувати таку інформацію, оперативно знаходити потрібні відомості та відображати їх у зручному для використання вигляді. Застосування ГІС-технологій дозволяє різко підвищити оперативність і якість роботи з просторово-координованою інформацією у порівнянні з традиційними «паперовими» методами.

Використовуючи ГІС-технології, відкриваються можливості:

· виводити на екран комп’ютера одну чи декілька цікавих карт (схем, планів тощо), легко змінюючи детальність зображення, збільшуючи чи зменшуючи окремі елементи карти. Наприклад, вибравши на карті міста потрібний будинок, ви можете вивести його великим планом і роздивитися шляхи під'їзду до нього, керувати тематичним складом інформації, яка зображується, наприклад, на карті корисних копалин можна відключити видимість непотрібних у цей момент видів ресурсів і річкової мережі, залишивши між тим видимою мережу шляхів, вказавши на карті будь-який об'єкт, отримати інформацію про нього. Наприклад, вказавши об'єкт нерухомості, можна дізнатись його вартість, хто є його господарем, який стан об'єкта, отримати фотографії та інше. Вибравши розташоване поблизу промислове підприємство, можна отримати дані про його профіль, вплив на екологію району і т.д. Ряд геометричних характеристик об'єктів (довжину вулиці, відстань між містами, площу лісового масиву) можна виміряти безпосередньо на екрані, використавши засоби ГІС;

· використовувати ГІС як пошукову систему. В цьому випадку складаєте запит, у якому перераховуєте властивості об'єктів, а система виділяє на карті відповідні об'єкти. Наприклад, працюючи з ГІС кадастру земельних ресурсів, можна поставити вимогу показати на карті земельні ділянки площею не менші 0,01 га, розташовані не далі 5 км від залізничної станції і одночасно не далі 1 км від навколишніх водойм.

Спеціальні засоби дозволяють проводити аналітичну обробку даних, а у більш складних випадках — моделювання реальних подій. Результати обробки також можна побачити на екрані комп’ютера. Наприклад, можна оперативно прогнозувати можливі місця розривів на трасі трубопроводу, прослідкувати на карті шляхи розповсюдження забруднень та оцінити ймовірні збитки природному середовищу, розрахувати об'єм коштів, потрібних для усунення наслідків аварії. Іншим прикладом може бути задача оптимізації вартості перевезень вантажів між населеними пунктами з урахуванням характеристик транспортної мережі, об'єму перевезень та інших умов. Найбільш складні технологічні рішення включають в себе експертну підтримку і дозволяють отримувати на виході обгрунтовані висновки, придатні для прийняття конкретних рішень.

Для більшості типів просторових операцій кінцевим результатом є відображення даних у вигляді карти чи графіка. ГІС надає нові чудові інструменти, які розширюють і розвивають майстерність та наукові засади картографії. З їх допомогою візуалізація карт може бути легко доповнена звітними документами, тривимірними зображеннями, графіками і таблицями, фотографіями та іншими засобами, в тому числі мультимедійними.

Використання ГІС на території підприємств дозволяє:

· робити просторові запити та проводити аналіз.

Здатність ГІС проводити пошук в базах даних і здійснювати просторові запити дозволяє компаніям заощадити значні кошти. ГІС допомагає зменшити час отримання відповідей на запити клієнтів; виявити території, придатні для необхідних заходів; винайти взаємозв'язки між різними параметрами (наприклад, ґрунтами, кліматом та врожайністю);

· поліпшити інтеграцію у середині організації.

Більшість підприємств, які використовують ГІС-технології виявили, що одна з основних її переваг полягає у нових можливостях поліпшення керування власною організацією та її ресурсами на основі географічного об'єднання існуючих даних та можливості їх спільного використання і узгодженої модифікації різними підрозділами. Можливість спільного використання бази даних, яка постійно нарощується і виправляється різними структурними підрозділами, дозволяє підвищити ефективність роботи як кожного підрозділу, так і підприємства в цілому;

· прийняття більш обгрунтованих рішень.

ГІС допомагають прискорити і підвищити ефективність процедури прийняття рішень, забезпечують відповіді на запити і функції аналізу просторових даних, відображення результатів аналізу в наочному і зручному для сприйняття вигляді. ГІС вирішують, наприклад, такі завдання, як надання різноманітної інформації по запитам органів планування, вирішення територіальних конфліктів, вибір оптимальних (з різних точок зору та за різними критеріями) місць для розміщення об'єктів і т.п. Необхідна для прийняття рішень інформація може бути представлена у лаконічній картографічній формі з додатковими текстовими поясненнями, графіками та діаграмами;

· створення карт.

Процес створення карт в ГІС набагато простіший та гнучкіший, ніж в традиційних методах ручного або автоматичного картографування. Він починається зі створення бази даних. У якості джерела отримання вихідних даних можна користуватися і оцифровкою звичайних паперових карт. На основі таких баз даних можна створювати карти (в електронному вигляді або як тверді копії) на будь-яку територію, будь-якого масштабу, з потрібним навантаженням, з її виділенням та відображенням потрібними символами. У будь-який час база даних може поповнюватися новими даними (наприклад, з інших баз даних), а існуючі в ній дані можуть корегуватися в разі необхідності.

3.2 ГІС на сільськогосподарські підприємства

Основні сфери застосування ГІС у сільському господарстві - підвищення виробництва сільськогосподарської продукції, оптимізація її транспортування і збуту. У якості прикладу можна привести вдалий досвід декотрих компаній по оцінці необхідної кількості і оптимізації доставки добрив і отрутохімікатів сільгосппідприємствам. Сільськогосподарські підприємства використовують ГІС для просторового аналізу і моніторингу тенденцій продуктивності сільськогосподарського виробництва. Страхові компанії використовують ГІС для оцінки ризиків і уточнення страхових внесків при страхуванні врожаю. Постачальники сільськогосподарського обладнання, добрив і отрутохімікатів використовують ГІС для рекламування і збуту власної продукції у сільськогосподарських регіонах, пошуку оптимальних маршрутів доставки продукції автомобільним, водним і залізничним транспортом.

Загалом комплексна ГІС на сільськогосподарські підприємства найчастіше включає в себе такі цифрові карти, як карти вмісту мінеральних речовин у ґрунті, типів і характеристик ґрунтів, карти схилів (з цифровою моделлю рельєфу) і експозицій схилів, погодних, кліматичних і гідрологічних умов. Цифрові карти є надзвичайно важливою інформацією через низку послідовних факторів, таких як врожайність і тип посівів, тип механічної і хімічної обробки ґрунтів, просторовий розподіл хвороб культур і динаміка розповсюдження шкідливих комах. При наявності такої інформації відкриваються необмежені можливості аналізу, прогнозу і оптимізації діяльності сільгосппідприємств.

3.3 Господарство СТОВ «Авіатор» та НДГ «Лан» Городенківського району Івано-Франківської області

Рельєф господарства рівнинний з плоскими вододілами та широкими пологими схилами, які переходять у лощини. Ґрунти господарства — чорноземи звичайні. Площа землекористування складає 8670 га, з них 7568 га сільськогосподарських угідь.

Для агроекологічної типізації використовувалися різноманітні матеріали: топографічна карта масштабу 1: 10 000, ґрунтові карти, матеріали агрохімічного обстеження ґрунтів, проект землеустрою, а також космічні знімки фірм Digital Globe (США) високої роздільної здатності (із сайту Google), знімки Lansad 7 ЕTM. Побудова електронних карт та їх аналіз здійснювалися з використанням геоінформаційних продуктів ArcGIS 9.3 та векторизатора Easy Trace.

Результати досліджень. У результаті використання ГІС-технологій було створено електронну базу сільськогосподарських підприємств СТОВ «Авіатор» та НДГ «Лан», яка включала багатошарову електронну карту землекористування господарства, карту експлікації полів і атрибутивну базу даних історії полів, із урахуванням виконаних на них агротехнічних заходів, топографічну карту, ґрунтову, рельєфу, геохімічного обстеження, деградованих земель, а також макет агроландшафтної та агроекологічних карт.

Для створення електронних карт землекористування та експлікації полів існує декілька основних способів, що розрізняються методами нанесення векторних об'єктів:

1) векторизація меж полів за космічним знімком високої роздільної здатності;

2) об'їзд (обхід) меж полів з використанням GPS устаткування і спеціального програмного забезпечення;

3) векторизація меж за існуючими паперовими картами планів вну-трішньогосподарського землеустрою.

В останньому випадку електронні карти характеризуються недостатньою точністю, оскільки під час прив’язування отриманих під час сканування растрів планів внутрішньогосподарського землеустрою невисокої точності в ArcGIS 9.3 виникають помилки через відмінності у системах координат. Тому карта землекористування господарства створювалася на основі векторизації меж полів, доріг, об'єктів гідрографії за космічним знімком високої роздільної здатності фірми Digital Globe з сайту Google (рис. 1,2). Також для оцифровки меж полів сільськогосподарських підприємств можна використовувати знімки із знімальної системи Landsat 7 після підвищення їх точності шляхом приведення роздільної здатності багатоспектральних знімків невисокої роздільної здатності (до 28,5 м/піксель) до роздільної здатності панхроматичного каналу (14,25 м/піксель).

Електронна карта полів (рис.2) дає інформацію про точну площу полів будь-якої конфігурації, може відображати протяжність доріг і їх якість, показує розташування об'єктів в просторі та дозволяє за необхідності здійснювати навігацію на будь-яку вказану точку за будь-якої заданої траєкторії.

Рис. 1. Приклад формування меж обстежуваних ділянок сільськогосподарських підприємств за космічним зображенням.

Рис. 2. Землекористування та експлікація полів сільськогосподарських підприємств.

Для створення електронної агроландшафтної карти використовувалися план внутрішньогосподарського землеустрою, грунтова карта масштабу 1: 25 000. Для створення грунтової карти проведено векторизацію і класифікацію ґрунтових контурів в ArcGIS 9.3 з нанесенням грунтових контурів та індексів ґрунтів (рис.3). У якості растрової основи була використана ґрунтова карта масштабу 1: 25 000 господарства «Кірова» Городенківського району, частково територію якого тепер займає СТОВ «Авіатор» .

Рис. 3. Фрагмент ґрунтової цифрової карти сільськогосподарських підприємств.

Далі створюється електронна геоморфологічна карта на основі цифровування топографічної основи з отриманням тривимірної цифрової карти рельєфу або автоматично із застосуванням векторизаторів, що оцифровують відскановану з кальки сітку контурів. Топографічна векторна карта СТОВ «Авіатор» Городенківського району була отримана в процесі автоматичної векторизації ізоліній рельєфу топографічної карти у програмі Easy Trace.

На початковому етапі дослідження агро-ландшафтів сільськогосподарського підприємства і надалі для їх проектування створеним картографічним джерелом є карта розповсюдження ґрунтових ареалів. Ґрунтова карта стає основою для складання агроекологічної і агроландшафтної карти. За межами ґрунтових ареалів, а також їх гранулометричному складу.

Куту нахилу і сонячній експозиції виділяють агроекологічно однорідні ділянки. Метою виділення агроекологічно однорідних ділянок є підбір культур з урахуванням їх взаємодії (продукційної, фітомеліоративної, фітосанітарної) для виявлення умов життєзабезпечення рослин в межах поля і робочої ділянки, виключення негативного впливу просторової мінливості (мозаїчності) агроекологічних умов на продуктивні властивості земель і на технологію обробітку культур.

Основна інформація формується в процесі ґрунтово-ландшафтного картографування земель, що виконується за матеріалами аерофотознімання, топографічних карт і даних спеціальних польових і лабораторних досліджень. Результати досліджень представляються пошарово у вигляді електронних карт форм і елементів мезорельєфу, крутизни схилів, їх експозиції, мікрорельєфу, ґрунтоутворюючих порід, гідрогеологічних умов, ерозії ґрунтів, структур ґрунтового покриву тощо. Кожна електронна карта має базу даних, що містить, відповідно до тематики карти, інформацію по кожному контуру. Наприклад, база даних електронної карти мікроструктур ґрунтового покриву може містити таку наступну інформацію: номер контура; індекс ґрунтової комбінації; повна назва ґрунтової комбінації; співвідношення ґрунтів, ступінь складності і контрастності, положення в геохімічному ландшафті, геохімічні бар'єри, агроекологічні параметри ґрунтів.

Всі електронні карти мають єдину систему координат, прив’язану до відсканованої топографічної основи масштабу 1: 10 000. Кількість електронних тематичних карт-шарів залежить від складності ландшафтно-екологічних умов і рівня інтенсифікації виробництва.

Шляхом взаємного накладення тематичних електронних карт-шарів формується комплексна карта агроекологічних груп і видів земель, тобто елементарних ареалів агроландшафта (ЕАА), кожен з яких забезпечується банком даних агроекологічної оцінки (теплозабезпеченість, вологозабезпеченість, показники рельєфу, ґрунтового покриву тощо).

Спочатку виділяють групи земель за умовами рельєфу, накладаючи на грунтову карту цифрову карту розподілу схилів за кутом нахилу; потім накладають карти перезволожених і солонцевих земель, виділяючи групи за ступенем перезволоження і ступенем розвитку солонцевого процесу. Аналогічно можуть виділятися групи засолених, літогенних й інших земель. Далі, використовуючи карти еродованих, перезволожених, солонцевих земель, карти розподілу схилів за формами і експозицією, карту розвитку форм мікрорельєфу, усередині агроекологічної групи виділяють види земель. До карти агроекологічних груп і видів земель прив’язується база даних. Ця карта супроводжується пояснювальною запискою, в якій дається аналіз сучасного використання земель і екологічні наслідки. Особлива увага приділяється ідентифікації процесів деградації ґрунтів: яроутворенню, водній та вітровій ерозії, вторинному засоленню ґрунтів, забрудненню токсичними речовинами, промисловому руйнуванню ґрунтового покриву тощо. Дається оцінка стану мережі гідрографії, господарських водоймищ, замулювання річок і озер, забруднення поверхневих та ґрунтових вод, характеристика поверхневого й ґрунтового стоку.

Карта агроекологічних груп і видів земель з базою даних і пояснювальною запискою є основним завершальним документом дослідницьких робіт під час проектування адаптивно-ландшафтних систем землеробства. У ній міститься вся необхідна інформація для ухвалення проектних рішень щодо розміщення сільськогосподарських культур, диференціації технологій їх обробітку за різних рівнів інтенсифікації виробництва, оптимальній організації території з урахуванням ландшафтних зв’язків, тобто формування систем землеробства.

Шляхом об'єднання ЕАА, близьких за умовами обробітку сільськогосподарських культур, формується електронна карта агроекологічних типів земель. В межах контурів агроекологічних типів земель проектуються поля сівозмін і виробничі ділянки. Вони характеризуються банками агроекологічних показників, які надалі поповнюються відомостями про їх використання, врожайність і тому подібне за схемою історії полів. В рамках виробничих ділянок планується відбір ґрунтових проб для агрохімічних аналізів. За отриманими результатами агрохімічного аналізу ґрунтових проб складаються карти розподілу поживних речовин, для яких за загальноприйнятими методиками розраховуються норми внесення добрив на кожну конкретну ділянку під певну культуру і заплановану врожайність.

Висновки

ГІС-технології дозволяють вирішувати різні задачі у багатьох сферах діяльності людини, забезпечують прийняття оптимальних управлінських рішень на основі модулювання і картографування нашого світу, можуть працювати як інтегрувальний елемент корпоративних інформаційних систем. Таким чином, геоінформаційні системи (ГІС) — сучасні інформаційні технології для аналізу і картографування об'єктів реального світу та прийняття оптимальних управлінських рішень у галузях, що пов’язані із Землею (ГЕО — від грецької ge — Земля, частина складних слів, які означають: віднесений до Землі, до її вивчення; наприклад, геологія, гідрогеологія…). Геоінформаційні технології сьогодні є необхідною складовою всіх інформаційних систем, в яких є просторові дані. А все сільське господарство, інформаційні системи агрокомплексу пов’язані із землею, з просторовими даними. Отже, використання ГІС-технологій у землевпорядкуванні, землекористуванні і, землеробстві, екології та охороні навколишнього природного середовища, сільському і водному господарстві, службі охорони родючості ґрунтів і якості продукції, економіці природокористування в ХХІ ст. вже одержали широкий та інтенсивний розвиток.

Основні галузі застосування ГІС в сільському господарстві - збільшення виробництва сільськогосподарської продукції, оптимізації її транспортування, переробки і збуту. Як приклад, можливо навести вдалий досвід компаній та агрофірм, що ефективно працюють над оцінюванням необхідної кількості і оптимізації доставки та внесення добрив, меліорантів і отрутохімікатів. ГІС використовують для просторового аналізу і моніторингу регіональних тенденцій продуктивності с/г. виробництва, підвищення ефективності галузей аграрної економіки, оптимізації водного господарства, екологічного та еколого-меліоративного моніторингу.

Використання таких сучасних інформаційних технологій, як ДЗЗ і ГІС в інтересах агропромислового комплексу України є складовою частиною загального процесу інформатизації АПК та безумовно сприятиме формуванню нових рівнів аграрних технологій, сільськогосподарського менеджменту та стратегічного планування.

Цифрова картографічна інформація дозволяє оперативно складати карти стану посівів на відповідний момент часу, які є основою для підтримки прийняття оптимальних рішень. Особливо ефективне використання геоінформаційних технологій у меліорації і водному господарстві. Найважливішою є цифрова картографічна інформація, до якої входять карти типів і характеристик ґрунтів, їх вологості, ступеня їх засолення та осолонцювання; рівня, мінералізації та хімічного складу підґрунтових вод; карти ухилів та експозиції схилів, їх еродованості; якості зрошувальної води, врожайності с/г. культур. За наявності такої інформації та відповідних фахівців вищого ґатунку (проектувальників водного господарства, науковців, науково-педагогічних працівників управлінської ланки) відкриваються необмежені можливості аналізу, прогнозу і оптимізації управлінської діяльності всіх с/г., водогосподарських підприємств і установ від міністерства до господарства (управління водогосподарських систем на макро і мікрорівнях).

Список використаних джерел

1. Черняга П. Використання ГІС-технологій для виконання моніторингу сільськогосподарських земель та управління угіддями. / П. Черняга, О. Басовець. — Рівне: 2009. — 67 с.

2. Лопирев М.І. Проектування і впровадження еколого-ландшафтних систем землеробства в сільськогосподарських підприємствах. Методичне керівництво / М.І. Лопирев. — Воронеж: Витік, 1999. — 186 с.

3. Використання ГІС та ДЗЗ у землекористуванні. Матеріали Всеукраїнської науково-практичної конференції, 14−16 листопада 2012 р. — Миколаїв: КП «Миколаївська обласна друкарня», 2012. — 96 с.

4. Arcgis 9 Spatial Analyst Керівництво користувача. russian Translation by DATA +. — New York: ESRI, 2001. — 219 с.

5. Лурье И. К. Основы геоинформатики и создание ГИС. /Дистанционное зондирование и географические информационные системы. Часть І. // Под ред.А. М. Берлянта. — М.: МГУ им. Ломоносова, 2002. — 140 с.

6. Журнал сучасного сільського господарства «Агросектор» № 2 (2) 2009.

7. Геометрическая обработка данных со спутника QuickBird. — [Електронний ресурс] - http://geopriz. webrost. lgg.ru.

8. Обзор космических съемочных систем высокого разрешения. — [Електронний ресурс] - http://vinek. narod.ru.

9. О. Г. Бойко Можливості використання ГІС / ДЗЗ технологій у точному землеробстві. — [Електронний ресурс] - pdaa.edu.ua.

10. Н. И. Кобец Применение данных дистанционного зондирования земли в системах точного земледелия. — [Електронний ресурс] - http://www.ulrmc.org.ua.

11. А. В. Барладин, П. Д. Ярошук Использование ГИС и ДЗЗ — технологий в сельском хозяйстве. — [Електронний ресурс] - http://repository. crimea.edu.

12. И. В. Бычков, Л. В. Нефедьев, Г. М. Ружников, Н. Г. Луковников Внедрение геоинформационных технологий и навигационных систем в задачах точного земледелия. — [Електронний ресурс] - http://it. nsu.ru.

13. http://www.nbuv.gov.ua/portal/Chem_Biol/Vldau/Zem/2009/files/09kvgoae. pdf

14. http://www.gisinfo.ru/products/panagro. htm

15. http://agrar-office. hmsite.net/UA/GIS/GIS. htm

16. http://agraroffice.com.ua/UA/AO%20Map%20&%20AgroGIS_files/gis. pdf

17. http://journal. agrosector.com.ua/archive/2/25