Гис в сельском хозяйстве реферат

Обновлено: 16.05.2024

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.

Проблемы и задачи ГИС на различных уровнях

Сельское хозяйство – один из наиболее древних видов хозяйственной деятельности человека. Возможно, поэтому мы наблюдаем здесь максимум консерватизма и ощутимое отставание во внедрении современных технологий, особенно информационных. Конечно, механизация значительно повысила производительность сельского труда, но если сравнить ее с тем, как бурно развивается большинство отраслей промышленного производства, то сельское хозяйство останется далеко позади. Тем не менее, сегодня и у нас уже встречаются интересные проекты, поднимающие данный тип производства на качественно новый уровень. Совершенно очевидно, что внедрение информационных технологий должно начинаться с переписи имеющихся производственных ресурсов, с создания базы данных. Так как основным ресурсом в сельском хозяйстве является земля, то такая БД обязательно будет носить пространственный характер. Конечно, можно перенумеровать поля и вести базу данных их характеристик в табличном виде, даже на бумаге. Границы полей можно закрепить на схеме и использовать ее для иллюстрации. Но от такой технологии не будет большой пользы. Очевидно, что внесение даже простых изменений в такую документацию требует много ручного труда. Чем дольше ведется такая БД, тем более вероятно появление в ней ошибок, особенно если правки вносят разные специалисты. О временном и пространственном анализе данных в этом случае придется забыть.

С другой стороны – уже сейчас для стран, желающих вступить в Европейское Сообщество, существует обязательное требование функционирования национальной Единой административно – управляющей системы (IACS), включающей в себя данные по всем земельным участкам и землепользователям. Такая система просто необходима для эффективной реализации программ субсидирования производителей сельхозпродукции и контроля за использованием этих субсидий, сумма которых по Евросоюзу составляет несколько десятков миллиардов евро. В США большое число подобных и других сельскохозяйственных программ и проектов, основанных на использовании информационных технологий, среди которых особое место отводится ГИС, очень активно реализуется многочисленными агентствами, относящимися к Министерству сельского хозяйства (USDA).

Внедрение компьютерных технологий позволяет не только значительно упростить введение информационных баз и снизить вероятность возникновения ошибок, но и внедрить новые методы поддержки принятия управленческих решений на основе анализа данных и, в конечном итоге, поднять производительность труда. Поскольку практически вся информация о ресурсах сельского хозяйства имеет пространственную привязку, очевидно, что в качестве базовой информационной технологии лучше всего использовать геоинформационные системы. Главное достоинство современных средств построения ГИС (прежде всего технологии компании ESRI) – в их открытости и сочетаемости с другими информационными технологиями и системами обработки данных. Причем, масштабируемость решений ESRI позволяет использовать разные продукты одного семейства на самых разных уровнях управления.

Применение геоинформационных технологий в сельском хозяйстве возможно на федеральном, региональном, местном уровнях, вплоть до отдельного огорода. Поскольку задачи на этих уровнях различны, соответственно, неодинаковы используемые данные и средства работы с ними. При использовании продуктов одного семейства (например ArcGis) обеспечивается как вертикальная (между различными уровнями управления), так и горизонтальная (между хозяйствами или организациями одного уровня) совместимость по данным и программным продуктам.

Содержание

Введение 3
Проблемы и задачи ГИС на различных уровнях 5
Основные ГИС продукты для работы 8
Российский опыт 10
Данные 14
Структурная организация 15
Результаты практического использования 17
Преимущества 19
Заключение 20
Список литературы 21

Прикрепленные файлы: 1 файл

Моя контрольная.docx

Новосибирский государственный аграрный университет

Кафедра энтомологии и биологической защиты растений

Контрольная работа по теме

Выполнил: студент группы 1122

Проверила: канд. с.-х. наук, доцент

Введение

Географические информационные системы (ГИС) - это современные информационные технологии для картографирования и анализа объектов реального мира. Геоинформационные технологии являются естественной и необходимой составляющей любой информационной системы, в которой имеются пространственные данные. Информационные системы агрокомплекса в этом отношении - не исключение. Рассмотрим некоторые аспекты применения геоинформационных технологий в сельском хозяйстве, используя, в первую очередь, зарубежный опыт.
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.

Проблемы и задачи ГИС на различных уровнях

Основные ГИС продукты для работы

Для создания и ведения карт и баз пространственных данных сх назначения, как правило, используется семейство продуктов ArcGIS. Я хочу отметить несколько продуктов, обладающих специфическими функциями, важными для технологий точного замледелия. Это три дополнительных модуля – модуль пространственного анализа Spatial Analyst, модуль геостатистического анализа Geostatistical Analyst и модуль обработки снимков Image Analysis для ArcGIS (от компании Leica Geosystems GIS & Mapping, LLC). Первые два позволяют восстанавливать картину пространственного распределения показателей (например, агрохимических) по точечным измерениям, а также исследовать

зависимости между различными показателями, влияющими на продуктивность сельхозугодий. Отличие геостатистики от традиционных статистических методик в том, что здесь учитывается пространственный аспект исследуемых явлений. Можно выявлять не только временные, но и пространственные тренды, учитывать влияние и взаимосвязи различных факторов не только во временном, но и в пространственном контексте. Модуль Image Analysis дополняет базовые продукты ArcGIS функциями обработки изображений. В сущности, это элементы другого продукта – ERDAS IMAGINE, - встроенные в среду ArcGIS. Достоинство этого модуля в том, что пользователю ArcGIS при работы со снимками не нужно осваивать интерфейс другого программного продукта, - все функции доступны в знакомой среде, и интерфейс работы с ними сделан максимально простым. А ERDAS IMAGINE в этом случае будет востребован профессионалами обработки снимков. Немаловажным фактором информатизации сельского хозяйства, в том числе и внедрения ГИС, является удаленность пользователей (специалистов хозяйств) от крупных городов,

имеющих развитую информационную инфраструктуру. В этом случае оказываются весьма кстати возможности продуктов ESRI по созданию распределенных геоинформационных систем и обеспечению доступа к геоданным через Интернет. Продукты семейства ArcGIS могут работать и с локальными данными, находящимися на том же компьютере, и с любыми наборами данных в интернете. Для полевых специалистов полезно приложение ArcPad для карманных компьютеров.

Российский опыт

Работы по использованию ГИС в сельскохозяйственной отрасли РФ были инициированы в 1999 г. в Департаменте информатики, анализа и прогнозирования и в Главном вычислительном центре (ГВЦ) министерства. После изучения рынка ГИС в 2001 г. по программе ARIS министерством были приобретены инструментальные средства для разработки ГИС - локализованные программные продукты семейства ArcGIS: ArcInfo, как

основная инструментальная среда для создания, хранения и обработки картографических данных на федеральном уровне, ArcView – на региональном уровне, а также ряд дополнительных модулей, обеспечивающих расширенные возможности создания, обработки и анализа разнообразной пространственной и атрибутивной информации. Для обработки данных дистанционного зондирования был приобретен программный продукт ERDAS IMAGINE компании Leica Geosystems, позволяющий легко интегрировать ДДЗ с картографическим материалом в единой ГИС среде.

В 2003 г. в рамках Государственного контракта ГВЦ Минсельхоза провел подготовительные работы по внедрению и адаптации ГИС в сельскохозяйственной отрасли. За достаточно короткий срок были выполнены работы по следующим основным направлениям:

1. Организационно – технические мероприятия.

- определение регионов, расположенных в различных агроклиматических зонах с различными условиями сельскохозяйственного производства, с целью выявления нескольких подготовленных и заинтересованных во внедрении ГИС-технологий регионов и обследования их на предмет наличия необходимых программно-технических средств;

- разработка и адаптация временной нормативной документации на картографические данные и данные дистанционного зондирования;

- передача необходимых программных ГИС - средств и базового картографического материала в выбранные регионы, а также предоставление доступа к серверу оперативных спутниковых изображений ГВЦ Минсельхоза.

2. Организация поступления базового картографического материала: цифровых моделей местности разных масштабов и кадастровых карт в форматах принятой инструментальной платформы ГИС (покрытия ArcInfo и шейпфайлы). Был собран большой объем цифровых карт: карты для федерального уровня масштаба 1:1 000 000 на всю Россию, регионального уровня масштаба 1:200 000 на основные сельскохозяйственные регионы и карты более крупных масштабов на отдельные районы. Проведены работы по сшивке цифровых карт на выбранные регионы и их обновление по материалам космической съемки.

3. Создание действующего макета системы централизованного приема данных дистанционного зондирования. Наибольшие усилия были направлены на разработку проекта отраслевой системы спутникового мониторинга. Она должна в оперативной режиме обеспечить Министерство сельского хозяйства РФ и другие заинтересованные организации объективной информацией о параметрах землепользования и площадях посевов сельскохозяйственных культур, в первую очередь яровых и озимых зерновых культур, в основных зерносеющих регионах Российской Федерации. С помощью системы спутникового мониторинга планируется контролировать сроки и качество проведения основных агротехнических работ, условия тепловлагообеспеченности вегетационного периода, роста, развития и состояния посевов сельскохозяйственных культур, ожидаемую урожайность, возможность повреждения посевов при неблагоприятных погодных условиях, от особо опасных болезней, вредителей и др.

| |Введение |2 |
|1. |Применение ГИС в сельском хозяйстве |4 |
| |1.1. |ГИС в Министерстве сельскогохозяйства РФ |6 |
| |1.2. |Структура Системы дистанционного мониторинга земель |8 |
| |1.3. |Технические требования к ГИС различных уровней |12 ||2. |Геоинформационная система радиоактивно загрязненной территории Брянской области | |
| | |17 |
| |Заключение|26 |
| |Список литературы |27 |
| | | |

ВведениеДля эффективного развития аграрного производства требуется высокоэффективная система земледелия. В свою очередь, создание такой системы в настоящее время вряд ли возможно без внедрения высокоэффективных технологий сбора и обработки информации по сельскохозяйственным показателям. Как свидетельствует мировой опыт, ИТ технологии могут оказать существенную помощь при решении многочисленных задач, связанныхс планированием, прогнозом, анализом и моделированием сельскохозяйственных процессов.

Для решения этих и подобных им задач требуются современные методы и средства получения, хранения, обработки и представления разнообразной информации, а также средства обмена информацией. К ним относятся методы сбора значительного объема данных по множеству показателей с весьма значительных по площадитерриторий. Затем необходимо представить собранные данные в цифровом виде, пригодном для использования в информационных, в том числе геоинформационных системах. Эти системы должны объединять пространственные географические данные, аэро- и космические изображения а также тематические данные по множеству сельскохозяйственных параметров, представленных в картографической и табличной формах. Такие системыможно использовать для выведения значительных массивов информации на экран или на твердую копию в удобных для пользователя видах. Накладывая на собранную информацию другие полученные и собранные данные, такие, например, как качество почвы, условия орошения, метеорологическая информация, фитосанитарные наблюдения, данные полевых агроисследований, данные спутникового мониторинга и т.д., можно получатьвторичный производный картографический материал аналитического свойства. На его основании можно судить о степени развития растительных культур на данной площади и в определенное время. Это, возможно, самый оптимальный способ мониторинга состояния растительного покрова, зерновых культур и пастбищ, а также их продуктивности, выявления деградации растительных культур или почвы.

Сегодня в индустриально развитых странах сельское хозяйство поставлено на промышленную основу. Это означает не только использование мощной сельскохозяйственной техники, передовых агрономических методов и высокоэффективных химикатов, но и привлечение самых современных компьютерных технологий.

В промышленности компьютеры не просто повысили эффективность производства, они, по сути, совершили вторую промышленную революцию, обеспечив небывалые доселе рост эффективности производства, повышение качества продукции и снижение себестоимости.

В сельском хозяйстве внедрение компьютерной техники несколько отстало от промышленности, однако сегодня мы можем наблюдать массовое внедрение компьютерных технологий в сельское хозяйство США, Европы и России.

Познакомьтесь с передовым опытом мониторинга состояния полей крупнейшего российского производителя сахара — группы «Продимекс:

Сами по себе компьютеры и программное обеспечение, конечно, не могут заменить традиционные сельскохозяйственные инструменты, но они могут дать очень ценную информацию по их оптимальному использованию. Уже классическими примерами стали выдаваемые специальными программами подсказки сроков, мест и объемов внесения удобрений, ядохимикатов, управление ирригацией и т.п. Решение таких задач требует наличия довольно большого объема исходных данных, получение которых составляет основную часть стоимости использования информационных технологий в сельском хозяйстве. Обусловлено это тем, что необходимо собирать и вести информационные базы данных по большим площадям на значительном временном протяжении. Только актуальность, точность и полнота исходных данных могут обеспечить эффективное применение информационных технологий в сельском хозяйстве.

Особенность использования информационных технологий в сельском хозяйстве состоит в том, что практически все используемые данные имеют пространственную (географическую) привязку. И если мы хотим, например, проанализировать распределение увлажнения почвы совместно с урожайностью, то и те, и другие данные должны находиться в одной системе координат и иметь необходимую координатную точность. Обрабатывать же такие данные могут только программы, специализированные на работе с пространственной информацией, а именно – географические информационные системы (ГИС). Особенность этих систем в том, что они позволяют интегрировать, вести и совместно анализировать самые разные виды пространственно распределенных показателей и описательных данных. Эти системы используются для создания и ведения кадастров земель и водных объектов, реестров собственности, экологического и погодного мониторинга, управления чрезвычайными ситуациями, оценки производственных рисков, анализа взаимосвязей различных факторов, влияющих на урожайность сельскохозяйственных культур и во многих других приложениях, основанных на пространственнораспределенной информации. По сути, ГИС – это объединение электронных карт, баз данных и средств их ведения и анализа. Возможности и гибкость этих систем обеспечивают их применимость как в масштабах всей страны, так и на уровне отдельного фермерского хозяйства. И именно так эти системы используются сегодня.

Данные для сельскохозяйственных ГИС получаются различными способами. Основные источники – это непосредственные замеры на полях с последующей интерполяцией и обработка снимков с самолетов и космических спутников. Непосредственные замеры используются главным образом на уровне отдельного хозяйства или региона. Их преимущество – высокая точность и надежность получаемых результатов, возможности измерения самых разных показателей при непосредственном контакте с землей. Недостаток – высокая стоимость, особенно когда речь идет о больших площадях. Данные космической и высотной аэросъемки позволяют контролировать объем биомассы, равномерность роста растений, увлажнение почвы и другие показатели. Важнейшее преимущество таких данных, особенно снимков с космических аппаратов, – их низкая стоимость при регулярных обследованиях больших территорий.

Обработка снимков с БПЛА и вычисление вегетационных индексов

Использование геоинформационных систем и данных космоаэросъемки возможно на разных уровнях управления сельским хозяйством. На федеральном уровне возможно ведение объединенной геоинформационной системы, используемой для прогноза урожайности в целом по стране, оценки благоприятных и неблагоприятных погодно-климатических факторов, ведения общего учета и создания кадастра сельскохозяйственных земель, слежения за долговременными тенденциями в отрасли и стратегического планирования. На федеральном уровне определяются особо охраняемые территории, и, соответственно, ГИС этого уровня могут использоваться для планирования мероприятий по защите этих территорий от неблагоприятного воздействия аграрного сектора. Данные по подобным территориям могут передаваться с федерального на региональный уровень. В федеральной ГИС могут использоваться как обобщенные данные с мест, так и данные космической съемки. Наличие независимого и объективного источника информации в виде данных космосъемки позволяет осуществлять контроль исполнения общегосударственной аграрной политики, проверять соответствие поставляемой с мест информации фактическому состоянию. Федеральный центр может не только сам использовать такие данные, но и предоставлять их региональным центрам. Причем не только сами исходные данные, но и результаты их обработки, более пригодные для использования на местах для решения конкретных задач.

ГИС регионального уровня может решать задачи учета сельхозугодий, определения ценности земель на основе многих факторов, мониторинга деятельности сельскохозяйственных предприятий, определения ущерба и компенсационных выплат в случаях ЧС, взаимодействия с органами ЧС и т.д. Региональные сельскохозяйственные администрации могут использовать геоинформационные технологии также и для оказания консультационных услуг непосредственно тем, кто обрабатывает землю. Очевидно, что практически невозможно иметь специалиста по компьютерной обработке и анализу пространственной информации в каждом хозяйстве. В то же время, анализ целесообразно проводить в комплексе по всему региону, – так он будет более полным и точным. При этом стоимость получения и обработки данных будет распределяться среди многих хозяйств, что снизит их затраты в данной области и будет дополнительно способствовать росту экономической эффективности.

Геоинформационные системы позволяют анализировать различные факторы. Например, средства топографического анализа позволяют строить на основе цифровых моделей рельефа карты экспозиций склонов, величин уклонов, определять коэффициенты инсоляции; средства гидрологического моделирования – определять направления и интенсивность поверхностного стока, формируя основу для оценки воздействия аграрной деятельности на окружающую среду. На основе топографического анализа и карт почв возможно построение карт эрозионного потенциала. Средства геостатистического анализа позволяют выявлять пространственно-временные зависимости урожайности от множества факторов, таких как влажность, кислотность, состав и другие характеристики почв, время и объем внесения удобрения и ядохимикатов, и многих других. В общем, аналитические средства ГИС позволяют решать огромное количество задач повышения устойчивости сельскохозяйственного производства и снижения его затратности. Проводить такой анализ наиболее целесообразно в региональных центрах, которые смогут предоставлять результаты анализа хозяйствам с целью повышения их эффективности и прибыльности.

Результаты расчета морфометрических характеристик рельефа: а) – исходные данные, б) – экспозиция склонов, в) – направление поверхностного стока, г) – индекс предрасположенности к развитию линейной эрозии (SPI), д) – топографический индекс влажности (TWI).

Настраиваемые мобильные геоформы для ведения информации о состоянии культур

Читайте также: