Cтатьи и комментарии

Инженерные изыскания, ноябрь 2009

Построение систем учёта земель сельскохозяйственного назначения

В.А Железняков (ЗАО КБ "Панорама")
В 2009 году окончил факультет информатики и систем управления МГТУ им.Н.Э.Баумана по специальности "системы обработки информации и управления". В настоящее время - программист отдела обеспечения открытых систем ЗАО КБ "Панорама".
Р.А. Демиденко (ЗАО КБ "Панорама")
В 2010 году окончил факультет экономики и управления территориями МИИГАиК по специальности "городской кадастр". В настоящее время — инженер-картограф, специалист службы технической поддержки ЗАО КБ "Панорама".

Для управления сельскохозяйственным предприятием, производящим продукцию растениеводства, необходима объективная информация о размерах и состоянии сельхозугодий. Большой объем пространственной и атрибутивной информации качественно можно обрабатывать и анализировать только при помощи современного геодезического оборудования и специального программного обеспечения, учитывающего как пространственную привязку, так и специальные сведения о полях.

В общем случае, учетная система должна обеспечивать выполнение следующих функций:

  • сбор пространственных данных, их обработку и получение контуров границ земельных участков – объектов учета;
  • сбор атрибутивных сведений об объектах учёта и их обработку для помещения в базу данных;
  • накопление атрибутивных сведений с привязкой к времени их регистрации – история объектов учета;

Сведения о координатах для формирования контуров границ можно получить из различных источников: сканированные изображения планов внутрихозяйственного обустройства, аэрофотосъемка, данные дистанционного зондирования земли, измерения местности геодезическими приборами и аппаратурой спутникового позиционирования. Подготовку пространственных данных о земельных участках сельскохозяйственного назначения можно выполнить с различной точностью: для ведения внутрихозяйственного учёта 5-10 метров, для планирования мероприятий точного земледелия 5-10 сантиметров.

Рис.1 Выбор области загрузки космических снимков по среднемасштабной карте

Средствами ГИС "Карта 2008" обеспечивается технология векторизации объектов местности на основе Интернет ресурсов: Google и Космоснимки. Оба WEB-ресурса обеспечивают покрытие всей территории Российской Федерации и имеют встроенные средства для оперативной векторизации границ полигонов. Максимальная точность векторизации границ пашни от 5 до 20 метров в плане. Эта точность достаточна для принятия выполнения операций классификации данных, оцифровки границ и принятия управленческих решений. Процесс извлечения данных из этих ресурсов прост и заключается только в выборе необходимой территории или объекта загрузки. Обеспечивает загрузку, привязку, трансформирование и преобразование растров прикладная задача "Просмотр карт на фоне снимков Google" (см.рис. 1.).

Для обработки сканированных изображений планов внутрихозяйственного обустройства или цифровых ортофотопланов необходимо воспользоваться функцией загрузки растров из форматов графических файлов (BMP, JPEG, JPEG200, TIFF, GeoTIFF, MrSID и пр.) или добавить уже имеющийся растр формата *.RSW к основной карте.

На основании загруженных растровых данных необходимо провести оцифровку контуров полей с помощью функций "Редактора карты". Результат загрузки изображений снимков и векторизации контуров земельных участков представлен на рисунке 2.

Рис. 2. Пример карты с оцифровкой данных из Google

Для получения боле точных значений координат контуров земельных участков применяют геодезические измерения местности. ГИС "Карта 2008" позволяет обрабатывать информацию о полевых обследованиях различными способами. Данные, считываемые с геодезических приборов представляют собой файл с описанием всех съемочных точек. Файлы с результатами изысканий обрабатываются блоком программ "Геодезические вычисления". Набор функций позволяет рассчитывать и уравнивать теодолитные, тахеометрические и нивелирные ходы, решать прямые (метод полярных координат и линейных засечек) и обратные геодезические задачи, уравнивать сети полигонометрии по методу узловых точек, формировать отчетные ведомости по результатам расчетов и уравниваний. В итоге на электронную карту наносятся контура границ земельных участков и пикетные точки с отметками рельефа.

Для загрузки координат точек, измеренных при помощи аппаратуры спутникового позиционирования и обновления контуров границ сельхозугодий методом загрузки треков в ГИС "Карта 2008" осуществляется импорт данных со всех спутниковых приборов GPS и ГЛОНАСС, поддерживающих протокол NMEA 0183.

Для эффективного планирования технологии возделывания сельскохозяйственных культур, кроме сведений о границах полей, необходимо учитывать информацию о рельефе местности. В качестве исходной информации используются точки с измеренными значениями высоты. По набору точек автоматически строятся изолинии рельефа, используя методику триангуляции Делоне и интерполяции значений высот (режим "Построение изолиний по набору точек"). Рельеф может быть получен и другим способом – полуавтоматической векторизацией горизонталей по сканированному изображению топографических карт.

Для дальнейших расчетов рельеф, представленный горизонталями и отметками высот необходимо преобразовать в матричный формат (режим "Построение матрицы высот по векторной карте"). Наглядное представления форм рельефа местности обеспечивает режим "Формирование трехмерной модели" (рис.3).

Рис.3. Методика обработки геодезических данных и формирование трехмерной модели местности

По этим данным специалисты выносят решения о том, где лучше посадить ту или иную культуру, какие поля будут находиться на теневой стороне склона, где будут скапливаться сточные воды или существует их недостаток и т.д. Определение этих важнейших характеристик местности выполняется средствами матричных расчетов и преобразований. По матрице высот рельефа строятся матрицы уклонов местности и экспозиций склонов, формируются водосборные бассейны и зоны аккумуляции сточных вод.

Получить иные атрибутивные сведения о земельном участке можно за счёт фондов, то есть тех документов, которые уже имеются у компании. Программой разработанной специально для внутрихозяйственного учета земель сельскохозяйственного назначения является ГИС "Панорама АГРО" (см. рис.4). Для ввода данных в ручном режиме предназначены специальные формы ввода данных, а для загрузки данных в цифровом виде существуют механизм импорта данных из различных источников. Накопление атрибутивных сведений производится с привязкой к году урожая, что обеспечивает автоматизированное ведение истории паспортов полей.

Рис.4. Ведение истории паспортов полей с гепространственной привязкой

ГИС "Панорама АГРО" обеспечивает ввод и накопление сведений о севооборотах, характеристиках гранулометрического состава пашни, агрохимическом составе почв, фитосанитарном состоянии полей, урожайности и пр. Актуализация сведений о землях сельскохозяйственного назначения выполняется в процессе мониторинга полей. Методика основывается на применении приборов спутникового позиционирования для определения координат точек измерения показателей мониторинга. Значения показателей могут определятся визуально или при помощи специальных измерительных средств. Наиболее оптимальным портативным навигатором для эксплуатации в полевых условиях является Garmin GPSMAP 60Sx.

Результаты измерений и лабораторного анализа наносятся на карту, при этом каждая точка хранит информацию о координатах, высоте и показателях мониторинга. Далее по точкам строятся матрицы распределения характеристик по анализируемой местности, выполняются расчеты усредненных значений для рабочих участков и объектов учета. Методика проведения инженерных изысканий местности и обработки результатов мониторинга программными средствами КБ "Панорама" подробно описана в журнале "Инженерные изыскания" №10/2009.

Построение систем учета земель сельскохозяйственного назначения является одним из важных направлений, развивающихся в текущее время. Исследование, развитие и апробация данных систем необходима по ряду причин, основанных на принятии экономических, территориальных навигационных и статистических решений. Знание полноты и точности всей необходимой информации поднимет структуру и использование земель предприятиями на новый уровень.

Практическая эксплуатация ГИС "Карта 2008" и "Панорама АГРО" в хозяйствах Белгородской области, Краснодарского и Ставропольского краев, показала высокую эффективность комплексного применения спутникового геодезического оборудования и программных средств обработки данных, полученных в результате инженерных изысканий в интересах учета сельхозугодий.