Применение технологий геоинформационной системы для мониторинга земель ресурсами в Казахстане

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение ГИС технологий для мониторинга земель ресурсами в Казахстане

Турлыбеков О.И.

Поддержание сельского хозяйства всегда являлось вопросами государственного уровня, в котором вытекают результаты его функционирования. Для повышения агропромышленного комплекса и состояние сельскохозяйственных земель государством реализуется ряд программ и проектов, а также растет объем финансирования. Для формирования государственного информационного ресурса о состоянии плодородия и фактическом использовании земель сельскохозяйственного назначения, а также повышение эффективности управления сельскохозяйственным производством, важно использование современных геоинформационных технологий.

Земля является основой всех процессов жизнедеятельности общества, происходящих в политической, экономической, социальной, производственной, правовой, экологической и других сферах. В этой связи она обладает правом и представляет собой одно из важнейших условий нормального функционирования и развития экономики и общества. Казахстан обладая колоссальным земельно-ресурсным потенциалом должен осознанно подходить к его использованию, разработать стратегию рационального использования и охраны земель к его использованию.

Учитывая большой процент устаревших топографических карт, требуется обновление государственных топографических карт на основе новой аэрокосмосъемки.

В связи с тем, что съемка всех городов и поселков, выполнена в 1960-1980 годах возникла острая необходимость в создании крупномасштабных планов городов. Поэтому с 2008 года приступили к аэросъемке с последующим созданием планов земель сельскохозяйственных назначений, земель населенных пунктов и т. д. Создаваемые агентством государственные топографические карты всего масштабного ряда отображают максимально полную информацию о местности и являются основой для создания различных производных материалов, применяемых в разных областях республики [1].

В настоящее время актуальным является построение спутниковой геодезической сети и установление единой государственной системы координат на территории Республики Казахстан для широкого внедрения спутниковых технологий при решении задач в различных отраслях экономики. Существующие наземные геодезические методы по точности, оперативности, экономической эффективности не соответствуют требованиям науки и практики, в частности возникающим при геодезическом обеспечении, навигации, изучении геодинамических процессов [2].

Кроме того, существующие методы не могут обеспечить однозначного перехода к системам координат, в которых функционируют современные спутниковые навигационные системы ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система - Российской Федерации) и NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System - глобальная спутниковая навигационная система Соединенных штатов Америки) [3].

Так как начало координат, выдаваемые навигационными системами, находится в центре Земли, поэтому необходимо учитывать различие между координатами точки привязанной к местной геодезической основе и координатами той же точки, привязанной к геодезической основе, начало которой совпадает с центром земли. Благодаря активной автоматизации и компьютеризации, картография стала держательницей и распорядительницей огромных массивов информации о важнейших аспектах существования, взаимодействия и функционирования природы и общества. Информатизация проникла во все сферы науки и практики -- от школьного образования до высокой государственной политики [4].

В науках о земле на базе информационных технологий созданы географические информационные системы (ГИС) - особые аппаратно-программные комплексы, обеспечивающие сбор, обработку, отображение и распространение пространственно- координированных данных. Одна из основных функций ГИС - создание и использование компьютерных и электронных карт, атласов и других картографических произведений [8]. 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. Спутниковая съёмка сельскохозяйственных территорий позволяет решить такие проблемы. Типичными задачами в этой области являются: инвентаризация сельскохозяйственных угодий, контроль состояния посевов, выделение участков эрозии, заболачивания, засоленности 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 [5].

Основная цель статьи - определение путей по созданию геоинформационной системы контроля и учета ресурсов сельскохозяйственных земель (далее Системы) с использованием данных дистанционного зондирования (ДДЗ). Несмотря на очевидные успехи Министерства сельского хозяйства РК, в реализации задач системы на государственном уровне, при переходе от общего анализа территории к отслеживанию информации с конкретных регионов, полей, опытных участков, возникает масса проблем [6].

Основой функционирования Системы являются следующие принципы:

ежегодное декларирование сельхозпроизводителями площадей и характеристик обрабатываемых земель с привязкой к единой цифровой картографической основе, ответственность за предоставление информации;

определение наличия площадей обрабатываемых земель на основе совместного анализа ДДЗ среднего (20-50м) и низкого (250-500м) разрешения, обнаружение несоответствий с декларируемыми характеристиками;

полевые проверки результатов анализа ДДЗ с возникновением правовых последствий в случае окончательного выявления несоответствий;

проведение ГИС-анализа структуры и состава сельскохозяйственных земель, их правового режима, отслеживание изменений на основе правовых актов регионального и муниципального уровней (перевод земель в земли населенных пунктов, установление регламентов и ограничений в использовании земель на основе градостроительного зонирования) естественных процессов (залысения, выветривания и пр.) на основе разнородной информации с использованием ДДЗ;

максимальная интеграция в существующую систему управления при минимизации затрат на создание и функционирование Системы [7].

Важный вклад в развитие агропромышленного комплекса Республики Казахстан вносят современные космические технологии. Для Казахстана с его необозримыми просторами особую актуальность представляет использование данных дистанционного зондирования для мониторинга земель сельскохозяйственного назначения. В течение последних 15 лет АО «Национальный центр космических исследований и технологий» РК создает Национальную систему космического мониторинга Республики Казахстан [7]. В ее составе разработан комплекс ГИС-технологий для решения задач космического мониторинга сельскохозяйственного производства в Казахстане. Перечень задач включает картирование посевных площадей яровых посевов, контроль темпов и масштабов основных агротехнических работ, оценку состояния посевов и прогноз урожайности зерновых культур [8]. плодородие сельскохозяйственный геоинформационный технология

Одна из проблем прогноза урожайности из космоса состоит в определении объемов сорной растительности в зеленой биомассе посевов зерновых культур. Для оценки этого фактора разработана специальная технология оценки степени засоренности и учета ее влияния на будущий урожай. Основной задачей оценки продуктивности растительного покрова с помощью космической съемки является нахождение взаимосвязи между спутниковыми данными и параметрами, характеризующими, например, биометрические величины или другие свойства зерновых культур [9].

На полях хозяйствующих субъектов в течение вегетационного сезона ведутся согласно разработанным программам и инструкциям агрометеорологические и спектрометрические измерения, оценка состояния почвенного и растительного покровов, дается характеристика элементов продуктивности и качества урожая. В дополнение к стационарным наблюдениям ежегодно в период массового колошения зерновых посевов в Казахстане проводится маршрутное обследование полей. При обследовании зерновых полей определяются параметры, связанные с ожидаемой продуктивностью (плотность продуктивных стеблей, размер колоса, число колосков, их зернение и пр.). Собранная информация используется для специальной калибровки спутниковой информации и прогноза урожайности зерновых культур [10]. При этом кривая зависимости спектральных характеристик от урожайности строится только для специально выбранных полей. Это поля с первой культурой после пара, без сорняков, посеянные в оптимальные сроки. Их выбор основан на многолетних данных космического мониторинга зерновых культур. В последующем при прогнозе урожайности учитывается влияние погоды на посевы ранних и поздних сроков сева, а также снижение урожайности за счет высокого уровня засоренности. Верификация прогнозной урожайности проводится на уровне отдельных полей с помощью данных, полученных со стационарных полигонов [9].

Требуемая информация в необходимых объемах может быть получена только на основе совместной интерпретации данных дистанционного зондирования и наземных наблюдений и измерений. В связи с этим в дальнейшем, для установления достоверности, а так же возможной корректировки созданных карт, планируются наземные исследования по основным типам пастбищной растительности.

Использование данных дистанционного зондирования различного пространственного разрешения позволят значительно сократить временные затраты на эколого-экономическую оценку ущерба. Так же применение ДДЗ позволяет проводить оперативную оценку и своевременно решать деятельность по управлению и регулированию земель. Суть данного метода заключается в наложении контура, определенного по космическим снимкам с помощью визуального дешифрирования, либо автоматической классификации, на цифровую карту земель. Использование разновременных космических снимков позволит выявлять во время эрозию и опустынивание на территории земель в задачах мониторинга целевого использования земельного фонда [10].

Применение ГИС -технологий позволит объединить большие объемы картографической и тематической информации в единую систему, и тем самым создать согласованную структуру данных для анализа имеющейся и получаемой информации. Проектируемая система повысит эффективность решаемых задач, упростит и ускорит работы по принятию управленческих решений. ГИС позволит легко интегрировать анализировать данные дистанционного зондирования и полевых исследований. При этом реальный масштаб времени понимается как характеристика скорости создания-использования карт, то есть темпа, обеспечивающего немедленную обработку поступающей информации, ее картографическую визуализацию для оценки, мониторинга, управления, контроля процессов и явлений, изменяющихся в том же темпе. Спутниковые наблюдения дают возможность оперативно выявлять и точно определять координаты неожиданно случающихся крупных аварий, зон опасного проявления стихийных природных процессов, которые могут привести к таким авариям, а также отслеживать и прогнозировать медленные однонаправленные геодинамические деформации земной поверхности. Карты созданные в результате использования спутниковых методов мониторинга земель и применения ГИС-технологий позволят наглядно наблюдать за изменением состояния земель и принимать своевременные решения по улучшению земель, подверженных эрозии и другим процессам разрушения плодородного слоя земной поверхности.

Литература

1. Сейфуллин Ж.Т. Земельный кадастр Казахстана. - Алматы: КазНИИЭОАПК,. 2000 г. - 225с.

2. Руководящие принципы управления земельными ресурсами. - Европейская экономическая комиссия. ООН. - Женева, 1996г. - 150с.

3. Геопрофиль - ГИСLANDИЯ: ГИС для кадастра и инвентаризации земель №2/ 2009г. http://internetgeo.ru/archive_ua

4. Карта кормовых угодий Республики Казахстан. - М 1:1 500 000. - 2010 г.

5. Рачковская Е.И., Волкова Е.А., Храмцов В.Н. Ботаническая география Казахстана и Средней Азии (в пределах пустынной области). СП, 2003 г. 425 с.

6. Государственный земельный кадастр. Учебное пособие Баденко В.Л., Гарманов В.В., Осипов Г.К. Под ред. проф. Арефьева Н.В. СПб, Изд-во СПбГПУ, 331с.

7. Кузнецов, С.Д. Основы современных баз данных Информационно-аналитические материалы Центра информационных технологий. Viewed 28 January 2015. http; // citforum.ru/index.html

8. Centre for Remote Sensing and GIS “Terra”. Viewed 28 January http://www.gis- terra.kz/services/dz/use

9. Лаборатория географических информационных систем. Viewed 28 January, http://ingeo.kz/index.php/ru/potentsial-instituta/laboratorii/geograficheskikh-informatsionnykh-sistem

10. Комитет по делам строительства и ЖКХ. http://kds.gov.kz/index.php/ru

Размещено на Allbest.ru