Лекция № 3 Тема «Геоинформационные системы и технологии»

Лекция № 3 Тема «Геоинформационные системы и технологии» n n n 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. Методологической основой процессов обработки информации в ГИС является цифровое моделирование местности, объединяющее процессы сбора первичной информации, ее моделирование, обновление, обработки и формирования документов. К основным компонентам ГИС относят: техническое, программное, информационное обеспечение.

n n n Техническое обеспечение – это комплекс аппаратных средств, применяемых при функционировании ГИС: рабочая станция или персональный компьютер, устройства ввода-вывода информации, устройства обработки и хранения данных, средства телекоммуникации. Ввод данных реализуется с помощью разных технических средств и методов: непосредственно с клавиатуры, с помощью дигитайзера или сканера, через внешние компьютерные системы. Пространственные данные могут быть получены электронными геодезическими приборами, либо по результатам обработки аэрокосмических снимков на аналитических фотограмметрических приборах или цифровых фотограмметрических станциях. Устройства вывода данных должны обеспечивать наглядное представление результатов, прежде всего на мониторе, а также в виде графических оригиналов, получаемых на принтере или плоттере (графопостроителе), кроме того, обязательна реализация экспорта данных во внешние системы.

Информационное обеспечение – совокупность массивов информации, систем кодирования и классификации информации. Особенность хранения пространственных данных в ГИС – их разделение на слои. Многослойная организация электронной карты, при наличии гибкого механизма управления слоями, позволяет объединить и отобразить гораздо большее количество информации, чем на обычной карте. Основные области применения ГИС в сельском хозяйстве - увеличение производства сельскохозяйственной продукции, оптимизация ее транспортировки и сбыта, оценка требуемого количества удобрений и ядохимикатов сельскохозяйственным предприятиям. Сельскохозяйственные предприятия используют ГИС для пространственного анализа и мониторинга тенденций продуктивности сельскохозяйственного производства. 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.

n Одним из новых и перспективных направлений в сельском хозяйстве является прецизионное земледелие. Используя самые разнородные данные (результаты отбора проб почвы с географической их привязкой, обработки данных дистанционного зондирования, цифровые тематические карты) оптимизируется принятие решений о локальном внесении удобрений и ядохимикатов в почву для повышения продуктивности сельскохозяйственного производства. 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. 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 геоинформационных 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.

n n n n В настоящее время для агропромышленного комплекса существует целый ряд информационных ресурсов в числе которых: - векторные цифровые модели местности различных масштабов (1: 1 000 и 1: 200 000) на всю территорию сельскохозяйственной зоны РФ в форматах Arc. GIS; - тематические картографические данные: почвенные карты, карты негативных процессов, ландшафтные карты и др. ; - архивы оперативных спутниковых данных за несколько лет на территорию субъектов РФ; - тематические фактографические данные по статистическим параметрам, параметрам фитосанитарного и ветеринарного состояния регионов РФ, а также по агроклиматическим показателям. Разработана система для интеграции накопленных архивных и вновь поступающих из различных источников, данных с целью дальнейшей их интерпретации и предоставления выходных информационных продуктов, необходимых для поддержки принятия решений на федеральном и региональном уровнях. Центральное место в системе занимает федеральная ГИС, построенная по иерархическому принципу – от федерального уровня до уровня субъектов РФ (с принципиальной возможностью доступа на районный уровень и уровень сельхозпредприятия).

n n Федеральная ГИС оперирует данными из хранилища, которое делится на две составляющие: блок стационарной и блок оперативной информации (это разделение в некотором смысле условно), что необходимо для повышения эффективности работы технических средств. В блоке стационарной информации находятся данные, не изменяющиеся в течение некоторого времени – это, например, подготовленные на территории субъектов РФ цифровые модели местности, тематические карты сельскохозяйственного назначения на территорию всей страны, архивные данные дистанционного зондирования, статистические данные и т. п. Информация этого блока может быть продуктом работы самой СДМЗ или может поступать из внешних источников с обязательным прохождением этапа входного контроля. В блок оперативной информации поступают, главным образом, данные из системы оперативного спутникового мониторинга – в настоящее время основного источника данных дистанционное зондирование земель.

n Этот компонент был разработан и поддерживается Институтом космических исследований РАН. Данные спутникового мониторинга, в свою очередь, делятся на две составляющие: это ежедневные (от одного до трех раз в сутки) изображения облачности, снежного покрова, вегетационных индексов и др. , полученные со спутников серии NOAA и Terra с разрешением 1000 и 250 метров, а также композитные изображения, полученные после обработки первичных спутниковых продуктов (двухнедельные композитные изображения вегетационных индексов). Спутниковые данные одновременно поступают на сайт оперативного спутникового мониторинга, информация которого доступна любому желающему по адресу WWW. AGROCOSMOS. GVC. RU. На сайт выкладывается разнообразная спутниковая информация по территориальному и тематическому принципам, показываются сравнительные данные по годам, приводятся аналитические графики, построенные по результатам обработки данных и т. д.

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

Список литературы 1. Баранов Ю. Б. , Грушин Р. В. // Геоинформационные технологии в геологии и недропользовании// Геопрофи. 2006. № 2 С. 4 -7.