AgroKarta – ГИС-решение для агрохимических служб страны

В статье представлен программный пакет AgroKarta, предназначенный для обработки материалов агрохимического обследования почв. Он обеспечивает накопление и хранение больших массивов информации, облегчает и ускоряет обработку материалов и выдачу их заказчику.

Введение

Работа с пространственными данными требует от специалистов-аграрников навыков по сбору и передаче данных полевых наблюдений, обработке и хранению полученной информации о химическом составе почв, а также по способам ее представления.

До настоящего времени отсутствовало профильное программное обеспечение, удовлетворяющее специфическим требованиям специалистов сельского хозяйства и, в частности, агрохимических служб. Поэтому возникла потребность в создании программы, которая бы могла полностью охватить своими функциями технологический процесс обработки агрохимических данных и быть гибко интегрирована с уже имеющимися наработками в других программных продуктах. Она должна обеспечить поддержку работы как с ранее созданными шейп-файлами и различными проекциями, так и с данными из других источников: с табличными данными различных форматов, с данными GPS-навигаторов и космическими снимками.

В связи с этим, ведущим российским разработчиком геоинформационных систем компанией «Дата Ист» при активном участии Федерального Государственного Учреждения Центра агрохимической службы «Новосибирский» создан программный пакет AgroKarta для среды ArcGIS. Данная разработка опирается на рекомендации Министерства сельского хозяйства РФ «Методология проведения работ учреждениями по мониторингу земель сельскохозяйственного назначения в соответствии с заданием Минсельхоза России», а также на «Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения».

О программе AgroKarta

Программа AgroKarta представляет собой расширение к настольным продуктам ArcGIS. Она предназначена для автоматизации операционной и аналитической обработки агрохимических данных, в частности, данных по содержанию химических элементов в землях сельскохозяйственного назначения.

В настоящий момент разработано 10 инструментов для автоматизации этой работы (рис. 1). По своему назначению эти инструменты являются универсальными, то есть могут быть использованы для работы с любыми данными. В то же время, AgroKarta предоставляет возможность конечному пользователю или организации параметризовать работу инструментов при помощи изменения настроек для того, чтобы учесть всю агрохимическую специфику данных. Программу отличает высокая скорость обработки данных, интуитивно понятные диалоги и простота в использовании.

_{Рис. 1. Меню программы AgroKarta.}

Инструменты AgroKarta позволяют:

• построить детализированную и информативную карту с возможностью ее редактирования;
• сформировать статистику по сельхозобъектам для подробного анализа
  и планирования их использования.

Путь от исходных данных до электронного отчета

Работа с модулем AgroKarta предполагает наличие:

• печатной карты хозяйства (внутрихоз), которую вы отсканировали и привязали к географической сетке;
• космоснимка необходимого района;
• контуров полей, оцифрованных на основании внутрихоза и космоснимка (рис. 2);
• табличных данных с содержанием химических элементов по элементарных участкам, полученных
  в ходе дальнейшей обработки.

 
_{Рис. 2. Исходные данные: космоснимок (слева) и внутрихоз с оцифрованными полями (справа).}

Имея отдельно данные по полям и химическим элементам, с помощью инструментария AgroKarta можно:

• разделить поля на контуры и элементарные участки;
• импортировать данные по химическим элементам;
• раскрасить элементарные участки по содержанию химических элементов и добавить надписи на карту;
• построить статистические отчеты по хозяйству и полям.

Давайте рассмотрим более подробно, по шагам, как сможет специалист-агрохимик выполнить эти задачи, используя инструменты AgroKarta.

1. Ручное разделение полей на контуры, отстоящие друг от друга на заданное расстояние по всему периметру – для выделения дорог, лесополос и пр. Это делается просто, и при этом не нужно проверять топологическую правильность объектов (отсутствие наложения объектов друг на друга).

2. Разделение единого слоя хозяйства со всеми контурами на разные слои, каждый из которых должен относиться к одному из полей.

3. Разделение полей на элементарные участки фиксированной площади. В настоящее время для этого используется уже упомянутый инструмент «Ручное разделение площадных объектов», в будущем процесс будет автоматизирован.

4. Отображение номеров элементарных участков. До нумерации удобно отобразить атрибуты
участков на карте.

5. Нумерация элементарных участков. Она осуществляется кликом мышки. Присвоенный номер автоматически отображается на карте. В дальнейшем этот процесс будет полностью автоматизирован.

6. Сбор данных в полевых условиях. Полевые специалисты осуществляют сбор данных по каждому элементарному участку. Затем делается анализ отобранных образцов аналитическим отделом, эти данные заносятся в Excel-таблицу и обрабатываются отделом информационного обеспечения.
В дальнейшем, чтобы облегчить работу полевых специалистов, будет разработано программное обеспечение для мобильных устройств, что сделает более удобным ввод данных о химическом составе почвы.

7. Импорт данных по химическим элементам. После получения полевых данных о содержании химических элементов в почве необходимо внести их в виде атрибутов слоев элементарных участков.

8. Создание сводных таблиц. После импорта данных по химическим элементам возможно сгенерировать сводные таблицы по хозяйству, полям и элементарным участкам, запрашиваемые Министерством сельского хозяйства Российской Федерации.

9. Отображение данных по химическим элементам. После импорт данных по химическим элементам становится возможным отобразить их содержание в виде надписей на карте.

10. Раскраска элементарных участков по химическим элементам. Участки можно показать разными цветами, опираясь на градации по химическим элементам. В набор настроек включены градации по химическим элементам, утвержденные Министерством сельского хозяйства Российской Федерации.

11. Удаление неиспользуемых элементарных участков. После импорта данных по химическим элементам может оказаться, что данные по некоторым элементарным участкам не получены, т.к. эти участки не пригодны для использования и их надо удалить из дальнейшей обработки. В настоящий момент
это можно сделать вручную с помощью сортировки или поиска в атрибутивной таблице слоя. Впоследствии планируется создать специальный инструмент для автоматизации поиска и удаления необследованных элементарных участков.

12. Подсчет площади элементарных участков. При делении полей на элементарные участки некоторые из них могут иметь нулевую или почти нулевую площадь. Такие участки сложно найти на карте, поэтому необходим инструмент для добавления атрибута со значением площади каждого элементарного участка. После этого можно легко найти и удалить такие участки через атрибутивную таблицу. А участки размером более 0,5 гектара необходимо присоединить к соседнему элементарному участку, чтобы не было потери в площади контура.

13. Синхронизация имени слоя с суммарной площадью участков. Имя поля (слоя) может содержать значение суммарной площади всех элементарных участков в этом поле. Однако, после определения изначального имени поля некоторые элементарные участки могут быть удалены как непригодные к использованию или как имеющие нулевую или почти нулевую площадь. После этого необходимо синхронизировать имя поля и обновленную суммарную площадь всех оставшихся элементарных участков.

14. Построение отчета по химическим элементам. На предыдущих этапах получены все данные для подсчета статистики по химическим элементам и добавления результатов произведенных расчетов на карту (в компоновку). Статистика возможна по следующим операциям: суммарной площади объектов по химическим элементам (с возможностью группировки по полям); среднему значению по химическим элементам (с возможностью группировки по полям).

Результат пошаговой обработки данных

Таким образом, набор инструментов модуля AgroKarta позволяют полностью соблюсти технологическую последовательность обработки агрохимических данных с подготовкой картограмм на печать, сложившуюся в агрохимических службах (рис. 3, 4). Автоматическая обработка данных в рамках единого модуля исключит на вашем предприятии обработку данных вручную, а также потребность в использовании множества других программ.

 
<sub>Рис. 3. Карта элементарных участков (слева) и статистика по химическим элементам (справа).


Рис. 4. Сформированная компоновка, готовая к выводу на печать.</sub>

Перспективы развития программы

ООО «Дата Ист» и ФГУ ЦАС «Новосибирский» планируют развивать программное обеспечение AgroKarta для ArcGIS, добавлять новые функции и возможности, такие как:

• Анализ хронологии изменений химического состава почв по химическим элементам с одних и тех же элементарных участков.
• Создание версии AgroKarta для мобильных устройств. Для работы полевых специалистов необходим программный пакет с возможностью ввода данных анализа почвы, которые в дальнейшем синхронизируются с программным обеспечением AgroKarta на рабочем компьютере.
  Эти данные будут содержать и координаты GPS-приёмника для максимально точной привязки данных к картам Агрохимслужбы.
• Расширение линейки экспорта форматов при формировании отчетов. Пользователю будет предоставлена возможность выбора формирования отчета не только в компоновку, но и в программы MS Excel, Word, Crystal Reports и т.д.

Заключение

Современные технологии ведения сельского хозяйства требуют постоянного контроля состояния почвенного плодородия и оперативного отслеживания происходящих изменений по широкому кругу параметров. Сбор и анализ детальной информации о состоянии почв на различных участках невозможен без использования информационных технологий. На базе технологии ESRI специалисты ФГУ ЦАС «Новосибирский» и ООО «Дата Ист» адаптировали ранее разработанный центром модуль AgroKarta под ArcView 3.2a для среды ArcGIS и нашли комплексный подход к решению задач мониторинга земель сельскохозяйственного назначения. Программа AgroKarta обеспечивает полную поддержку технологической цепочки обработки агрохимических данных, начиная от ввода данных полевых наблюдений, создания карт различной тематики и заканчивая получением отчетной документации.

Продукт AgroKarta может послужить основой для организации мониторинга плодородия земель сельскохозяйственного назначения и формирования информационной базы данных по районам и областям.

Использование AgroKarta совместно с ArcGIS обеспечивает:

• новые возможности по автоматизации подготовки агрокарт;
• новые возможности анализа данных, в том числе за счет использования агрохимических данных предыдущих периодов;
• новые возможности по формированию отчётности;
• соответствие мировым стандартам геоинформационных систем – это беспроблемный обмен данными с Министерством сельского хозяйства, другими министерствами и ведомствами РФ.

Таким образом, использование ГИС-технологий совместно с программой AgroKarta в системе агрохимического обследования земель имеет широкие перспективы, выводя процессы мониторинга, проектирования и управления сельскохозяйственным производством на принципиально новый уровень и расширяя круг решения поставленных задач.

Степанов М.И., директор; Есбатырова С.Ю., зав. отделом информационного обеспечения, Федеральное Государственное Учреждение «Центр агрохимической службы «Новосибирский» (ФГУ ЦАС «Новосибирский»), г. Новосибирск, e-mail: novosibirskagro@mail.ru, Web: novagrohim.ru

Вишневская Е.А., Моисеев Б.Е., ООО «Дата Ист», г. Новосибирск, e-mail agrokarta@dataeast.ru, Web: www.dataeast.ru