Информационно-аналитическая система АгроГИС для задач космического мониторинга зернового производства в Казахстане

Рост требований к объемам и качеству сельскохозяйственного производства вызывает необходимость широкого внедрения современных систем информационно-аналитического обеспечения деятельности отрасли. На современном этапе использование геоинформационных аналитических систем в задачах спутникового мониторинга сельхозугодий дает возможность оперативного сбора, обработки, анализа и визуального просмотра пространственных данных ДЗЗ и наземной информации о текущей ситуации на полях в сфере сельскохозяйственного производства.
Для обработки и анализа спутниковой информации и подготовки готовой продукции по производству зерновых культур по территории Северного Казахстана в АО «НЦКИТ» разработана архитектура информационно - аналитической системы «АгроГИС». Решение тематических задач по территории северных областей Казахстана основано на использовании снимков MODIS, Landsat за период вегетации посевов. Для проведения расчетов и анализа спутниковых вегетационных индексов (NDVI, IVCI, VCI и др.) разработана технология формирования многолетней Базы Данных (БД) системы АгроГИС, которая приводится в настоящей работе. Для управления большим объемом данных используется система Data Base Management (СУБД). Согласно требованиям к структуре базы геоданных, все объекты (feature class) представляют собой элементы одной тематической карты и имеют связи (Relationships) с данными вегетационных индексов (NDVI, VCI и др.) за многолетний период. Все геометрические объекты сопровождаются таблицами и метаданными. Для решения задач выбрана СУБД PostgreSQL (в комбинации с PostGIS и MySQL). База данных содержит спутниковые вегетационные индексы (NDVI, VCI и др.) с мая по август за 10 лет (2006-2015 гг.) с недельной детализацией. Для исключения облачности значения индексов формируются по максимальному значению из 8-дневных композитов космоснимков. В БД имеется возможность обработки данных на различном административном уровне (область, район, хозяйство, поля) и обработки последующих лет. Особенностью формирования БД является то, что все расчеты вегетационных индексов (NDVI, IVCI и др.) проводятся на основе уточненной маски засеянных полей в каждом конкретном году. С этой целью ежегодно проводится уточнение маски сева яровых сельхозкультур, маски паровых полей и залежных полей. Для оценки состояния посевов по каждому полю сформированы максимальные значения NDVI по месяцам и за вегетационный период конкретного года. Для оценки погодных условий используются средние месячные и средние сезонные значения индексов.
Сформированная БД позволяет выполнять следующие виды обработки материалов:
- накапливать многолетние данные вегетационных индексов всех полей, где проведен яровой посев;
- проводить расчеты индексов с недельным, месячным шагом и за вегетационный период в отдельности по годам, в среднем многолетнем режиме или путем объединения лет с влажными и засушливыми условиями на различном административном уровне;
- проводить оценку складывающихся условий вегетации, выявлять территории, где состояние посевов в текущем году лучше, хуже или близко к средним многолетним условиям;
- проводить классификацию состояния посевов и рассчитывать площади различных классов в отдельности по годам, для влажных, засушливых и средних многолетних условий;
- проводить поиск года-аналога для текущих условий на различном административном уровне (область, район, хозяйство, поле), а при наличии фактических рядов урожайности проводить оценку урожайности посевов;
- использовать БД вегетационных индексов для поиска типичных мест расположения подспутниковых полигонов и тестовых полей;
- выполнять подготовку отчетов по заданному образцу в виде тематических карт, таблиц, графиков и др. для заинтересованных потребителей.
В настоящей статье демонстрируются сравнительные результаты динамики NDVI за многолетний период (2005-2015 гг.) по территории области, районов и отдельных хозяйств Акмолинской области, на основе которых можно оценить условия вегетации, состояния и продуктивности полей в каждом конкретном году. В качестве примеров, на основе вегетационных индексов приводятся образцы подготовки тематических карт и графиков для влажных (2011 г.), засушливых (2010 г.) и среднемноголетних условий, а также карты с отклонением вегетации посевов на полях от средних условий (ухудшение или улучшение) для конкретного года. Калибровка пороговых значений NDVI, используемых для классификации состояния посевов, проведена на материалах маршрутных обследований и с учетов основных типов почв в области (черноземы, темно-каштановые). Таким образом, сформированная БД вегетационных индексов АгроГИС позволяет проводить анализ состояния и продуктивности посевов, вычислять отклонения от средних условий на областном, районном уровнях и полях хозяйств. Разработанное геоинформационное web-приложение «АгроГИС» предназначено для просмотра и визуализации пространственных данных по космическому мониторингу зерновых культур в Казахстане и представляет большой практический интерес для работников сельского хозяйства: от агрономов в хозяйствах для принятия оперативных решений до соответствующих сельскохозяйственных контролирующих органов по области и Республике Казахстан.