Методические основы космического мониторинга орошаемых сельскохозяйственных угодий

Большинство сложностей по управлению водно-земельными ресурсами на базовом уровне, в действительности, обусловлены информационной проблемой. Использование геоинформационной web-системы и данных дистанционного зондирования, в качестве источника оперативной информации, позволит мелиораторам применить принципы интегрированного управления водно-земельными ресурсами на практике.
Распознавание орошаемых угодий по космическим снимкам встречает ряд сложностей. Так, возделывание различных сельскохозяйственных культур в южных регионах Казахстана имеет свои особенности: при выращивании риса, поля обводняются по чекам; овощные культуры опрыскиваются дождевальными установками; подсолнечник, хлопок, бахчевые и некоторые овощные культуры - орошаются арычными системами. Распознать такого рода поля и отделить их от богарных полей по данным дистанционного зондирования довольно сложно. Орошение проводится в различные временные сроки: в феврале - дренажное (для промывки солей); в середине лета – плановое и внеплановое (в условиях недостатка атмосферных осадков). Главной задачей данного исследования стала разработка метода детектирования орошаемых полей под различными сельскохозяйственными культурами.
Основными предпосылками создания методики классификации поливных и богарных площадей стали два теоретических предположения. Во-первых, на орошаемых полях прирост биомассы, определяемый с помощью вегетационных индексов, должен быть более существенным, нежели на богарных полях. Во-вторых, температура поверхности сельскохозяйственных полей снижается после полива за счет усиленного испарения влаги растениями, следовательно, разность температур поверхности в разные даты укажет на факт проведения полива в определенный срок. Таким образом, при реализации методики мониторинга орошаемых земель совмещены два подхода: 1) вычитание значений температурных каналов спутников ДЗЗ за разные даты; 2) вычитание значений вегетационных индексов за различные даты.
Интеграция методов наземных и спутниковых наблюдений позволила разработать полноценную и гибкую технологию дистанционной оценки орошаемых земель. В результате применения данной методики получена достоверная и актуальная информация о датах полива и состоянии поливных угодий юга Казахстана, верифицированная по данным наземных обследований.
Для обеспечения доступа конечных пользователей к результатам космического мониторинга разработана геоинформационная web-система «GeoServer», предназначенная для эффективного управления и мониторинга орошаемого земледелия с помощью космических данных, а также для просмотра и визуализации пространственных данных. Система разработана с использованием трехзвенной архитектуры, включающей: а) уровень базы данных, б) логический уровень и, в) уровень представления. Архитектура разработана на модульных и масштабируемых компонентах, совместимых друг с другом и внешними системами для дальнейшего расширения в ходе реализации проекта. Следует отметить, что архитектура основывается исключительно на решениях с открытым исходным кодом. Кроме того, она совместима на уровне «сервер-клиент» в соответствии с международными стандартами, такими как OGC и W3C, а WEB-интерфейс пользователя поддерживается всеми основными браузерами. Обновление базы данными дистанционного зондирования и результатами их обработки происходит на регулярной основе.
Исследования реализованы в ходе работ по проекту «Создание геоинформационной системы космического и наземного мониторинга мелиоративного состояния орошаемых земель Юга Казахстана» по бюджетной программе 212 «Научные исследования и мероприятия в области агропромышленного комплекса и природопользования» Республики Казахстан.