Использование ГИС K-MINE для управления агрохозяйством

Повышение производительности труда и качества продукции сельского хозяйства являются важной задачей государства. В первую очередь это может быть решено за счет повышения уровня механизации, автоматизации процессов, а также путем внедрения в жизнь современных информационных технологий с сфере сельского хозяйства.

Внедрение информационных технологий необходимо начинать с переписи производственных ресурсов и создания базы данных. Поскольку основным ресурсом в сельском хозяйстве была и остается земля, то создаваемая база данных будет носить пространственный характер. В настоящее время сложилась такая ситуация, что производители сельхоз продукции не имеют в своем распоряжении качественных картографических материалов, а уровень информационной подготовки специалистов практически отсутствует.

Картографические материалы, которые есть в хозяйствах, как правило, не полные, во многих случаях устаревшие, т.е. утратившие свою актуальность, и не соответствуют современных условиях агротехнологий.

Картографические материалы, которые находятся в распоряжении сельскохозяйственных предприятий разделяются на три основные группы: землеустроительные, почвенные и агрохимические. Землеустроительные представлены еще планами, созданными в советское время, или же современными кадастровыми планами. Почвенные - почвенными картами 20-30 летней давности. Агрохимические - агрохимическими картограммами (содержание гумуса, азота, фосфора, калия, уровень pH) различного срока давности. Отсутствие достоверной информации о состоянии полей не позволяет принимать точные решения о том, какой вид сельхозкультуры необходимо выращивать, какие аграрные технологии целесообразно при этом применять.

Если рассматривать решение данной проблемы с точки зрения информационных технологий, то, безусловно можно найти решение. Необходимо сформировать электронные многослойные карты полей и выполнить привязку к ним семантической и фактографической информации. Ну и конечно же подобной информацией необходимо управлять. Для обработки пространственной информации подобного рода предназначены геоинформационные системы.

Геоинформационная система K-MINE содержит в своем составе модуль для обработки и представления картографических данных, а также разработки и ведения базы семантической информации. В настоящее время выполняются работы по созданию автоматизированной системы управления агропромышленными хозяйствами с использованием данной системы.

Общая структура АСУ агрохозяйством приведена на рис. 1. АСУ агрохозяйством состоит из двух интегрированных платформенных решений: геоинформационной системы K-MINE и ERP системы «КАИ-Предприятие».

Основой ГИС является многослойная электронная карта хозяйства и атрибутивная база истории полей, с учетом всех выполненных агротехнических мероприятий. Количество электронных слоев карты не ограничено и зависит от сложности ландшафтно-экологических условий и уровня интенсификации агротехнологий в хозяйстве (рис. 2).

В общем виде электронная карта может состоять из следующих слоев:

1. Землеустроительные: мезорельеф (форма склонов), крутизна склонов, микрорельеф, микроклимат, растительный покров, вода и водные объекты, лесная растительность, населенные пункты, дороги и пр.

2. Почвенные: уровни грунтовых вод, их минерализация и состав; почвообразующие и подстилающие породы; микроструктура почвенного слоя (почвенная карта); увеличение влажности и заболоченности почв; засоленность почв.

3. Агрохимические: содержание гумуса в почве; обеспеченность микроэлементами; значение pH почв; физические свойства почв; содержание тяжелых металлов, радионуклидов, других токсикантов и т.д.; эрозионная опасность и другие виды физической деградации (оползни, сели и др.); распределение полезных видов животных, птиц, энтомофагов, оценка их территориального влияния; фитосанитарное состояние посевов и т.д.

Формирование контуров (межевание земель) выполняется на основе существующих топографических планов и данных дистанционного зондирования (мультиспектровые космоснимки, аэрофотоснимки), а потом уточняются с помощью наземной топографической съемки (модуль «Топосъемка» ГИС K-MINE). Все данные разносятся в соответствующие слои. Для удобства управления данными слои представляют собой древовидные структуры.

Рис. 1 - Автоматизированная система управления агрохозяйством на базе ГИС K-MINE

Рис. 2 - Электронная многослойная карта агрохозяйства совмещенная с космоснимком в ГИС K-MINE

Каждый слой электронной карты (на уровне графических объектов) содержит связь с атрибутивной базой данных, которая соответствует тематике слоя карты. Это информация следующего характера: номер контура (поля), индекс комбинации почв, название, генетическая характеристика почвообразующих пород, гранулометрический состав пород, площадь контура и ряд других параметров.

Для формирования структуры БД и назначения структурных связей используются специальный модуль, интегрированный в ГИС (рис. 3).

Каждый участок (поле) имеет как статические (условия рельефа, почв, гидрогеологии), так и динамические (климатическая ситуация, фитосанитраное состояние) факторы. Электронные карты полей имеют картографическую проекцию в единой системе координат, благодаря чему выполняется точная пространственная привязка контуров и их совмещение с существующими формами рельефа. Вся семантическая информация о земельных участках хранится в базе данных, для работы с которой разработаны специальные средства (рис. 4).

В результате электронная карта полей содержит всю необходимую информацию для принятия проектных решений по размещению сельскохозяйственных культур, дифференциации технологии их выращивания, оптимальную организацию территории с учетом ландшафта. Информация используется специалистами для формирования проекта внутреннего землеустройства. То есть для каждого участка поля создается паспорт - в соответствующих таблицах выполняется накопление данных (формируется история ведения полей - механизированные работы, удобрения, химикаты, севооборот, вредители, болезни и т.д., с привязкой к годам урожая).

Рис. 3 - Средства разработки структуры БД для ГИС агрохозяйства

Средства анализа позволяют выполнять пространственные и логические запросы к данным (как в базе данных, так и на картах), формировать необходимые выборки и отчеты. Накопление данных с привязкой по годам урожая обеспечивает ретроспективный анализ информации по годам, а средства трехмерной графики ее наглядное представление.

С целью повышения эффективности управления хозяйством блок ГИС интегрируется с ERP системой управления предприятием.

Система реализована на базе платформы «КАИ-Предприятие» и состоит из следующих модулей:

• создание и ведение технологических карт растениеводства (виды культур, структура агротехнических мероприятий, технологии выращивания различных культур и др.);
• оперативный учет фактически выполненных работ с привязкой к каждому участку поля;
• планирование производства (технико-экономическое и технологическое планирование);
• бюджетирование и финансовый учет;
• бухгалтерский учет;
• кадровый учет;
• управление закупками, сбытом, складами;
• система электронного документооборота.

Рис. 4 - Получение семантической информации о полях с помощью средств ГИС

Использование АСУ агропредприятием позволит: систематизировать картографические материалы, выполнить их точную привязку и точное межевание земель; создать многослойные структурные карты полей, с учетом множества показателей, влияющих на урожайность; выполнить паспортизацию каждого участка поля; повысить эффективность использования земли за счет получения точной, полной и детальной информации о ней; выполнять стратегическое планирование работы предприятия с учетом современных тенденций рынка; выполнять оперативное планирование работой предприятия с учетом картограмм климатических условий, агротехнических, агрохимических, биотехнический и других мероприятий; вести фактический учет работы предприятия; снизить себестоимость продукции и повысить ее качество.

Система управления агрохозяйством может использоваться как локально на уровне одного предприятия, так и рассматриваться как элемент системы более высокого уровня (агрохолдинг, район, область, государство).