Современные концепции дистанционного зондирования (стр. 3 из 4)

Для решения этих и подобных им задач требуются современные методы и средства получения, хранения, обработки и представления разнообразной информации, а также средства обмена информацией. К ним относятся методы сбора значительного объема данных по множеству показателей с весьма значительных по площади территорий. Затем необходимо представить собранные данные в цифровом виде, пригодном для использования в информационных, в том числе геоинформационных системах. Эти системы должны объединять пространственные географические данные, аэро- и космические изображения а также тематические данные по множеству сельскохозяйственных параметров, представленных в картографической и табличной формах. Такие системы можно использовать для выведения значительных массивов информации на экран или на твердую копию в удобных для пользователя видах. Накладывая на собранную информацию другие полученные и собранные данные, такие, например, как качество почвы, условия орошения, метеорологическая информация, фитосанитарные наблюдения, данные полевых агроисследований, данные спутникового мониторинга и т.д., можно получать вторичный производный картографический материал аналитического свойства. На его основании можно судить о степени развития растительных культур на данной площади и в определенное время. Это, возможно, самый оптимальный способ мониторинга состояния растительного покрова, зерновых культур и пастбищ, а также их продуктивности, выявления деградации растительных культур или почвы, прогнозирования урожая и т.д.

3.1 Правовая основа.

Положение о Министерстве сельского хозяйства РФ (ППРФ от 24 марта 2006 г. № 164) устанавливает полномочия Министерства в области обеспечения устойчивого развития сельских территорий, проведения фитосанитарного и ветеринарного мониторинга, поддержания плодородия почв, рационального использования средств федерального бюджета для финансовой поддержки агропромышленного комплекса РФ.

Реализация этих положений требует соответствующей информационной поддержки, учитывающей географические, климатические, экологические, экономические и другие факторы. Пространственное распределение таких параметров, их взаимодействие моделируются посредством специализированных программных средств – географических информационных систем (ГИС).

В 2003 г. после подготовительных работ Главный вычислительный центр Минсельхоза РФ начал активно проводить мероприятия по внедрению и адаптации ГИС в сельскохозяйственной отрасли. Начальный период этих работ отражен в статье «Минсельхоз ставит на новые технологии: внедрение ГИС в сельском хозяйстве началось» в ArcReview № 2(29) за 2004 год. В ней были перечислены основные направления работ, выполненных за достаточно короткий срок практически с нуля. Они включали организационно-технические мероприятия, разработку и адаптацию необходимой нормативной документации на картографические данные и данные дистанционного зондирования, необходимые для отрасли, организацию поступления базового картографического материала, создание действующего макета централизованного приема данных дистанционного зондирования земель сельскохозяйственного назначения и многие другие.

В последующие годы (2004-2006) ГВЦ Минсельхоза РФ подготовил и обеспечил отрасль значительным объемом информационных ресурсов в числе которых:

· векторные цифровые модели местности различных масштабов (1:1 000 000 и 1:200 000) на всю территорию сельскохозяйственной зоны РФ в форматах ArcGIS;

· тематические картографические данные: почвенные карты, карты негативных процессов, ландшафтные карты и др.;

· архивы оперативных спутниковых данных за несколько лет на территорию субъектов РФ (в настоящее время на территорию 38 субъектов РФ, покрывающих практически всю пахотную зону страны);

· тематические фактографические данные по статистическим параметрам, параметрам фитосанитарного и ветеринарного состояния регионов РФ, а также по агроклиматическим показателям;

· цифровые материалы, полученные в результате подготовки к проведению Всероссийской сельскохозяйственной переписи 2006 г.

Параллельно с накоплением цифровых информационных ресурсов были проведены работы по созданию новых и адаптации существующих средств программной обработки цифрового картографического материала, отраслевой тематической информации и данных дистанционного зондирования на основе разработанной нормативной и методической документации. Все это позволило в 2006 году приступить к разработке Системы Дистанционного Мониторинга Земель (СДМЗ) сельскохозяйственного назначения. Система предназначена 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. Реализация и использование отдельных компонентов системы начались практически с самого начала работ по внедрению ГИС в сельскохозяйственную отрасль, планирование и разработка других проводилась и проводится в настоящее время. Все это создает основу для их постепенного объединения в единую информационно-технологическую модель на основе общей схемы, разработанной в 2005 г. В этой модели представлено концептуальное изложение возможностей, стратегий, направлений и задач развития геоинформационных технологий в системе управления сельскохозяйственной отраслью.

3.2 Структура системы дистанционного мониторинга земель с/х назначения.

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). Конечно, на федеральном уровне нет необходимости часто просматривать и оперировать данными более детальными, чем региональная информация, но такая возможность все же заложена в построение ГИС. Федеральная ГИС, как видно из рисунка, 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. 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. 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. На сайте также представлен большой объем другой информации. На рис. 3 приведен пример композитной спутниковой сцены нормализованного вегетационного индекса (NDVI) на территорию Ульяновской области. Разница между информацией на сайте и на FTP-сервере заключается в том, что сайт предоставляет изображения в виде простых картинок, которые можно просмотреть и скачать, но которые не имеют привязки к реальным картографическим данным. Данные на FTP-сервере, доступные лишь авторизованным пользователям, имеют реальную географическую привязку и могут использоваться для совмещения с любыми пространственными данными, которые имеются у пользователя (параметры проекций пространственных данных закреплены для каждого региона РФ).

В хранилище данных также поступает информация по таким параметрам, как фитосанитарная и ветеринарная обстановка территории РФ, агроклиматические параметры, статистические данные по различным показателям сельскохозяйственного производства, данные о почвах и информация о наземных наблюдениях, а также любые другие данные, имеющие отношение к сельскохозяйственной тематике (например, ценовая и экономическая информация).

Вся поступающая информация проходит определенную обработку, зависящую от вида информации (по методам – от ручной до автоматической программной), 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. 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.