0
Экологический клуб
 
"STENUS"
 
 
 
Калужский краеведческий Интернет-портал


 
Лыков И.Н., Володченков А.Н., Козичева Л.Е., Логинов А.А., Смирницкая Н.Н., Логинова М.А.   Развитие высокотехнологичных методов управления сельскохозяйственным производством   / /   ИЗВЕСТИЯ КАЛУЖСКОГО ОБЩЕСТВА ИЗУЧЕНИЯ ПРИРОДЫ. Книга седьмая. (Сборник научных трудов)   Под ред. С.К. Алексеева и В.Е. Кузьмичева   Калуга:   КГПУ им. К.Э. Циолковского   -   2006 C. 18-30.



Развитие высокотехнологичных методов управления

сельскохозяйственным производством


И.Н. Лыков, А.Н. Володченков, Л.Е. Козичева,

А.А. Логинов, Н.Н. Смирницкая, М.А. Логинова


ФГУ «Калугаагрохимрадиология», Калуга,

Институт естествознания КГПУ им .К.Э. Циолковского, Калуга



РЕЗЮМЕ: Работа выполнена в русле общемировой тенденции внедрения новых высокотехнологичных и экономически эффективных методов управления сельским хозяйством. Положено начало создания сельскохозяйственной геоинформационной системы: создано более 200 тематических слоев, соединенных с атрибутивными данными – конкретными значениями концентраций металлов, микроэлементов и гумуса, кислотности почв, урожайности, загрязнения и пр.



Введение

Для успешной деятельности в любой отрасли, начиная от обеспечения устойчивого развития территории и до внутренних хозяйственно-административных решений каждого хозяйствующего субъекта, руководитель должен опираться на всю имеющуюся по интересующему его вопросу информацию. При этом в настоящее время во всех отраслях (и во все возрастающей степени) происходит накопление все больших информационных массивов вследствие трех основных причин: а) осознания человечеством насущной необходимости владения информацией и, соответственно, приложением больших усилий по изысканию способов ее получения, б) развития телекоммуникаций, упрощающих передачу и распространение информации, в) создания чрезвычайно емких электронных хранилищ информации. По сути, к настоящему времени человечество достаточно хорошо наладило действие первых трех ступеней в процессе обработки информации [Кошкарев, Тикунов, 1993 с изменениями]:

Ступень

Этап

1

НАБЛЮДЕНИЕ

сбор

данных

I

2

ИЗМЕРЕНИЕ

обработка

данных

II

3

ОПИСАНИЕ

концептуальные и формальные модели анализа данных

III

4

ОБЪЯСНЕНИЕ

5

ПРОГНОЗ

процесс принятия

решений

IV

6

РЕШЕНИЕ


Однако, достаточно успешно пройдя через эти три ступени развития информационного потока, человек теперь испытывает трудности на четвертой. Трудно одновременно вместить в сознание одного принимающего решения человека имеющиеся огромные массивы разнородной информации. А вследствие этого неэффективными становятся и последующие этапы. Ситуация настоятельно требует разрешения, т.к. известно: чем глубже и точнее моделирование, тем меньше затрат требуется на материальное производство.
Для эффективного преодоления этого затруднения можно воспользоваться одним из двух путей: 1) либо разработать систему индикаторных показателей, отражающих состояние системы в целом и формально подсказывающих направление дальнейших действий; 2) либо облегчить работу пользователя с информационными массивами, в достаточной мере систематизировав и организовав их, для обеспечения адекватного восприятия.
Безусловно, работа с помощью индикаторов существенно облегчает (упрощает) труд по выработке управляющих решений (хотя они и могут быть подчас чем-то сродни народным приметам погоды: найденными и применяемыми эмпирически, без понимания действующих закономерностей). Однако адекватные индикаторные показатели к настоящему времени определены лишь для единичных задач, хотя их использование и считается целесообразным и ведется их разработка на научной основе [Индикаторы…, 2004; Горшкова, 2006]. При этом для разработки индикаторных показателей необходимо обнаружить внутренние причинно-следственные связи явлений, что также возможно лишь на основе всестороннего изучения и осмысления всей информации, что в свою очередь с необходимостью требует ее удобной организации.
Таким образом, в любом случае требуется применение опирающихся на современную компьютерную технику развитых информационных технологий, на которых и должно быть основано постиндустриальное общество.

Методология ГИС

Для преодоления трудностей восприятия большого количества имеющейся информации и комплексной ее оценки требуется сделать ее наглядной. Во многих случаях наиболее удобный и целесообразный путь визуализации – размещение информации на географической карте, поскольку графическое представление данных, помещенных на карту, воспринимается намного лучше, чем большое количество различных графиков и диаграмм.
Наиболее полно сочетают в себе достоинства наглядно-картографического представления информации, процедур математического анализа и технологии работы с базами данных компьютерные географические информационные системы (ГИС), успешно решающие задачи накопления, обработки и представления разнообразной пространственно-распределенной информации.

Средства ГИС намного превосходят возможности обычных картографических систем, включая в себя все их основные функции получения высококачественных карт и планов. В самой концепции ГИС заложены всесторонние возможности сбора, интеграции и анализа любых распределенных в пространстве или привязанных к конкретному месту данных. Таким образом, ГИС выгодно отличается от иных информационных технологий тем, что ГИС: во-первых, обеспечивает взаимосвязь между любыми количественными и качественными характеристиками географических объектов и явлений, представленных в базе данных, и, во-вторых, содержит алгоритмы анализа пространственно координированных данных (вычисление площадей, длин объектов, построение диаграмм, поиск и сортировка данных по определенным свойствам и т.д.).

Эти возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные возможности для их применения в широком спектре задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира, с осмыслением и выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий, с планированием стратегических решений и оценкой последствий предпринимаемых действий
ГИС предоставляет новые инструменты, расширяющие и развивающие возможности картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими средствами (Рис.1).

Рис. 1. Интерфейс ГИС по Боровскому району Калужской области. Возможность комплексной обработки информации.


Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в лаконичной картографической форме с дополнительными текстовыми пояснениями, графиками и диаграммами. Наличие доступной для восприятия и обобщения информации позволяет руководителям производства сосредоточить свои усилия на поиске нужных решений, не тратя значительного времени на сбор и осмысливание разнородных данных. Можно достаточно быстро рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать наиболее эффектный, эффективный и экономически целесообразный.

Материал и методы

Картографическим исходным материалом для настоящей работы послужили:
  • векторные цифровые карты Калужской области масштаба 1:200 000, сертифицированные Роскартографией (учетные №№:539-549);

  • карты детской заболеваемости в Калужской области:

  • растровые карты (план-схемы) сельскохозяйственных полей.

Цифровой исходный материал для создания графических слоев и атрибутивных БД:
  • результаты определения различных типов кислотности проб сельскохозяйственных почв (рН, Нг),

  • результаты химического анализа проб сельскохозяйственных почв на содержание некоторых металлов (Ca, Mg, Mn, Cu, Al, Zn) и суммарное количество некоторых из них (S, Т, V),

  • результаты химического анализа проб сельскохозяйственных почв на содержание некоторых удобрений (P2O5, K2O),

  • результаты анализа проб сельскохозяйственных почв на содержание гумуса,

  • результаты радиационных замеров сельскохозяйственных почв,

  • данные по типу и механическому составу сельскохозяйственных почв,

  • расчетная урожайность сельскохозяйственных почв (балл З.Е).

Тематические карты создавались в автоматическом режиме в программной оболочке ГИС MapInfo Professional (лицензия корпорации MapInfo № 10MIRU45WP01622), отличающаяся от других оптимальным сочетанием качеств:

- необходимые и достаточные технические возможности для решения поставленных задач;
- гибкие полифункциональные средства работы с таблицами тематической информации;
- разнообразные средства визуализации информации с помощью создания тематических карт;
- наличие специальных функций геокодирования (привязки пространственных объектов по адресам);
- ориентированность на ПК (ГИС ArcInfo, например, требует более мощной компьютерной основы);
- доступность, простота в обращении;
- возможность использовать (конвертировать) продукцию других ГИС;
- прямой доступ к данным в форматах DBF, Exel, Access, Lotus, текстовом;
- возможность изменения самой системы и включения в нее прикладных пользовательских задач с помощью языка программирования MapBasic.
- растущая динамика использования MapInfo в России;
- унификации с ранее начатыми в Калужской области работами с использованием MapInfo.
При визуализации экологической информации карты создавались посредством метода наложения слоёв, использовались функции единообразного оформления слоёв и автоматической подписи объектов слоя с учётом опыта традиционной картографии. Таким образом, при визуализации информации сохранялось максимальное подобие моделируемой территории, а тематическое наполнение соответствовало требованиям экологического картографирования. Все карты дополнялись легендами, некоторые – графиками, таблицами, фотографиями, изображениями трёхмерных математических поверхностей. Эти методы визуализации экологической информации формировали единое картографическое изображение посредством функции создания отчёта.

При создании карт для печатной версии применялся метод перевода в популярные графические форматы: JPG, TIFF, аналогично переводу для дальнейшего импортирования в другие программы.

В качестве модельных территорий для изучения геоинформационных аспектов производства санитарно-безопасной сельскохозяйственной продукции для обеспечения экологической безопасности человека были выбраны два административных района Калужской области с разными экологическими и экономическими характеристиками:

1) Жиздринский район, расположенный на самом юге Калужской области, не имеющий сколько-нибудь значительных промышленных предприятий, затронутый радиоактивным следом аварии Чернобыльской АЭС, благополучный по экологозависимым медицинским показателям младенческой смертности и болезней органов дыхания у детей (Рис.2).

2) Боровский район, расположенный на самом севере Калужской области, промышленно развитый, избегнувший радиоактивных выпадений, один из самых неблагополучных по детским экологозависимым медицинским показателям.

Рис. 2. Некоторые экологозависимые показатели состояния здоровья детей по районам Калужской области [Стрельцов и др., 2003].

Обозначения: а – младенческая смертность, б – болезни органов дыхания.


Создание тематических слоев

По имеющимся в различных ведомствах Калужской области данным создавались векторные тематические слои, отражающие состояние сельскохозяйственных угодий. Тематика этих слоев и их общее количество определялись номенклатурой имеющихся в наличии сведений, накопленных в Калужской области по отдельным хозяйствам и годам проведения обследований. Слои компоновались по принципу «прозрачной плёнки», что позволяет проводить сравнительный пространственный анализ.
Всего в ходе выполнения настоящего проекта создано более 200 тематических слоев ГИС в виде электронных карт, в том числе:
  • слои: границ хозяйств – всего 3 слоя (в качестве топографической основы);

  • слои: границ отдельных сельскохозяйственных полей – 3;

  • слои «Содержание калия в почве» – 15 слоев по годам и районам;

  • слои «Содержание фосфора в почве» – 15;

  • слои «Содержание алюминия в почве» – 9;

  • слои «Содержание кальция в почве» – 12;

  • слои «Содержание магния в почве» – 13;

  • слои «Содержание марганца в почве» – 2;

  • слои «Содержание цинка в почве» – 8;

  • слои «Содержание меди в почве» – 2;

  • слои «"Сумма поглощения" почвы» – 8;

  • слои «"Емкость поглощения" почвы» – 2;

  • слои «"Относительная Емкость поглощения" почвы» – 9;

  • слои «Величина рН в почве» – 15;

  • слои «"Обменная кислотность" почвы» – 11;

  • слои «"Гидролитическая кислотность" почвы» – 13;

  • слои «Радиоактивный фон по цезию (Cs137) в почве» – 2 ;

  • слои «Типы почв» – 3;

  • слои «Содержание гумуса в почве» – 14;

  • слои «Балл поля в "Зерновых единицах"» – 7.


Под Баллом поля в зерновых единицах (З.Е., ц/га) в агротехнике понимается расчетная урожайность на период обследования (до внесения удобрений и пр.) – интегральный показатель, зависящий от содержания гумуса, микроэлементов и всех остальных агротехнических показателей (Рис.3).



Рис. 3. Расчетная продуктивность сельскохозяйственных полей Боровского района Калужской области по состоянию на 1995 г. (фрагмент), балл в зерновых единицах (З.Е.).


Урожайность сельхозкультур в первую очередь зависит от содержания гумуса в почве (Рис.4).


Рис. 4. Содержание гумуса в почве сельскохозяйственных полей Жиздринского района Калужской области по состоянию на 1988 г. (фрагмент).


Важнейшими агрохимическими показателями являются кислотность сельскохозяйственных почв и содержание в них минеральных удобрений – калия и фосфора (Рис.5).


Рис. 5. Агрохимические показатели почв сельскохозяйственных полей Жиздринского района Калужской области по состоянию на 1993 г. (фрагмент): а – содержание фосфора (расчет по форме Р2О5);

б – содержание калия (по форме К2О);

в – кислотность, водородные единицы рН.

Основываясь на созданных картах, ГИС-программы способны рассчитывать в автоматическом режиме:

  • суммарные площади в рамках отдельного хозяйства или района, имеющие одинаковые содержания, например, фосфора или любых других микроэлементов, одинаковые показатели кислотности, одинаковое содержание гумуса, одинаковые типы почв и т.д.;

  • ожидаемую урожайность по отдельным полям и суммарную по хозяйству;

  • количества удобрений, извести и пр., которые необходимо внести на каждое поле (в кг/га и кг/поле) и в сумме по хозяйству (кг);

  • изменение (динамику) показателя во времени (Рис.6);

  • произвести любые другие производственные расчеты по заданным формулам и параметрам.


Рис. 6. Показатель радиоактивного загрязнения (по Cs137) почв сельскохозяйственных полей Жиздринского района Калужской области

(фрагменты): а – по состоянию на 1993 г.;

б – по состоянию на 2001 г.,

в – изменение показателя за указанный период.

Последняя карта показательна в методологическом плане: визуализация цифровой информации позволяет, также, составить адекватное представление о качестве самого информационного материала. Показанное на рисунке пространственное распределение радиоактивного загрязнения и за 1993 г., и за 2001 г. имеют одинаковые (и явно выраженные) тенденции увеличения в направлении с юга на север. В то же время нанесенное на карту изменение радиоактивности во времени носит хаотический характер, соседствующие поля, якобы, изменяются по показателю радиоактивности в противоположных направлениях (а некоторые не изменяются). Такое положение, скорее всего, вызвано погрешностью проведенных измерений; понимание этого позволяет при принятии решений сделать поправку на вероятное искажение информации.


Создание атрибутивов

На всех тематических картах сельскохозяйственные поля приходится объединять по признаку вхождения в определенный интервал значений рассматриваемого показателя (т.к. разброс значений большинства показателей столь велик, что делает практически невозможным подбор цветового различия между всеми). Такое объединение удобно для восприятия укрупненных показателей и принятия «макроэкономических» решений (в масштабе целого района или хозяйства) в целях комплексного управления.

Однако для наиболее продуктивного ведения хозяйства необходима индивидуальная работа с каждой отдельной «единицей управления», т.е., в данном случае, с каждым сельскохозяйственным полем и, следовательно, конкретные численные значения показателей этих полей. Именно здесь все преимущества ГИС проявляются в наибольшей степени, т.к. позволяют максимально быстро, эффективно, легко и наглядно подбирать, сортировать, оценивать и сопоставлять всю необходимую информацию. Все составленные тематические картографические слои снабжены атрибутивной информацией о полях – конкретные значения: концентраций металлов, микроэлементов и гумуса, кислотности почв, урожайности, загрязнения и пр., изменение значений этих показателей по годам, расчетные величины на основе этих значений (суммарные цифры, среднее значение, относительные показатели) и т.д. и т.п. Практически, одним «щелчком» по карте на экран могут быть вызваны все БД по указанному объекту и наоборот – «щелчок» по цифре в таблице вызывает участок карты, к которому эта цифра относится. Такая система позволяют работать с таблицами, не вдаваясь в подробности механизмов проводимых операций, что освобождает пользователя от затрат времени и усилий на организацию работы и позволяет сосредоточиться на выработке управленческих решений.



Литература

Берлянт А.М. Геоинформационное картографирование в экологических исследованиях // Геоэкоинформатика. Сборник статей. – М.: Изд-во МГУ, 1995.

Берлянт А.М., Жалковский Е.А. К концепции развития ГИС в России // "ГИС- Обозрение". – 1/. 1996. – С. 7-11

Горшкова Ю.О. Научное обоснование, разработка и апробация региональных индикаторов устойчивого развития на примере Калужской области: Дисс. канд. геогр. наук: 25-00-36. – Калуга, 2006. – 187 с.

Индикаторы устойчивого развития Томской области / В.М. Кресс (ред.). – Томск, 2004. – Вып.2. – 46 с.

Информационный бюллетень для пользователей и разработчиков приложений: Совместное издание ГИС-ассоциации и «Даты+». 2004. – Вып.3. - www.dataplus.ru

Кошкарёв А.В., Тикунов В.С. Геоинформатика./ Д.В. Лисицкий (ред.). – М.: «Геоиздат», 1993.

Сербенюк С.Н. Картография и геоинформатика – их взаимодействие. М., 1990. 159 с.

Стрельцов А.Б., Логинов А.А., Шпынов А.В., Константинов Е.Л., Горбачева Н.В., Мустафаева З.М. Влияние экологической обстановки Калужской области на жизнедеятельность человека. // Тр. регионального конкурса научных проектов в области гуманитарных наук. – Калуга: «Эйдос», 2003. – Вып.4. – С.652-669.

Темников В.Н., Мельник Н.Н., Столпаков А.В. Внедрение геоинформационных технологий в сельском хозяйстве. 2003.

Тикунов В.С. Современные средства исследования системы "общество – природная среда". // Известия Всесоюзн. Географич. Общества. 1989. – Т. 121. Вып.4. – С. 299-306.


Development of “HighTech” methods of farm management.

I.N. Lykov, A.N. Volodchenkov, L.E. Kozicheva,

A.A. Loginov, N.N. Smirnitskaja, M.A. Loginova


Institute of Science, Kaluga State Pedagogical University, Kaluga

The job is executed inside a channel of the global tendency of introduction of new “HighTech” and economically effective methods of management of an agriculture. The beginning of creation of agricultural geographic information system is incorporated: more 200 thematic layers connected with the atributive data - the concrete meanings of concentrations of metals, microelements and gumus, acidity of soils, productivity, pollutions and ets. are created.




Скачать.rar



Сайт создан при поддержке РОССИЙСКОГО ГУМАНИТАРНОГО НАУЧНОГО ФОНДА проект № 09-06-59610 а/Ц "Создание экологического Интернет-портала, как регионального компонента экологического образования"; № 10-06-59629 а/Ц"Создание региональной экологической Интернет-библиотеки"


© Авторы статей