Московский экономический журнал 3/2022 - Московский Экономический Журнал

Научная статья

Original article

УДК 910.25:528.9:132.234.4

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_3_142

ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

GEOINFORMATION MAPPING OF AGRICULTURAL LAND

Елтошкина Наталья Валерьевна, к.г.н., доцент, ФГБОУ ВО «Иркутский государственный аграрный университет им. А.А.Ежевского», г. Иркутск

Eltoshkina Natalia Valerievna, candidate of geographical sciences, assistant professor, FSBEE HE Irkutsk State Agricultural University of A.A. Ezhevsky, Irkutsk

Аннотация. В данной статье рассматриваются методика комплексного геоинформационного картографирования сельскохозяйственных угодий на территорию Иркутской области. Геоинформационное картографирование способно решать актуальные вопросы и проблемы сельского хозяйства региона на современном этапе: выполнять классификацию видов сельскохозяйственных угодий, проводить прогноз урожайности сельскохозяйственных культур, осуществлять управление и использованием продукции сельского хозяйства. Эффективное управление территорией региона основывается на достоверных и актуальных данных об объектах и процессах, такими инструментами могут выступать земельно-информационные системы на геоинформационной основе.

Abstract. This article discusses the method of integrated geoinformation mapping of agricultural land on the territory of the Irkutsk region. Geoinformation mapping is able to solve topical issues and problems of agriculture in the region at the present stage: to classify the types of agricultural land, to forecast crop yields, to manage and use agricultural products. Effective management of the territory of the region is based on reliable and up-to-date data on objects and processes, such tools can be land information systems based on geographic information.

Ключевые слова: геоинформационное картографирование, сельскохозяйственные карты, сельскохозяйственные земли, землеустройство.

Key words: geoinformation mapping, agricultural maps, agricultural land, land management

Картографирование земель сельскохозяйственного назначения в настоящее время одна из актуальных задач современной картографии и землеустроительной науки. Она базируется на теории и методических положениях отечественной картографической науки изложенных в трудах Баранского Н.Н., Берлянта А.М., Донцова А.П., Левицкого И.Ю., Лебедева П.П., Ракитникова А.Н., Салищева К.А., Шоцкого В.П. и многих других и современных подходах к представлению пространственных данных.

На территорию Российской Федерации были созданы сельскохозяйственные карты различного территориального охвата, назначения, содержания и разных масштабов. Однако они не позволяют получить единое, целостное представление о качественном состоянии земель сельскохозяйственного назначения. Изданные в разное время сельскохозяйственные карты в настоящее время не удовлетворяет возросшим требованиям науки и практики. Мало внимания уделяется таким важным проблемам, как картографирование современного состояния сельскохозяйственных угодий, их свойств, использование и мероприятий по улучшению агроэкологических свойств и качественных характеристик почв и их охране. Недостаточно карт для комплексных оценок сельскохозяйственных угодий крупного и среднего масштабов.

Огромный массив пространственной и статистической информации носящих разновременной и разномасштабный характер, требует использование возможностей геоинформационного картографирования (ГК). Геоинформационное картографирование сформировавшись как результат интеграции картографии и геоинформатики, а также дистанционных методов исследования, и может самым активным образом использоваться при комплексных оценках земель.

Говоря о геоинформационном картографировании, мы прежде всего имеем в виду цифровую карту – как модель земной поверхности, сформированный с учетом законов картографической генерализации в принятых для карт проекции и системе координат. ГОСТ 28441 определяет цифровую карту как цифровую картографическую модель, содержание которой соответствует содержанию карты определенного вида и масштаба.

Геоинформационное картографирование как отрасль картографии, занимающаяся автоматизированным составлением и использованием карт на основе геоинформационных технологий и баз географических данных и знаний основывается на трудах Берлянта А.М., Королева Ю.К., Кошкарева А.В., Лурье И.И., Тикунова В.С., Цветкова В.Я. и многих других.

Специфика использования пространственно-определенной информации — большие объемы картографической и аэрокосмической информации и необходимость их обработки и хранения в пространственной привязке, применение методов геопространственного моделирования привела к необходимости разработки специализированных геоинформационных технологий ее анализа и хранения. Так, методы синтетического и системного картографирования, являющиеся истоками ГК, потребовали развития математико-картографических методов моделирования, автоматизированных технологий их реализации и создания картографических баз данных, а использование аэрокосмических снимков для тематического картографирования также стало немыслимо без автоматизации их дешифрирования. Это, в свою очередь, привело к необходимости создания автоматизированных картографических систем и систем автоматизированной обработки изображений, которые впоследствии стали главными компонентами географических информационных систем (ГИС). Таким образом, можно говорить о программно-технологической интеграции рассматриваемых научных областей на базе компьютерных систем и ГИС-технологий обработки информации. Геоинформационное картографирование не сводится только к использованию ГИС-технологий. Это, прежде всего картографирование объектов и явлений, основанное на методах анализа и синтеза их содержательной сущности. В случае, когда речь идет о картах сельскохозяйственных угодий, то имеется в виду вся методическая база землеустроительных исследований.

Традиционные карты обладают ограниченными аналитическими средствами по сравнению с ГИС. В отличие от данных для ГИС, форма хранения картографических данных не обеспечивает, например, возможности анализа взаимосвязей между различными явлениями, если они не отображены на карте. Примером может служить использование возможностей оверлейных операций с цифровыми картами при пространственном анализе и оценке территории.

Оценка качественного состояния земель важна тем, что ее данные позволяют перейти от технико-экономических принципов организации территории, приводящих к интенсивному использованию земель и истощению почв, к адаптивному, природоохранному землеустройству, ориентированному на сбалансированные эколого-экономические подходы, экологическую безопасность и экономическую целесообразность территориальной организации сельскохозяйственного производства.

Повышение эффективности использования сельскохозяйственных угодий одна из основных экономических проблем развития сельскохозяйственного производства любого региона. Тесная связь сельского хозяйства с природными условиями предопределяет необходимость комплексного изучения и анализа всех природных факторов, оказывающих влияние на качественное состояние сельскохозяйственных угодий и их комплексное (геоинформационное) картографирование.

Практическую значимость использования геоинформационного метода исследования при комплексной оценке земель трудно переоценить. Суть геоинформационного метода состоит во включении в процесс исследования действительности промежуточного звена – цифровой карты как модели изучаемых явлений. При этом геоинформационная карта выступает в двоякой роли: в качестве средства исследования и как его предмет в виде модели, заменяющей собой реальные явления, непосредственное изучение которых невозможно или затруднительно.

Картографическое отображение имеет важное место в решении задач, связанных с оценкой. Карта как средство изучения позволяет представить результаты исследования в наглядном, обозримом виде, с необходимой точностью и детальностью отображая реально существующую действительность и возможные модели развития. Без цифровых сельскохозяйственных карт трудно представить особенности размещения почв и сельскохозяйственных угодий по территории, их свойства и качественные различия, закономерности их использования. По геоинформационным картам гораздо эффективнее разрабатываются проекты и мероприятия, направленные на интенсификацию использования угодий, повышения их плодородия и охрану.

При геоинформационном картографировании возникает комплекс взаимоувязанных вопросов, определяющих характер, содержание и возможности использования цифровой картографической основы для картографирования сельскохозяйственных земель. К таким вопросам относятся:

выбор масштаба исходных картографических материалов;
определение содержания создаваемой геоинформационной карты;
обеспечение требуемых нормативов точности;
обеспечение возможностей оперативного приведения геоинформационной карты в соответствие с текущим состоянием местности (актуализация);
обеспечение совместимости пространственно-координированных данных различного тематического (отраслевого) характера, полученных различными средствами и представленных в различных формах;
разработка структуры геоинформационной системы, обеспечивающей эффективное многоцелевое использование геоинформационной карты.

В землеустройстве используют карты различного тематического содержания, такие как почвенные карты, кадастровые карты и топографические карты разного масштаба. Они в основном отображают: рельеф, дорожную сеть и гидрографию как условие и основу развития территории, контуры объектов недвижимости, границы земельных участков. Многие исследователи придерживаются мнения, что вряд ли когда-нибудь удастся создать единую общегосударственную карту для целей землеустройства, так как соединить всю информацию на единой комплексной карте не представляется возможным.

Для удовлетворения возникающих запросов пользователей необходим учет многих принципов картосоставления. Это нацелило исследователей на создание серии тематических карт, которые будут отражать фактическое состояние территории, а также оценочные карты. Задача земельно-ресурсного картографирования состоит в обеспечении органов управления картографическими материалами, отражающими современное состояние земельных ресурсов и их регулярное обновление. В этой связи главной задачей является создание инфраструктуры пространственных данных, которая является информационно-телекоммуникационной системой, обеспечивающая доступ граждан, хозяйствующих субъектов, органов государственной и муниципальной власти к распределенным ресурсам пространственных данных, а также распространение и обмен данными в общедоступной глобальной информационной сети в целях повышения эффективности их производства и использования. Примером такого информационного ресурса служит Единая федеральная информационная система о землях сельскохозяйственного назначения (ЕФИС ЗСН). Которая создается для обеспечения проведения государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения, информационной поддержки принятия управленческих решений на основе его результатов. Разработанная Министерством сельского хозяйства Российской Федерации Единая федеральная информационная система о землях сельскохозяйственного назначения и землях, используемых или предоставленных для ведения сельского хозяйства в составе земель иных категорий введена в эксплуатацию приказом Минсельхоза России от 2 апреля 2018 г. № 130. Основными задачами ЕФИС ЗСН являются получение, хранение, обработка сведений об использовании и состоянии земель сельскохозяйственного назначения Российской Федерации, учёт этих земель, систематическое наблюдение за их состоянием и использованием. Кроме того, система выполняет такие важные функции, как интеграция и комплексный анализ сведений из различных источников о качественных характеристиках земель сельскохозяйственного назначения и их фактическом использовании, а также визуализация результатов государственного мониторинга и обеспечение информацией авторизованных пользователей. Существенная роль при создании ЕФИС ЗСН отведена использованию технологий спутникового мониторинга. Так, одной из составных частей ЕФИС ЗСН стал специализированный блок работы с данными ДЗЗ, получивший название «Аналитик ДЗЗ ЕФИС ЗСН». В данной системе есть попытки автоматизации процессов сбора, обработки и анализа информации, проходящей верификацию и валидацию, что позволяет наполнять ЕФИС ЗСН максимально точными данными. Это должна осуществляться визуализацией результатов государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения в виде различных тематических слоев, а также интеграция с федеральными, региональными и отраслевыми информационными системами в целях консолидации сведений из различных источников о землях сельскохозяйственного назначения. В ЕФИС ЗСН представлены данные по показателям почвенного плодородия, мелиорируемым землям, индексам развития растительности, пострадавшим от пожаров полям.

Проведя анализ содержательной части ЕФИС ЗСН можно констатировать, то что в настоящее время по Иркутской области недостаточно тематических карт по землям сельскохозяйственного назначения. ЕФИС ЗСН нужно наполнять пространственными данными, и в этой связи создаваемая нами серия цифровых карт позволит хоть как то восполнить данный пробел.

На территорию Иркутского района Иркутской области нами составляется серия геоинформационных карт, которая будет пополняться по мере накопления информативной базы. Процесс создания геоинформационных карт состоит из следующих этапов: подготовительный, определение математической основы создаваемых цифровых карт, наполнение базы данных атрибутивной информацией, компоновка карты.

Подготовительный этап включает в себя следующие виды работ:

сбор исходной картографической информации на территорию обследования и анализ собранных материалов;
проектирование структуры базы данных;
создание классификаторов тематической информации;
в случае необходимости сканирование картографических материалов и преобразование растрового изображения в векторные форматы.

Определение математической основы и компоновка карты зависят от целей для которых создаются геоинформационные карты.

В качестве исходных материалов нами использовались различные данные: традиционные (бумажные) сельскохозяйственные карты, почвенные карты, ортофотопланы, цифровые изображения (космоснимки), публичная кадастровая карта, карты землепользований и т.д. Примеры изображены на рисунках 1 и 3.

В настоящее время существует достаточно большое количество космических программ, съемочная аппаратура которых отвечает требованиям геоинформационного картографирования. На условиях оперативного приема могут быть использованы данные спутников Ресурс П-3,GeoEye-1, GeoEye-2, SPOT 6, SPOT 7, FORMOSAT-2, Landsat-5/7. Resourcesat-2. Получение аэрокосмоснимков возможно через отечественные и зарубежные интернет-источники, одним из таких источников является Glovis, через сервис Glovis доступны данные со спутников серии Landsat с камерами MSS, TM и ETM+.

После подготовительного этапа путем векторизации растровых сельскохозяйственных карт и ортофотопланов на территорию исследования были созданы цифровые карты (рис. 4-5).

По картографическим материалам, данным дистанционного зондирования земли и полевым работам на отдельные территории Иркутского района нами создана цифровая модель рельефа (рис. 6-7).

Цифровая модель местности (ЦМР) — это цифровая картографическая модель, содержащая данные об объектах местности и ее характеристиках. Цифровую модель можно рассматривать как некий пространственный каркас, который служит основой для решения ряда задач, включая и построение геоинформационных карт. Цифровая модель местности может в большей степени соответствовать реальной поверхности по сравнению с традиционной картой. Цифровая модель рельефа – как детище математико-картографического моделирования – давно вошла в практику и используется в различных прикладных исследованиях.

Полевое обследование территорий с целью уточнения данных об использовании и функциональном назначении земель сельскохозяйственного назначения отображенных на цифровой карте проводилось для формирования семантической информации.

Полевые работы проходили на полигоне УНПУ «Оёкский». Ключевой участок выбран для определения проблемных участков. Положение опознаков и их центра определялись с помощью ГГНС оборудования изображенного на рисунке 8.

Аэрофотосъемка (АФС) территории полигона выполнялась при помощи квадрокоптер DJI Phantom 4 Pro v2.0, оснащенного цифровой фотокамерой EXMOR R CMOS-матрицей в 1 дюйм и обладает параметрами разрешения в 20 Мп. В конструкции объектива было использовано восемь линз. Основные технические характеристики представлены на рисунке 9.

Кроме того, были получены файлы данных с датчиков автопилота в моменты фотографирования, включающие идентификатор снимка, навигационные координаты, барометрическую высоту, крен, тангаж и курс.

Координаты центров фотографирования (ЦФ) снимков определялись с помощью бортового двухчастотного приемника ГГНС/ГЛОНАСС в режиме кинематики.

Основанными источниками для построения являлись снимки, полученные в результате полевых работ. Результаты обработки представлены на рисунках 10-15.

Для оптимизации результатов расчёта положений камер и их параметров внутреннего ориентирования следует применить маркеры, что позволяет улучшить результаты реконструкции. Для повышения точности геопривязки моделей, необходимо равномерно распределить в пределах области интереса минимум 5 наземных опорных точек.

Следует сказать, что, геоинформационное картографирование позволит создать информационную основу для комплексной оценки земель сельскохозяйственного назначения Иркутском районе Иркутской области и обеспечить возможность постоянной актуализации созданной базы данных, для принятия управленческих решений.

Итогом геоинформационного картографирования являются тематические карты и базы данных с привязкой их к пространственным объектам, которые могут служить основой геоинформационной системы управления различных ведомств и служб задачами которых является управление и контроль за земельными ресурсами.

Список источников

Берлянт А.М. Геоиконика / А.М. Берлянт. — М.: Наука, 1996 – 208 с.
Берлянт А.М. Геоинформационное картографирование / А.М. Берлянт. — М.: Наука, 1997 — 64с.
Капралов Е.Г., Кошкарев А.В., Тикунов В.С. Геоинформатика / Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарев, В.С. Тикунов. – М.: “Academia”, 2010 – 400 c.
Королев Ю.К. Общая геоинформатика. Часть I. Теоретическая геоинформатика / Ю.К. Королев. — М.: СП ООО Дата+, 1998 — 118 с.
Кузнецова Д.В., Юндунов Х.И. Мониторинг земель сельскохозяйственного с применением данных дистанционного зондирования земли //. Научные исследования студентов в решении актуальных проблем АПК. — Иркутск, 2020. – с. 269-276.
Кузнецова Д.В., Юндунов Х.И. Мониторинг земель сельскохозяйственного назначения учебно-опытного хозяйства «Оекское» на основе материалов данных дистанционного // Научные исследования студентов в решении актуальных проблем АПК.- Иркутск, 2021. – с. 47-53.
Лурье И.К. Геоинформационное картографирование / И.К. Лурье. — М.: КДУ, 2010 – 424 с.
Мещенкова О. И., Юндунов Х.И. Картографирование эрозионных процессов на сельскохозяйственных землях Читинской области // Материалы научной студенческой конференции. — Иркутск: ИрГАУ, 2003. – с. 32.
Салищев К. А. Картоведение / К.А. Салищев. — М.: Наука, 1976 – 438 с.
Цветков В.Я. Основы геоинформатики / В.Я. Цветков. – М.: Лань 2020 – 378 с.
Шоцкий В.П. Картографические методы исследования географических проблем сельского хозяйства / В.П. Шоцкий. – М.: Наука. – 1970 -139 с.
Юндунов Х.И. Геоинформационное картографирование при агроэкологической оценке сельскохозяйственных угодий Иркутской области // Актуальные вопросы развития регионального АПК. — Иркутск, 2007. – с. 91-91.
Юндунов Х.И., Елтошкина Н.В., Пономаренко Е.А. Картографическое и геоинформационное обеспечение оптимизации землепользования // Материалы региональной научно-практической конференции.- Иркутск: ИрГАУ, 2003. – с. 58-59.

References

Berlyant A.M. Geoikonika / A.M. Berlyant. — M.: Nauka, 1996 – 208 s.
Berlyant A.M. Geoinformacionnoe kartografirovanie / A.M. Berlyant. — M.: Nauka, 1997 — 64s.
Kapralov E.G., Koshkarev A.V., Tikunov V.S. Geoinformatika / E.G. Kapralov, A.V. Koshkarev, V.S. Tikunov. – M.: “Academia”, 2010 – 400 c.
Korolev Yu.K. Obshhaya geoinformatika. Chast` I. Teoreticheskaya geoinformatika / Yu.K. Korolev. — M.: SP OOO Data+, 1998 — 118 s.
Kuzneczova D.V., Yundunov X.I. Monitoring zemel` sel`skoxozyajstvennogo s primeneniem danny`x distancionnogo zondirovaniya zemli //. Nauchny`e issledovaniya studentov v reshenii aktual`ny`x problem APK. — Irkutsk, 2020. – s. 269-276.
Kuzneczova D.V., Yundunov X.I. Monitoring zemel` sel`skoxozyajstvennogo naznacheniya uchebno-opy`tnogo xozyajstva «Oekskoe» na osnove materialov danny`x distancionnogo // Nauchny`e issledovaniya studentov v reshenii aktual`ny`x problem APK.- Irkutsk, 2021. – s. 47-53.
Lur`e I.K. Geoinformacionnoe kartografirovanie / I.K. Lur`e. — M.: KDU, 2010 – 424 s.
Meshhenkova O. I., Yundunov X.I. Kartografirovanie e`rozionny`x processov na sel`skoxozyajstvenny`x zemlyax Chitinskoj oblasti // Materialy` nauchnoj studencheskoj konferencii. — Irkutsk: IrGAU, 2003. – s. 32.
Salishhev K. A. Kartovedenie / K.A. Salishhev. — M.: Nauka, 1976 – 438 s.
Czvetkov V.Ya. Osnovy` geoinformatiki / V.Ya. Czvetkov. – M.: Lan` 2020 – 378 s.
Shoczkij V.P. Kartograficheskie metody` issledovaniya geograficheskix problem sel`skogo xozyajstva / V.P. Shoczkij. – M.: Nauka. – 1970 -139 s.
Yundunov X.I. Geoinformacionnoe kartografirovanie pri agroe`kologicheskoj ocenke sel`skoxozyajstvenny`x ugodij Irkutskoj oblasti // Aktual`ny`e voprosy` razvitiya regional`nogo APK. — Irkutsk, 2007. – s. 91-91.
Yundunov X.I., Eltoshkina N.V., Ponomarenko E.A. Kartograficheskoe i geoinformacionnoe obespechenie optimizacii zemlepol`zovaniya // Materialy` regional`noj nauchno-prakticheskoj konferencii.- Irkutsk: IrGAU, 2003. – s. 58-59.

Для цитирования: Елтошкина Н.В. Геоинформационное картографирование земель сельскохозяйственного назначения // Московский экономический журнал. 2022. № 3. URL: https://qje.su/nauki-o-zemle/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-3-2022-10/