Анарбеков Бекзат Бердибек улы
Магистант Кахстанско-Немецского Университета
Интегрированное управление водными ресурсами
Алматы 2017
Анализ эффективности применения ГИС технологий в классификации сельскохозяйственных культур в АВП "Томчи-Кули"
В последние 10 лет в Ферганской долине была
создана ассоциация водопользователей (АВП). В рамках принципов ИУВР
присутствует вовлечение землепользователей (фермеров) в область управления
водными ресурсами в целях достижения оптимальной работы по выделению и распределению
оросительной воды, улучшение технического уровня оросительной и осушительной
сети, что в конечном итоге позволит повысить производительность земель и
рентабельность сельскохозяйственного производства. Однако, сейчас АВП выполняет
свою деятельность на разной степени эффективности: некоторые из них требуют
внедрения новых технологий. Новые технологии, как дистанционное зондирование и
географические информационные системы (ГИС), широко имплементируются в разных
отраслях деятельности человечества. ГИС – это современная компьютерная
технология для картирования и анализа объектов реального мира, а также событий,
происходящих на нашей планете, в нашей жизнедеятельности и быту. Преимуществом
данных анализов является удаленность, систематичность, а также возможность
обмениваться информацией.
Новизна
исследования заключается в проведении
сравнительного анализа между традиционным методом классификации основных видов сельскохозяйственных культур и
классификации с использованием дистанционного зондирования и QGIS 2014 в АВП «Томчи-Кули», который
находится в Ферганской долине в Андижанской области рисунок 1.
Основной вопрос исследования – определить
какой уровень эффективности ГИС технологии в классификации сельскохозяйственных
культур.
Исследование исходит из гипотезы, что ГИС
технологии обладают высоким уровнем эффективности в классификации
сельскохозяйственных культур.
Цель исследования – дать оценку применению
ГИС технологий в классификации сельскохозяйственных культур в Ферганской долине
в АВП «Томчи-Кули».
Рисунок 1: расположение место исследование
Для
достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
выявление
временной эффективности ГИС технологий в классификации сельскохозяйственных
культур;
-
выявление
качественной эффективности ГИС технологий в классификации сельскохозяйственных
культур.
1 Эффективность ГИС
технологий в классификации сельскохозяйственных культур
Принимая во внимание
практическое и научное использования карт, можно выделить их пять основных
функций: коммуникативную по хранению и передаче пространственной информации;
оперативную, связанную с непосредственным решением различных практических задач
(например, по навигации, управлению сельским хозяйством и т.п.); конструктивную
по применению карт для разработки и реализации всевозможных
народнохозяйственных и социальных проектов; познавательную для
пространственно-временных исследований явлений природы и общества и
приобретения о них новых знаний; прогностическую (как развитие познавательной)
для предвидения явлений их распространения, изменений во времени и будущих
состояний. Применение карт для описания, анализа пространственных взаимосвязей
и прогноза называется картографическим методом исследования. Данный метод
широко применялся для создания карт с посевом сельскохозяйственных угодий [1].
Существуют четыре стадии картографического метода исследования.
На первой стадии
происходит получение сведений об окружающей среде данной местности. Вторая
стадия состоит в обработке информации и построении карт пространственной
образно-знаковой модели исследуемой части, в действительности. На третьей
стадии изучаются карты для извлечения информации об отображенных на них
явлениях, если надо с дополнительной обработкой получаемых по картам данных. На
четвертой же стадии создается представление о размещении, состоянии,
взаимосвязях и динамике показанных явлений, их новый образ, анализ и
истолкование которого с помощью индуктивных и дедуктивных умозаключений,
приводят к расширению и обогащению знаний об изучаемой действительности.
Последние две стадии образуют собственно картографический метод исследования.
Очень важно, что на второй и третьей стадиях происходит не только отключение
излишней информации, но и получение новой, как результат обработки используемых
данных и самой карты. «Простейший пример - топограф определяет высоты и строит
по ним на карте горизонтали, а геоморфолог использует изображение в
горизонталях для выводов о морфологии и генезисе рельефа. Именно возможность
получения по картам новых знаний лежит в основе использования карт как средства
научного исследования, в частности при разработке гипотез, прогнозов,
рекомендаций и т.д.» [2]. Надо выделить, что вся работа выполнялась вручную, и
в зависимости от площади местности для создания карты
понадобилось от трех до пяти недель [2].
Использование данных
спутникового дистанционного зондирования в настоящее время является фактический
безальтернативной возможностью получения объективной и оперативной информации о
состоянии растительного покрова. Это послужило стимулом для разработок методов и
систем мониторинга сельскохозяйственных земель, основанных на использовании
спутниковых данных. В ходе исследования был взят, как пример, разработанные
методы проектов котрые проводились при
поддержке Министерства сельского и водного хозяйства Республики Узбекистан [5]. По инициативе Министерства
сельского и водного хозяйство проводился мониторинг сельскохозяйственных
земель, в частности сбор данных о площадях земель и посевов различных типов. В
работе использовались данные, свободно предоставляемые Геологической службой
США (www.usgs.com). В качестве входных данных использовались стандартные
продукт Landsat 8 без географической привязки. Снимки Landsat 8 имеются в
красном (620-650) и ближнем инфракрасном (841-876) каналах с пространственным
расширением 30 метров, данных измерений в каналах голубого (450-440) и среднего
инфракрасного диапазонов (1628-1652). В качестве инструмента для анализа
спутниковых данных использовался QGIS 2014. В платформе QGIS 2014 выло выбрано
самый подходящий плагин “Semi-Automatic Classification Plugin” [3].
Анализ данных включает
себе следующие этапы:
·
Скачка
спутиновых данных Landsat 8
·
Атмосферное
исправление ошибок снимков
·
Определение
площадь интереса
·
Классификация
Результаты данного
исследования показали, что при условиях интернет доступа, который необходим для
скачивания входных данных, в среднем для выполнения классификации
селько-хозяйственных культур в АВП «Томчи кули»понадобился не более двух дней.
По проведенным
исследованиям выявлено, что использование ГИС технологий в условиях Узбекистана
является безальтернативным и современным методом классификаций
сельскохозяйственных культур. Сравнительный анализ показал, что для временной
эффективности в классификации сельскохозяйственных культур приемлемо и
продуктивно использовать ГИС технологии. Учитывая большой процент устаревших
топографических карт, требуется обновление государственных топографических карт
на основе новых ГИС технологий.
2 Качественная
эффективность ГИС технологий в классификации сельскохозяйственных культур
Учитывая выше отмеченное,
картографический метод исследования широко использовался в Узбекистане. В связи
с тем, в Узбекистане было проведена съемка всех городов и поселков, которая
выполнена в 1960-1980 годах. Возникла острая необходимость возобновить
имеющийся архив. Более того, проводимые реформы в Республике Узбекистан
подталкивают внедрение ГИС технологий для таких областей, как Хорезм и Фергана
учитывая их большой потенциал производительности овощей и фрукт. Немаловажной
необходимостью считается использование ГИС для тех АВП (Ассоциация
водопользователей). По итогам интервьюирования около 70% участники
интервьюирования отметили что настоящие
(действующие) карты на базе АВП не соответствуют современным требованиям, а
также не несут актуальную информацию.
С помощью ГИС
создаются цифровые карты и планы местности, которые составляют плановую основу
современного землеустройства [4]. «Цифровые карты имеют множество преимуществ
над картами, созданными традиционными методами: – наглядность (с помощью
применения монитора можно рассмотреть детально план, который бы занимал в
бумажном виде целую комнату); – выполнение пространственного анализа в ГИС
(установление наименьшего расстояния между объектами, разделение участка на
равные по площадям участки и т.д.); – возможность поиска объекта по
местоположению или по информации в базе данных; – используют мало места,
возможность передачи по глобальной сети; – наиболее высокая точность карт,
независимо от квалификации, аккуратности, опыта проектировщика; – возможность экспорта
цифровых данных и применение их в различных программах» [6]. Оценка качества
проделанной работы была проверена с помощью “Accuracy assessment plugin”.
Сравнительный анализ
показал, что качественная эффективность преимущественно имеет использование ГИС
технологии так как цифровой тип информации легко передается.
Заключение
По проведенным
исследованиям выявлено, что использование ГИС технологий в условиях Узбекистана
является безальтернативным и современным методом классификаций
сельскохозяйственных культур, которое имеет временную и качественную
эффективность. Сравнительный анализ показал, что для временной эффективности в
классификации сельскохозяйственных культур приемлемо и продуктивно использовать
ГИС технологии. Учитывая большой процент устаревших топографических карт,
требуется обновление государственных топографических карт на основе новых ГИС
технологий.
Сравнительный анализ
показал, что качественная эффективность преимущественно имеет использование ГИС
технологии.
Складывая все результаты
исследования, можно сказать, что гипотеза подтвердилась и ГИС технологии имеет
большой потенциал и практическое значение для классификации
сельскохозяйственных культур.
Литература
1 Макаров В. З., Новаковский Б. А.,
Чумаченко А. Н. Эколого-географическое картографирование. – М.: Научный мир,
2002. – 196 с.
2 Берлянт А. М. Геоинформационное
картографирование. – М.: МГУ, 1997. – 64 с.
3 Лурье И. К. Геоинформационное
картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических
снимков. – М.: КДУ, 2008. – 424 с.
4 Абламейко С. В., Апарин Г. П.,
Крючков А. Н. Географические информационные системы. Создание цифровых карт. –
Мн.: Ин-т техн. кибернетики НАН Беларуси, 2000. – 276 с.
5 МКВК Н.
Региональный исследовательский проект «Вода в Центральной Азии». , 2015.
6 Плотников Д. Е., Барталев С. А.,
Жарко В. О., Михайлов В. В., Просянникова О. И. Экспериментальная оценка
распознаваемости агрокультур по данным сезонных спутниковых измерений
спектральной яркости // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли
из космоса. – 2011. – Т. 8. – № 1. – С. 199-208.