Космический мониторинг сельхозпроизводства в РК

Современные данные дистанционного зондирования Земли, получаемые с космических аппаратов, обладают техническими характеристиками, позволяющими решать комплекс задач управления и страхования посевов, включая картирование границ полей, мониторинг посевной и уборочной кампаний, анализ землепользования, оценку фитосанитарного состояния и продуктивности сельскохозяйственных культур.

Сельское хозяйство является важной отраслью национальной экономики Республики Казахстан. В последние годы отмечается активный рост зернового производства – основы экспортной сельскохозяйственной продукции республики. При этом республиканским управляющим органам при увеличении объема дотаций, сокращении размеров налога или выработке политики страховых выплат необходима объективная информация о состоянии и использовании земель сельскохозяйственного назначения, получение которой становится все более сложной задачей без спутниковых данных.

Основные зерносеющие области расположены в северной части Казахстана – обширной зоне неполивного земледелия, которая простирается на 2 000 км с востока на запад и свыше 700 км с юга на север. Здесь в основном практикуется монокультурное выращивание яровых зерновых культур на сельскохозяйственных полях с крупными размерами (от 200 до 500 га). В этих условиях для организации системы космического мониторинга сельскохозяйственных угодий, подразумевающей оперативное получение и тематическую обработку больших объемов пространственных данных, необходимо привлекать широкоохватные спутниковые системы.

Первые работы по космическому мониторингу 15 миллионов гектаров пахотных земель в северной части Казахстана были инициированы заказом Правительства РК в 1997 г. Первоначально использовались многозональные снимки NOAA/AVHRR (1 км) и Ресурс/МСУ-СК (160 м). С появлением спутниковых данных Terra/MODIS (250м), обеспечивающих режим ежедневного покрытия всех яровых посевов данными космической съемки, космический мониторинг яровых посевов в основных зерносеющих областях перешел в режим регулярного оперативного информационного обеспечения МСХ РК.

Сегодня дополнительно к спутниковым данным Terra/MODIS к анализу привлекаются широкополосные данные индийской спутниковой системы IRS-P6/LISS/Awifs и канадской радиолокационной космической съемки RADARSAT-1. Подключение новых спутниковых систем существенно расширило список задач, решаемых с помощью космического мониторинга.

В настоящий момент список задач космического мониторинга сельскохозяйственных угодий Казахстана включает оценку посевной площади яровых культур и паровых полей, контроль сроков ярового сева, оценку состояния и засоренности зерновых посевов; прогноз валового сбора зерна месячной заблаговременности; контроль сроков уборочных работ и убранных площадей.

Указанные виды работ выполняются для основных зерносеющих регионов Казахстана: Акмолинской, Костанайской, Северо-Казахстанской, Карагандинской и Павлодарской областей, где основной культурой возделывания является яровая пшеница и ячмень; Кызылординской области, где возделывается рис.

Высокая точность и эффективность работ достигаются за счет применения современных ГИС-технологий. Ежегодно в рамках разработанных ГИС для каждой области обновляется атрибутивная информация по каждому полю, что позволяет проводить различные виды ГИС-анализа и хранить историю полей за все годы мониторинга. Результаты наземных наблюдений используются в качестве обучающих материалов для классификационных моделей и проверки их применимости в процессе тематического дешифрирования, а также для верификации методик решения прикладных задач мониторинга.

Сегодня мониторинг землепользования основывается на данных Terra/MODIS (250 м), IRS/LISS (23 м), IRS/Awifs (56 м) и RАDARSAT-1 (100 м). Соответствие между наземными обследованиями Акмолинской области в 2000-2009 гг. и результатами распознавания посевов зерновых культур по спутниковым данным составляет 97%. Анализ 3% ошибок показал, что они были связаны в основном с дефицитом «безоблачной» информации или сильными отклонениями в календарных датах проведения основных сельскохозяйственных работ. В качестве базовой методики расчета посевных площадей по материалам космической съемки используется прямая оценка размера площади спутниковой маски. Важным моментом является учет влияния граничных пикселей маски.

Система учета различий между площадью, определяемой маской зерновых культур, и реальной ситуацией строится на использовании ряда локальных геоинформационных систем. В настоящий момент используются ГИС для районов с суммарной площадью пахотных земель свыше 5 млн га. Суммарная ошибка метода определения размера посевных площадей яровых зерновых культур по спутниковым данным для отдельной области (свыше 4 млн га посевов) находится в пределах 3-5%. Результаты представляются к 1 июля текущего года в форме табличных данных о размерах посевных площадей яровых зерновых культур и областных картосхем расположения посевов яровых культур в целом.

Для оценки состояния зерновых посевов и прогноза урожайности анализируются агрометеорологические условия, данные стационарных полигонов и наземного маршрутного обследования, распределение спутниковых индексов вегетации. Одна из проблем прогноза урожайности из космоса заключается в наличии сорной растительности в зеленой биомассе посевов зерновых культур. Для оценки этого фактора разработана технология оценки степени засоренности и учета ее влияния на будущий урожай.

Практика последних лет показала, что использование спутниковых данных играет важную роль в обеспечении МСХ РК оперативной статистической и картографической информацией. Наличие такого источника объективной информации позволяет руководству проводить мониторинг некоторых параметров зернового производства (посевные площади, севооборот, фитосанитарное состояние и урожайность) в основных зерносеющих областях республики. В результате создаются условия для установления экономической прозрачности в зерновом производстве, что способствует его саморегуляции и развитию рыночных отношений в сельскохозяйственном секторе экономики республики.

Применение спутниковых данных открывает возможность выявления незарегистрированных посевных площадей, вовлечения залежных земель в севооборот, контроля объема паровых полей, оптимизации использования химических средств защиты растений, что будет, в свою очередь, дисциплинировать сельскохозяйственных производителей и способствовать охране окружающей среды. Кроме того, наличие оперативных и объективных методов контроля сельскохозяйственного производства расширяет возможности МСХ РК в организации государственной поддержки сельскохозяйственных производителей.

Опыт космического мониторинга основных зерносеющих регионов Казахстана показал перспективность данного направления. Уже сегодня пользователям открыт доступ к результатам космического мониторинга на геопортале agriculture.gzi.kz.

В будущем планируется территориальное расширение работ по космическому мониторингу сельскохозяйственных угодий. Предполагается, что он распространится также на западные и южные области, с включением озимых зерновых, технических и масличных культур в список контролируемых посевов. Кроме того, будут проводиться оценки состояния и продуктивности пастбищ Казахстана.

Одним из наиболее перспективных направлений применения данных дистанционного зондирования является развитие системы страхования урожая в Казахстане на базе ситуационного центра космического мониторинга МСХ РК. В качестве нового направления применения космических технологий в Казахстане планируется развернуть работы по созданию информационного обеспечения системы точного земледелия на основе высокоточной спутниковой навигации и данных будущей космической системы дистанционного зондирования РК.

Текст:

Л.Ф. Спивак – д.т.н., директор ДТОО «Институт космических исследований;

Н.Р. Муратова – к.т.н., начальник отдела «Исследования Земли из космоса», ДТОО «Институт космических исследований».

0
Голосов еще нет

Задать вопрос автору