Разработка ГИС системы для оценки агрохимического состояния сельскохозяйственных земель

1)Создание  поверхности – моделирование  регулярных (GRID) или нерегулярных (TIN)  методами: кригинга, ОВР, сплайнов и естественной окрестности. ТIN – ещё один вид геоданных в ГИС системах. Триангулярная нерегулярная сеть состоит из треугольников и делит на них всю интерполируемую поверхность.  

2) Анализ поверхностей - топографические поверхности дают уникальную возможность связать данные с реальным рельефом местности и проследить, как изменения этих поверхностей будут влиять на данные. Комбинация карт, отражающих рельеф местности, с данными, даст более реалистичную картину интересующей территории, что в свою очередь позволит выполнять точный анализ

в рамках поставленных задач.

• Уклон – определяет максимальную скорость изменения от каждой ячейки к соседним. Результирующий растровый набор данных уклонов вычисляется либо в процентах,  либо в градусах.
• Экспозиция определяет направление максимального уклона от каждой ячейки к соседним. Значения результирующего растрового набора данных представляют компасные направления экспозиции: 0 представляет истинное направление на Север, экспозиция 90° - направление на Восток, и т.д.).
• Отмывка рельефа используется для определения гипотетической освещенности поверхности для анализа или для графического отображения. В целях анализа отмывка применяется для определения периода времени и интенсивности солнечного освещения в данном месте. Если отмывка рельефа используется для графического отображения, она может значительно улучшить изображение рельефа поверхности.
• Функция построения изолиний создает результирующий набор данных полилиний. Значение каждой линии представляет все соседние местоположения с тем же значением высоты, величины или концентрации, или другого параметра, представленного во входном наборе данных. Функция не соединяет центры ячеек, она интерполирует линию, представляющую местоположения с одинаковым значением. Создание изолиний – это эффективный способ идентификации мест с одинаковым значением какого либо параметра. Изолинии полезны также при представлении поверхности, поскольку они позволяют визуализировать плоские и крутые участки поверхности по расстоянию между изолиниями. По ним можно также определять гребни и долины.
• Кривизна измеряет уклон поверхности в каждой ячейке. При этом вычисляется вторая производная по входному растровому набору данных – уклон от уклона. Результат вычисления кривизны может быть использован при описании физических характеристик поверхности, таких как процессы эрозии и стока. Уклон определяет общую скорость нисходящего движения, а экспозиция – направление потока. Профильная кривизна представляет форму поверхности в направлении уклона. Платформенная кривизна представляет форму поверхности, перпендикулярной направлению уклона.
• Площадь и объем – вычисляются площадь трехмерной поверхности рельефа или объем между поверхностью и плоскостью на заданной высоте.
• Профиль – создается график профиля для визуализации и измерения высоты вдоль выбранных линий.
• Путь с наибольшим уклоном – строится линия в соответствии с нисходящим направлением максимального уклона поверхности.
• Анализ видимости – позволяет определить видимость с учетом рельефа от одной точки до другой точки вдоль заданной линии взгляда, или по всей поверхности в виде зон видимости. Форма поверхности определяет, какие части поверхности видны из любой заданной точки.
• Зоны видимости – при расчете зон видимости определяется, сколько точек наблюдения, заданных по входному растровому набору данных, могут быть видны из каждой ячейки, или же какие ячейки могут быть видны из каждой точки наблюдения. [29]

Трехмерный  анализ наиболее важен в тех района,  которых хозяйства расположены  на сложно рельефе, так как позволяет  оценить многие факторы, влияющие на ведение хозяйства, возделывание сельскохозяйственных культур и разработке агротехнических мероприятий. Значения уклона позволяют моделировать процессы почвенного стока, водной эрозии  и тем самым планировать мероприятия по их регулированию. Благодаря карту экспозиции склонов, возможно, побрать наилучше местоположения для возделывания тех или иных культур. Применение всех методов одновременно позволяет находить участки наиболее подходящие для возделывания сельскохозяйственных культур учитывая все возможные показатели.

В дополнение к трем рассмотренным  модулям анализа можно добывать модули анализа сетей и геодезического анализа, которые также могут  быть использованы в сельском хозяйстве. Например, анализ сетей позволяет  находить кратчайшие пути между пунктами, но в  отличие от пространственного  анализа, который работает простой  поверхностью, сетевой работает на основе геометрических сетей. Такие  геометрические сети представляют собой  сочетания ребер и узлов, объединенные определенными правилами, подобными топологическим. В качестве сетей можно представить дороги и их перекрестки. Для планирования доставки удобрений предпочтительно использовать модуль анализа сетей, которой позволит не только найти наикратчайший путь из одного пункта в другой, но и спланирует весь маршрут, с наименьшими затратами проходящий через все необходимые пункты. Также есть возможность наблюдать в режиме реального времени за движением техники, и в необходимых случаях регулировать его.

Модуль  геодезического анализа предназначен для повышения точности нанесения  данных на карту. Космоснимки и внутрихозяйственные  планы не всегда дают необходимую  точность. Инструменты устроены так, что могут работать с первичными данными, полученными непосредственно  с тахеометров. Углы и расстояния заносятся в специальную базу данных, где происходит их преобразование и нанесение на карту. Точность при этом повышается очень значительно.

Используя все инструменты анализа ГИС  возможно рациональное ведения хозяйства, оправданное материальными затратами  и затратами труда. В конечном итоге вся информация помогает принять  управленческое решение.         

Так, например, была создана карта, показывающая наилучшие местоположения для возделывания сельскохозяйственных культур учитывающая два показателя, это содержание фосфора и РН почвы. С помощью модуля геостатического анализа были проинтерполированы значения показателей фосфора и РН, которые были присвоены отдельным полям. В результате получились две непрерывных поверхности, отражающие, цветом, градацию показателей. Далее, с помощью модуля пространственного анализа растры были сложены, и также цветом, показаны местоположения с оптимальным соотношением показателей (Приложение Г).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 БЕЗОПАСНОСТЬ  ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 

 

В последние годы большое внимание уделяется улучшению условий  труда пользователей электронно-вычислительных машин, несмотря на то, что качество и безопасность их постоянно улучшаются.

Опасные и вредные производственные факторы:

• повышенная температура поверхностей ПК;
• повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны;
• повышенная или пониженная влажность воздуха;
• повышенный или пониженный уровень отрицательных и положительных аэроионов;
• повышенный уровень статического электричества;
• повышенный уровень электромагнитных излучений;
• повышенная напряженность электрического поля;
• прямая и отраженная блесткость;
• зрительное напряжение;
• монотонность трудового процесса;

Работа на ПК сопровождается постоянным и значительным напряжением функций  зрительного анализатора. Расстройство органов зрения резко увеличивается  при работе более четырех часов  в день. Нервно-эмоциональное напряжение при работе на ПК возникает вследствие дефицита времени, большого объема и  плотности информации, особенностей диалогового режима общения человека и ПК, ответственности за безошибочность информации.

Повышенные статические и динамические нагрузки у пользователей ПК приводят к жалобам на боли в спине, шейном отделе позвоночника и руках. Из всех недомоганий, обусловленных работой  на компьютерах, чаще встречаются те, которые связаны с использованием клавиатуры. К числу факторов, ухудшающих состояние здоровья пользователей компьютерной техники, относятся электромагнитное и электростатическое поля, акустический шум, изменение ионного состава воздуха и параметров микроклимата в помещении. Немаловажную роль играют эргономические параметры расположения экрана монитора (дисплея), состояние освещенности на рабочем месте, параметры мебели и характеристики помещения, где расположена компьютерная техника.

С 30 июня 2003 г. введены новые Санитарно-эпидемиологические правила СанПиН 2.2.2/2.4. 1340-03 “Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы”.[26]

К физическим вредным и опасным  факторам относятся: повышенные уровни электромагнитного, ультрафиолетового  и инфракрасного излучения; повышенный уровень статического электричества  и запыленности воздуха рабочей  зоны; повышенное содержание положительных  аэронов и пониженное содержание отрицательных аэройонов в воздухе  рабочей зоны; повышенный уровень  блескости и ослепленности; неравномерность  распределения яркости в поле зрения; повышенная яркость светового  изображения; повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека.

Психофизиологические вредные  и опасные факторы: напряжение зрения и внимания; интеллектуальные, эмоциональные  и длительные статические нагрузки; монотонность труда; большой объем  информации, обрабатываемый в единицу  времени; нерациональная организация  рабочего места.

Типичными ощущениями, которые испытывают к концу рабочего дня операторы  ПЭВМ, являются: переутомление глаз, головная боль, тянущие боли в мышцах шеи, рук и спины, снижение концентрации внимания.

Тепловое воздействие ЭМП характеризуется повышением температуры тела, локальным избирательным нагревом клеток, тканей и органов вследствие перехода ЭМП в тепловую энергию. Интенсивность нагрева зависит от количества поглощенной энергии и скорости оттока тепла от облучаемых участков тела. Отток тепла затруднен в органах и тканях с плохим кровоснабжением. К ним в первую очередь относится хрусталик глаза, вследствие чего возможно развитие катаракты. Тепловому воздействию ЭМП подвергаются также паренхиматозные органы (печень, поджелудочная железа) и полые органы, содержащие жидкость (мочевой пузырь, желудок). Нагревание их может вызвать обострение хронических заболеваний. [24]

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Итогом  работы является разработанная технология создания геоинформационной системы  хозяйства ООО «Каргополье». Модификация методов и способов визуализации карт и картограмм. Расширение возможностей анализа показателей. Печать графической информации.

В ходе выполнения поставленной задачи по разработке ГИС ООО «Каргополье» была создана система, состоящая  из 4-х векторных слоев, наглядно отображающих границу хозяйства, его  гидрологию, хозяйственные постройки  и элементарные почвенные структуры. Разработаны методы и способы визуализации информации, подписей данных, а также цветовых диапазонов применяемых при группировке почв.   

Анализ  показателей на основе ГИС был  реализован несколькими способами. Во-первых, это применение тематической картографии, позволяющей наглядно оценить пространственное распределение  показателя по территории. Во-вторых, это  получение информации об элементарной почвенной структуре  с помощью  простого нажатия на инструмент «Info». Данные при этом извлекаются из соответствующих таблиц по всем имеющимся показателям. В-третьих, это получение статистической информации о какой-либо таблице, в которой указывается сумма всех значений, среднее всех значений, средне квадратичное, минимальное и максимальное значение, разброс,  а также количество данных, вошедших в статистику. Выборки и SQL-запросы, благодаря которым возможно извлечение информации отвечающим любым условиям запроса, с поставленными математическими задачами.

Отдельное внимание необходимо уделить комплексному анализу, включающему в себя пространственный, геостатистический, трехмерный сетевой  и геодезический анализы. 

Подводя итог, хочется отметить, что поле для исследований, в данном направление, воистину безгранично.  

 

 

 

 

 

 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Черный, А. К вопросу о  необходимости расширения почвенно-оценочных  исследований [Текст] / А. Черный // Почвоведение. -1907. -№9. –С. 241.
2. Полынов, Б. Очерк развития типа почвенных исследований в земском кадастре [Текст] / Б. Полынов // Почвоведение. -1903. -№2. –С. 202.
3. Белецкий, И. Составление нормального плана и программы работ для сельскохозяйственного изучения почв на местах [Текст] / И. Белецкий // Почвоведение. -1907. -№9. –С. 203-207.
4. Левицкий, А.П. Краткий обзор почвенных исследований Европейской России [Текст] / А.П. Левицкий // Почвоведение. -1907. -№9. –С. 236-238.
5. Хитров, Н.Б. Методическое обеспечение мониторинга земель сельскохозяйственного назначения [Текст] / Н.Б. Хитров, Э.Н. Молчанов, Л.Ф. Назарова  // Почвоведение. -2010. -№5. –С. 634-636.
6. "О Концепции развития государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения и земель, используемых или предоставленных для ведения сельского хозяйства в составе земель иных категорий, и формирования государственных информационных ресурсов об этих землях на период до 2020 года"  [Текст] / /Распоряжение Правительства Российской Федерации от 30 июля 2010 г. №1292-р
7. Иванов, А.Л. Научное обеспечение мониторинга сельскохозяйственных земель [Текст] / А.Л. Иванов // Проблемы агрохимии и экологии. -2009. -№4. –С. 42-47.
8. Подколзин, О.А. Исследование методов использования ГИС-технологий при эколого-агрохимическом мониторинге сельскохозяйственных земель в ставропольском крае [Текст] / О.А. Подколзин, Г.Л. Пилипенко, А.В. Бурлай, Л.В. Пилипенко  // Проблемы агрохимии и экологии. -2009. -№4. –С. 48-53.
9. Сычев, В.Г. Опыт создания единой систематизированной базы данных полевых опытов Агрохимслужбы и Геосети «Агрогеос»  [Текст] / В.Г. Сычев, О.В. Рухович, В.А. Романенков, М.В. Беличенко, М.П. Листова  // Проблемы агрохимии и экологии. -2008. -№3. –С. 35-37.
10. Афанасьев, Р.А. Агрохимическое обеспечение точного земледелия [Текст] / Р.А. Афанасьев, // Проблемы агрохимии и экологии. -2008. -№3. –С. 46.
11. Сычев, В.Г., Аристархов В.Н., Державин А.М. и др. Проведение крупномасштабной почвенной съемки с отражением структуры почвенного покрова (СПП) [Текст] / Сычев В.Г., Аристархов В.Н., Державин А.М. и др. // Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. -2003. –С.50
12. Сычев, В.Г., Аристархов В.Н., Державин А.М. и др. Агрохимическое обследование почв земель сельскохозяйственного назначения [Текст] / Сычев В.Г., Аристархов В.Н., Державин А.М. и др. // Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. -2003. –С.50
13. ГОСТ  26483-85. Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее pH по методу ЦИНАО. Государственный комитет СССР по стандартам. 1985
14. ГОСТ 26212-91. Определение гидролитической кислотности по методу Каппена в модификации ЦИНАО. Комитет стандартизации и метрологии СССР. 1991
15. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества. Комитет стандартизации и метрологии СССР. 1991
16. ГОСТ 12536-79. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. Комитет стандартизации и метрологии СССР. 1979
17. ГОСТ 26261-84. Почвы. Методы определения валового фосфора и валового калия. ЦИНАО. Государственный комитет СССР по стандартам. 1984
18. ГОСТ 27821-88. Почвы. Определение суммы поглощенных оснований по методу Каппена. Государственный комитет СССР по стандартам. 1988
19. ГОСТ 17.4.4.01-84. Почвы. Методы определения емкости катионного обмена. Государственный комитет СССР по стандартам. 1984
20. Поликина, Л.Н. предпосылки устойчивого развития Каргопольсокго района [Текст] / Л.Н. Поликина, Д.Ю. Поликин // Науки о земле. -2003.–С. 22.
21. Кащенко, В.С. Почвы и кормовые угодья совхоза «Каргопольский» Каргопольского района Архангельской области, их улучшение и рациональное использование. [Текст] / В.С Кащенко / Москва – 1983
22. Руководство пользователя MapInfo Professional 10.1 / MapInfo Corporation / Troy, New York // 2007 / 620с
23. Безопасность жизнедеятельности: Учебник/ под ред. проф. Э. А. Арустамова. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательско - торговая корпорация «Дашков и Ко» , 2003. – 496с.
24. Справочное методическое пособие «Безопасность жизнедеятельности» Анфилофьев Б. А., Луканенко В. Г., Несоленов Г. Ф. 2007
25. Типовая инструкция по охране труда при работе на персональном компьютере / ТОИ Р-45-084-01
26. Санитарно-эпидемиологические правила СанПиН 2.2.2/2.4. 1340-03 “Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы”
27. Руководство пользователя ESRI ArcGIS / Geostatistical Analyst / ESRI / / New York / / 2001 / 285c / Russian translation by DATA +, Ltd
28. Руководство пользователя ESRI ArcGIS / Spatial Analyst / ESRI / / New York / / 2001 / 219c / Russian translation by DATA +, Ltd
29. Руководство пользователя ESRI ArcGIS / 3D Analyst / ESRI White Paper / / New York / / 2002 / 414c / Russian translation by DATA +, Ltd
30. Руководство пользователя ESRI ArcGIS / Survey Analyst / ESRI / / New York / / 2005 / 303c / Russian translation by DATA +, Ltd
31. Руководство пользователя ESRI ArcGIS / ArcMap / ESRI / / New York / / 2004 / 559c / Russian translation by DATA +, Ltd
32. Руководство пользователя ESRI ArcGIS / ArcCatalog / ESRI / / New York / / 2003 / 274c / Russian translation by DATA +, Ltd
33. Руководство пользователя ESRI ArcGIS / Геообработка в ArcGIS / Jill McCoy / / New York / / 2004 / 364c / Russian translation by DATA +, Ltd