Электронные карты полей: какие бывают, для чего нужны и как создаются

Испокон веков, аграрии пахали, вносили удобрения и сеяли по единым нормам для всего поля. Подобная практика действует по сей день, хотя большого роста эффективности вложений она уже не дает. Исправить ситуацию помогают электронные карты.

Зачем они нужны?

Новый подход позволяет определить условия для развития растений по каждому единичному участку. Электронная карта составляется по данным обследования поля, после чего, с ее помощью, определяют, где надо глубже пахать, гуще сеять и больше вносить удобрений. А где — наоборот. На основе той же электронной карты, разрабатываются инструкции для автоматических систем.

Основные преимущества электронной карты, по сравнению с бумажной:

• Более наглядная, а потому — удобная и эффективная.
• Можно вносить изменения в режиме реального времени.
• Точная и информативная, к любому блоку данных обеспечен быстрый доступ.
• Совместима с компьютерным ПО и управленческими программами.

Данный список можно продолжить. Имея на руках карту с характеристиками поля по каждому участку, фермер получает возможность рационально распределять ресурсы. Исключается перерасход там, где раньше, по средним нормам, они вносились в избытке. Зато на участках, которые прежде получали недостаточно, повышается урожайность, за счет удовлетворения реальных потребностей растений. Кроме того, с помощью электронной карты:

• Обеспечивается параллельное вождение.
• Осуществляется мониторинг подвижных объектов.
• Планируются производственные процессы.
• Учитывается урожайность по участкам.
• Автоматически рассчитываются обработанная площадь, намолот, удельный расход топлива и другие параметры.

И это далеко не все примеры ее использования.

Что это такое и как выглядит?

На само деле, это обыкновенная карта, только в электронном виде. Новый формат позволяет работать с ней на компьютере. Плюс, она более информативная.

Но для полного понимания возможностей таких карт, нужно знать, что такое точное земледелие. Прецизионное земледелие — это не просто новая технология, а совершенно иной подход к аграрному управлению. Он основан на том, что в пределах одного поля имеются участки с разными условиями для развития растений. Агроном использует в своей работе данные спутниковых систем и компьютерные программы. Особенно важно, что данная концепция предусматривает совершенно иной уровень работы с данными.

То есть электронная карта поля не просто бумажная карта в электронном виде, а совершенно другой уровень информативности — более полный и разносторонний, в реальном времени, точный, динамично изменяющийся, дифференцированный по участкам. Без нее организовать управление по принципам прецизионного земледелия невозможно.

Какие бывают электронные карты?

Электронная карта поля представляет собой план-схему, сделанную в специальной программе, позволяющей выполнять создание и редактирование графических изображений. На рисунке, в качестве примера, приведена одна из них.

Электронная карта массивов полей

Векторные и растровые карты

По способу представления информации, электронные карты (как и прочие изображения) могут быть растровыми или векторными. В растровых (RNC) рисунок — это матрица с большим числом точек (пикселей). Сведения об отдельных объектах в памяти не сохраняются. В качестве исходных данных используется бумажная карта, с которой сканируются основа и цветное изображение. Полученная электронная карта является копией первоисточника.

В векторной (VENC) элементы карты представлены линиями, точками, контурами. Все это имеет свои координаты и определенный код. Информация о любом объекте сохраняется в памяти как последовательность относящихся к нему записей.

Объекты векторной карты распределяются по тематическим уровням, которые называются слоями. Разделение информации по слоям позволяет управлять их видимостью, при выводе карты на монитор.

До недавнего времени, векторные карты выполнялись методом перенесения данных с бумажных первоисточников по дигитайзерной технологии, в которой было много ручного труда. Сегодня это делается способом автоматического сканирования, позволяющим "векторизировать" бумажную карту в необходимом формате. Кроме того, появилась возможность использовать в качестве исходной информации не только геодезическую съемку местности, но и результаты спутниковой фотометрической съемки. В итоге электронные карты стали намного точнее.

Как создают такие карты?

Для этого используют одну из двух основных технологий. В первом случае специалист объезжает контуры полей на автомобиле со специальным оборудованием — GPS-приемником (агрометром, курсоуказателем, автопилотом с записью трека). Затем, полученные координаты в файлах формата NMEA0183 загружаются в компьютер. После этого, с помощью специальной программы, измеренные треки наносятся на карту и редактируются. Объектам присваиваются соответствующие атрибуты.

Сравнение инструментов для проведения обмера полей. Источник: smartfarming.ua

Во втором случае делается съемка со спутника или дрона. Можно объединить эти два способа — взять космический снимок и уточнить его в процессе объезда полей.

Создание карты — обрисовка контура по снимку из космоса.

В результате получается схема полей с точными (до 0,1%) площадями и границами. В прецизионном земледелии не рекомендуется пользоваться только старыми (двадцати- или тридцатилетней давности) кадастровыми картами. Потому что с течением времени неизбежно происходят изменения: где-то возникла почвенная эрозия, какой-то участок зарос кустарником, где-то образовалось заболачивание и прочее.

Если сведения о границах поля необъективные, то хозяйство несет убытки. На обработку неучтенных участков не выделяются ГСМ, удобрения, семена, зарплата. Наличие "лишних" гектаров фактически занижает нормы высева, внесения СЗР и удобрений, ведет к перерасходу ГСМ и падению урожайности. Плохо и в том случае, когда реальная площадь поля меньше, чем на карте.

Электронная карта поля делается многослойной. Она содержит следующие уровни:

• Системный.
• Населенные пункты.
• Гидрография.
• Объекты, выступающие в качестве помех.
• Дорожная сеть.
• Лесополосы и другая растительность.
• Информация по объектам.
• Названия и подписи.

Электронная карта может быть двух- или трехмерной. Во втором случае визуально отражается рельеф местности.

В каком формате желательно делать план-схему? Здесь надо учитывать, что электронная карта обычно не используется сама по себе. Она является частью управленческого ПО — программы более высокого уровня, с помощью которой собирается, структурируется и обрабатывается информация о выполняемых в хозяйстве агротехнических операциях. И карта должна быть с ней совместима.

Почвенные карты

Описанная выше электронная карта поля — не единственная, необходимая агроному для управления процессами. Кроме нее, создаются почвенные карты.

Почвенные карты. Источник: Андрей Ачасов 50northspatial.org

На любом поле можно выделить сектора, разные по механическому и химическому составу почвы. Чтобы разработать порядок дифференцированного внесения микро- и макроэлементов, надо знать, как они распределены по площади.

Карта агрохимического обследования. Источник: sasagro.com

Для получения необходимых сведений, проводят почвенно-химический анализ. Это одна из обязательных технологий прецизионного земледелия. С ее помощью определяется, сколько и каких элементов надо внести на каждый единичный участок в предпосевной и вегетационный периоды. Подобный анализ состоит из трех этапов:

• Отбор почвенных образцов.
• Анализ отобранных проб грунта.
• Рекомендации по внесению удобрений, составление электронной карты с данными почвенного анализа.

Помимо почвенных карт, на базе мультиспектральных фотографий, сделанных БПЛА, создаются электронные карты:

• Однородности посевов.
• Заболеваний растений.
• Высоты посевов.
• Сорной растительности.
• Подсчета всходов.
• Потенциала роста растений.

По тем же данным можно изготовить электронные карты стоячих вод и рельефа местности. А также подсчитать индекс NDVI и оценить развитие биомассы растений.

Если ко всем перечисленным выше картам добавить установленные на агрегатах системы параллельного вождения, дифференцированного внесения семян, удобрений и СЗР, метеостанцию с датчиками, позволяющую получать не только прогнозы, но также оперативную информацию о влажности почвы и погодных условиях — это составит основной комплекс оборудования на период вегетации растений.

Карта урожайности

Еще один вид — карты урожайности. В пределах одного и того же поля, данный параметр может варьироваться в большом диапазоне. Для составления карт урожайности, комбайн оборудуется GPS- приемником с датчиком регистрации поступающего в бункер зерна и сенсором влажности. По мере движения комбайна по полю, прибор определяет координаты машины и, на их основе, подсчитывает количество зерна, поступившее с каждого единичного участка. Одновременно измеряется влажность.

Впоследствии электронные карты урожайности применяются для выявления проблемных участков и устранения причин, из-за которых имеют место серьезные колебания результатов.

Картографирование урожайности. Источник: frendt.com.ua

Электронные карты — это один из основных элементов точного земледелия. Можно ли работать без них? Конечно, можно! Только результат будет приблизительно таким же, как если бы вдруг какой-нибудь лихач автогонщик вздумал мчаться на современном болиде с завязанными глазами.