В связи с интенсификацией производства в животноводстве и усилением его воздействия на окружающую среду вопросы мониторинга сельскохозяйственных объектов требуют все большего внимания.
Сбор данных о фактическом экологическом состоянии животноводческих объектов является важным элементом разрабатываемой «Интеллектуальной аналитической программной платформы для оценки экологической безопасности, прогнозирования и управления сельскохозяйственными экосистемами».
Для получения оперативной информации о животноводческих объектах авторами разработана методика, обеспечивающая получение данных о местоположении и направлении деятельности предприятия, о поголовье животных/птицы, размерах ферм, навозохранилищ и др.
Что может ГИС?
Уровень развития информационных технологий дал толчок формированию геоинформационных систем (ГИС), позволяющих осуществлять сбор, хранение, обработку и отображение пространственных данных в различных отраслях производства. В сельском хозяйстве ГИС стали неотъемлемой частью процессов планирования и управления. Их применение способствует повышению эффективности работы за счет оптимизации использования ресурсов и снижения затрат.
Использование геоинформационных систем позволяет:
- проводить анализ и оценку земельных ресурсов: ГИС дают возможность определить наиболее подходящие для сельского хозяйства земли, учитывать их плодородие и наметить меры повышения урожайности;
- планировать и контролировать выполнение сельскохозяйственных работ от обработки почвы и посева до сбора урожая, и его транспортировки;
- моделировать и прогнозировать изменения в окружающей среде: оценивать влияние различных факторов, таких как климатические изменения, эрозия почв, загрязнение водоемов и др., на урожайность и принимать соответствующие решения;
- анализировать и контролировать распространение вредителей и болезней: ГИС-анализ позволяет выявить зоны повышенного риска и своевременно принять меры по борьбе с вредителями и болезнями;
- создавать электронные карты полей: это упрощает процесс учета, контроля и анализа урожайности, а также обеспечивает более точный расчет объема удобрений и средств защиты растений;
- вести учет и контроль сельскохозяйственной техники, оборудования и материалов.
Существуют следующие методы мониторинга животноводческих объектов:
- наземные методы, основанные на визуальном мониторинге (фотовидеосъемка), предполагают непосредственный контакт с объектом мониторинга;
- дистанционные методы – это мониторинг с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для контроля загрязнений воздуха, почвы, водных источников продуктами жизнедеятельности животных, нерационального использования удобрений и техники;
- аэрокосмические, космические, авиационного базирования, мониторинг с использованием геоинформационных систем.
Системы мониторинга могут существенно улучшить управление и контроль над сельскохозяйственными процессами, обеспечивая более эффективное и устойчивое развитие отрасли.
Источники информации
При анализе методов мониторинга и разработке алгоритма оценки животноводческих объектов для получения оперативной информации авторы применили методы системного и структурного анализа, ГИС-анализа, дешифрирования космических снимков, цифровой обработки изображений, распознавания образов.
Объектами мониторинга были здания для содержания животных и птицы, территория рядом с фермами и комплексами, поля, навозохранилища и т.д.
Основными источниками информации при проведении анализа сельскохозяйственных объектов являлись:
- картографическая информация на основе имеющихся топографических и тематических карт;
- дистанционная аэро- и космическая информация (данные дистанционного зондирования Земли – ДДЗ);
- информация полевых обследований с инструментальной пространственной привязкой;
- статистическая информация;
- литературная, фондовая и архивная информация;
- информация из проектной документации. Для определения количественных характеристик навоза/помета использовалась методика расчета количественных характеристик навоза.
Этапы анализа объектов
Геоинформационный мониторинг сельскохозяйственных объектов имеет единую принципиальную схему, состоящую из сбора данных, их обработки, анализа, моделирования и представления информации. Он объединяет в себе локальное и экологическое направления.
Анализ животноводческих сельскохозяйственных объектов осуществлялся по алгоритму, позволяющему выполнить их количественную оценку с учетом эколого-экономических и природно-климатических условий на исследуемой территории.
Работа алгоритма следующая:
1. Задается подлежащая анализу территория (ГИС координаты).
2. Определяется исходная информация (наименование сельскохозяйственных предприятий, направления деятельности) из достоверных источников (данные Росстата – Единая межведомственная информационно-статистическая система (ЕМИСС), интернет-сайт Министерства сельского хозяйства РФ, сайты региональных Комитетов агропромышленного комплекса, из Информационно-аналитической системы «СЕЛЭКС»).
3. На рассматриваемой территории выявляются сельскохозяйственные объекты (животноводческий/свиноводческий/птицеводческий комплекс, навозохранилища).
4. По геометрическим признакам, составу, структуре и размещению объектов определяется направление деятельности комплекса, фермы (КРС, свиноводство, птицеводство) (рис. 1).
Основные признаки для определения направления деятельности анализируемого объекта:
- наличие галереи говорит о содержании КРС;
- наличие вентиляционных систем на крыше зданий характерно для птицефабрик;
- узкогабаритные здания характерны для свиноводческих помещений.
5. По геометрическим признакам, составу, структуре и размещению объектов с использованием инструментов измерения на карте ГИС определяются количественные значения объектов (количество голов, объем навозохранилищ, площадь компостных площадок и т.д.).
Например, на рис.1б можно достоверно определить длину и ширину зданий, а также их вместимость. Размеры навозохранилищ и их вместимость определяются на карте с помощью инструмента измерения. Анализ и расчет проводится с учетом нормативных документов АПК Минсельхоза.
6. Выполняется расчет выхода навоза/помета по количеству животных/птицы, определенному с использованием ГИС, и анализируется соответствие с имеющимися навозохранилищами.
Например, хозяйство занимается выращиванием 18500 голов свиней, выход навоза составляет 49539 т/год, в наличии имеются 4 наземных навозохранилища цилиндрической формы общей вместимостью 24320 т (рис. 2).
Для комплексной оценки
Разработанный алгоритм анализа сельскохозяйственных объектов с использованием геоинформационных систем позволяет определить поголовье животных, птицы, выход навоза и количество навозохранилищ на анализируемом сельскохозяйственном предприятии.
Использование геоинформационных систем позволяет моделировать развитие экологической ситуации на сельскохозяйственных объектах, получать комплексную оценку состояния объектов на основе разнородных данных.
Дальнейшее совершенствование методики заключается в накоплении данных и формировании экологической оценки сельскохозяйственной деятельности, разработке автоматизированной самообучающейся системы для экологической оценки сельскохозяйственных объектов.
Освоение полученных результатов особенно важно для федерального государственного контроля (надзора) в сфере ветеринарии и земельного контроля для организации мониторинга и анализа деятельности по работе с побочной продукцией животноводства при реализации Федерального закона № 248-ФЗ от 14 июля 2022 года «О побочных продуктах животноводства и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
