Volume № 39 (2021)

УДК

551.501.8

DOI

10.53988 /24136573-2021-01-01

Используйте это описание для цитирования: 

Cite this article as:

Гаврилов В.К., Зимин М.В., Моисеева Н.А. Возможности спутникового мониторинга для оценки состояния сельскохозяйственных земель и их инвестиционной привлекательности // Управление рисками в АПК. 2021. Вып. 39 С. 8-21. DOI: 10.53988/24136573-2021-01-01

Gavrilov V.K., Zimin M.V., Moiseeva N.A. Possibilities of satellite monitoring for assessing the state of agricultural lands and their investment attractiveness // Agricultural Risk Management, 2021, Vol. 39, pp. 8-21. DOI: 10.53988 /24136573-2021-01-01

НАУКИ О ЗЕМЛЕ | EARTH SCIENCES
ГАВРИЛОВ В.К., ЗИМИН М.В., МОИСЕЕВА Н.А.

ВОЗМОЖНОСТИ СПУТНИКОВОГО МОНИТОРИНГА ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ И ИХ ИНВЕСТИЦИОННОЙ ПРИВЛЕКАТЕЛЬНОСТИ

Моисеева Нина Андреевна – руководитель департамента производства тематических продуктов, ООО Инженерно-технологический центр «СКАНЭКС», Москва, Россия.
E-mail: moiseewa@scanex.ru
SPIN-код: 7267-9289

Гаврилов Валерий Константинович – заместитель генерального директора, ООО Инженерно-технологический центр «СКАНЭКС», Москва, Россия.
E-mail: gavrilov@scanex.ru

Зимин Михаил Викторович – заместитель генерального директора, ООО Инженерно-технологический центр «СКАНЭКС», Москва, Россия.
E-mail: zimin@scanex.ru
SPIN-код: 9005-2930

Аннотация

В статье рассматриваются технологии дистанционного зондирования Земли как инструмент формирования актуальной геопространственной и аналитической базы для последующего принятия инвестиционных и управленческих решений, связанных с использованием сельскохозяйственных земель. Авторы освещают проблематику оценки и мониторинга сельскохозяйственных земель и приводят примеры апробированных технологий применения данных спутниковой съемки.

Ключевые слова

Сельское хозяйство, сельскохозяйственные земли, инвестиционная привлекательность, оценка рисков, дистанционное зондирование, спутниковый мониторинг, мультиспектральная съемка, геоинформационные технологии, геопространственные технологии, сервисные технологии, точное земледелие, геопортал.

GAVRILOV V.K., ZIMIN M.V., MOISEEVA N.A.

SATELLITE MONITORING CAPABILITIES FOR ASSESSING THE STATE OF AGRICULTURAL LAND AND ITS INVESTMENT ATTRACTIVENESS

Moiseeva Nina Andreevna – Head of the Department of Thematic Products, «SCANEX» Engineering and Technology Center LLC, Moscow, Russia.
E-mail: moiseewa@scanex.ru

Gavrilov Valery Konstantinovich – Deputy General Director, «SCANEX» Engineering and Technology Center LLC, Moscow, Russia.
E-mail: gavrilov@scanex.ru

Zimin Mikhail Viktorovich – Deputy General Director, «SCANEX» Engineering and Technology Center LLC, Moscow, Russia.
E-mail: zimin@scanex.ru

Annotation

The article reviews the technologies of remote sensing of the Earth as a tool for the formation of an up-to-date geospatial and analytical base for the decision-making in investment and management related to the use of agricultural land. The authors highlight the problems of assessment and monitoring of agricultural land and give examples of proven technologies for the use of satellite imagery data.

Keywords

Agriculture, agricultural land, investment attractiveness, risk assessment, remote sensing, satellite monitoring, multispectral imagery, geoinformation technologies, geospatial technologies, service technologies, precision agriculture, geoportal.

Текст статьи

Нельзя переоценить важность оценки состояния земель сельскохозяйственного назначения в Российской Федерации, территория которой на 22,3% представлена землями данной категории, что составляет 381,7 млн га. Общая площадь сельскохозяйственных угодий в составе земель сельскохозяйственного назначения Российской Федерации составляет 197,8 млн га, в том числе общая площадь пашни – 116,2 млн га [1].

Предоставление оперативной, полной и актуальной информации, пригодной для оценки сельскохозяйственных земель на такой обширной территории, невозможно без применения дистанционных методов исследования Земли. Прикладные результаты космической деятельности – данные спутниковой съемки – являются важным источником информации в рамках цифровизации сельскохозяйственной отрасли, которая является частью национальной программы «Цифровая экономика», объявленной Президентом Российской Федерации проектом национального значения.

Технологии дистанционного зондирования Земли и геоинформационные методы способствуют повышению информационной обеспеченности процессов подготовки и принятия управленческих решений в агропромышленном секторе. Они позволяют сократить затраты на полевые исследования, ускорить производство работ, получить достоверную и объективную информацию об использовании и состоянии сельскохозяйственных земель, оценить состояние посевов на значительных площадях, повысить эффективность решений, принимаемых при проведении агротехнических мероприятий [2].

В настоящей статье мы рассмотрим конкретные примеры предлагаемых тематических продуктов, которые могут быть интересны для решения задач повышения эффективности сельскохозяйственного производства и оценки инвестиционной привлекательности сельскохозяйственных земель. Данные тематические продукты полезны как существующим сельскохозяйственным товаропроизводителям, так и тем, кто только анализирует земельные участки перед предстоящей покупкой или арендой. Продукты также могут быть интересны контрольно-надзорным органам, министерству сельского хозяйства Российской Федерации [3] и компаниям, занимающимся агрострахованием.

Информационно-технологическим решением, ориентированным на конечного пользователя, сегодня является Сервис. Современные Сервисы сельскохозяйственного мониторинга зачастую являются коммерческими и базируются на совместном применении спутниковой съемки и геоинформационных технологий, а конечному пользователю они предоставляются посредством Интернет-Геопортала. Таким образом, современные Сервисы позволяют ускорить, удешевить и упростить работу, что достигается за счет обеспечения оперативного доступа к данным, включая открытые данные, а также за счет отсутствия необходимости в специализированном программном обеспечении и особых компетенциях.

press to zoom

press to zoom
1/2

Развитие отрасли дистанционного зондирования в начале XXI века вызвало активный рост числа коммерческих сервисов [4]. В данной статье мы рассмотрим современные Сервисы сельскохозяйственного мониторинга на примере Геопортального решения «КосмосАгро», разработанного Инженерно-технологическим центром «СКАНЭКС» (входит в Группу Компаний «СКАНЭКС»).

Данное Геопортальное решение является полностью отечественной разработкой и в 2020 году Инженерно-технологический центр «СКАНЭКС» получил свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ (за номером 2020611490). Пользователь Сервиса будет независим от иностранных поставщиков программных комплексов и будет иметь широкие возможности по доработке Сервиса под индивидуальные клиентские задачи [5].
«КосмосАгро» является оперативным спутниковым Сервисом сельскохозяйственного мониторинга.

Сервис реализован как Интернет-Геопортал на платформе ScanEx Web GeoMixer (также отечественная разработка), конечный пользователь получает доступ к Сервису посредством Интернет-ссылки. Сервис базируется на применении спутниковой съемки открытого распространения – Landsat-8, Sentinel-2, MODIS, параметры данной спутниковой съемки, а также основные стандартные продукты Сервиса «КосмосАгро», получаемые на основе данной съемки, приведены в таблице 1.

Помимо приведенного выше стандартного набора данных с целью увеличения периодичности съемки и пространственной точности результатов обработки снимков в Сервис могут быть включены любые коммерческие наборы данных, например, SPOT-6/7 пространственного разрешения 1,5 метра на пиксел, а также данные субметровой спутниковой съемки [5].
Можно отметить ряд дополнительных продуктов Сервиса, которые также представляют интерес при оценке состояния сельскохозяйственных угодий и поставляются в составе базовой версии Сервиса, они приведены в таблице 2.

В качестве базовой геоинформационной пространственной подложки Сервиса используются материалы открытой картографической основы из различных источников, а также материалы высокодетальной спутниковой съемки.

Сервис поддерживает интеграцию практически с любыми данными конечного Пользователя (сведения о севообороте, данные агрохимических обследований и др.), интеграция происходит посредством протоколов REST API (REST – Representational State Transfer, API – Application Programming Interface).

press to zoom

press to zoom

press to zoom
1/5

Интерфейс Сервиса и его основные компоненты представлены на рисунке 1.

Использование временной последовательности данных спутникового мониторинга предоставляет Пользователям Сервиса дополнительный аналитический инструментарий оценки состояния посевов и прогнозирования их развития: у Пользователя появляется возможность наблюдать развитие посевов в течение всего периода использования поля, как представлено на рисунке 2.

На основе графиков хода вегетационного индекса, как пользователь, так и программные алгоритмы автоматизированного анализа данных спутниковой съемки, могут сделать выводы о событиях и явлениях, произошедших на сельскохозяйственном поле, более точно оценить состояние поля исходя из контекста его развития во времени, сделать прогноз для вегетационного сезона относительно года-аналога. Варианты вышеперечисленных прогнозов и оценок представлены на Рисунке 3.

Важной составляющей успешного внедрения технологии спутникового мониторинга сельскохозяйственной деятельности является предшествующая инвентаризация сельскохозяйственных угодий. Вектор развития сельскохозяйственной отрасли направлен на ее постепенную цифровизацию [6]. Тем не менее, далеко не все сельскохозяйственные товаропроизводители в настоящее время имеют актуальные цифровые сведения даже о границах своих сельскохозяйственных угодий и производят свою работу по схемам внутрихозяйственного устройства, пример результата цифровизации которых приведен на рисунке 4.

Зачастую землепользователи также используют границы земельных участков согласно Единому государственному реестру недвижимости в качестве цифровой основы, но следует отметить, что эти границы могут не совпадать с фактическими границами сельскохозяйственных полей, видимыми на материалах спутниковой съемки, также может быть ситуация, что земельный участок стоит на учете без описания границ. Данная ситуация проиллюстрирована на Рисунке 5.

1/1

В связи с вышеизложенной проблемой перед началом осуществления спутникового мониторинга состояния посевов видится необходимым проведение инвентаризации границ сельскохозяйственных угодий, так как, в противном случае, некорректность границ отразится на расчете статистических характеристик, получаемых на основе вегетационного индекса.

В этом аспекте предлагается комплексное применение данных различного пространственного разрешения: материалы спутниковой съемки открытого распространения (Landsat-8, Sentinel-2, MODIS) используются для оперативного мониторинга земель, а материалы высокодетальной и сверхвысокодетальной спутниковой съемки используются для проведения инвентаризации (допустим, материалы SPOT-6/7 разрешения 1,5 метров на пиксел или их аналоги).

press to zoom

press to zoom
1/2

Для тех сельскохозяйственных товаропроизводителей, которые только планируют приобретение или взятие в аренду земельных участков актуальным является не столько вопрос мониторинга состояния сельскохозяйственных земель, сколько вопрос оценки их инвестиционной привлекательности. Инвестиционная привлекательность земель оценивается во многом с точки зрения их готовности для вовлечения в сельскохозяйственный оборот, то есть с точки зрения необходимости проведения дальнейших мероприятий, связанных с выбытием земель из оборота и затрат, сопряженных с этими мероприятиями.

Классификатор выбытия земель из сельскохозяйственного оборота, разработанный Группой Компаний «СКАНЭКС», представлен в Таблице 3. Визуальные примеры различных классов выбытия земель из сельскохозяйственного оборота представлены на рисунке 6. Cлева – 2010 год, справа – 2017 год: а) безвозвратно выбывшие; б) возвратные сложно рекультивируемые; в) возвратные легко рекультивируемые; г) полностью пригодные угодья.

1/1

Анализ выбытия земель из сельскохозяйственного оборота рекомендуется проводить на основе материалов высокодетальной и сверхвысокодетальной спутниковой съемки (материалы SPOT-6/7 пространственного разрешения 1,5 метров на пиксел или их аналоги, а также любые материалы субметровой спутниковой съемки). Данные виды работ могут быть автоматизированы при использовании технологий глубокого машинного обучения и нейросетевого анализа, однако, в случае невозможности применения таких технологий в работе – рекомендуется использовать визуальное экспертное дешифрирование материалов спутниковой съемки.

Результаты анализа выбытия земель из оборота позволяют потенциальному Инвестору сделать выводы о временных и материальных затратах на вовлечение земель обратно в сельскохозяйственный оборот, проанализировать нарушенность плодородного слоя почвы, оценить глубину негативного воздействия на почвенные ресурсы и возможности проведения механической и биологической рекультивации, разработать оптимальный план использования земельного участка.

На основе опыта Группы Компаний «СКАНЭКС» по оценке сельскохозяйственных земель, которые планируются к аренде или покупке Инвестором, можно утверждать, что для таких участков наиболее характерной проблемой является зарастание древесно-кустарниковой растительностью (ДКР). В связи с этим предлагается выделять отдельные классы для зарастания древесно-кустарниковой растительностью, градации которых приурочены к необходимости использования особых технологий для ее сведения, а именно: отсутствие ДКР; единичные деревья и кустарники высотой менее 5 метров; сомкнутая ДКР высотой от 5 до 10 метров; сомкнутая ДКР высотой более 10 метров.

Пример анализа совокупности планируемых к покупке земельных участков (в границах согласно Единому государственному реестру недвижимости) на предмет зарастания ДКР на основе спутниковой съемки субметрового пространственного разрешения приведен на Рисунке 7. На основе этого анализа инвестор может сделать вывод о целесообразности покупки.

Использование описанных в настоящей статье тематических продуктов и технологий позволит решить следующие основные прикладные и производственные задачи сельского хозяйства:
- выявление неиспользуемых земель сельскохозяйственного назначения и участков выбытия земель из оборота;
- непрерывный мониторинг состояния и развития культур, в том числе озимых культур после перезимовки;
- выявление и мониторинг процессов деградации земель и оценка активности негативных факторов, препятствующих земледелию;
- анализ динамики проведения посевных и уборочных работ, а также других агротехнических мероприятий;
- переход к высокоточному земледелию и дифференцированному подходу к обработке земель.

Задача информатизации сельскохозяйственной деятельности на всех ее этапах с применением приведенных в настоящей статье технологий дистанционного зондирования Земли и геоинформационных методов исследования направлена, в первую очередь, на сбалансированное и устойчивое развитие сельскохозяйственного производства при рациональном использовании земель сельскохозяйственного назначения.