АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПОСЕВОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В УКРАИНЕ АЭРОКОСМИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ (ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ, МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ)

summary

У вступі викладено стан проблеми, актуальність теми, мета та задачі роботи, характеристика методів досліджень та використаних матеріалів спостережень. Сформульовані основні положення, що становлять наукову новизну та предмет захисту.

У першій частині роботи викладаються теоретичні та методичні основи агрометеорологічного моніторингу посівів с.-г. культур в Україні з використанням аерокосмічних методів.

У першому розділі роботи розглянуто теоретичні аспекти побудови і функціонування системи інформаційного забезпечення системи агрометеорологічного моніторингу посівів с.-г. культур із застосуванням аерокосмічних методів спостережень, викладено основні вимоги до структури і наповнення баз даних системи.

Система агрометеорологічного моніторингу посівів с.-г. культур аерокосмічними методами (АМСГАМ) розглядається як складова частина ГІС (геоінформаційної системи – комп’ютерної системи обробки просторово-розподіленої інформації багатоцільового призначення) загального екологічного моніторингу території України. Функціонально АМСГАМ має блокову структуру і складається з чотирьох головних підсистем:

– одержання та первинної обробки інформації (дистанційного зондування), фізичного еталонування;

– збереження матеріалів (банків даних);

– аналізу результатів і оцінок дистанційного зондування;

– одержання результатів (прогнозів, рекомендацій та ін.).

В АМСГАМ найбільш важливим є блок обробки даних дистанційного зондування, в основу якого покладено автоматизовану обробку інформації з використанням сучасних обчислювальних засобів. До блоку обробки даних зворотним зв'язком підключені блоки наземного еталонування, а також блоки банків картографічної, космічної та аерофотознімальної інформації, банк спектрів відбиття, випромінювання, флюоресценції посівів та різних об'єктів природного середовища.

Основним способом наземного еталонування є проведення синхронного аерокосмічного і наземного експерименту, що передбачає зйомку досліджуваних об'єктів з авіаційних носіїв і штучних супутників Землі (ШСЗ) однотипною апаратурою, а також наземні вимірювання кількісних характеристик об'єкта та їх спектральних властивостей. Ланкою зворотного зв'язку з блоком обробки також повинні бути об'єднані банки даних попередніх аероспектрометричних і космічних зйомок об'єктів досліджень. Це дає змогу вивчати динаміку процесів і об'єктів, оскільки найбільш коректні аерокосмічні методи засновані на порівнянні попередніх матеріалів зйомки з новими.

Важливою складовою частиною системи АМСГАМ є комп'ютерний банк топографічних карт різного масштабу для об'єктів національного, регіонального і локального моніторингу.

Банк даних дистанційних зйомок посівів містить у собі різноманітну інформацію про об'єкти спостережень:

– спектральні криві рослинних об'єктів для різних умов вирощування та технологій обробки посівів, банк спектральних даних хворих і пошкоджених посівів, інформацію про наявність і відбивну здатність рослин-індикаторів забруднення навколишнього середовища та ін.;

– контури об'єктів спостережень на цифровій топографічній основі для вирішення питань моніторингу (інвентаризації) с.-г. угідь.

Підсистема оцінки стану і прогнозу розвитку посівів с.-г. культур містить у собі банк імітаційних динамічних та динаміко-статистичних моделей розвитку агроценозів, методів прогнозу врожайності й оцінки стану посівів та ін. Головним критерієм розробки цих методів прогнозів є їх адаптованість до дистанційної інформації про стан посівів і навколишнього середовища.

За допомогою блоку експертних знань на виході автоматизованої системи моніторингу отримуються різноманітні оцінки та прогнози, рекомендації про проведення агротехнічних заходів та ін.

Структуру баз даних (БД) АМСГАМ необхідно розглядати як складову системи загального екологічного моніторингу з урахуванням структур самої системи. БД повинні бути розподілені не тільки тематично, але й функціонально відповідно до структурних підрозділів системи моніторингу. Вони повинні бути підпорядковані тим задачам і рівню узагальнення інформації, яка характеризує функції відповідного підрозділу, виконаними в єдиному підході й об'єднаними в мережні комп'ютерні структури, відкритими для обміну даними як у самій системі, так і з іншими близькими по суті системами.

При обґрунтуванні структури БД особлива увага була приділена питанням структури і складу інформації, яка надходить у систему; характеру інформації (з урахуванням джерел одержання, форм її подання, особливостей машинного відображення, накопичення, збереження і відображення); особливостям задач, що розв'язуються, і пов’язаними з цим формами запитів; особливостям організаційних структур системи моніторингу.

В роботі сформульовані вимоги до створення та функціонування системи еталонування даних дистанційного зондування, яка охоплює як дешифровочне та польове підсупутникове еталонування, вибір тестових (калібрувальних, перевірочних, екстраполяційних) ділянок, так і створення тестових полігонів для прив'язки аерокосмічної інформації. Ефективна система підсупутникового еталонування забезпечує екстраполяцію даних спостережень, що зменшує обсяг польових робіт (іноді в десятки разів), значно поліпшує процедуру отримання достовірної оперативної інформації про стан досліджуваних систем.

На основі власного досвіду виконання експериментальних досліджень та літературних даних розроблено блок–схему організації та функціонування тестового аерокосмічного полігону в системі АМСГАМ. Необхідною умовою функціонування тестового аерокосмічного полігона є наявність паспорта полігона – документально зафіксованих особливостей полігона, об'єктів і складу спостережень та ін., структура якого розроблена та наведена в роботі.

Наводиться короткий огляд основних засобів і методів аерокосмічного моніторингу рослинних екосистем, виконана порівняльна характеристика основних методів дистанційного зондування рослинних екосистем, визначені їх недоліки, переваги та можливості використання в системі АМСГАМ.

Аналіз методів і способів аерокосмічних досліджень посівів с.-г. культур приводить до висновку, що тільки поєднання різноманітних методів і приладів у різних спектральних діапазонах з різною роздільною здатністю, оглядовістю та частотою зйомки може дати повноцінну інформацію про природу об'єкта, яка задовольняє комплексністю, детальністю, точністю і вірогідністю.

У другому розділі розглядаються закономірності просторово-часової мінливості характеристик спектральної відбивної здатності посівів основних с.-г. культур в Україні.