Точний обмір полів: навіщо потрібен та як провести його ефективно?

Точні контури полів – це основна складова для впровадження точного землеробства у компанії, а також один із «китів», на яких базується ефективне управління земельним банком. Якщо ви не володієте достовірною інформацією про площу полів, про ефективне управління агровиробництвом не може бути й мови.

РОЗБЕРЕМОСЯ З ТЕРМІНАМИ

Для початку давайте розберемось із термінологією. Є три ключових поняття площі поля: юридична, корисна та площа посіву. Кожна з них відображає ключові елементи обліку та управління агровиробництвом.

Юридична площа поля – це сума площ усіх ділянок, які орендує господарство. Іншими словами – це площа його пасивів. Саме знання юридичної площі поля дає розуміння реальної вартості оренди.

Корисна площа – це контур полів, що знаходяться в обробітку. Орієнтуючись на цей показник, ви можете здійснювати планування ТМЦ, оцінювати час виконання технологічних операцій та попередньо розраховувати ефективність свого земельного банку.

Площа посіву – це площа, яку ви фактично засіяли та з якої отримаєте врожай. На основі цього показника проводиться списання ТМЦ, розраховується врожайність та ефективність на гектар. Це найцінніша площа, бо саме вона є активом, з якого ви отримуєте прибуток.

Розглянемо приклад. Підприємство орендує масив ділянок площею 100 га – це його юридична площа. На цьому полі 2 га – заліснені, 3 га – приорав собі сусід, а 2 га – мають великий нахил, тому трактор туди просто не заїжджає. Так ваша корисна площа складе 93 га. Площа посіву зазвичай ще менша, адже навесні 1 га поля був заболочений, ще 0,5 га вимилось дощем і ще 0,5 га не засіяли через некоректну роботу сівалки або помилку в навігації. Отже, фактична площа посіву складає 91 га. 

Юридичну площу поля визначити не складно: ви отримаєте цей показник із договорів оренди прив’язаних до карти земельних ділянок. Для розрахунку корисної площі та площі посіву використовують різні способи, про які детальніше розповімо нижче.

Приклад. Представлення інформації про поле в ПККУ з контурами ділянок, контуром поля та площею посіву

ПІДХОДИ ДО ОЦИФРОВКИ ПОЛІВ

Насамперед, всі способи отримання інформації можна розділити на два блоки – растрові дані та векторні. Це принципова різниця, тому важливо розуміти переваги та недоліки обох підходів.

Растрові дані – це, по факту, прив’язане до місцевості зображення, в якому кольорами зашифрована певна інформація. Це може бути кольорове зображення, на кшталт фотографії високої роздільної здатності з літака, або чорно-біле зображення, отримане з сенсорів супутника. Зазвичай, растрові дані займають багато місця в пам’яті (десятки та сотні гігабайт) і містять неперервну інформацію про всю територію, яку вони охоплюють.

Серед переваг растрових даних:

• повнота інформації – вся територія, відзнята в растровому форматі, має неперервний набір даних (зображення не лише контуру поля, але і всього, що є на ньому – пропуски, пересіви, забур’яненість, тощо), а також додаткова інформація (колір рослинності, рівень вегетації, вологості, карта висот та ін.);
• можливість отримання нової інформації на основі наявної – побудова різних індексів, карти висот.

Однак є і ряд недоліків:

• растрові дані потрібно дешифрувати, або переводити у векторний формат для подальшої обробки. Цей процес може займати достатньо багато часу і вимагати значних ресурсів;
• такі дані «важкі», тому для їх обробки потрібні потужні обчислювальні системи.

Векторні дані – це набір точок, зв’язків між ними та атрибутивної інформації у вигляді тексту або спеціальних форматах, це основний вид інформації для роботи в ГІС. Їх можна отримувати з приладів геодезистів, навігаційних систем техніки, реєстрів та інших джерел, або створювати вручну дешифруючи (оцифровуючи) растрові дані.

Серед переваг такого підходу:

• точність — у векторних даних немає роздільної здатності,
• простота використання – існує безліч алгоритмів та методів роботи з ними, і для цього не потрібне потужне обладнання,
• універсальність – будь-який інструмент ГІС вміє працювати з цим типом даних, дані можна легко об’єднувати та розділяти.

Недоліки: обмеженість інформації — не можливо отримати додаткову інформацію без підключення растрових даних. Часто для отримання векторних даних спочатку потрібно створити та обробити растрові дані на основі якісних польових робіт, а це завжди дорого.

АКТУАЛЬНІ СПОСОБИ ОЦИФРОВКИ

Таким чином, на сьогодні виділяють наступні способи оцифровки полів.

1. Оцифровка полів на загальнодоступних картах

Цей спосіб підходить господарствам-початківцям, у яких відсутні будь-які електронні контури полів. За допомогою ГІС та растрової підкладки можна швидко та безкоштовно візуалізувати будь-які поля.

Переваги методу – відносно швидко, безкоштовно, потребує мінімум інвестицій та обладнання.

Недоліки – велика похибка точності та застаріла інформація про ситуацію на місцевості. Такі контури не підходять для завантаження у техніку, адже похибка може досягати десяти метрів у різних місцях. Крім того, актуальність супутникових знімків на таких сервісах складає від 1 до 5-7 років, це як лотерея.

2. Оцифровка полів на основі безкоштовних супутникових знімків

Багато сервісів пропонують безкоштовні супутникові знімки різної роздільної здатності. З їх допомогою можна отримати актуальну інформацію про ситуацію на полях. Детально про знімки, сервіси та дані, які можна отримати на їх основі, ми писали раніше (див. статтю Сервіси супутникового моніторингу для аграріїв).

Переваги методу – можна швидко та безкоштовно отримати актуальну растрову інформацію. Плюс, окрім інформації у видимому спектрі можна отримати додаткові індекси, на яких буде краще видно особливості кожного поля. Періодичність супутникової зйомки становить від 1 до 8 днів, що дає можливість оцінити актуальну ситуацію.

Недоліки – невелика просторова роздільна здатність зйомки (до 10 м на піксель), відповідно, похибки у точності при оцифровці контуру поля.

3. Оцифровка полів на основі платних супутникових знімків

Комерційні супутники можуть забезпечувати точність до декількох десятків сантиметрів, за умови прив’язки їх до опорних точок на місцевості.

Переваги методу – окрім якісних контурів полів можна отримати історичні зображення поля, оцінити вегетацію на полях, заліснення та виявити певні проблеми.  

Недоліки – хоча просторова роздільна здатність таких знімків краща, ніж у безкоштовних, все ще залишається велика похибка в точності при оцифруванні. Крім того, комерційні супутникові знімки досить дорогі та потребують додаткових витрат на встановлення опорних точок на місцевості. На їх основі багато проблем на полі буде складно або неможливо розпізнати.

4. Обмір полів засобами БПЛА та малої авіації

Цей метод дозволяє отримати деталізовані знімки місцевості, на основі яких формується ортофотоплан та матриця рельєфу. Для забезпечення додаткової точності рекомендуємо використовувати просторову прив’язку.

Переваги — точність, швидкість, додаткова інформація про рельєф, вегетацію, стан посівів, якість проведення технологічних операції.

Недоліки — залежність від погодних умов – не можна проводити обльоти при сильних поривах вітру, опадах, низькій хмарності, низьких температурах та прив’язка до тривалості світлового дня. Отриману в полях інформацію потрібно обробити, і це також може зайняти багато часу.

5. Контури полів на основі даних із систем точного землеробства

Якщо на підприємстві є техніка, обладнана системами точного землеробства, наприклад, курсовказівниками, GNSS-приймачами, можна вивантажити контури полів безпосередньо із цих систем.

Переваги методу – точний контур площі обробки або площі посіву з огляду на те, де конкретно їздить техніка; додатково можна отримати mesh-модель рельєфу; додаткові витрати не потрібні – техніка в будь-якому разі буде виконувати операції в полях, потрібно лише зібрати та обробити цю інформацію.

Недоліки методу – ви отримуєте контур у векторному форматі, що не дає можливості врахувати технічні втрати по полю.

6. Об’їзд поля з GPS/GNSS приймачем

У цьому випадку для оцифровки здійснюється об’їзд полів по контуру, для чого на автомобіль встановлюється спеціальний GNSS-приймач. У процесі об’їзду пристрій отримує сигнал із супутників та поправку від базових станцій через мобільний інтернет і записує пройдений шлях. У результаті можна отримати набір точок зі зв’язками, які потім трансформуються у контур поля та всіх об’єктів, які були обміряні (наприклад, ЛЕП чи яри).

Переваги методу — висока точність, швидкість.

Недоліки методу — об’їзд полів по контуру не дозволить створити карту рельєфу та оцінити ситуацію всередині поля; обмеження щодо часу виконання – навесні або восени, доки на полях немає рослин; потребує GNSS-приймача, підписки та транспорту.

7. Обхід поля з приймачем

Цей спосіб є найточнішим, але і найбільш трудомістким. Принцип виконання такого обміру аналогічний до об’їзду, лише замість автомобіля – ви чи ваш агроном.

Переваги методу – максимально точний контур поля, найменша похибка.

Недоліки методу – потребує багато часу на виконання, надзвичайно трудомісткий, залежить від погодних умов, не враховує ситуацію всередині поля.

ПРО ЦІННІСТЬ ПРОВЕДЕННЯ ОБМІРІВ

Перші чотири способи — з використанням растрових зображень — дають можливість отримати цілісну картину про ситуацію на полі, але векторизацію контурів при їх використанні потрібно проводити вручну. Результат наступних трьох  – перелік координат точок, тобто векторна інформація, що зменшує час на оцифровку, але не дає можливості оцінити, що відбувається в полі.

SmartFarming для обміру полів використовує дрони, адже вони дозволяють отримати контур, площу, ортофотоплан поля та високоточну матрицю рельєфу. Цей метод допоможе провести інвентаризацію земельних активів, які використовуються у виробництві, оцінити ефективність їх використання, отримати інформацію про якість виконання технологічних операцій та на основі цих даних приймати ефективні управлінські рішення.

У контексті управління земельним банком, обмір полів дає наступні можливості.

• Оцінити співвідношення площі активів до площі пасивів;
• Зрозуміти ефективність та повноту використання ресурсів;
• Знайти технічні втрати земельних ділянок;
• Проаналізувати необґрунтоване використання земельних ділянок.

Точні контури полів – основа, з якої варто розпочати впровадження технологій. З точки зору точного землеробства, вони дають наступну інформацію:

• Контури полів для техніки;
• Ортофотоплани стану посівів;
• Матриця рельєфу;
• Розуміння про якість та втрати від проведення технологічних операцій

ОРТОФОТОПЛАНИ

Окремо зупинимося детальніше на ортофотопланах. Вони мають хорошу просторову роздільну здатність, тому на таких знімках можна побачити окремі рослини та втрати від недосконало проведених технологічних операцій – пересіви та пропуски сівалки, переливи або пропущені ділянки під час роботи оприскувача, так звані «лінзи» – місця у яких сівалка рухалась не за прямою лінією, і у деяких місцях утворились пропуски, а у деяких сіяла двічі. Крім того, ортофотоплани покажуть і вимивання культури, калюжі, заболочення, перезволоження або вилягання культури, що трапляється внаслідок погодних умов. Уже на цьому етапі, оцінивши масштаби проблематики на полях, можна розрахувати майбутні втрати врожаю.

Приклад. Пересіви та пропуски у роботі сівалки

КЕЙС ІЗ ПРАКТИКИ

При обмірі полів одного з наших клієнтів ми виявили, що одне з полів виглядало як «решето»: на ньому було багато пропусків, незасіяних ділянок, спричинених неякісним посівом. Причин таких проблем у полі багато, але однією з них може бути, що кожного разу коли механізатор зупинявся для обслуговування сівалки, він не здавав назад для продовження сівби з місця, на якому закінчив, і так безліч разів.

На полі площею 100 га таких пропусків назбиралось приблизно на 1 га. Незасіяні місця заростали бур’яном, і при застосуванні гербіцидів на ці ділянки вносили більшу норму, відповідно — випалювали інші рослини. Одна проблема тягнула за собою іншу, і все це в результаті призвело до недоотримання 5-7% врожаю. 

Приклад. На ортофотоплані чітко видно численні пропуски на полі

Загалом, ортофотоплани із оцифрованою проблематикою посівів забезпечують можливість аналізу проблем на полях та попередження подібних ситуацій у майбутньому. Так, пересіви та пропуски – це привід доукомплектувати сівалку – поставити вакуумні висівні апарати та забезпечити відключення секцій. Наявність «лінз» в полях свідчить про необхідність встановити автопілоти на трактори або, якщо такі системи уже встановлено, змінити тип сигналу і провести додаткове навчання для механізаторів.

Крім ортофотопланів, при обмірах полів дроном ви отримуєте матрицю рельєфу, на основі якої можна розрахувати площу поля з урахуванням усіх перепадів рельєфу. Цей показник зазвичай невеликий, від 3 до 5% в західних областях. Тобто, фактично ви засіваєте більше площу, ніж планували, і відповідно отримуєте нижчу врожайність на гектар.

Так, наприклад,  при обмірі полів для одного з клієнтів та розрахунку площі з урахуванням рельєфу ми виявили, що фактична площа більша на понад 3 000 га, а це близько 4% загального земельного банку клієнта (див. статтю Оцифрування великого земельного банку. Досвід SmartFarming).

Підсумовуючи, ще раз наголосимо, що обміри полів – це важлива складова якісного та ефективного управління агровиробництвом. Спеціалісти, що мають широкий досвід оцифровки полів різними способами, допоможуть провести обмір ваших полів максимально якісно.

Микола Червак, керівник напрямку управління даними SmartFarming

Потребуєте допомоги з обміром? Звертайтесь до консультантів SmartFarming.