(GIS) geoinformaatika rakendused põllumajanduses

Geoinformaatika (GIS) ühendab ruumiandmeid ja põllumajanduslikke otsuseid, võimaldades põllumeestel optimeerida ressursside kasutamist ja minimeerida keskkonnamõju. See tehnoloogiapõhine lähenemisviis aitab kohandada täppispõllumajanduse tavasid konkreetsetele põllutingimustele, suurendades seeläbi tootlikkust ja tõhusust.

Geoinformaatika põllumajanduses

Täpse ruumilise informatsiooni, näiteks mulla varieeruvuse, niiskusesisalduse ja kahjurite leviku analüüsimise abil saavad põllumehed teha teadlikke valikuid, tagades, et iga nende maa-ala saab täpselt vajaliku töötluse.

Hiljutised andmed näitavad, et seda tehnoloogiat kasutatakse laialdaselt, kusjuures üle 701 000 talu kasutab seda mingil moel. Georuumiliste andmete integreerimine on muutumas standardseks praktikaks otsustusprotsessides paljudes tööstusharudes, alates väikesemahulisest elatuspõllumajandusest kuni suurte äritegevusteni.

Põllumehed saavad satelliitfotograafia ja maapealsete andurite abil oma saaki reaalajas jälgida. Väiksema jäätmete ja keskkonnale avaldatava negatiivse mõju tõttu saavad nad seda kasutada vee, väetise ja pestitsiidide täpseks kasutamiseks seal ja siis, kui neid vaja on.

Austraalias teostatav CottonMap projekt kasutab veekasutuse jälgimiseks geoinformaatikat, mille tulemuseks on veetarbimise vähenemine 40% võrra. Tõhustatud ressursihaldus minimeerib keskkonnamõju, vähendades keemilist äravoolu ja üleniisutamist.

Suurem tootlikkus aitab kaasa ülemaailmsele toiduga kindlustatusele. Ruumiandmete abil istutusmustrite optimeerimise abil saavad põllumehed saavutada suuremat saagikust ilma põllumajandusmaad laiendamata.

Mis on geoinformaatika?

Geoinformaatika, tuntud ka kui geograafiline infoteadus (GIScience), on multidistsiplinaarne valdkond, mis ühendab geograafia, kartograafia, kaugseire, arvutiteaduse ja infotehnoloogia elemente geograafiliste ja ruumiliste andmete kogumiseks, analüüsimiseks, tõlgendamiseks ja visualiseerimiseks.

See keskendub ruumilise teabe jäädvustamisele, salvestamisele, haldamisele, analüüsimisele ja esitamisele digitaalsel kujul, aidates kaasa Maa pinna ja erinevate geograafiliste tunnuste vaheliste seoste paremale mõistmisele. See on võimas tööriist, mida saab kasutada mitmesugustel eesmärkidel, sealhulgas:

1. Täppispõllumajandus: Seda saab kasutada andmete kogumiseks mitmesuguste tegurite kohta, näiteks mullatüüp, saagikus ja kahjurite nakatumine. Seejärel saab neid andmeid analüüsida, et tuvastada põllul varieeruvusega alasid. Kui need alad on kindlaks tehtud, saavad põllumehed GIS-i abil iga ala jaoks kohandatud majandamiskavasid välja töötada.

2. Keskkonnaseire: Seda saab kasutada keskkonnamuutuste, näiteks metsade hävitamise, maakasutuse muutuste ja vee kvaliteedi jälgimiseks. Seejärel saab neid andmeid kasutada keskkonnapoliitika edenemise jälgimiseks ja täiendavat kaitset vajavate alade kindlakstegemiseks.

3. Linnaplaneerimine: Geoinformaatikat saab kasutada linnapiirkondade planeerimiseks ja haldamiseks. Neid andmeid saab kasutada arendamist vajavate piirkondade tuvastamiseks, transpordivõrkude planeerimiseks ja infrastruktuuri haldamiseks.

4. Katastroofide ohjamine: Seda saab kasutada katastroofide, näiteks üleujutuste, maavärinate ja metsatulekahjude ohjamiseks. Neid andmeid saab kasutada katastroofi edenemise jälgimiseks, mõjutatud piirkondade tuvastamiseks ja abitööde koordineerimiseks.

Geoinformaatika komponendid

Need komponendid töötavad koos, et anda ülevaade Maa pinna erinevatest aspektidest ja selle seostest. Siin on geoinformaatika peamised komponendid:

• Geograafilised infosüsteemid (GIS): GIS hõlmab tarkvara ja riistvara kasutamist geograafiliste andmete kogumiseks, salvestamiseks, töötlemiseks, analüüsimiseks ja visualiseerimiseks. Need andmed on korraldatud kihtidesse, mis võimaldab kasutajatel luua kaarte, teha ruumianalüüse ja teha ruumiliste suhete põhjal teadlikke otsuseid.
• Kaugseire: Kaugseire hõlmab Maa pinna kohta teabe kogumist kaugelt, tavaliselt satelliitide, õhusõidukite või droonide abil. Kaugseireandmed, sageli piltide kujul, võivad anda ülevaate maakattest, taimestiku tervisest, kliimamustritest ja muust.
• Globaalsed positsioneerimissüsteemid (GPS)GPS-tehnoloogia võimaldab täpset positsioneerimist ja navigeerimist satelliitide võrgustiku kaudu. GIS-is kasutatakse GPS-i täpsete asukohaandmete kogumiseks, mis on kaardistamise, navigeerimise ja ruumilise analüüsi jaoks ülioluline.
• Ruumianalüüs: See võimaldab rakendada mitmesuguseid ruumianalüüsi tehnikaid, et mõista geograafiliste andmete mustreid, seoseid ja trende. Nende tehnikate hulka kuuluvad lähedusanalüüs, interpoleerimine, kihistusanalüüs ja võrguanalüüs.
• KartograafiaKartograafia hõlmab kaartide ja geograafiliste andmete visuaalsete esituste loomist. See pakub tööriistu ja meetodeid informatiivsete ja visuaalselt atraktiivsete kaartide kujundamiseks, mis edastavad tõhusalt ruumilist teavet.
• GeoandmebaasidGeoandmebaasid on struktureeritud andmebaasid, mis on loodud geograafiliste andmete salvestamiseks ja haldamiseks. Need pakuvad raamistikku ruumiandmete korraldamiseks, võimaldades tõhusat salvestamist, otsimist ja analüüsi.
• Veebikaardistamine ja georuumilised rakendusedGeoinformaatika on laienenud veebipõhiseks kaardistamiseks ja rakendusteks, võimaldades kasutajatel geograafilistele andmetele juurde pääseda ja nendega suhelda veebiplatvormide kaudu. See on viinud mitmesuguste asukohapõhiste teenuste ja tööriistade arendamiseni.
• Georuumiline modelleerimineGeograafiline modelleerimine hõlmab arvutuslike mudelite loomist reaalsete geograafiliste protsesside simuleerimiseks. Need mudelid aitavad ennustada tulemusi, simuleerida stsenaariume ja toetada otsuste langetamist erinevates valdkondades.

8 Geoinformaatika rakendust ja kasutusala põllumajanduses

Siin on mõned GIS-i peamised rakendused ja kasutusalad põllumajanduses:

1. Täppispõllumajandus

Täppispõllumajandus rakendab geograafiliste infosüsteemide (GIS) võimalusi, et anda põllumeestele põhjalikku teavet oma põldude kohta. See teave ulatub detailsetest taimestiku- ja tootlikkuse kaartidest kuni põllukultuuripõhise teabeni.

Selle lähenemisviisi tuum peitub andmepõhises otsustusprotsessis, mis annab põllumeestele võimaluse oma tavasid maksimaalse saagikuse ja efektiivsuse saavutamiseks optimeerida.

GeoPard Crop Monitoring pakub tootlikkuse kaartide genereerimise kaudu üliolulist lahendust täppispõllumajandusele. Need kaardid kasutavad varasemate aastate ajaloolist teavet, võimaldades põllumeestel tuvastada tootlikkuse mustreid kogu oma talus. Põllumehed saavad selle teabe abil tuvastada viljakaid ja mitteproduktiivseid kohti.

2. Saagi tervise jälgimine

Põllukultuuride tervise jälgimise olulisust ei saa üle hinnata. Põllukultuuride heaolu mõjutab otseselt saagikust, ressursside majandamist ja põllumajandusliku ökosüsteemi üldist tervist.

Traditsiooniliselt oli ulatuslike põldude käsitsi kontrollimine vaevaline ja aeganõudev. Kuid selliste täiustatud tehnoloogiate nagu GIS ja kaugseire tulekuga on toimunud murranguline muutus, mis võimaldab enneolematu ulatusega täppisseiret.

Geoinformaatika aitab varakult avastada võimalikke probleeme, mis mõjutavad põllukultuuride tervist. Kaugseireandmete ja satelliidipiltide analüüsimise abil saavad põllumehed tuvastada stressitekitajaid, nagu toitainete puudus või haiguspuhangud, mis võimaldab sihipäraseid sekkumisi.

3. Saagikuse ennustamine

Ajalooliste andmete, mulla koostise, ilmastikumustrite ja muude muutujate integreerimise abil võimaldab see põllumeestel ennustada saagikust märkimisväärselt täpselt. See teave annab neile võimaluse teha teadlikke otsuseid istutamise, ressursside jaotamise ja turundusstrateegiate kohta.

Saagikuse ennustamise valdkonnas on GeoPardist saanud juhtiv innovaator. GeoPard on välja töötanud usaldusväärse meetodi, mille väidetav täpsus on üle 90%, kombineerides satelliitidelt saadud ajaloolisi ja praeguseid saagiandmeid. See uuenduslik lähenemisviis on tõestus sellest, kuidas tehnoloogia võib tänapäeva põllumajandust revolutsiooniliselt muuta.

4. Kariloomade jälgimine geoinformaatika abil

GPS-jälgijate ruumiandmed kariloomade kohta pakuvad ülevaadet loomade liikumisest ja käitumisest. Need tööriistad võimaldavad põllumeestel täpselt kindlaks määrata kariloomade asukoha farmis, tagades tõhusa haldamise ja hoolduse.

Lisaks asukoha jälgimisele pakuvad GIS-põllumajandustööriistad terviklikku ülevaadet kariloomade tervisest, kasvumustrite, viljakustsüklite ja toitumisvajaduste kohta.

Täppispõllumajanduse, sealhulgas kariloomade seiret hõlmava globaalse turu väärtus peaks lähiaastatel märkimisväärselt tõusma. See trend rõhutab GIS-i transformatiivset potentsiaali kariloomade majandamise optimeerimisel.

5. Putukate ja kahjurite tõrje

Traditsioonilised meetodid, näiteks suurte põldude käsitsi luure, on osutunud nii aeganõudvaks kui ka ebaefektiivseks. Tehnoloogia, eriti süvaõppe algoritmide ja satelliidiandmete ühinemine on aga toonud kaasa revolutsiooni kahjurite avastamisel ja tõrjel.

Geoinformaatika aitab luua kahjurite levikukaarte, mis võimaldavad pestitsiide täpselt kasutada. Konkreetsetele aladele keskendudes saavad põllumehed minimeerida kemikaalide kasutamist, vähendada keskkonnamõju ja kaitsta kasulikke putukaid.

GeoPardi põllukultuuride monitooring on tõhus meetod mitmesuguste ohtude, näiteks umbrohu ja põllukultuuride haiguste avastamiseks. Potentsiaalselt probleemsed piirkonnad avastatakse põllult kogutud taimkatteindeksite uurimise teel.

Näiteks võib madal taimestikuindeksi väärtus konkreetses asukohas viidata potentsiaalsetele kahjuritele või haigustele. See lihtsustab protseduuri ja välistab vajaduse aeganõudva suurte põldude käsitsi uurimise järele.

6. Niisutuse kontroll

GIS-põhised andmed annavad väärtuslikku teavet mulla niiskustaseme kohta, aidates põllumeestel teha teadlikke otsuseid niisutusgraafiku osas. See tagab veetõhususe ja hoiab ära ülekastmise või põuastressi.

Põllumajanduse GIS-tehnoloogia pakub võimsaid tööriistu veestressi all kannatavate põllukultuuride tuvastamiseks. Põllumehed saavad oma põllukultuuride veesisalduse kohta rohkem teada selliste indeksite abil nagu normaliseeritud veesisalduse erinevuse indeks (NDWI) või normaliseeritud niiskusesisalduse erinevuse indeks (NDMI).

GeoPardi saagimonitooringu vaikekomponent, NDMI indeks, pakub skaalat -1 kuni 1. Veepuudust näitavad negatiivsed väärtused umbes -1 lähedal, kuid vettimist võivad näidata positiivsed väärtused ühe lähedal.

7. Üleujutuste, erosiooni ja põua tõrje

Üleujutused, erosioon ja põud on tugevad vastased, mis võivad põllumajandusmaastikele märkimisväärset kahju tekitada. Lisaks füüsilisele hävingule häirivad need probleemid vee kättesaadavust, mulla tervist ja üldist saagikust. Nende ohtude tõhus ohjamine on toiduga kindlustatuse tagamise, loodusvarade säilitamise ja säästva põllumajandustava edendamise seisukohast ülioluline.

Geoinformaatika aitab hinnata maastiku haavatavust üleujutuste, erosiooni ja põua suhtes. Topograafiliste andmete, sademete mustrite ja mulla omaduste analüüsimise abil saavad põllumehed rakendada strateegiaid nende riskide maandamiseks.

8. GIS põllumajandusautomaatikas

Geograafilised infosüsteemid (GIS) on oma traditsioonilisest kaardistamisvahendi rollist kaugemale jõudnud ja muutunud automatiseeritud masinate juhtimise oluliseks vahendajaks. See tehnoloogia annab mitmesugustele põllumajandusseadmetele, näiteks traktoritele ja droonidele, ruumiandmed ja täppisnavigatsioonisüsteemid.

Selle tulemusena saab ülesandeid alates külvamisest kuni pritsimise ja koristamiseni täita enneolematu täpsusega ja minimaalse inimese sekkumisega.

Kujutage ette stsenaariumi, kus traktorile antakse ülesandeks külvata saaki suurele põllule. GPS-süsteemi ja GIS-tehnoloogiaga varustatud traktor kasutab ruumiandmeid etteantud marsruutidel navigeerimiseks, tagades ühtlase seemnepaigutuse ja optimaalse vahe. See täpsus mitte ainult ei suurenda saagikust, vaid minimeerib ka ressursside raiskamist.

Geoinformaatika roll täppispõllumajanduses

See mängib täppispõllumajanduses kriitilist rolli, pakkudes põllumeestele andmeid ja tööriistu, mida nad vajavad teadlike otsuste tegemiseks põllukultuuride majandamise kohta. Seda saab kasutada andmete kogumiseks mitmesuguste tegurite kohta, näiteks mullatüübi, saagikuse ja kahjurite nakatumise kohta.

Seejärel saab neid andmeid analüüsida, et tuvastada põllul varieeruvusega alasid. Kui need alad on kindlaks tehtud, saavad põllumehed GIS-i abil iga ala jaoks kohandatud majandamiskavasid välja töötada.

Geoinformaatika kasutamine täppispõllumajanduses kasvab kiiresti kogu maailmas. Näiteks Ameerika Ühendriikides on täppispõllumajanduse kasutamine viimase viie aasta jooksul suurenenud enam kui 501 TP3 t võrra. Ja Hiinas eeldatakse, et täppispõllumajanduse kasutamine kasvab lähiaastatel enam kui 201 TP3 t aastas.

Uuringud on näidanud, et sisendite täpne rakendamine geoinformaatika meetodite abil võib suurendada saagikust kuni 15%, vähendades samal ajal sisendkulusid 10–30% võrra.

Lisaks leiti 2020. aastal ajakirjas Nature avaldatud uuringust, et GIS-i kasutamine nisupõllu niisutamiseks suurendas saagikust 20% võrra. Teine uuring, mis avaldati 2021. aastal ajakirjas Science, leidis, et GIS-i kasutamine väetise täpsemaks pealekandmiseks maisipõllul suurendas saagikust 15% võrra.

Seda saab kasutada ka saagikuse kaartide loomiseks. Neid kaarte saab kasutada madala saagikusega piirkondade tuvastamiseks, mida saab seejärel uurida probleemi põhjuse väljaselgitamiseks. Kui probleemi põhjus on kindlaks tehtud, saavad põllumehed võtta parandusmeetmeid saagikuse parandamiseks nendes piirkondades.

Näiteks saavad põllumehed seda kasutada mullatüübi ja viljakuse kaartide loomiseks. Neid kaarte saab seejärel kasutada väetiste täpsemaks suunamiseks, mis aitab parandada saagikust ja vähendada tarbetult kasutatava väetise hulka.

Lisaks andmete kogumisele ja analüüsimisele saab seda kasutada ka ruumiandmete visualiseerimiseks. See võib olla kasulik põllumeestele, et näha, kuidas erinevad tegurid, näiteks mullatüüp ja saagikus, põllul jaotuvad. Visualiseerimisvahendeid saab kasutada ka selleks, et aidata põllumeestel oma leide teistele, näiteks põllukultuuride konsultantidele või valitsusametnikele, edastada.

Geoinformaatika reaalseid rakendusi täppispõllumajanduses on küllaga. Näiteks muutuva määraga tehnoloogia (VRT) kasutab ruumiandmeid, et põllule erineva koguse sisendeid, näiteks vett, väetisi ja pestitsiide, laotada.

See lähenemisviis tagab, et põllukultuurid saavad täpselt vajalikke toitaineid, optimeerides kasvu ja saagikust. Teisel juhul pakuvad satelliidipildid ja droonid väärtuslikku teavet põllukultuuride tervise ja haiguste avastamise kohta, võimaldades kiiret sekkumist.

GeoPardi põllukultuuride jälgimine põllumajandusliku GIS-tarkvara näitena

Oluline on meeles pidada, et põllumajanduses kasutatav GIS-tarkvara võib olenevalt selle otstarbest erineda. Samal ajal kui mõned tööriistad näitavad mulla niiskustaset, et aidata istutusvalikuid teha, kuvavad teised põllukultuuride sorte, saagikust ja jaotust.

Isegi metsaraie ja metsanduse majanduslike eeliste võrdlemine on võimalik erinevate rakenduste abil. Seega peab iga põllumees või põllumajandusjuht leidma ideaalse GIS-lahenduse, mis annab talle vajaliku teabe oma maa kohta tarkade otsuste langetamiseks.

Põlluandmete osas on GeoPardi põllukultuuride jälgimise platvormil mitmeid eeliseid. See pakub taimestiku ja mulla niiskuse dünaamika kokkuvõtteid, ajaloolisi taimestiku ja ilmastiku andmeid ning täpseid 14-päevaseid ilmaprognoose.

See platvorm pakub selliseid võimalusi nagu luuretegevus tegevuste korraldamiseks ja reaalajas teabe vahetamiseks, aga ka välitegevuste logi tegevuste planeerimiseks ja jälgimiseks, pakkudes seega enamat kui lihtsalt GIS-põhiseid andmeid.

GeoPardi saagi jälgimisse on kaasatud ka andmeid täiendavatest allikatest. Näiteks andmehalduri tööriist integreerib platvormi masinaandmed. See toetab populaarseid failivorminguid nagu SHP ja ISO-XML.

Saate mõõta saagikust põllumasinate andmete abil, võrrelda seda väetisekaartidega, uurida väetamistaktikat ja luua plaane saagikuse suurendamiseks. Organisatsioonid, kellega põllumajandusettevõtted koostööd teevad, ja ka ise saavad sellest kõikehõlmavast platvormist suurt kasu.

Täppispõllumajanduse ja geoinformaatika väljakutsed

Täppispõllumajanduse ja geoinformaatika integreerimine toob kaasa hulga poliitilisi tagajärgi ja regulatiivseid kaalutlusi. Valitsused üle maailma näevad vaeva raamistike väljatöötamisega, mis edendavad innovatsiooni, kaitstes samal ajal andmete privaatsust, maakasutust ja keskkonnasäästlikkust.

Näiteks võivad määrused reguleerida ruumiandmete kogumist ja jagamist, täppispõllumajanduse tehnoloogiate intellektuaalomandi õigusi ja tehisintellekti eetilist kasutamist põllumajanduses.

Euroopa Liidus tunnustab ühine põllumajanduspoliitika (ÜPP) digitehnoloogiate, sealhulgas geoinformaatika rolli põllumajandusliku tootlikkuse suurendamisel.

Põllumajandustootjaid julgustatakse keskkonna- ja jätkusuutlikkuse eesmärkidega kooskõlas olevate täppispõllumajanduse tavade kasutuselevõtul rahaliste stiimulitega. See näide illustreerib, kuidas poliitika saab edendada tehnoloogia kasutuselevõttu ühise hüvangu nimel.

Geoinformaatika tehnoloogiate kasutuselevõtt põllumajanduses pakub küll märkimisväärset kasu, kuid sellega kaasnevad ka väljakutsed, eriti erineva suurusega põllumajandustootjate jaoks. Väikepõllumehed seisavad sageli silmitsi rahaliste piirangutega, kuna neil puuduvad ressursid tehnoloogia soetamiseks ja koolitamiseks.

Suuremad ettevõtted seisavad oma tegevuse ulatuse tõttu silmitsi andmehalduse keerukusega. Tehniliste teadmiste lüngad on levinud ning nii väikesed kui ka suured põllumehed vajavad koolitust geoinformaatika tööriistade tõhusaks kasutamiseks.

Piiratud infrastruktuur ja ühenduvus takistavad juurdepääsu, eriti äärealadel. Kohandamisraskused tekivad, kuna lahendused ei pruugi sobida väikestele taludele või integreeruda sujuvalt suurematesse ettevõtetesse.

Kultuuriline vastuseis muutustele ja mure andmekaitse pärast mõjutavad omaksvõttu kõikjal maailmas. Valitsuse poliitika, investeeringutasuvuse ebakindlus ja koostalitlusvõime probleemid takistavad edusamme veelgi.

Nende probleemide lahendamine nõuab kohandatud strateegiaid, et tagada geoinformaatika kasu kõigile põllumajandustootjatele, olenemata nende ulatusest.

Kokkuvõte

Geoinformaatika sujuv integreerimine tänapäeva põllumajandusse pakub transformatiivset potentsiaali. Ruumiandmete potentsiaali rakendamise abil saavad põllumehed ja põllumajanduse sidusrühmad teha teadlikke otsuseid, optimeerida ressursside kasutamist ja edendada säästvaid tavasid. Olgu selleks siis saagikuse prognoosimine, veevarude majandamine või täppispõllumajanduse edendamine, GIS on teejuhiks, kujundades põllumajandusmaailma tõhusamat, vastupidavamat ja produktiivsemat tulevikku.