УДК 528.9:631.4

Совершенствование методов обновления карт сельскохозяйственных угодий на основе спутниковых данных и геоинформационных баз данных в системе управления земельными ресурсами

Жұматаева Ж.М¹., докторант, Рафиков Т.К²., докторант, Мукалиев Ж.К¹., ст.преподователь,

Научный руководитель: Бектурганова А.Е¹., ассистент профессор

¹Казахский национальный университет имени аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан

²Казахский национальный аграрный исследовательский университет, г. Алматы, Казахстан

Рассмотрены  методы совершенствования обновления карт сельскохозяйственных угодий с использованием данных дистанционного зондирования Земли и геоинформационных баз данных в системе управления земельными ресурсами. В качестве технологической основы используется агроинформационная геоинформационная система, обеспечивающая совместную обработку векторных контуров полей, атрибутивных данных паспортов полей и матриц вегетационных индексов, полученных по спутниковым данным. Предложен подход к актуализации границ и семантического наполнения карт на основе анализа временных рядов спутниковых наблюдений и их синхронизации с аграрной базой данных.

Введение

В современных условиях цифровизации экономики и перехода к устойчивому развитию территорий особое значение приобретает совершенствование методов управления земельными ресурсами. Сельскохозяйственные угодья являются одним из ключевых элементов земельного фонда, от рационального использования и своевременного мониторинга которых зависит продовольственная безопасность, эффективность агропроизводства и экологическая устойчивость территорий. В этой связи актуальной задачей является оперативное обновление карт сельскохозяйственных угодий с учетом пространственно-временной динамики землепользования [1].

Традиционные методы картографирования и актуализации сельскохозяйственных земель, основанные на наземных обследованиях и камеральной обработке материалов, отличаются высокой трудоёмкостью и значительными временными затратами [1]. Кроме того, такие подходы не всегда обеспечивают необходимую оперативность и полноту информации, особенно при мониторинге больших площадей и интенсивно используемых агроландшафтов. Это обуславливает необходимость внедрения современных геоинформационных технологий и данных дистанционного зондирования Земли в практику управления земельными ресурсами [2].

Развитие спутниковых систем наблюдения, геоинформационных систем и специализированных агроинформационных платформ позволяет перейти к комплексной обработке пространственных и атрибутивных данных о сельскохозяйственных угодьях [3]. Использование вегетационных индексов, временных рядов спутниковых наблюдений, цифровых моделей рельефа и геоинформационных баз данных обеспечивает более точное и оперативное обновление картографической информации, а также повышает информативность карт для принятия управленческих решений.

В условиях внедрения систем точного земледелия особое значение приобретает интеграция спутникового мониторинга, полевых обследований и аграрных баз данных в рамках единой геоинформационной среды [4]. Такой подход позволяет не только актуализировать границы и характеристики сельскохозяйственных угодий, но и обеспечить непрерывный мониторинг их состояния, продуктивности и использования [5].

Целью настоящей работы является совершенствование методов обновления карт сельскохозяйственных угодий на основе интеграции спутниковых данных и геоинформационных баз данных в системе управления земельными ресурсами. Для достижения поставленной цели в статье рассматриваются возможности применения геоинформационных технологий и данных дистанционного зондирования Земли для актуализации карт сельскохозяйственных земель и повышения эффективности управления землепользованием.

Материалы и методы исследования

Методологической основой исследования послужили методы геоинформационного анализа, обработки данных дистанционного зондирования Земли, пространственного моделирования и тематического картографирования. В работе использовались векторные и растровые геоданные, а также атрибутивная информация, хранящаяся в геоинформационных базах данных сельскохозяйственного назначения [6].

В качестве программно-технологической платформы применялась агроинформационная геоинформационная система, обеспечивающая ведение электронных карт сельскохозяйственных угодий, формирование паспортов полей и работу с данными спутникового мониторинга (рисунок 1). Система позволяет выполнять создание и редактирование контуров полей, хранение семантических характеристик, а также интеграцию спутниковых данных в виде матриц вегетационных индексов и тематических карт.

Рисунок 1 – Редактирование контуров

Источником данных дистанционного зондирования Земли служили спутниковые изображения оптического диапазона Sentinel-2 уровня обработки L2A, обеспечивающие получение отражательной способности поверхности с учетом атмосферной коррекции [7]. На основе спутниковых данных рассчитывались основные спектральные и вегетационные индексы, включая NDVI, NDWI, индекс влажности и показатели, формируемые с использованием ближнего и коротковолнового инфракрасных диапазонов [8]. Для анализа состояния сельскохозяйственных угодий использовались временные ряды вегетационных индексов, позволяющие выявлять пространственную неоднородность полей, динамику развития сельскохозяйственных культур и изменения фактического землепользования (рисунок 2).

Рисунок 2 – Расположение исследуемой территории по данным спутникового мониторинга Sentinel-2

В состав используемых спутниковых продуктов также входили карты классификации сцены, обеспечивающие автоматическое выделение классов земной поверхности, включая растительность, водные объекты и застроенные территории [9]. Совместный анализ истинно-цветных изображений, вегетационных индексов и классификационных слоев позволил повысить достоверность интерпретации спутниковых данных и обеспечить корректную пространственную привязку результатов к контурам сельскохозяйственных угодий [10].

Геоинформационная база данных включала сведения о границах сельскохозяйственных угодий, структуре землепользования, севооборотах, агрохимических и агрофизических характеристиках почв, а также результаты полевых обследований [11]. Обновление карт осуществлялось путем пространственной синхронизации спутниковых данных с векторными контурами полей и атрибутивной информацией базы данных. В процессе исследования применялись методы пространственного сопоставления, анализа пересечений контуров, тематической визуализации и автоматизированного обновления семантических характеристик объектов карты [12]. Полученные результаты использовались для оценки эффективности предлагаемых методов актуализации карт сельскохозяйственных угодий и обоснования управленческих решений в системе управления земельными ресурсами.

Методика обновления карт сельскохозяйственных угодий

Совершенствование методов обновления карт сельскохозяйственных угодий основано на комплексной интеграции спутниковых данных, геоинформационных баз данных и результатов полевых обследований в рамках единой системы управления земельными ресурсами [12]. Предлагаемая методика ориентирована на обеспечение оперативности, точности и воспроизводимости процессов актуализации картографической информации [13].

На первом этапе выполняется формирование и актуализация векторных контуров сельскохозяйственных угодий. Границы полей уточняются с использованием спутниковых изображений высокого и среднего пространственного разрешения, а также данных полевых измерений. При необходимости осуществляется корректировка геометрии контуров с учетом многоконтурной структуры сельскохозяйственных угодий, включающей внешние и внутренние границы, обусловленные наличием дорожной сети, мелиоративных объектов и иных элементов инфраструктуры.

На втором этапе проводится интеграция спутниковых данных с геоинформационной базой данных. Для каждого контура сельскохозяйственного угодья формируются матрицы вегетационных индексов, полученные по данным дистанционного зондирования Земли. Анализ временных рядов индексов позволяет выявлять изменения в состоянии растительного покрова, неоднородности внутри полей и признаки смены фактического использования земель.

Третий этап методики предусматривает обновление семантических характеристик сельскохозяйственных угодий. Атрибутивные данные паспортов полей синхронизируются с результатами спутникового мониторинга и полевых обследований. В автоматизированном режиме осуществляется актуализация сведений о структуре посевов, фитосанитарном состоянии, агрохимических показателях и продуктивности земель. Это позволяет снизить влияние субъективного фактора и обеспечить единый формат хранения информации [14].

На четвертом этапе выполняется тематическое картографирование сельскохозяйственных угодий. На основе обновленных векторных и атрибутивных данных формируются карты состояния посевов, карты неоднородности полей и картограммы показателей землепользования. Полученные картографические материалы используются для анализа пространственного распределения характеристик сельскохозяйственных угодий и поддержки принятия управленческих решений [12].

Заключительным этапом методики является верификация и обновление карт в системе управления земельными ресурсами. Актуализированные данные размещаются в геоинформационной базе данных и становятся доступными для многопользовательского доступа. Такой подход обеспечивает непрерывность обновления карт и их использование в рамках цифровых систем управления землепользованием и агропроизводством.

Результаты и обсуждение

Применение предложенной методики обновления карт сельскохозяйственных угодий показало ее высокую эффективность при работе с большими массивами пространственных данных. Интеграция спутникового мониторинга и геоинформационных баз данных позволила существенно сократить временные затраты на актуализацию картографической информации по сравнению с традиционными методами.

Рисунок 3 – Результаты обработки спутниковых изображений Sentinel-2 для оценки состояния и классификации

сельскохозяйственных угодий

Использование временных рядов вегетационных индексов обеспечило более детальное выявление пространственной неоднородности сельскохозяйственных угодий и позволило фиксировать изменения в фактическом использовании земель [15]. Это особенно важно при мониторинге больших территорий, где проведение регулярных наземных обследований затруднено. Совмещение спутниковых данных с атрибутивной информацией паспортов полей повысило информативность карт и расширило возможности их аналитического использования [16].

Результаты тематического картографирования показали, что обновленные карты сельскохозяйственных угодий могут эффективно применяться для оценки состояния посевов, планирования агротехнических мероприятий и контроля использования земель. Повышение точности пространственной привязки и актуальности атрибутивных данных способствует формированию достоверной информационной основы для принятия управленческих решений в системе управления земельными ресурсами.

Внедрение предложенного подхода также позволяет обеспечить единое информационное пространство, объединяющее данные дистанционного зондирования Земли, результаты полевых обследований и сведения аграрных баз данных. Это создает предпосылки для дальнейшего развития цифровых платформ управления землепользованием и внедрения технологий точного земледелия.

Заключение и выводы: В результате проведенного исследования разработан и апробирован подход к совершенствованию методов обновления карт сельскохозяйственных угодий на основе интеграции спутниковых данных и геоинформационных баз данных в системе управления земельными ресурсами. Показано, что использование данных дистанционного зондирования Земли в сочетании с геоинформационными технологиями обеспечивает повышение оперативности и точности актуализации картографической информации.

Предложенная методика позволяет автоматизировать процессы обновления границ и семантических характеристик сельскохозяйственных угодий, снизить трудоёмкость картографических работ и обеспечить непрерывный мониторинг состояния земель. Практическая значимость полученных результатов заключается в возможности их применения при создании и развитии цифровых систем управления земельными ресурсами, а также при внедрении элементов точного земледелия.

Перспективы дальнейших исследований связаны с расширением использования временных рядов спутниковых данных, интеграцией дополнительных источников информации и развитием методов интеллектуального анализа геопространственных данных для повышения эффективности управления сельскохозяйственными угодьями.

Библиографический список

1. Wang Z., Akber M. A., Aziz A. A. Application of Remote Sensing and Geographic Information Systems for Monitoring and Managing Agricultural Crops: A Review // Remote Sensing. – 2025. – Vol. 17, No. 16. – P. 2827.
2. Zhang C., Li W., Wang J. Remote sensing approaches for crop mapping and land use monitoring: Current trends and challenges // Remote Sensing of Environment. – 2024. – Vol. 299. – 113872.
3. Burke M., Lobell D. Satellite-based assessment of agricultural land use dynamics and crop productivity // Remote Sensing of Environment. – 2023. – Vol. 285. – 113343.
4. Pamungkas G., Firmansyah M., Zainul R. Integrative geospatial analysis of agricultural land using NDVI-based remote sensing and GIS // International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. – 2025. – Vol. 126. – 103110.
5. Zhao H., Liu Y., Chen Z. Applications of satellite remote sensing in agricultural land monitoring and soil assessment // Agriculture. – 2024. – Vol. 14, No. 9. – P. 1421.
6. Campbell J. B., Wynne R. H. Advances in vegetation mapping using multispectral satellite imagery // International Journal of Remote Sensing. – 2023. – Vol. 44, No. 18. – P. 6463–6485.
7. Atzberger C. Advances in remote sensing of agriculture: Context description, existing operational monitoring systems and major information needs // Remote Sensing. – 2022. – Vol. 14, No. 10. – P. 2403.
8. Li X., Zhang Y., Shao Y. Time-series analysis of NDVI for monitoring agricultural land dynamics // ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. – 2024. – Vol. 207. – P. 155–169.
9. Tadesse T., Brown J. F., Hayes M. J. A satellite-based monitoring framework for agricultural land condition assessment // GIScience & Remote Sensing. – 2023. – Vol. 60, No. 1. – P. 223–241.
10. Mishra V., Kumar D., Pandey A. Integration of GIS and remote sensing for sustainable agricultural land management // Environmental Monitoring and Assessment. – 2024. – Vol. 196. – Article 312.
11. Ali A., Bilal M. GIS and remote sensing applications for land use and land cover change detection in agricultural regions // Environmental Science and Pollution Research. – 2025. – Vol. 32. – P. 18631–18652.
12. Vibhute A. D., Gawali B. W. Analysis and modeling of agricultural land use using geospatial techniques // Journal of Geographical Systems. – 2023. – Vol. 25, No. 3. – P. 375–392.
13. Khosravi K., Pham B. T., Pradhan B. Remote sensing and GIS-based mapping of agricultural land suitability // Sustainability. – 2022. – Vol. 14, No. 18. – P. 11390.
14. Gómez C., White J. C., Wulder M. A. Optical remotely sensed time series data for land cover and land use mapping // Remote Sensing of Environment. – 2022. – Vol. 271. – 112860.
15. Wu Q., Deng J., Wang K. Spatio-temporal analysis of agricultural land changes using Sentinel-2 imagery and GIS // Land. – 2024. – Vol. 13, No. 6. – P. 812.
16. Rafikov T., Zhumatayeva Zh., Mukaliyev Zh., Zhildikbayeva A. Evaluating land degradation in East Kazakhstan using NDVI and Landsat data // International Journal of Design & Nature and Ecodynamics. – 2024. – Vol. 19, No. 5. – P. 1677–1686. – DOI: 10.18280/ijdne.190521.

1. Единый государственный реестр недвижимости и земельно-имущественные отношения
   
2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
   
3. Комплексное использование природных ресурсов
   
4. Современные вопросы геологии
   
5. Физика горных пород
   
6. Новые технологии в природопользовании
   
7. Применение современных информационных технологий
   
8. Экономические аспекты недвижимости
   
9. Мониторинг использования объектов недвижимости
   
10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ
    
11. Современные технологии в профессиональном образовании