Разработка новых методов мониторинга состояния осушительных мелиоративных систем с помощью данных дистанционного зондирования

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-26-20082

Среди антропогенно-измененных ландшафтов мелиорированные земли занимают особое значение и их нерациональное использование вызывает негативные последствия для результатов сельхозпроизводителей (происходит повторное заболачивание, зарастание древесно-кустарниковой растительностью и как следствие выбытие земель из оборота). Для предотвращения процессов повторного заболачивания осушаемых земель эксплуатация мелиорируемых территорий должна базироваться на полномасштабном постоянном мониторинге агроландшафтов с интегрированной оценкой их экологической устойчивости и мелиоративного состояния. Такой мониторинг должен основываться на современных геоинформационных технологиях и данных дистанционного зондирования (ДДЗ) земли.

Сбор данных о работе мелиоративных систем по соблюдению требований проектов строительства и реконструкции, осуществляется по показателям уровня грунтовых вод из сети наблюдательных скважин, проведенных ремонтно-эксплуатационных работах, севооборотах, собранных урожаях и других показателях. На основе получаемых результатов обследования ведется мелиоративный кадастр, в котором приводятся данные о количественном и качественном состоянии мелиоративных систем и сооружений на них, а также учет изменений, происходящих на системах. Контроль за состоянием мелиорированных земель, позволяет сделать заключение, на основе полученных данных, о водно-воздушном режиме почв, сроках прекращения сбросов воды с осушаемых территорий, аккумуляции дренажного стока, определения времени дополнительного увлажнения, оперативного отвода избыточной влаги при паводковых ситуациях. В Агрофизическом научно-исследовательском институте на протяжении ряда лет проводятся исследования по применению дистанционных методов обследования осушенных мелиорированных земель с использованием беспилотных летательных аппаратов. Определяется техническое состояние осушительных мелиоративных систем и отдельных гидротехнических сооружений, расположенных на этих системах. Исследования проводятся только на осушительных системах, так как системы орошения в Ленинградской области практически не используются. Погодные условия позволяют выращивать в регионе хорошие урожаи на мелиорированных осушенных землях без дополнительных затрат на их полив, используя прогрессивные технологии в растениеводстве.

Результаты наблюдений и обследований используются для разработки мероприятий по улучшению мелиоративного состояния мелиорированных земель, обеспечению на них оптимального водно-воздушного режима в течение всего вегетационного периода. Проведение наблюдений и обследований является весьма дорогостоящим мероприятием, достоверность полученных показателей в некоторых случаях сомнительна, а убытки сельскохозяйственных предприятий от неисправных мелиоративных систем значительны и составляют около 20% только по недобору урожая. Расшифровка аэрофотоснимков, полученных в различных диапазонах света беспилотными летающими аппаратами, а также информация со спутников позволяет получить требуемую информацию о техническом состоянии осушительных мелиоративных систем. Обследование осушенных мелиорированных земель по действующим методикам позволяет определить только локальные неисправности мелиоративной системы. Более точно определить участок, где вышла из строя мелиоративная система возможно только дистанционно, по снимкам, показывающим всю мелиоративную систему, включая водоприемник, транспортирующие каналы и другие гидротехнические сооружения. Разрабатываемые подходы к обследованию дистанционными способами, позволяют предложить владельцам мелиоративных систем методы сокращающие время и ручной труд инженеров-мелиораторов, получать более достоверные данные и составлять дефектные ведомости для ремонта объектов мелиорации. В основе подхода лежит анализ аэрофотоснимков, полученных с беспилотных летательных аппаратов, мелиорированных полей осушенных открытой осушительной сетью каналов или закрытым трубчатым дренажом с высоким разрешением, где распознаются отдельные элементы осушительной системы. Например, по космическим фотоснимкам возможно распознавание открытых водоприемников, искусственных прудов, водохранилищ, плотин, дамб обвалования, отдельно расположенные гидротехнические сооружения такие как мосты, трубопереезды, внутрихозяйственные дороги, опоры линий электропередач, насосные станции и другие наземные строения, относящееся к осушительной мелиоративной системе. Но качественные снимки возможно получить только два месяца в году, остальное время над территорией Ленинградской области, как правило, облачность и необходимую информацию возможно получить только с помощью аэрофотосъемки проведенной беспилотными летающими аппаратами. По состоянию посевов, на обследуемом осушенном мелиорированном поле, в конкретное время вегетационного периода, косвенным путем можно определить техническое состояние мелиоративной системы.

Основной целью проекта являлась разработка новых автоматизированных методов оценки состояния осушительных мелиоративных систем с помощью данных дистанционного зондирования. Согласно правил эксплуатации мелиоративных систем Российской федерации, требуется не менее чем 2 раза в год обследование состояния мелиорированных земель. В связи с истекшим сроком эксплуатации осушительных мелиоративных систем на Северо-Западе России и изменением климатических условий, возникает насущная необходимость в более детальном и достоверном обследовании технического состояния мелиоративных систем с целью снижения затрат на производство сельскохозяйственной продукции и повышения урожайности на мелиорируемых землях. Штат мелиораторов за последние десятилетия существенно сократился и обследование всех осушенных мелиорированных земель высококвалифицированными специалистами физически невозможен. Предлагаемые подходы к автоматизированной оценки состояния осушительных мелиоративных систем с применением современных методов дистанционного зондирования позволят существенно сократить потребность в детальном наземном обследовании. Использование предлагаемых подходов ведет к снижению временных и экономических затрат на обследование осушительных мелиоративных систем и существенному росту информативности о состоянии мелиорированных земель. Внедрение разработанных методов в процесс принятия управленческих решений в производстве растениеводческой продукции позволит увеличить эффективность в задаче обеспечения продовольственной безопасности региона.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-26-20082, https://rscf.ru/project/22-26-20082/

Партнеры

Публикации по проекту

1. Митрофанов Е. П., Митрофанова О. А. , Янко Ю. Г. , Петрушин А. Ф. , Буре В. М. База знаний для мониторинга осушительных мелиоративных систем по данным дистанционного зондирования Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, – (год публикации – 2022)

2. Петрушин А.Ф., Янко Ю.Г., Митрофанова О.А., Митрофанов Е.П. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ОСУШИТЕЛЬНЫХ МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ ПО ДАННЫМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ В СЕВЕРО-ЗАПАДНОМ РЕГИОНЕ РФ АГРОФИЗИКА, №2, стр. 39-44 (год публикации – 2023)

3. Петрушин А.Ф., Янко Ю.Г., Митрофанова О.А., Митрофанов Е.П. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОПРЕДЕЛЕНИЮ СОСТОЯНИЯ ДРЕНАЖНЫХ МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АГРОФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ: 90 ЛЕТ НА СЛУЖБЕ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ И РАСТЕНИЕВОДСТВА, Издательство: Агрофизический научно-исследовательский институт, Материалы международной научной конференции, Санкт-Петербург, 14–15 апреля 2022 года, c. 874-879 (год публикации – 2022)

Участники

Петрушин Алексей Федорович

Научный сотрудник, кандидат технических наук

Другие проекты

Методология обработки данных дистанционного зондирования получаемых при мульти- и гиперспектральной съёмке посевов зерновых культур и сопряженных полевых измерений

Проект направлен на развитие дистанционных методов оценки состояния сельскохозяйственных посевов и методов математической обработки больших массивов (гиперкуба) данных на основе дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), получаемых с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и космических аппаратов (КА), оснащенных мульти- и гиперспектральными камерами, а также сопряженных с ними наземных агрофизических, агрохимических и биологических измерений.

Разработка прототипов твердых и жидких форм кормовых добавок на основе компонентов торфа

Разработка кормовых добавок на основе компонентов торфа для снижения использования кормовых антибиотиков в животноводстве и птицеводстве

Разработка теоретических основ дистанционной и наземной количественной оценки внутриполевой изменчивости для точного земледелия

Разработка теоретических основ дистанционной и наземной количественной оценки внутриполевой изменчивости для точного земледелия