Conceptual model of geographic information system for agriculture

Abstract

Концептуальна модель геоiнформацiйної системи для сiльського господарства. Зростання населення та вимог до якостi харчування є причиною загострення боротьби за обмеженi земельнi ресурси. Актуальним є рацiональне використання земель для збереження та збiльшення їх продуктивностi i пiдтримки життя векосистемах. Планування використання земельних ресурсiв є одним iз ключових iнструментiв для ефективного використання земельних ресурсiв. Важливими пiдзадачами планування використання земельних ресурсiв є монiторинг стану посiв та прогнозування їх врожайностi. Розробцi концептуальної моделi геоiнформацiйної системи для сiльського господарства, яка розв’язує цi пiдзадачi, присвячене дане дослiдження. Розглянуто монiторинг врожайностi як систему спостереження та вимiрювання за станом зростання сiльськогосподарських культур, враховуючи метеорологiчнi, агрометеорологiчнi, фенологiчнi та iншi показники на основi аналiзу зображень часових рядiв, отриманих в результатi фотографування посiвних площ, з метою оцiнювання та прогнозування потенцiйної врожайностi культури. Розглянуто методи для кiлькiсного оцiнювання рослинного покриву використовуючи простий кiлькiсний показник фотосинтетичної активної бiомаси. Розглянуто методи розрахунку нормованого диференцiйного вегетацiйного iндексу. Сформульовано триосновнi задачi геоiнформацiйної системи для сiльського господарства: розрахунок значень показникiв часового ряду NDVI на основi знiмкiв, розрахунок показникiв якостi земельних ресурсiв на основi апрiорної iнформацiї про дiлянку та прогнозування показникiв в наступнi моменти часу. Базуючись на сформульованi задачi пропонується трьох модульна концептуальна модель геоiнформацiйної системи. Концептуальна модель визначає функцiї кожного iз модулiв та показує iнформацiйнi взаємодiї мiж модулями.

Population growth and nutritional requirements are exacerbating the struggle for scarce land resources. It is important to use land rationally to preserve and increase their productivity and to sustain life in ecosystems. Land use planning is one of the key tools for efficient use of land resources. Important sub-tasks of land use planning are monitoring the status of crops and forecasting their yield. The development of a conceptual model of a geoinformation system for agriculture that addresses these sub-objectives is addressed in this study. Yield monitoring is considered as a system of observation and measurement of crop growth, taking into account meteorological, agrometeorological, phenological and other indicators based on the analysis of time series images obtained by photographing the acreage, in order to evaluate and predict the potential. Methods for quantifying vegetation using a simple quantitative indicator of photosynthetic active biomass are considered. The methods of calculation of the normalized differential vegetation index are considered. Three main tasks of the geoinformation system for agriculture are formulated: calculation of values of time series NDVI indicators based on snapshots, calculation of land quality indicators based on a priori information about the plot and forecasting of indicators in the following moments of time. Based on the formulated tasks, a three-module conceptual model of the geoinformation system is proposed. The conceptual model defines the functions of each module and shows information interactions between the modules.