Введение
Введение Проблема сохранения и использования сельскохозяйственных угодий является стратегически важной для любого государства. С каждым годом увеличивается количество деградируемых пастбищ в связи с прогрессированием процессов опустынивания этих земель. Засушливый климат, а также нарастающие техногенные факторы способствуют деградации травостоя, ускоренному развитию ветровой эрозии и процессов опустынивания с образованием передвижных песков и обширных очагов опустынивания. По данным экспертов в настоящее время в Российской Федерации процессам опустынивания и деградации пастбищных угодий в той или иной степени охвачена территория более 100 млн. гектаров. Наибольше всего данная проблема распространена в Республике Калмыкия ( около 4,4 млн.га), Республика Дагестан (2,4 млн.га), Ставропольский край (2,1 млн. га), Ростовская область (800 млн.га) и другие субъекты РФ . Таким образом, мониторинг состояния пастбищ является актуальной задачей. Вместе с этим увеличивается число требований к процессу мониторинга, связанных с достоверной и оперативной оценкой параметров объектов, а также с предоставлением доступа к результатам измерений широкому кругу заинтересованных организаций и лиц, как на государственном уровне, так и на уровне мелких организаций, имеющих в своей собственности пастбищные земли[1,2]. В работе показаны результаты разработки веб-интерфейса информационно-аналитической системы на основе нейронных сетей и веб-сервиса с собственной геоинформационной системой для мониторинга процессов деградации пастбищ[3]. Разработка подобного класса может значительно снизить трудоёмкость процесса мониторинга, повысить эффективность процесса землепользования, создать устойчивую кормовую базу для животноводческого сектора, а также оптимизировать затраты государственного бюджета на восстановление территорий, которые были подвержены процессу деградации и опустынивания.
Методология
Материалы и методы Разрабатываемая информационно-аналитическая система (ИАС) мониторинга деградации пастбищ является инструментом первичного, раннего мониторинга и позволяет получить данные о наличии или отсутствии потенциально деградируемых участков[3,4]. Для оптимизации разработки ИАС была выбрана модульная архитектура, которая позволяет вести параллельную разработку функционала. Преимущество данного типа архитектуры заключается в повышении адаптивности системы, а также в ускорении процесса её разработки. Архитектура разрабатываемой системы представлена на рисунке 1. Рисунок 1 – Архитектура информационно-аналитической системы мониторинга деградации пастбищ Архитектура состоит из различных элементов, рассмотрим некоторые из них более детально. Так как разрабатываемая система будет включать в себя собственную геоинформационную систему для хранения и использования геоданных используется база данных, а именно PostgreSQL и PostGis. Такое сочетание является одним из ведущих ведущих ГИС-решений, благодаря этому в разрабатываемой системе мы можем хранить координаты пастбищ, полигоны, растр и так далее[5].
Результаты
Данные PostGis могут использоваться с картографическим приложением MapServer, который будет встроен в разрабатываемую ИАС с помощью Map Script. Модуль Map Script (Python ) создается с помощью SWIG - упрощенного генератора оболочек и интерфейсов[5,6]. Он используется для создания привязок MapServer на многих различных языках программирования. Отметим, что MapServer может быть интегрирован с версиями Python 2.7 и выше. Также с помощью API мы подгружаем ka-Map для разработки высокоинтерактивных веб-картографических интерфейсов с использованием функций, доступных в современных веб-браузерах[6,7]. Разрабатываемое приложение обрабатывает геоданные, поэтому необходимо учесть методы и средства, которые будут решать задачи прямого и обратного геокодирования – когда пользователь вводит координаты пастбищ, а система отображает этот участок и наоборот – пользователь указывает границы пастбища на карте, а ситема преобразует эти границы в координаты. Существует два подхода для подключения карт в систему: оффлайн- и онлайн-сервисы. Оффлайн-сервис подразумевает, установку на свой локальный компьютер некую базу данных (с последующей её интеграцией в систему) и получает информацию из неё. Онлайн-сервис представляет из себя API, к которому формируется запрос в соответствии с документацией, после чего он возвращает ответ с интересующей информацией[6,7].
Результаты
В большинстве случае онлайн-сервисы предлагают более высокую точность ответ, так как обновляются более часто. Также данный способ намного удобнее в использовании, так как нет необходимости поддерживать отдельную машину под оффлайн-сервис или зашивать базу данных (достаточно объемную) и обслуживающий её код в систему. Поэтому в рамках проекта используются онлайн-сервисы для решения задач прямого и обратного геокодирования. Таким образом, наше приложение разрабатывается с помощью Django (указано на рисунке 1), который выполняет рендеринг с помощью карт Mapbox API. Часть кода с интеграцией карт в систему представлен на рисунке 2[8].
Обсуждение
Одним из важнейших элементов архитектуры и в целом системы является пользовательский интерфейс, который отвечает за отображение данных, полученных в результате работы модуля интеллектуального анализа данных, взаимодействие пользователя со всей ИАС, ее администрирование и добавление новых данных. Данный элемент представлен в виде пользовательского веб-интерфейса, разработанного с помощью инструментов верстки и разработки сайтов на React: HTML, CSS, JavaScript. React соединяется с Django через nginx, забирает данные и строит таблицу с пользователями[8]. Так, архитектура работы конкретно веб-сервера разрабатываемой ИАС представлена на рисунке 3.
Обсуждение
Таким образом, веб-сервер перенаправляет запросы пользователей системе, связывает приложение с внешним миром (веб-браузером) и балансирует нагрузку на элементы данной структуры. Результаты и выводы В результате работы был разработан веб-сервис с органичным и интуитивно понятным интерфейсом. Веб-система разработана таким образом, что каждый её пользователь сможет разобраться с тем, как ею пользователем, это связано с тем, что не каждый работник сельскохозяйственной отрасли имеет достаточно навыков в сфере информационных систем и технологий. На рисунке 4 представлена главная страница системы мониторинга деградации пастбищ «CPV».
Выводы
Рисунок 4 – Главная страница системы мониторинга деградации пастбищ «CPV» Пользователю доступно несколько разделов с мониторингом, картами, заметками, работ и рекомендаций. В каждом из них реализованы возможности для работы конкретно с их хозяйствами и интересующими пастбищами. Пользователь также может выбрать интересующий его сезон. Так на рисунке 5 представлен раздел с хозяйством пользователя. Рисунок 5 – Раздел «Хозяйство» системы Как видно, в данном разделе подкреплена карта с участками пастбища, по введённым координатам. Таким образом, разрабатываемая информационно-аналитическая система мониторинга деградации пастбищ является инструментом для проведения первичного мониторинга, с целью выявления процесса деградации, её степень и площадь, а также построение прогноза её распространения. В специальном разделе системы «Рекомендации» доступны рекомендации, которые нужно применить при обнаружении наличия деградируемой территории, благодаря этому пользователь сможет минимизировать в дальнейшем свои расходы на восстановление пастбищ. Пользовательский интерфейс системы является дружественным и органичным, поэтому разработанным веб-сервисом смогут пользоваться люди с различным уровнем использования цифровых продуктов. Работа выполнена при поддержке Фонда содействия инновациям, договор № 1357ГССС15-L/88462 от 01.09.2023.