اصول و مبانی کاربرد GPS،GIS و RS در کشاورزی اثر حسنعلی محمودی

پیشگفتار

با وجود موانع- به ویژه در كشورهای در حال توسعه- داده های جغرافیایی بینش های جدیدی را برای موضوعات جهانی مانند الگوها و فرایندهای استقرار بشر، كاربرد و تنزل منابع طبیعی، كشاورزی و بیماری ها ایجاد می نماید. كشاورزی بر خلاف اكثر فعالیت های اقتصادی كه از منابع متمركز در منطقه جغرافیایی خاصی سود می برد، به منابع طبیعی همه جانبه، گره خورده است. تكنولوژی های فضایی اكثراً به صورت غیرمستقیم با تعمیم اطلاعات توسعه یافته برای تحقیق، تحلیل های سیاسی و برنامه ریزی، به روستائیان نفع می رسانند. فنون كشاورزی دقیق مانند میزان كاربرد كود در هر واحد زمین به میزان زیادی در كشاورزی تجاری به كار
می رود؛ بنابراین نیازهای تجاری به حفاظت و آموزش، بیش از نیاز به ابزارهای كشاورزی در كشورهای در حال توسعه است.
توسعه سریع فناوری های فضایی در سال های اخیر، توانایی ها و ابزار جدیدی را در دسترس خدمات ترویج و مخاطبان مدیریت داده های فضایی قرار داده است. به ویژه ارزشیابی سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS)، سیستم مكان یاب جهانی (GPS) و تكنولوژی های سنجش از دور (RS)، جمع¬آوری و تحلیل داده های زمینه، به روش هایی كه قبل از ظهور كامپیوتر امكان پذیر نبودند را، مقدور كرده است. GPS و فناوری های RS مشكل به دست آوردن اطلاعات با منشأ جغرافیایی را نیز كاهش داده اند. بنابراین امكان بررسی هایی كه تا كنون به دلیل دشواری های دسترسی به اطلاعات برای محققان روستایی مشكل یا غیر ممكن بود، مقدور خواهد بود. پس نیاز است كه محققان این زمینه با آشنایی با چنین فناوری هایی، راه را برای اقدامات خود هموار سازند.
با توجه به کاربردهای کلیدی GPS, GIS و RS در علوم کاربردی و فعالیت های ارزشمندی که در این حوزه در سطح کشور انجام گرفته است، تهیه و تدوین این کتاب از ضروریات بود. این کتاب در سه بخش تدوین شده است که هر بخش خود از سه فصل تشکیل گردیده است. بخش اول به آشنایی با مفاهیم کشاورزی می پردازد. بخش دوم به آشنایی با مفاهیم GPS, GIS و RS پرداخته است. در بخش سوم کتاب، مباحث و مطالب مربوط به آشنایی با مفاهیم سامانه اطلاعات جغرافیایی ذکر شده است. سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS به عنوان ابزار مدیریت اطلاعات مکان مرجع، از مهم ترین فناوری های موجود محسوب می شود. این کتاب یکی از گام های مؤثر در جهت ارتقای دیدگاه حوزه ی علم کشاورزی در زمینه‌ی GPS, GIS و RS است.
طی سال های اخیر، مرکز اطلاعات جغرافیایی شهر تهران (وابسته به شهرداری تهران) سعی داشته ابزاری مناسب را برای انتقال آخرین دانش درباره کاربردها، تحولات و دستاوردهای سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS) به کار گیرد. این مجموعه، یکی از آن ابزارهاست، به طوری که می تواند سطح آگاهی دانشجویان، متخصصان و کاربران GPS, GIS و RS را گسترش دهد و سطحی از خلاقیت را با کسب این آگاهی جهت حل مشکلات و موانع توسعه کشاورزی کشور، به همراه آورد. مفاهیم و موضوعات این کتاب بیشتر جنبه تئوری، کاربردی و اطلاع رسانی از روند این فناوری در سطح جهان دارد.
درس سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)، در اغلب رشته های کشاورزی و منابع طبیعی، عمران، نقشه برداری، GIS، سنجش از دور و ... در سطوح کاردانی، کارشناسی، کارشناسی ارشد و حتی دکترا (به صورت کاربردی) ارائه می شود. مؤلف سعی نموده تا بیشترین مطالب تئوری و کاربردی را متناسب با زمان در این کتاب بگنجاند. گستردگی کاربرد GIS در رشته های مختلف و نیاز روزافزون به استفاده عملی از این علم، زمینه ساز چاپ کتاب های بعدی توسط مؤلف خواهد بود که مطمئناً چگونگی بازتاب و استقبال دانشجویان و خوانندگان محترم از کتاب حاضر، تصمیم گیری در این مورد را آسان تر خواهد نمود.
در پایان بر خود لازم می دانم از همه اساتید سال های دور و نزدیک دوران تحصیلم، به ویژه جناب آقای دکتر عطاالله سیادت، دکتر شاپور لرزاده، دکتر رضا طبائی عقدایی و زنده یاد پروفسور قدرت الله فتحی، که همه داشته هایم را سال ها در محضر این بزرگواران آموختم، تشکر نمایم. همچنین از سرکار خانم مهندس مریم استاد که ویراستاری این کتاب را بر عهده داشتند و آقایان مهندس محمد محمودی، مهندس محمودرضا محمودی، مهندس مجتبی پورمحمود و سرکار خانم زینب پورمحمود که در تهیه و تدوین این کتاب با بنده همکاری نمودند، صمیمانه سپاسگزاری و قدردانی می نمایم.
 

          مؤلف
حسنعلی محمودی
  تابستان 1395
 
 

مقدمه

در گذشته امکان تعیین شکل موقعیت جهانی زمین در یک سیستم منحصر به فرد و مرکزیت یافته در مرکز ثقل به وسیله تکنیک های سنتی گذشته امری مشکل و غیرممکن محسوب می شد. اما طی چند دهه اخیر با ورود فناوری ماهواره به عصر علوم زمین، تحول بزرگی در زمینه حل مجهولات علمی بشر به وجود آمده است. همچنین با پیشرفت روزافزون فناوری و حرکت به سوی توسعه، نقش مدرنیزه و صنعتی شدن امور آشکارتر می گردد، اما باید توجه داشت تا حدی این فناوری ها مورد استفاده قرار گیرد که زندگی موجودات را به خطر نیندازد.
با توجه به محدودیت منابع و روند صعودی توسعه چنانچه این حرکت توأم با مدیریت و
برنامه ریزی صحیح صورت نگیرد، می تواند مشکلاتی را به وجود آورد. زیرا هر گونه توسعه نیازمند بهره برداری و استفاده از منابع طبیعی است. بنابراین می تواند اثراتی را به صورت مستقیم یا غیرمستقیم در طبیعت بر جای گذارد. استفاده بهینه از خاک و منابع آبی و راه های کاهش و پیش بینی مشکلات مربوط به آن ها همواره از اهداف توسعه کشاورزی صحیح و اصولی بوده است.
توسعه و پیاده¬سازی کشاورزی صحیح یا کشاورزی سایت خاص با تلفیق سیستم تعیین موقعیت جهانی (GPS) و سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS) و کنترل از راه دور (RS) ممکن شده است. این فناوری ها اتصال مجموعه ای از داده ها در زمان واقعی را با اطلاعات دقیق موقعیتی قادر ساخته و منجر به دستکاری کارآمد و تجزیه و تحلیل مقادیر زیادی از داده های جغرافیایی می شود. برنامه های کاربردی مبتنی بر GPS در یک کشاورزی صحیح و دقیق برای برنامه ریزی کشاورزی، نقشه برداری زمین، نمونه برداری خاک، هدایت تراکتور، پایش محصول، نرخ متغیر برنامه ها و نقشه برداری کردن محصول مورد استفاده قرار می گیرند. GPS به کشاورزان امکان کار در شرایط دیدبانی (میدان دید) کمتر مانند باران، گرد و غبار، مه و تاریکی را می دهد.
در گذشته ارتباط بین تولید و برداشت محصول با توجه به متنوع بودن زمین مشکل بود. این امر توانایی کشاورزان برای توسعه موثرترین روش های درمان خاک/گیاه به منظور بالا بردن محصولات آن ها را محدود کرده بود. امروزه برنامه های جامع و دقیق تری از آفت کش ها، علف کش ها، کودهای شیمیایی و کنترل بهتر از پراکندگی این مواد شیمیایی از طریق کاهش هزینه ها، تولید یک عملکرد بالاتر، و ایجاد یک مزرعه سازگارتر با محیط زیست امکان پذیر است.
امروزه یک کشاورزی صحیح توانسته راه های بدست آوردن سود از چشم انداز زمین را برای کشاورزان تغییر دهد. کشاورزی صحیح عبارتست از جمع آوری داده های جغرافیایی بر روی شرایط خاک، گیاه، حیوان و تجویز و فراهم آوردن یک وبگاه خاص درمانی برای افزایش محصولات کشاورزی و همچنین محافظت از محیط زیست. کشاورزی دقیق به دلیل آشناسازی ابزارهای جدیدِ دارای تکنولوژی بالا به جامعه کشاورزی که دقیق تر، مقرون به صرفه تر و کاربر پسندتر هستند، در سطح وسیعی محبوبیت به دست آورده است. بسیاری از نوآوری های جدید بر سنسورهای جمع آوری اطلاعات و سیستم های GPS زمانی و مکانی تکیه دارند.
بسیاری بر این باورند که فواید و منافع یک کشاورزی دقیق تنها در مزارع بزرگ با
سرمایه¬گذاری های بزرگ و تجارب حاصله از فناوری اطلاعات به دست می آید، که البته این امر صحیح نیست. روش ها و تکنیک های آسان و ارزانی می توان برای استفاده تمامی کشاورزان در دسترس قرار داد. اگر چه از طریق استفاده از سیستم های GPS، GIS و کنترل از راه دور (RS) می توان اطلاعات مورد نیاز برای بهبود زمین و استفاده از آب را جمع آوری کرد، کشاورزان می توانند از طریق ترکیب و بکارگیری هر چه بهتر کودهای شیمیایی، سایر اصلاح کننده های خاک، تعیین حد آستانه اقتصادی برای هجوم علف های هرز و آفت ها و حفاظت از منابع طبیعی برای استفاده آیندگان، منافع و مزایای مضاعفی را به دست آورند.
تولیدکنندگان تجهیزات GPS چندین ابزار را برای کمک به کشاورزان در جهت کشت سازنده و کارآمدتر در فعالیت های کشاورزی دقیق خود، روانه بازار کرده اند. امروزه بسیاری از کشاورزان برای افزایش کارکرد در کسب و کار کشاورزی خود از محصولات برگرفته شده از GPS استفاده می کنند. اطلاعات محل توسط گیرنده های GPS برای جاده ها، سیستم های آبیاری، حوزه های مشکل در محصولات کشاورزی مانند علف های هرز یا بیماری جمع آوری می شوند. دقت GPS به کشاورزان اجازه می دهد تا نقشه های زمین با سطح زیر کشت دقیق از مناطق زمینه، محل جاده ها و فواصل بین نقاطِ مورد توجه، ایجاد کنند.
مشاوران در زمینه غلات و دانه های گیاهی از دستگاه های قوی جمع آوری داده ها که به وسیله سیستم GPS کار می کنند، برای مکان یابی دقیق محل آفات، حشرات، هجوم علف های هرز در زمین استفاده می کنند. برای تصمیمات مدیریتی در آینده و اجرای توصیه های پیشنهادی می توان نواحی آفت زده در محصولات کشاورزی را مشخص و نقشه گذاری کرد. این اطلاعات برای هواپیماهای سم پاش نیز می تواند به کار رود، به این طریق که آن ها را قادر می سازد بدون نیاز به نیروی انسانی، سم¬پاشی دقیق مزارع را انجام دهند. هواپیماهای تمیزکننده محصولات و پخش کننده مواد شیمیایی بر روی محصولات که مجهز به GPS هستند، قادر خواهند بود مواد شیمیایی را فقط بر روی محصولات در جاهایی که لازم است، پخش کرده و اتلاف مواد شیمیایی را به حداقل رسانده و موجبات حفظ محیط زیست را به وجود آورد. سیستم GPS همچنین این امکان را برای خلبانان به ارمغان می آورد که نقشه های دقیق را در اختیار کشاورزان قرار دهند.
همچنین با کاربرد تکنولوژی RS یک منبع اطلاعاتی قابل دستیابی و مقرون به صرفه از پوشش زمین/کاربری زمین فراهم می گردد. تغییرات شاخص مناطق گیاهی ارتباط بسیار نزدیکی با مراحل دوره رشد گیاه دارد و بدین صورت است که RS و مدل های شبیه سازی رشد گیاهان می توانند به عنوان ابزاری قوی، اندازه گیری و ارزیابی محصولات را افزایش دهند. کارایی اقتصادی ناشی از کاربرد اطلاعات RS می تواند به دو صورت مستقیم در کاهش هزینه ها و غیرمستقیم در بالا بردن کیفیت اطلاعاتی در دامنه وسیع، ارزان، با جزئیات و قابلیت اطمینان بیشتر تأثیر گذارد.
اطلاعات جمع آوری شده از تصاویر ماهواره ای در GIS بهنگام، و مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند. نتایج حاصل از این تجزیه و تحلیل ها می تواند به بهبود الگوهای کشاورزی کمک نموده، متدولوژی ها را توسعه بخشد و روند حرکت به سوی توسعه پایدار زیست محیطی را فراهم نماید.