Ανάπτυξη χωρικού συστήματος υποστήριξης αποφάσεων για τη χωρικά καθορισμένη διαχείριση καλλιεργειών

Abstract

The objective of the thesis refers to the design, development and implementation of an advisory system for Site Specific Crop Management (SSCM), through the proposal of a Spatial Decision Support System (SDSS). Modern agricultural practices are largely dependent on chemical inputs such as fertilizers and crop protection products in order to achieve high yields. It is indicative that the quantity of fertilizer used in cotton cultivation during the last three decades has dramatically increased. Furthermore, it is indeed true that the control of nitrogen fertilization of arable or arboriculture crops is an extremely complex process, because of the large number of parameters affecting both the conditions of nitrogen availability in soil and its assimilation by the plants. The general idea under which the SDSS is developed and implemented is based on the fact that no rural area and site, present exactly the same properties and conditions relating to soil, climate and cultivation practices applied as another and therefore it should not be submitted to the same management practices. This thesis investigates and proposes a methodological approach, which is scientifically documented and consolidated and seeks to cover many gaps relating to the support of decision making in fertilization of crops. More specifically, the SDSS uses functions, capabilities and facilities offered by the Geographical Information Systems in conjunction with Fuzzy Logic, in supporting and implementing spatial judgments by the means of an automated system methodology. It gives fertilization recipes, both in the form of descriptive information and in the form of management maps. The SDSS consists of four sub-systems, which are taken to complete the so called process “from data to information”, as manifested in spatial decision-making applications. The first system undertakes the entry and management of SDSS’s input data, the second and third system in essence, form the analytic level of the SDSS, through which the quantity and the type of fertilizer to be supplied is decided and finally the forth system has entrusted with the operation of the output and display of the former drawn spatial decisions. The proposed SDSS seeks to delineate cultivated areas, in fertilizer management zones, based on their specific characteristics. In this way, the already productive areas are being recognized and guaranteed with no further burden of chemicals and in parallel the disadvantaged positions are stimulated with specific and localized fertilization advices. Finally, a clear and useful aid is given to the producers in order to fertilize their crops, which is based on site specific criteria and documented on the basis of scientific knowledge.

Το αντικείμενο της διατριβής αναφέρεται στο σχεδιασμό, την ανάπτυξη και την εφαρμογή ενός συμβουλευτικού συστήματος λίπανσης για τη Χωρικά Καθορισμένη Διαχείριση Καλλιεργειών (ΧΚΔΚ) υπό τη μορφή ενός Χωρικού Συστήματος Υποστήριξης Αποφάσεων (ΧΣΥΑ). Η σύγχρονη άσκηση της γεωργίας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από χημικές εισροές, όπως λιπάσματα και προϊόντα φυτοπροστασίας, προκειμένου να επιτύχει υψηλές παραγωγές. Παράλληλα, γεγονός είναι ότι ο έλεγχος της αζωτούχου λίπανσης των αροτραίων ή δενδρωδών καλλιεργειών, αποτελεί μία εξαιρετικά σύνθετη διαδικασία, λόγω του πλήθους των παραμέτρων που επιδρούν επί των συνθηκών αφενός διαθεσιμότητας του αζώτου στο έδαφος και αφετέρου πρόσληψής του από τα φυτά. Η φιλοσοφία ανάπτυξης και υλοποίησης του ΧΣΥΑ βασίζεται στο γεγονός ότι καμία αγροτική περιοχή και θέση δεν παρουσιάζει ακριβώς τις ίδιες ιδιότητες και συνθήκες, όσον αφορά στο έδαφος, το κλίμα και τις εφαρμοζόμενες καλλιεργητικές πρακτικές, σε σχέση με μία άλλη και για το λόγο αυτό δε θα πρέπει να υποβάλλονται στις ίδιες διαχειριστικές πρακτικές. Στην παρούσα διατριβή διερευνάται και προτείνεται μία τέτοια μεθοδολογική προσέγγιση, η οποία τεκμηριώνεται επιστημονικά και έρχεται να καλύψει ορισμένα κενά σχετικά με τη στήριξη των αποφάσεων στη λίπανση των καλλιεργειών. Πιο συγκεκριμένα, το ΧΣΥΑ κάνει χρήση των λειτουργιών, δυνατοτήτων και ευκολιών που προσφέρουν τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (Γ.Σ.Π.) σε συνδυασμό με τη Λογική της Ασάφειας, στην υποστήριξη και την εφαρμογή χωρικών αποφάσεων και μέσα από μία αυτοματοποιημένη συστημική μεθοδολογία, αποδίδει συνταγές λίπανσης, τόσο υπό τη μορφή περιγραφικής πληροφορίας, όσο και υπό τη μορφή χαρτών διαχείρισης. Το ΧΣΥΑ συνίσταται σε τέσσερα επιμέρους συστήματα, τα οποία αναλαμβάνουν να διεκπεραιώσουν τη διαδικασία από στοιχεία σε πληροφορία, όπως αυτή εκδηλώνεται στη λήψη χωρικών αποφάσεων λίπανσης. Το πρώτο σύστημα επιτελεί την είσοδο και διαχείριση των δεδομένων εισόδου του ΧΣΥΑ, το δεύτερο και τρίτο σύστημα συνιστούν το αναλυτικό επίπεδο του ΧΣΥΑ και στην ουσία, μέσω αυτών λαμβάνεται η απόφαση για την ποσότητα και τον τύπο του προς χορήγηση λιπάσματος και τέλος το τέταρτο σύστημα έχει επιφορτιστεί με τη λειτουργία της εξόδου και απεικόνισης των χωρικών αποφάσεων. Το προτεινόμενο ΧΣΥΑ επιδιώκει να διαχωρίσει τις καλλιεργούμενες περιοχές, σε διαχειριστικές ζώνες λίπανσης, με βάση τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους γνωρίσματα. Με τον τρόπο αυτό, αναγνωρίζονται και διασφαλίζονται οι ήδη παραγωγικές περιοχές με τη μη περαιτέρω επιβάρυνσή τους με χημικά σκευάσματα και παράλληλα, τονώνονται οι μειονεκτούσες θέσεις με ειδικές, ιδιαίτερες και εντοπισμένες συμβουλές λίπανσης. Τέλος, παρέχεται μία σαφής και χρηστική βοήθεια στους παραγωγούς σχετικά με τη λίπανση των καλλιεργειών τους, η οποία όμως βασίζεται σε συγκεκριμένα κριτήρια και τεκμηριώνεται με βάση την επιστημονική γνώση