РАЗРАБОТКА ГЕОПОРТАЛА ДЛЯ МОНИТОРИНГА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ ГИС И ДЗЗ (НА ПРИМЕРЕ РЕСПУБЛИКИ КРЫМ И Г. СЕВАСТОПОЛЯ)

Наукосфера. №11 (1), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 144 http://nauko-sfera.ru/ УДК 004.942:631.11 DOI 10.5281/zenodo.17637850 Научная статья РАЗРАБОТКА ГЕОПОРТАЛА ДЛЯ МОНИТОРИНГА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ ГИС И ДЗЗ (НА ПРИМЕРЕ РЕСПУБЛИКИ КРЫМ И Г. СЕВАСТОПОЛЯ) A GIS AND REMOTE SENSING-BASED GEOPORTAL FOR AGRICULTURAL LAND MONITORING: CASE STUDY OF THE REPUBLIC OF CRIMEA AND SEVASTOPOL ДАНИЛОВА ДАРЬЯ ДМИТРИЕВНА, Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина. ИВАНЦОВА ЮЛИЯ АЛЕКСАНДРОВНА, кандидат филологических наук, доцент, Севастопольский государственный университет. DANILOVA DARIA DMITRIEVNA, Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin. IVANTSOVA YULIA ALEKSANDROVNA, PhD in Philological Sciences, Associate Professor, Sevastopol State University. В статье описывается создание веб-геопортала для мониторинга сельскохозяйственных земель в Республике Крым и Севастополе на основе данных дистанционного зондирования. Существующие региональные ГИС-системы, как правило, предоставляют только статичную информацию о границах участков и не поддерживают оперативную оценку состояния растительности. Предложенный в работе геопортал устраняет этот пробел: пользователи могут загружать спутниковые снимки, рассчитывать вегетационные индексы (NDVI, EVI, CVI) и визуализировать результаты в реальном времени. Архитектура портала построена на открытых технологиях — Angular, OpenLayers, GeoServer, FastAPI с использованием стороннего сервиса аутентификации Auth0. Система учитывает, как технические требования обработки ДЗЗ, так и практические нужды аграриев, исследователей и специалистов по управлению земельными ресурсами. This paper presents the development of a geoportal for monitoring agricultural land in the Republic of Crimea and the city of Sevastopol using remote sensing data. Existing regional GIS implementations typically provide only static cadastral information on the boundaries and lack functionality for timely assessment of vegetation status. The proposed solution closes this gap: users can download satellite images, calculate crop indices (NDVI, EVI, CVI) and view results in real time. The architecture relies on open-source technologies – Angular, OpenLayers, GeoServer, FastAPI and with the use of authentication serviceAuth0. The system integrates both technical requirements for remote sensing data processing and practical needs of agronomists, researchers, and land resource managers. Ключевые слова: геопортал, ГИС-система, разработка ГИС, геоинформационные технологии, мониторинг сельскохозяйственных земель, сельское хозяйство. Наукосфера. №11 (1), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 145 http://nauko-sfera.ru/ Key words: geoportal, GIS system, GIS development, geoinformation technologies, agricultural land monitoring, agriculture. овременные технологии дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) обеспечивают непрерывный поток геопространственных данных, что значительно упрощает доступ к спутниковой информации. Однако сам по себе факт наличия этих данных не гарантирует практическую пользу, так как для эффективного применения в таких сферах, как сельское хозяйство, требуется не только получение снимков, но и их своевременная обработка, интерпретация и визуализация в удобной для пользователя форме с помощью специализированных геоинформационных систем (ГИС). В последние годы как в России, так и за рубежом всё больше исследований посвящено использованию данных дистанционного зондирования для мониторинга сельхозугодий на основе вегетационных индексов: к самым распространённым показателям относят нормализованный разностный вегетационный индекс NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), усовершенствованный вегетационный индекс EVI (Enhanced Vegetation Index) и вегетационный индекс хлорофилла CVI (Chlorophyll Vegetation Index) [1]. При этом всё чаще в исследованиях акцент делается не просто на отображении спутниковых данных, а именно на создании программных инструментов, позволяющих оперативно оценивать состояние посевов на базе вегетационных спектральных индексов. В связи с этим в отечественной научной среде вопросы геоинформационного обеспечения сельского хозяйства получают всё больше внимания, особенно на фоне повышения требований к управлению земельными ресурсами. Так, Кадочников А.А. в своих работах обосновывает необходимость создания унифицированных региональных сегментов инфраструктуры пространственных данных, на примере проекта «Енисей-ГИС» [8]. Архитектурным аспектам построения веб-ориентированных ГИС посвящены работы также исследователей Матвеева А.Г. и Якубайлика О.Э. [9]. Отдельные проекты сосредоточены на научноисследовательском потенциале ГИС. Например, на базе Томского государственного университета разрабатывались высокопроизводительные платформы для мониторинга и прогнозирования состояния природных ландшафтов [3]. Вопросам экологического и природоресурсного мониторинга на региональном уровне посвящены работы Верхотурова А.А. и Мелкого А.А. [2]. Авторы анализируют функционал существующих систем и указывают на их фрагментарность. Похожую картину отмечает и Ткачёва О.А. [12], подчеркивая, что большинство применяемых сегодня в регионах информационных технологий хранят исторические данные, а не помогают принимать оперативные решения. Идея использовать данные дистанционного зондирования для оценки состояния растительности берёт начало ещё в 1970-х годах. Ключевой вклад в становление этого направления внесла работа Rouse J.W. и коллег [19], предложивших вегетационный индекс NDVI как простой и эффективный способ количественной оценки фотосинтетической активности по спутниковым снимкам. В последующие годы подходы были усовершенствованы: Tucker C.J. [20] расширил их применение в глобальных задачах мониторинга, Huete A.R. [16–17] предложил индекс EVI для коррекции влияния почвенного фона и атмосферы, а Qi J. с соавторами [18] разработали индекс CVI и другие модификации, повышающие точность анализа в условиях густого растительного покрова. Эти методы сегодня лежат в основе практически всех систем агромониторинга. В странах СНГ также предпринимаются попытки внедрения ГИС и ДЗЗ в земельное управление. Интерес представляет опыт внедрения ДЗЗ в агропромышленный сектор в проекте ООО «Бухара Агрокластер» в Узбекистане, где спутниковые данные используются для контроля поливных норм и оценки урожайности [10]. В Беларуси успешно функционирует государственная земельно-информационная система, о чём пишут Швед И.М., ФедороС Наукосфера. №11 (1), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 146 http://nauko-sfera.ru/ вич А.А., Катышева Ф.О. [13]. Система интегрирует кадастровые, регистрационные и картографические данные, однако, как следует из описания, она не предусматривает анализа спутниковых снимков или расчёта индексов вегетации, делая акцент на учёте, а не на мониторинге. Таким образом, несмотря на наличие развитых теоретических основ и успешных зарубежных и отечественных реализаций, в практике всё ещё ощущается нехватка специализированных ГИС-технологий, ориентированных именно на оперативный мониторинг сельхозугодий с использованием вегетационных индексов в веб-среде. Анализ существующих региональных геоинформационных систем (на примере Вологодской [4], Свердловской [6], Воронежской областей [5] и Республики Крым [11]) показал, что большинство из них ограничивается публикацией статичных данных о границах участков и не предоставляют возможностей для дистанционного мониторинга состояния сельхозугодий. В этой связи всё большее значение приобретают геопорталы — информационная система, выполняющая роль единого пункта доступа к геосервисам, интерфейс которой обеспечивает с использованием сети интернет-доступ пользователей к информации для поиска пространственных данных и геосервисов по их метаданным, а также выполнения других функций в соответствии с его назначением и целевой аудиторией [7]. Особенно перспективны региональные решения, которые позволяют учитывать локальные особенности и отраслевую специфику. Например, в южных регионах Российской Федерации, включая Республику Крым и город федерального значения Севастополь, где аграрный сектор составляет значительную долю экономики, востребована возможность оценки состояния растительного покрова и продуктивность земель. Для этого необходима возможность расчёта и отображения вегетационных индексов — функция, которой зачастую лишены существующие информационные системы. Именно эта неудовлетворённая потребность в специализированном, доступном и функциональном решении определяет актуальность настоящего исследования. Исходя из выше сказанного, возникает необходимость в разработке функционального регионального геопортала, адаптированного под нужды Крыма и Севастополя, что раскрывает научную новизну данного исследования. Целью настоящей работы является создание специализированного геопортала, обеспечивающего публикацию, обработку и визуализацию данных ДЗЗ для мониторинга земель сельскохозяйственного назначения на территории Республики Крым и г. Севастополя. В данной работе применены комплексные методы исследования, сочетающие в себе анализ научной литературы, оценку существующих геоинформационных систем и проектирование специализированного программного решения. На основе сравнительного анализа региональных геопорталов сформулированы требования к функционалу, ориентированному на задачи мониторинга сельхозугодий. Для проектирования геопортала была использована распределённая архитектура, основанная на принципах модульности, масштабируемости и безопасности. Система разделена на независимые компоненты: клиентское приложение на Angular с использованием библиотеки OpenLayers для визуализации геопространственных данных; сервисный слой на FastAPI, выполняющий вычисления вегетационных индексов; сервис авторизации на базе Auth0 by Okta2. Такое разделение позволило реализовать слабую связность компонентов и обеспечить независимое масштабирование каждого модуля. Взаимодействие между компонентами осуществляется по REST API. Такой подход позволил обеспечить корректность функционирования всех компонентов геопортала, защиту данных и стабильность работы при масштабировании. Хорошо известно, что в настоящее время, когда данные поступают с космических аппаратов непрерывно и получение геопространственной информации не представляет труда, возникает проблема предоставления удобного доступа к большим объемам пространственных данных. Эту проблему решают геопорталы. Создание регионального геопортала дает Наукосфера. №11 (1), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 147 http://nauko-sfera.ru/ возможность публиковать более релевантную информацию, структурированную по различным направлениям, учитывая потребности рассматриваемого региона. Важным достоинством такого решения служит актуальность представленной информации для каждой области. Так, сведения о земледелии имеют особое значение для южных районов. С целью выявления сильных и слабых сторон существующих решений, составлена сравнительная таблица, содержащая систематизированное представление достоинств и недостатков каждого из рассмотренных решений (табл. 1). Это позволит обоснованно подойти к выбору наиболее подходящего функционала для решения поставленной задачи мониторинга земель сельскохозяйственного назначения. Данные в таблице получены автором в ходе анализа сервисов. Таблица 1. Достоинства и недостатки аналогов Название Достоинства Недостатки Геопортал Вологодской области  Есть информация о сельском хозяйстве (границы земель сельхозназначения).  При нажатии на полигон выходит «Общая информация» сбоку.  Нет никакой информации о состоянии земель и посевов, есть только информация о границах участков. Геопортал Свердловской области  Есть возможность просматривать некоторые данные как на карте, так и в таблице.  Нет информации о сельском хозяйстве.  Просмотр таблицы закрывает карту. Геопортал Воронежской области  Есть возможность просмотра статистических данных.  Статистика только за 2016–2020 год. Региональная геоинформационная система Республики Крым  Предоставляет границы.  Разделяют сельскохозяйственные предприятия по отраслям.  Есть данные из Росреестра.  Нет никакой информации о состоянии земель и посевов, есть только информация о границах участков.  Нет возможности расчёта вегетационных индексов. Несмотря на то, что у региона уже существует Региональная геоинформационная система, она является не очень информативной для сельскохозяйственной отрасли. Представленные слои описывают лишь границы территорий. Также отметим, что геопортал не включает информацию о городе Севастополь. На основе анализа существующих решений определены функции разрабатываемого геопортала: 1) визуализация пространственных данных; 2) загрузка векторных и растровых геоданных; 3) инструменты измерения объектов на карте; 4) возможность оценки состояние земель с помощью вычисления индексов вегетации; 5) возможность создания векторных слоёв; 6) возможность сохранения обработанных данных на локальный компьютер. Геопортал имеет распределённую архитектуру, которая состоит из четырех частей: ГИС-сервис для хранения пространственных данных, веб-сервер для обеспечения интерфейса геопортала, сервер для дополнительной обработки геопространственных данных и система для аутентификации пользователей (рис. 1). Наукосфера. №11 (1), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 148 http://nauko-sfera.ru/ Рис. 1. Архитектура портала Клиентская часть портала реализована на Angular с применением библиотеки OpenLayers для отображения картографической информации, хранения картографических данных осуществляется на GeoServer, аутентификация на Geoserver и на геопортале осуществляется с помощью Auth0 посредством токена. Все дополнительная логика обработки снимков осуществляется с помощью FastAPI. Приложение FastAPI осуществляет расчёт вегетационных индексов NDVI, CVI, EVI. По формулам 1–3 соответственно. 𝑁𝐷𝑉𝐼=𝑁𝐼𝑅−𝑅𝐸𝐷 𝑁𝐼𝑅+𝑅𝐸𝐷 (1) где NIR — коэффициент отражения в инфракрасном спектре, RED — коэффициент отражения в красном спектре. 𝐶𝑉𝐼=𝑁𝐼𝑅∗𝑅𝐸𝐷 𝐺𝑅𝐸𝐸𝑁2 (2) где NIR — коэффициент отражения в инфракрасном спектре, RED — коэффициент отражения в красном спектре, GREEN — коэффициент отражения в зеленом спектре. 𝐸𝑉𝐼= 2,5(𝑁𝐼𝑅−𝑅𝐸𝐷) 𝑁𝐼𝑅+6𝑅𝐸𝐷−7,5𝐵𝐿𝑈𝐸+1 (3) где NIR — коэффициент отражения в инфракрасном спектре, RED — коэффициент отражения в красном спектре, BLUE — коэффициент отражения в синем спектре [1]. На входе подаются изображения в соответствующем спектре по формулам. Номера каналов, соответствующие спектру, зависят от спутников, на основании которых получены снимки. Так, например, для Landsat 8 и 9 красный спектр соответствует 4 каналу, а инфракрасный 5. Для спутников Sentinel-2 4 канал соответствует красному спектру, а 8 канал инфракрасному. На выходе методов получаем GeoTIFF файл с рассчитанными индексами, итоговый файл возвращается клиенту, который при желании может опубликовать его на GeoServer, нажатием на кнопку «Опубликовать». Публикация геоданных из Angular на GeoServer происходить с помощью REST запросов. Наукосфера. №11 (1), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 149 http://nauko-sfera.ru/ 1. Публикация растровых слоёв. 1) Для публикации растра сначала создается CoverageStore. POST-Запрос: http://localhost:8080/geoserver/rest/workspaces/${this.workspaceName}/coveragestores Заголовки запроса 'Content-Type': 'text/xml', Authorization: `Bearer ${token}` Тело запроса <coverageStore> <name>${layerName}</name> <type>GeoTIFF</type> <enabled>true</enabled> <workspace>${this.workspaceName}</workspace> <url>file:data/raster.tif</url> </coverageStore> Уточняем, что layerName — имя слоя (имя coveragestores), которое будет видеть пользователь, workspaceName — имя рабочей области, куда будет опубликован слой. 2) В созданный CoverageStore публикуется tiff-файл. PUT-Запрос http://localhost:8080/geoserver/rest/workspaces/${this.workspaceName}/coveragestores/${la yerName}/file.geotiff Заголовки запроса Authorization: `Bearer ${token}` Тело запроса Публикуемый tiff-файл 2. Публикация векторных слоёв в ZIP-формате. 1) Загрузка файла. PUT-Запрос http://localhost:8080/geoserver/rest/workspaces/${this.workspaceName}/datastores/${layerN ame}/file.shp?configure=none Заголовки запроса 'Content-Type': 'application/zip', Authorization: `Bearer ${token}` 2) Переименование слоя. При такой публикации, слой будет называться как zip файл. Чтобы это изменить и задать введенное пользователем имя выполняется запрос. POST-Запрос http://localhost:8080/geoserver/rest/workspaces/${this.workspaceName}/datastores/${layerName}/ featuretypes Заголовки запроса 'Content-Type': 'text/xml', Authorization: `Bearer ${token}` Тело запроса <featureType> <name>${layerName}</name> <nativeName>${fileNameWithoutExt}</nativeName> <title>${layerName}</title> </featureType> Наукосфера. №11 (1), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 150 http://nauko-sfera.ru/ Необходимо указать, что fileNameWithoutExt — имя загруженного zip файла без расширения. Далее предлагаем рассмотреть основной функционал системы. Важно отметить, что особенность создаваемого геопортала заключается в возможности просмотра своих геоданных в системе. Для этого реализован интерфейс загрузки векторных и растровых слоёв. Полученные файлы загружаются на Geoserver и в зависимости от роли пользователя определяется область видимости данных. Если пользователь обладает ролью поставщика, то его данные отображаются во всей системе у каждого пользователя, а если роль соответствует рядовому пользователю — данные видны только пользователю, предоставившему данные. Результат отображения загруженных данных представлен на рисунке (рис. 2). Рис. 2. Просмотр на карте Для сельского хозяйства крайне важно определение состояния земли. Для это применяются вегетационные индексы. Портал предлагает функционал вычисления таких индексов вегетации как NDVI, CVI и EVI. Для этого на основном экране справа нужно выбрать необходимый индекс и загрузить данные в форме загрузки (рис. 3). Рис. 3. Загрузка данных для расчёта NDVI Наукосфера. №11 (1), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 151 http://nauko-sfera.ru/ После загрузки снимков в красном и ближнем инфракрасном спектре, файлы направляются в приложение FastAPI, которое выполняет вычисления индекса и возвращает файл, который после загружается на Geoserver для отображения у пользователя на карте. Результат вычисления представлен на рисунке (рис. 4), черное пятно отображает наличие облачности на снимке. Рис. 4. Рассчитанный NDVI Вся авторизация в системе осуществляется с помощью сервиса Auth0 by Okta, которая предоставляет возможность обеспечения единой точки входа с многофакторной аутентификацией. Сервис Auth0 by Okta использован как для аутентификации на разрабатываемом портале, так и на Geoserver для хранения данных. К GeoServer подключен плагин OpenId Connect, который позволяет авторизоваться с тем же токеном, что и на портале. Это повышает безопасность системы (рис. 5). Рис. 5. Подключение системы авторизации к GeoServer Таким образом, в ходе работы был создан функциональный геопортал для мониторинга сельхозугодий в Крыму и Севастополе на основе спутниковых данных. Мы выбрали клиентсерверную архитектуру и собрали систему из проверенных open-source решений: веб- Наукосфера. №11 (1), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 152 http://nauko-sfera.ru/ интерфейс на Angular с OpenLayers, публикация данных через GeoServer, расчёт вегетационных индексов в микросервисе на FastAPI, а авторизацию через единый сервис Auth0. Это позволило не только отображать карты, но и загружать собственные снимки, рассчитывать NDVI, EVI и CVI прямо в браузере, а затем делиться результатами с другими пользователями. Геопортал учитывает, как технические особенности обработки ДЗЗ, так и реальные потребности аграриев и аналитиков — он даёт не просто карту участков, а инструмент для оперативной оценки состояния растительности. Данное решение полезно не только в исследовательской работе, но и в повседневной практике управления земельными ресурсами на юге России. В дальнейшем предполагается провести всестороннее тестирование разработанного геопортала по средствам модульного тестирования алгоритмов расчёта вегетационных индексов, а также интеграционного и нагрузочного. Особое внимание планируется уделить пилотному внедрению решения в агропредприятиях Республики Крым и г. Севастополя, сбору и анализу обратной связи от конечных пользователей, что позволит уточнить требования к функционалу, устранить выявленные неудобства и адаптировать систему под реальные условия эксплуатации, что существенно повысит её практическую применимость в аграрном секторе. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Вегетационные Индексы В ПО Для Сельского Хозяйства // EOS Data Analytics. URL:https://eos.com/ru/blog/vegetaczionnye-indeksy/ (дата обращения: 05.11.2025). 2. Верхотуров А.А., Мелкий А.А. Разработка систем регионального мониторинга земель на основе атласного картографирования // Известия ТПУ. 2016. №7. С. 66–83. 3. Воробьев С.Н., Демкин В.П., Хромых В.В., Березин А.Е., Вершинин Д.А., Лобода Е.Л., Щетинин П.П., Корнеева Т.Б. Высокопроизводительная геоинформационная система мониторинга и прогнозирования состояния природных объектов для решения научно-технических и образовательных задач // Открытое и дистанционное образование. 2016. № 4. С. 5–11. 4. Геопортал Вологодской области. URL:https://geo.gov35.ru/map/?id=invest (дата обращения: 14.09.2025). 5. Геопортал Воронежской области. URL:https://map.govvrn.ru/ (дата обращения: 14.09.2025). 6. Геопортал Свердловской области. URL:https://geoportal.egov66.ru/welcome (дата обращения: 14.09.2025). 7. ГОСТ Р 70955-2023. Национальный стандарт Российской Федерации. Картография цифровая. Термины и определения (утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 04.10.2023 N 1046ст). URL: https://meganorm.ru/mega_doc/norm/gost-r_gosudarstvennyj-standart/0/gost_r_709552023_natsionalnyy_standart_rossiyskoy.html (дата обращения: 14.09.2025). 8. Кадочников А.А. Опыт разработки регионального геопортала для Красноярского края // ИнтерКарто. ИнтерГИС. 2020. Т. 26. №. 1. С. 203–214. 9. Матвеев А.Г., Якубайлик О.Э. Разработка веб-приложения для обработки и представления пространственных метаданных геопортала // Сибирский аэрокосмический журнал. 2012. №. 2 (42). С. 48–54. 10. Рафиков Д.Р., Гуляев Р.А., Султонов А.А., Юнусов Р.Ф., Гуляева К.Р. О разработке системы цифрового дистанционного мониторинга сельскохозяйственных угодий // Механика и технологии. 2023. №1(79). С. 93–116. 11. Региональная информационная структура Республики Крым. URL: https://rgis.rk.gov.ru/map/Map.aspx (дата обращения: 14.09.2025). 12. Ткачева О.А. Мониторинг земель: специфика и технологии ведения // Мониторинг. Наука и технологии. 2016. № 1 (26). С. 59–64. 13. Швед И.М., Федорович А.А., Катышева Ф.О. Проведение землеустроительных работ с использованием геопортала земельно-информационной системы республики Беларусь // Актуальные проблемы в землеустройстве и пути их решения. 2021. С. 116–123.