[發明專利]一種基于模糊c均值聚類的農田劃分方法

有效

• 申請號: 201210312253.3
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN102867115A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 曹衛星;劉乃森;倪軍;朱艷;田永超;姚霞
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

1.一種基于模糊c均值聚類的農田劃分方法，其特征在于采用如下步驟：

步驟（1），根據農田采樣點的土壤養分數據及其位置信息，對不同的土壤養分數據分別做普通克里格插值，得到各土壤養分的柵格數據；然后將不同土壤養分的柵格數據按對應的柵格位置組成數據對，得到所有土壤養分的樣本矩陣；

步驟（2），根據土壤養分差異給定農田的最大分類數C_max，C_max為大于2的自然數；

步驟（3），利用模糊c均值聚類對樣本矩陣進行聚類分析，聚類分析的分類數為[2，C_max]，得到C_max-2+1種聚類結果；

步驟（4），分別對每種聚類結果計算聚類效果指數S，最小聚類效果指數S_min的值所對應的分類數為最佳分類數，最佳分類數對應的聚類結果為農田劃分結果。

2.根據權利要求1所述的一種基于模糊c均值聚類的農田劃分方法，其特征在于：所述步驟（1）的樣本矩陣為n行l列，其中n為數據對個數，即樣本數；l為土壤養分指標個數，即樣本矩陣中的每列代表一種土壤養分指標。

3.根據權利要求1所述的一種基于模糊c均值聚類的農田劃分方法，其特征在于：步驟（3）所述利用模糊c均值聚類對樣本矩陣進行聚類分析的具體步驟為：

1）構建目標函數：

Jm(U,V)=Σk=1nΣi=1c(uik)m(dik)2---(1)]]>

其中，n為樣本數，c是分類數，m為模糊加權指數，u_ik表示樣本矩陣X中第k個樣本x_k屬于聚類中心矩陣V中第i個聚類中心ν_i的隸屬度值，U為隸屬度矩陣，d_ik²為樣本x_k與νi在特征向量上的距離平方，i、k均為自然數；

2）通過迭代，最小化（1）式J_m(U,V)，其中u_ik由（2）式替換，d_ik²計算所需的ν_i由（3）式替換，

uik=[Σj=1c(dik2djk2)m]-1---(2)]]>

vik=Σk=1n(uik)mxkΣk=1n(uik)m---(3)]]>

3）如果兩次循環中聚類中心的變化小于設定的閾值，則停止迭代，否則重復步驟2），直至聚類中心的變化小于設定的閾值或達到設定的迭代次數，其中所述閾值取10^-3-10^-5，迭代次數取50-500次。

4.根據權利要求1所述的一種基于模糊c均值聚類的農田劃分方法，其特征在于所述步驟（3）聚類效果指數S計算公式為，

S=Σi=1cΣj=1lCVijnij1nΣf=1lCVvf;]]>

其中，c是分類數，c∈[2,C_max]，l為土壤養分指標個數，即樣本矩陣的列數；n為樣本矩陣的行數，即土壤養分的樣本數，n_ij為養分指標j在分類i中的數據個數，CV_ij為養分指標j的第i個分類的變異系數,i∈[1,c]，j∈[1,l]，CV_vf為通過養分指標f所有聚類中心計算的變異系數，f∈[1,l]。