[發(fā)明專利]一種區(qū)域作物耗水時(shí)空格局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210343189.5
• 申請(qǐng)日: 2012-09-14
• 公開（公告）號(hào): CN102880752A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王素芬;黃好思;康紹忠;佟玲;郝新梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于農(nóng)作物種植優(yōu)化控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種區(qū)域作物耗水時(shí)空格局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)人增、地減、水缺的矛盾日益突出，農(nóng)業(yè)受制于水的狀況將長(zhǎng)期存在，年均干旱受災(zāi)面積5.44億畝，約占耕地面積的30%，灌區(qū)缺水約300億立方米，因干旱減產(chǎn)的糧食達(dá)數(shù)百億公斤，缺水對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生了不利影響，威脅糧食安全。種植業(yè)是農(nóng)業(yè)耗水大戶，灌溉用水約占農(nóng)業(yè)總用水量的90%，針對(duì)這種情況，必須優(yōu)化與農(nóng)業(yè)水資源密切相關(guān)的區(qū)域作物耗水時(shí)空格局，按照水資源和農(nóng)業(yè)資源的時(shí)空分布特征，依據(jù)作物耗水量，合理調(diào)整作物布局，考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，以充分高效利用當(dāng)?shù)厮Y源，促進(jìn)水資源的優(yōu)化配置，緩解水資源供需矛盾。

作物耗水受氣象、地形、土壤、作物空間分布等因素的影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者用不同方法對(duì)其進(jìn)行了研究，但大多都以單點(diǎn)和單種作物的耗水規(guī)律研究為主，區(qū)域作物耗水的時(shí)空優(yōu)化及相關(guān)方面的研究較少。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明充分考慮作物耗水影響因子的時(shí)空變異性，并建立單種作物分布式耗水模型和基于智能區(qū)間優(yōu)化算法的區(qū)域作物耗水時(shí)空格局優(yōu)化模型，得到區(qū)域ET（Evapotranspi?ration，作物耗水）最高水分產(chǎn)出效益的分配方案，達(dá)到優(yōu)化區(qū)域作物耗水時(shí)空格局的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種區(qū)域作物耗水時(shí)空格局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，用以獲得區(qū)域作物最高水分產(chǎn)出效益的分配方案，達(dá)到優(yōu)化區(qū)域作物耗水時(shí)空格局的目的。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是，一種區(qū)域作物耗水時(shí)空格局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征是所述方法包括：

步驟1：選擇優(yōu)化區(qū)域并獲取耗水計(jì)算單元，選取耗水計(jì)算單元上的耗水影響因子；

步驟2：根據(jù)耗水量和耗水計(jì)算單元上的耗水影響因子數(shù)據(jù)計(jì)算耗水綜合影響因子，選取設(shè)定種類的作物，并建立單種作物分布式耗水模型；

步驟3：對(duì)優(yōu)化區(qū)域進(jìn)行分區(qū)；

步驟4：根據(jù)單種作物分布式耗水模型和適宜耗水量區(qū)間計(jì)算作物耗水綜合影響因子區(qū)間；

步驟5：將步驟3得到的分區(qū)與步驟4得到的作物耗水綜合影響因子區(qū)間耦合，得到不同作物生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)區(qū)域；

步驟6：建立區(qū)域作物耗水時(shí)空格局優(yōu)化模型，根據(jù)區(qū)域作物耗水時(shí)空格局優(yōu)化模型計(jì)算每個(gè)分區(qū)每種作物的最優(yōu)年種植面積區(qū)間，并布局在每個(gè)分區(qū)每種作物的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)區(qū)域，從而得到區(qū)域作物耗水時(shí)空格局。

所述根據(jù)耗水量和耗水計(jì)算單元上的耗水影響因子數(shù)據(jù)計(jì)算耗水綜合影響因子，選取設(shè)定種類的作物，并建立單種作物分布式耗水模型具體包括：

步驟101：設(shè)有p個(gè)耗水計(jì)算單元，n個(gè)耗水影響因子，每個(gè)耗水計(jì)算單元上的耗水影響因子數(shù)據(jù)由矩陣表征，L_ij是第i個(gè)耗水計(jì)算單元的第j個(gè)耗水影響因子數(shù)據(jù)；

步驟102：采用公式對(duì)矩陣L中的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；其中，是第j個(gè)耗水影響因子數(shù)據(jù)平均值，即SD_j是第j個(gè)耗水影響因子數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，即

步驟103：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的矩陣進(jìn)行因子分析，從而得到t個(gè)作物耗水綜合影響因子(x₁,x₂,...,x_t);

步驟104：建立單種作物分布式耗水模型其中，ET_l是第l種作物的單位面積全生育期適宜耗水量，l＝1,2,...,v，v為作物總數(shù)，是第l種作物的第j個(gè)作物耗水綜合影響因子的權(quán)重，且是第l種作物的第j個(gè)作物耗水綜合影響因子的權(quán)系數(shù)，t是作物耗水綜合影響因子總數(shù)，是第l種作物的第j個(gè)作物耗水綜合影響因子對(duì)第i個(gè)耗水影響因子的得分值，n是耗水影響因子的總數(shù)，是第l種作物的第j個(gè)作物耗水綜合影響因子的貢獻(xiàn)率，是第l種作物的第j個(gè)作物耗水綜合影響因子和第i個(gè)耗水影響因子的相關(guān)系數(shù)，是第l種作物的第j個(gè)作物耗水綜合影響因子，f(·)是線性函數(shù)。

所述對(duì)優(yōu)化區(qū)域進(jìn)行分區(qū)包括：

步驟201：設(shè)有m個(gè)待分類區(qū)域，n個(gè)耗水影響因子，每個(gè)待分類區(qū)域上的耗水影響因子數(shù)據(jù)由矩陣表征，X_ij是第i個(gè)待分類區(qū)域的第j個(gè)耗水影響因子數(shù)據(jù)；

步驟202：對(duì)矩陣X中的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

步驟203：針對(duì)矩陣X中的標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)，采用聚類分析法將待分類區(qū)域分區(qū)，從而得到u個(gè)分區(qū)。

所述區(qū)域作物耗水時(shí)空格局優(yōu)化模型包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件；

目標(biāo)函數(shù)為：