[發(fā)明專利]一種網(wǎng)格化作物種植布局優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110737070.5
• 申請(qǐng)日: 2021-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN113177345B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史文嬌;王鳴雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06Q10/04;G06Q50/02;A01G22/00;A01G22/20
• 代理公司: 北京中政聯(lián)科專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

1.一種網(wǎng)格化作物種植布局優(yōu)化方法，包括：

步驟S1、對(duì)目標(biāo)種植區(qū)域建立網(wǎng)格模型，獲取每個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)的作物潛在單產(chǎn)和適宜種植面積；

步驟S2、獲取每個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)的作物最小灌溉需水量；

步驟S3、根據(jù)目標(biāo)種植區(qū)的縣級(jí)統(tǒng)計(jì)種植數(shù)據(jù)，分配得到每個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)的種植數(shù)據(jù)，種植數(shù)據(jù)包括灌溉和雨養(yǎng)種植條件下的作物種植面積和單產(chǎn)數(shù)據(jù)；

步驟S4、獲取每個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)的作物施肥強(qiáng)度數(shù)據(jù)；

步驟S5、獲取網(wǎng)格單元內(nèi)的耕地面積和灌溉面積；

步驟S6，以灌溉需水總量最小為優(yōu)化目標(biāo)，基于預(yù)定的約束條件和前述步驟S1-S5得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行種植布局優(yōu)化，得到優(yōu)化后各個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)的作物種植面積；

其中，每個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)作物最小灌溉需水量乘以對(duì)應(yīng)的優(yōu)化后每個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)的種植面積，得到每個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)的灌溉需水總量，再將種植區(qū)范圍內(nèi)所有網(wǎng)格單元上的灌溉需水總量相加，即得到優(yōu)化后種植區(qū)作物灌溉需水總量；

其中，通過下述約束條件實(shí)現(xiàn)所述優(yōu)化目標(biāo)：

(1)在每個(gè)網(wǎng)格單元上灌溉和雨養(yǎng)種植條件下分配的作物種植面積加和小于等于該網(wǎng)格單元上的耕地面積；

(2)每個(gè)網(wǎng)格單元上分配的作物灌溉面積小于等于該網(wǎng)格單元上的灌溉面積；

(3)每個(gè)網(wǎng)格單元上分配的作物灌溉或雨養(yǎng)面積小于等于網(wǎng)格單元上灌溉或雨養(yǎng)種植條件下的該作物適宜性種植面積；

(4)每個(gè)網(wǎng)格單元上分配的作物雨養(yǎng)面積小于等于原布局上該網(wǎng)格單元內(nèi)的作物雨養(yǎng)面積；

(5)優(yōu)化后作物的種植區(qū)在原作物種植網(wǎng)格單元范圍內(nèi)；

(6)優(yōu)化后作物的總產(chǎn)大于等于不同減產(chǎn)比例與優(yōu)化前種植區(qū)作物總產(chǎn)的乘積；

(7)優(yōu)化后種植區(qū)肥料總施用量小于等于優(yōu)化前的總施用量；

(8)優(yōu)化后種植區(qū)作物灌溉需水總量小于等于優(yōu)化前的作物灌溉需水總量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述步驟S2進(jìn)一步包括：

步驟S21，計(jì)算網(wǎng)格單元內(nèi)的參考作物潛在蒸散量；

步驟S22，結(jié)合參考作物潛在蒸散量、作物系數(shù)和水分脅迫系數(shù)，計(jì)算生育期內(nèi)作物潛在蒸散量和作物實(shí)際蒸散量，其中作物潛在蒸散量基于參考作物潛在蒸散量和作物系數(shù)計(jì)算得到，作物實(shí)際蒸散量則基于作物潛在蒸散量和水分脅迫系數(shù)計(jì)算得到；

步驟S23，計(jì)算網(wǎng)格單元內(nèi)的有效降雨量；

步驟S24，基于作物潛在蒸散量和有效降雨量計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)的作物最小灌溉需水量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述步驟S3進(jìn)一步包括：

步驟S31，計(jì)算灌溉和雨養(yǎng)種植條件下作物的單產(chǎn)和播種面積；

步驟S32，計(jì)算作物在灌溉和雨養(yǎng)種植條件下的適宜種植面積；

步驟S33，計(jì)算作物的市場可達(dá)性；

步驟S34，計(jì)算作物先驗(yàn)分布參數(shù)；

步驟S35，基于最小化交叉信息熵方法求解作物在網(wǎng)格單元上分配的種植比例；

步驟S36，計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格單元上作物的單產(chǎn)和種植面積。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在所述步驟S6之前，還包括步驟S6-1，對(duì)步驟S1-S5獲得的網(wǎng)格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為點(diǎn)狀數(shù)據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)一步表征為下述目標(biāo)函數(shù)：

IRD_j＝∑_io_ijl×CropArea_jl×Dirri_i×10，l＝irri (6-1)

其中，IRD_j表示目標(biāo)種植區(qū)內(nèi)作物j的灌溉需水總量；o_ijl表示優(yōu)化后網(wǎng)格單元i內(nèi)作物j在灌溉或雨養(yǎng)種植條件l下的種植比例；CropArea_jl表示作物j在目標(biāo)種植區(qū)實(shí)際的灌溉或雨養(yǎng)種植條件l下的總種植面積；Dirri_i表示網(wǎng)格單元i上的最小灌溉需水量；10為轉(zhuǎn)換系數(shù)；irri表示種植條件，l為灌溉和雨養(yǎng)種植條件。