[發(fā)明專利]一種兼顧生產(chǎn)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的區(qū)域農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111104607.0
• 申請(qǐng)日: 2021-09-22
• 公開（公告）號(hào): CN113822479B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶福祿;尹禮唱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/02
• 代理公司: 北京華旭智信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11583
• 代理人: 吳鵬章

本發(fā)明公開了一種兼顧生產(chǎn)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的區(qū)域農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化方法，包括如下步驟：S1:獲取研究區(qū)內(nèi)多年農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)相關(guān)資料；S2：根據(jù)研究區(qū)內(nèi)作物實(shí)驗(yàn)觀測(cè)資料，對(duì)各種經(jīng)驗(yàn)或農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)模型的本地化；S3:根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型，計(jì)算研究區(qū)內(nèi)所述可選的農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)的在作物產(chǎn)量、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)方面的指標(biāo)表現(xiàn)；S4：采用線性規(guī)劃模型開展研究區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化，確定優(yōu)化目標(biāo)，以所述可選的農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)的種植面積的相互轉(zhuǎn)移量為變量，同時(shí)設(shè)置次要目標(biāo)作為限制條件；以及S5：利用線性規(guī)劃模型求出最優(yōu)解，確定各個(gè)作物的最終優(yōu)化面積和調(diào)整的方向，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)信息技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種兼顧生產(chǎn)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的區(qū)域農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

目前，國(guó)家正在致力于農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從供給側(cè)著手提質(zhì)增效，努力提高生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。但是一個(gè)地區(qū)如何優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)主要憑少數(shù)專家的討論意見，沒有科學(xué)定量的優(yōu)化方法。因此，難以制定有效的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，難以同時(shí)兼顧生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益等多目標(biāo)。

更具體地，目前一個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)主要由農(nóng)民的意愿或市場(chǎng)價(jià)格左右，比較盲目，缺乏定量的優(yōu)化和規(guī)劃。農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整方案主要少數(shù)專家討論決定，采用定性方法，或者靜態(tài)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，沒有科學(xué)定量的動(dòng)態(tài)的優(yōu)化方法。不足之處是無法客觀計(jì)算不同農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)在生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益等方面的表現(xiàn)，更無法對(duì)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)開展科學(xué)的多目標(biāo)優(yōu)化。無法根據(jù)當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)資源條件，在最大化某一主要目標(biāo)時(shí)，同時(shí)兼顧滿足其他目標(biāo)。因?yàn)槿狈﹂L(zhǎng)遠(yuǎn)的科學(xué)規(guī)劃，近年來我國(guó)農(nóng)業(yè)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性矛盾，矛盾的主要方面在供給側(cè)。需要開展農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化，需要相應(yīng)的科學(xué)理論指導(dǎo)和技術(shù)支持，但現(xiàn)有的技術(shù)無法滿足這一需求。

另外，2020年第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上，我國(guó)向世界鄭重承諾力爭(zhēng)在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，努力爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè)重要碳排放源，以前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的碳減排技術(shù)主要是通過改進(jìn)農(nóng)業(yè)耕作(減耕和免耕)和管理(如施肥和灌溉)方法；主要是通過大田實(shí)驗(yàn)探索固碳減排管理方法，忽視在省市尺度上農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)固碳減排和提高資源利用率的作用。沒有在省市尺度上，同時(shí)考慮產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)和固碳減排等多目標(biāo)，提出固碳減排優(yōu)化方案，達(dá)到固碳減排目標(biāo)的同時(shí)保證糧食生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)和其他效益不降低。

因此需要改進(jìn)目前的技術(shù)方法，以至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的局限。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明采用先進(jìn)的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型和線性規(guī)劃模型相結(jié)合，解決同時(shí)考慮多目標(biāo)的定量?jī)?yōu)化問題。兼顧生產(chǎn)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益等多目標(biāo)，在省市兩級(jí)尺度上分別開展農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化，提出了農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化方案。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種兼顧生產(chǎn)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的區(qū)域農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化方法，包括如下步驟：

S1:一種兼顧生產(chǎn)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的區(qū)域農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化方法，包括如下步驟：

S1:獲取研究區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)的相關(guān)資料，包括該研究區(qū)內(nèi)可選的農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)、各農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)的種植面積、產(chǎn)量，灌溉和施肥基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

S2：根據(jù)研究區(qū)內(nèi)作物實(shí)驗(yàn)觀測(cè)資料，對(duì)各種經(jīng)驗(yàn)或農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)模型的本地化；

S3:根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型，計(jì)算研究區(qū)內(nèi)所述可選的農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)的在作物產(chǎn)量、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)方面的指標(biāo)表現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)方面包括經(jīng)濟(jì)投入和產(chǎn)出，環(huán)境方面包括土壤有機(jī)碳、溫室氣體CO₂，N₂O和CH₄的特征排放量；

S4：采用線性規(guī)劃模型開展研究區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化，確定優(yōu)化目標(biāo)，以所述可選的農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)的種植面積的相互轉(zhuǎn)移量為變量，同時(shí)設(shè)置次要目標(biāo)作為限制條件；以及