一种基于空间降尺度回归模型的耕地资源生产潜力测算方法技术

本发明专利技术涉及计算机技术领域，具体为一种基于空间降尺度回归模型的耕地资源生产潜力测算方法，其方法包括：收集与耕地资源生产潜力测算技术相关的数据；进行县级耕地资源生产潜力测算；村镇耕地资源生产潜力测算指标筛选，村镇耕地资源生产潜力测算指标体系构建；空间降尺度回归模型构建；基于空间降尺度回归模型的村镇耕地资源生产潜力测算；测算结果验证与精度分析。本发明专利技术采用基于空间降尺度回归模型的耕地资源生产潜力测算方法实现了村镇尺度耕地资源生产潜力的快速精准估算，为耕地资源保护与可持续发展提供科学依据，提高了我国耕地快速估产和耕地质量管控的效率和精度。地快速估产和耕地质量管控的效率和精度。地快速估产和耕地质量管控的效率和精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间降尺度回归模型的耕地资源生产潜力测算方法


[0001]本专利技术涉及计算机
，尤其涉及一种基于空间降尺度回归模型的耕地资源生产潜力测算方法。

技术介绍

[0002]耕地资源生产潜力是指一定时间和区域范围内耕地资源在一定光、温、水、土等各种条件下所能生产粮食作物的能力，因此提升耕地资源生产潜力是解决当前经济发展、人口增长与粮食安全之间矛盾的重要突破口。耕地资源生产潜力受自然、社会和经济等多因素的影响，而现有耕地资源生产潜力测算技术还停留在传统的土地生产潜力机理模型阶段，测算方法也沿用已有的经验法或机制法进行估算，仅仅通过遥感反演与地理信息系统方法优化测算数据源获取方式，实现大区、省、市、县的耕地资源生产潜力测算，而对于村镇即小尺度的耕地资源生产潜力测算技术探索还处于尝试阶段，其测算精度和效果尚不能满足当前村镇耕地资源管控的现实技术需求；并且现有耕地资源生产潜力测算技术指标多重自然因素、而轻社会经济和人为管措等因素的考虑，不能满足当前复杂人地系统作用下的区域耕地资源生产潜力的现实特征；而且尚未形成基于大中尺度测算结果实现小尺度耕地资源生产潜力测算的空间降尺度方法与技术体系，不能避免测算结果受数据瓶颈或数据缺失约束的问题，其测算成本、测算效率与准确性也受到影响。
[0003]可见，当前尚未建立一套考虑耕地资源的自然、经济和人为利用特征、可实现不同尺度耕地资源生产潜力快速测算的成熟方法与工具；因此，亟需研发一套面向耕地资源高效利用与快速评估的村镇耕地资源生产潜力测算的新工具，以期提高区域耕地快速估产和耕地质量管控的效率和精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有村镇耕地资源生产潜力测算技术的不足，设计了一套基于空间降尺度回归模型的村镇耕地资源生产潜力测算工具，建立了涵盖耕地自然条件、土地利用、社会经济与生态环境等要素的耕地资源生产潜力降尺度因素集；采用GAEZ模型进行县级耕地资源生产潜力测算，利用降尺度回归模型和空间回归模型等方法实现耕地资源生产潜力测算从县级尺度到村镇尺度的降维，从而形成了一套可推广的村镇耕地资源生产潜力测算技术方法，提高了小尺度耕地资源生产潜力测算的效率和精度，降低了测算成本，规避了由于小尺度区域数据收集瓶颈引起的测算技术难题。
[0005]本专利技术提出了一种基于空间降尺度回归模型的村镇耕地资源生产潜力测算方法，包括以下步骤：
[0006]收集与耕地资源生产潜力测算技术相关的数据；
[0007]基于GAEZ模型，并利用符合GAEZ模型的软件格式要求的气象数据、土壤数据、耕地数据进行县级耕地资源生产潜力测算；
[0008]通过Spearman相关分析方法对耕地资源的自然条件、耕地利用、社会经济和生态
环境各方面的影响因素进行指标筛选，构建村镇耕地资源生产潜力测算指标体系；
[0009]以县级耕地资源生产潜力为因变量，以村镇耕地资源生产潜力测算指标体系中的主导影响因子为自变量，利用空间自相关法、空间回归模型和空间降尺度方法构建不同测算指标与耕地资源生产潜力的响应关系模型，构建空间降尺度回归模型；
[0010]基于空间降尺度回归模型进行村镇耕地资源生产潜力测算，得出村镇耕地资源生产潜力测算结果；
[0011]运用精度验证法，结合统计年鉴数据、问卷调查数据，分别从县级尺度、镇级尺度和村级尺度对耕地资源生产潜力测算结果进行验证与模型精度分析。
[0012]具体的，所述县级耕地资源生产潜力测算，包括以下步骤：
[0013]将耕地划分为若干1km
×
1km大小的栅格，作为基本计算单元；
[0014]根据辐射数据估算出每个栅格种植作物的光合生产潜力；
[0015]根据辐射数据、气温数据，估算出每个栅格种植作物的光温生产潜力；
[0016]根据辐射数据、气温数据、降水数据估算出每个栅格种植作物的光温水生产潜力；
[0017]模拟出在理想土壤条件和管理条件下每个栅格种植作物的气候生产潜力；
[0018]结合土壤数据、耕地数据和地形数据估算出每个栅格种植作物的土地生产潜力；
[0019]结合耕地灌溉面积百分比数据，计算得到1km
×
1km栅格尺度的耕地资源生产潜力，运用ArcGIS软件中的区域统计功能统计得到基于县级尺度的耕地资源生产潜力测算结果。
[0020]需要说明的是，所述县级耕地资源生产潜力包括单作物光温潜力、单作物气候潜力、单作物雨养土地潜力、单作物灌溉土地潜力、单作物耕地资源生产潜力、多熟制种植制度下的耕地资源生产潜力，其中：
[0021]所述单作物光温潜力由作物生育期长度、作物生育期最大干净物质生产率、作物最大叶面积指数、作物经济系数决定，包含光合潜力、光温潜力、叶面积、时间校正、作物呼吸校正计算过程，计算公式包括：其中，Bn为作物光温潜力， bgm
i
为作物生育期日最大干物质生产率，c
bna
为生育期平均生产率与盛长生产率比，N为作物生育期长度，C
t
为维持呼吸系数，Hi为作物收获指数， L为叶面积指数校正系数，即实际最大叶面积指数生产率与最大叶面积指数为5的生产率比率；
[0022]所述单作物气候潜力与作物类型、气候条件、土壤持水力决定的作物需水量和实际蒸散的比例有关，计算公式包括：计算公式包括：其中Bw为气候潜力，为生育期平均水分产量反应系数，为生育阶段水分产量系数，生育阶段划分标准参考FAO文献，eta为作物日实际蒸散，ET0为作物日参考蒸散， kc为作物栽培系数，j为不同生长阶段天数，Bn为作物光温潜力；
[0023]所述单作物雨养土地潜力的计算公式包括：Y
rain
‑
feed
＝B
w
×
SR
×
F
m
，其中Y
rain
‑
feed
表示某种作物类型的雨养土地潜力，B
w
表示气候潜力，SR表示土壤单元适宜性，F
m
表示地形适宜性；
[0024]所述单作物灌溉土地潜力的计算公式包括：Y
irrigated
＝B
n
×
SR
×
F
m
，其中Y
irrigated
表示某种作物类型的灌溉土地潜力，B
n
为作物光温潜力，SR表示土壤单元适宜性，F
m
表示地形适宜性；
[0025]所述单作物耕地资源生产潜力的计算公式包括：Y
total
＝Y
rain
‑
feed
×ꢀ
(1
‑
i)+Y
irrigated
×
i，其中Y
total
为某种作物类型的耕地资源生产潜力， Y
rain
‑
feed...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间降尺度回归模型的耕地资源生产潜力测算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：收集与耕地资源生产潜力测算技术相关的数据；基于GAEZ模型，并利用符合GAEZ模型的软件格式要求的气象数据、土壤数据、耕地数据进行县级耕地资源生产潜力测算；通过Spearman相关分析方法对耕地资源的自然条件、耕地利用、社会经济和生态环境各方面的影响因素进行指标筛选，构建村镇耕地资源生产潜力测算指标体系；以县级耕地资源生产潜力为因变量，以村镇耕地资源生产潜力测算指标体系中的主导影响因子为自变量，利用空间自相关法、空间回归模型和空间降尺度方法构建不同测算指标与耕地资源生产潜力的响应关系模型，构建空间降尺度回归模型；基于空间降尺度模型进行村镇耕地资源生产潜力测算，得出村镇耕地资源生产潜力测算结果；运用精度验证法，结合统计年鉴数据、问卷调查数据，分别从县级尺度、镇级尺度和村级尺度对耕地资源生产潜力测算结果进行验证与精度分析。2.如权利要求1所述的基于空间降尺度回归模型的耕地资源生产潜力测算方法，其特征在于，所述县级耕地资源生产潜力测算，包括以下步骤：将耕地划分为若干1km
×
1km大小的栅格，作为基本计算单元；根据太阳辐射数据估算出每个栅格种植作物的光合生产潜力；根据太阳辐射数据、气温数据，估算出每个栅格种植作物的光温生产潜力；根据太阳辐射数据、气温数据、降水数据估算出每个栅格种植作物的光温水生产潜力；模拟出在理想土壤条件和管理条件下每个栅格种植作物的气候生产潜力；结合土壤数据、耕地数据和地形数据估算出每个栅格种植作物的土地生产潜力；结合耕地灌溉面积百分比数据，计算得到1km
×
1km栅格尺度的耕地资源生产潜力，运用ArcGIS软件中的区域统计功能统计得到基于县级尺度的耕地资源生产潜力测算结果。3.如权利要求2所述的基于空间降尺度回归模型的村镇耕地资源生产潜力测算方法，其特征在于，所述县级耕地资源生产潜力包括单作物光温潜力、单作物气候潜力、单作物雨养土地潜力、单作物灌溉土地潜力、单作物耕地资源生产潜力、多熟制种植制度下的耕地资源生产潜力，其中：所述单作物光温潜力由作物生育期长度、作物生育期最大干净物质生产率、作物最大叶面积指数、作物经济系数决定，包含光合潜力、光温潜力、叶面积、时间校正、作物呼吸校正计算过程，计算公式包括：其中，Bn为作物光温潜力，bgm
i
为作物生育期日最大干物质生产率，c
bna
为生育期平均生产率与盛长生产率比，N为作物生育期长度，C
t
为维持呼吸系数，Hi为作物收获指数，L为叶面积指数校正系数，即实际最大叶面积指数生产率与最大叶面积指数为5的生产率比率；所述单作物气候潜力与作物类型、气候条件、土壤持水力决定的作物需水量和实际蒸散的比例有关，计算公式包括：计算公式包括：其中Bw为气候潜力，为生育期平均水分产量反应系数，为生育阶段水分产量系数，生
育阶段划分标准参考FAO文献，eta为作物日实际蒸散，ET0为作物日参考蒸散，kc为作物栽培系数，j为不同生长阶段天数，Bn为作物光温潜力；所述单作物雨养土地潜力的计算公式包括：Y
rain
‑
feed
＝B
w
×
SR
×
F
m
，其中Y
rsin
‑
feed
表示某种作物类型的雨养土地潜力，B
w
表示气候潜力，SR表示土壤单元适宜性，F
m
表示地形适宜性；所述单作物灌溉土地潜力的计算公式包括：Y
irrigated
＝B
n
×
SR
×
F
m
，其中Y
irrigated
表示某种作物类型的灌溉土地潜力，B
n
为作物光温潜力，SR表示土壤单元适宜性，F
m
表示地形适宜性；所述单作物耕地资源生产潜力的计算公式包括：Y
total
＝Y
rain
‑
feed
×
(1
‑
i)+Y
irrigated
×
i，其中Y
total
为某种作物类型的耕地资源生产潜力，Y
rain
‑
feed
表示某种作物类型的雨养土地潜力，Y
irrigated
表示某种作物类型的灌溉土地潜力，i表示耕地灌溉率；所述多熟制种植制度下的耕地资源生产潜力的计算公式包括：其中i为种植制度中每种作物品种类型，Y为耕地资源生产潜力，Y
i
为种植制度中每种作物品种的耕地资源生产潜力。4.如权利要求1所述的基于空间降尺度回归模型的耕地资源生产潜力测算方法，其特征在于，对所述耕地资源生产潜力的影响因素进行筛选，构建村镇耕地资源生产潜力测算指标体系，包括以下步骤：通过文献检索，对文献中涉及的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王璐，钟金杏，王晶，韩玥江，胡月明，梁晓玲，缑武龙，
申请(专利权)人：广州市华南自然资源科学技术研究院高州市不动产登记中心高州市不动产档案馆广东友元国土信息工程有限公司，
类型：发明
国别省市：