基于三明治估计的全国土壤墒情估计方法

土壤墒情监测对于科学灌溉、抗旱资源调配均意义重大,文章针对全国范围墒情监测中由于监测点数据少、分布不均及数据点之间关系松散等导致的空间估计效果较差的问题,对全国范围的土壤墒情空间分布规律与空间估计方法展开研究。采用适用于分层异质性表面进行空间估计的三明治估计方法,以全国县域土壤墒情监测数据为采样数据,以全国降水栅格数据与土壤分类数据作为分区数据,以县行政区作为报告单元,实现土壤墒情监测点数据到面数据的上推。采用交叉验证方法对三明治估计效果进行验证,并与距离反比、克吕金、自然临近点和样条4种常规插值方法进行对比。结果表明:三明治估计的误差均值为1.66%,误差标准差为25.16%,墒情等级估计准确率为60.7%;与其它对比方法相比,三明治估计的结果在误差均值与误差标准差上并没有表现更好,三明治估计的误差均值小于样条插值方法但大于其它方法,误差标准差与距离反比、克吕金及自然临近点方法接近。总体来看,三明治估计能够获得与一般插值方法类似的估计效果,但是由于其更符合土壤墒情空间分布以及采样数据情况,因此其结果更可靠和易于解释,能更好地满足全国土壤墒情监测的应用需要。     

国土空间监测网络布局优化方法研究

研究目的:服务于自然资源综合监管以及全国国土空间的多级综合动态监测,以县域为基本空间单元,采用多目标优化求解方法,优选具有国土空间代表性的典型县域监测样点,使得选取的每个样点县均能同时代表某种类型的农业生产空间、城乡建设空间和生态保育空间,形成国土空间监测网络优化布局方案,为构建国土空间监测网络提供参考依据。研究方法:基于2015年土地利用变更调查分县数据,结合自然本底、社会经济统计数据,构建空间采样数据集;采用土地垦殖率、城乡建设强度、生态覆盖度三个指标表征国土空间类型,选择与其相关性较大的自然、社会经济指标作为辅助变量,采用重复二分聚类方法进行国土空间分区;根据监测点对不同的农业生产空间类型、城乡建设空间类型、生态保育空间类型的代表性,以及地理空间分布的均匀性,设定多目标优化函数,采用多路空间模拟退火方法进行多目标优化求解,从全国县域单元中优选出能够同时对不同类型的农业生产、城乡建设、生态保育空间均具有代表性的样点县,形成国土空间监测网络布局备选方案;基于专家知识,充分考虑管理实践对监测样点布设的现实要求,从多套理论方案中优选出国土空间监测网络布局的优化方案。研究结果:基于成本最小原则,优选出34个县域监测样点,形成了国土空间监测网络布局参考方案。研究结论:人类对自然资源的开发能力日益增强,国土空间格局正在发生剧烈演变。为动态获取国土空间变化信息,掌握国土空间演变规律,及时制定国土空间优化调控策略,优化国土空间开发格局,亟需加快构建覆盖全国的国土空间多级综合监测网络。本文面向全国国土空间监测网络建设优选出的34个县域监测样点,能够以最少的样本数量实现对主要国土空间类型的全面覆盖,可为全国国土空间监测网络优化布局提供参考。同时,研究提出的国土空间分区和监测样点优化布局方法可为重点区域国土空间监测网络构建提供借鉴。     

华北平原土地整治项目区农用机井的空间布局优化

以高于铺镇和腰山镇土地整治项目区为例,开展项目区农用机井的空间布局优化研究。1利用行政界线、交通道路、河流水系等线性阻隔要素,将项目区划分为33个优化单元,采用单井控制灌溉面积法计算各优化单元井数,确定井数约束为191眼、井距约束为275.02m。2将项目区划分为精密的栅格,以栅格中心点为评价对象,从水文地质、地形、交通、土地四个方面构建宜布井点适宜性评价模型,一级、二级、三级适宜区分别占宜布井区的29.93%、47.03%和23.04%,且呈现依次向田块内部分布的环状分布特征。3基于空间抽样理论,以待灌溉点到与其最邻近的新建井点或可利用的现状井点间距离的期望为决策变量,基于MMSD优化准则和退火模拟方法,以井距、井数和宜布井位适宜等级为约束条件进行农用机井的空间布局,191个新建井点均匀分布在整个灌区内。文章提出的机井空间布局优化模型有助于科学统一规划新旧机井,实现土地整治项目区的农用机井优化布设。