基于不同样本分区和模型参数的四川省粮食产量空间化研究

[目的]农业经济统计数据受多种自然条件因素和社会经济条件因素影响,数据空间化难度很大。通过省级尺度粮食产量数据空间化的研究,探索提高农业经济统计数据空间化精度的方法及经验。[方法]以四川省为例,按照不同分区方案(全省不分区、分为5个综合农业分区),选择不同样本数据(县级粮食总产、县级平均粮食产量)为因变量,对应2种耕地类型(水田、旱地)面积数据为自变量,考虑2种模型参数(常数为0和不为0)拟合多元回归模型,对粮食数据进行空间化研究,并选择误差评价因子对空间化结果进行评价。[结果](1)不管采用县级粮食总产还是县平均粮食产量拟合,常数项设置为非0的,均是分区比不分区的结果精度要高;(2)不管采用县级粮食总产还是县平均粮食产量拟合,常数项设置为0的,均是分区比不分区的结果精度要高;(3)对比不分区和分区这2种方法,以县级粮食总产拟合的结果要比县级平均粮食产量拟合的结果精度要高。[结论]在省级粮食产量空间化时,以分县平均粮食产量为基础,划分土地利用类型、划分农业分区并且常数为0时拟合精度最高。在今后的研究中,有必要结合更多的影响因子进行粮食产量的空间化,以提高其数据重构精度。     

结合Landsat 8和GF 1数据的冬小麦种植空间分布提取

[目的]为探讨多源中等分辨率数据在冬小麦种植时空分布上的应用。[方法]利用2017年冬小麦关键生育期的Landsat8 OLI(抽穗期)和时间序列的GF-1 WFV(2016—2017生育期)数据,在分析各个行政分区的地表覆盖状况、作物结构和地块破碎度差别的基础上,将行政区划分为3种类型不同的提取单元并建立了适合于各自分区的提取模型:(1)利用关键生育期的OLI数据,采用监督分类—神经网络方法提取结构单一、地块齐整的怀远县种植区;(2)基于WFV数据构建五河县及城区种植区的冬小麦全生育期NDVI时间序列曲线,根据NDVI的时间特征构建冬小麦提取的决策树分类模型提取结构较复杂、混合像元明显的五河县及城区种植区;(3)在对关键生育期OLI-NDVI数据合理分割的基础上,采用最大似然的面向对象分类法获取种植密集、地块破碎的固镇县种植区。[结果]提取结果采用混淆矩阵和当年度统计数据相结合的方法进行精度评价,结果表明:(1)怀远县提取出的冬小麦提取总体精度为97.91%,五河县及城区提取出的精度为97.62%,固镇县的精度为97.42%;(2)全区域冬小麦提取的总体精度为86.82%,Kappa系数为0.84。与当年度统计数据对比的结果表明:2017年蚌埠市的准确提取面积精度可达97.91%,提取面积数据小于蚌埠市统计年鉴提供的统计数据,与调查的实际种植地块基本一致。[结论]采用不同方法提取不同空间分布特征的冬小麦种植面积具有较好的精度,该方法可以为市域冬小麦面积提取提供技术参考。     

陕西省耕地利用转型与粮食产量耦合关系研究

[目的]研究陕西省耕地利用隐形变化与产量的耦合关系,以此优化粮食生产系统的指导方式,提高陕西省粮食产量,协调陕西省耕地利用转型与粮食产量的耦合关系。[方法]文章运用变异系数法,以粮食生产的"投入指标"为评价依据,耕地利用强度由地均化肥施用量、有效灌溉比、复种指数及地均农业机械动力表征等4个指标构成,以及利用2005~2015年陕西省粮食产量,分析其耕地利用转型和粮食产量耦合关系时空演变。[结果]2005~2015年间陕西省各地市耕地利用强度数值上逐年增大,但空间布局变化较分散;从粮食产量方面来看,陕西省各地市粮食产量整体有所增长,空间分异特征较为明显;耕地利用转型与粮食产量高耦合值区增加,低耦合区值逐渐减少;从空间上看,陕西省中部地区耕地利用转型与粮食产量耦合度越来越高。[结论]陕西省耕地利用转型与粮食产量耦合度在2005~2015年间呈现耦合度逐渐增加的态势,耕地利用转型对粮食安全具有有利影响。     

四川省多年平均气温数据空间插值方法与影响因素研究

［目的］探索复杂地形、气候背景下适合当地特点的多年平均气温数据空间插值方法。［方法］在考虑海拔高度、数据源密度和空间化栅格大小等条件影响下,选择5种插值方法对1981—2010年四川省144个气象观测站点多年平均气温观测数据进行了空间插值,并采用预留检验站点和交叉验证两种方法对结果进行评估。［结果］空间化模型插值精度IDWE＞OKE＞MRM＞OK＞IDW; 不考虑海拔因素时中等密度站点插值精度最高,考虑海拔因素后高密度站点插值精度最高; 随着空间化尺度的不断增大,不考虑海拔因素的插值方法误差变化不大,考虑海拔因素的插值方法误差逐渐增大,且在空间栅格尺度大于4 000m后误差快速增加; 不同海拔数据源对插值结果有影响,采用3种方法插值的温度差在-098～305℃之间,但绝对温差大于1℃的区域仅占全省面积的076％～152％。［结论］（1）空间化模型方法的选择对气温空间化精度影响较大,考虑了海拔等环境影响因素的模型比单纯的空间自相关模型精度更高; （2）数据源（气象站点）数量的减少会导致空间化误差增加,但并不明显; （3）随着栅格尺度逐渐变大,空间化误差逐渐增大,适宜尺度在500~2 000m; （4）气象站点海拔误差会影响气温空间化精度,但从占全省面积来看影响并不显著; （5）复杂地形会影响气温空间化效果,分区拟合精度优于不分区拟合。     

新疆棉区生产空间格局演化及驱动因素分析

[目的]利用2000—2015年农业生产统计数据,分析新疆棉区生产空间格局及其主要驱动因素。[方法]采用空间自相关、多元线性回归模型。[结果](1)棉花生产空间差异显著,呈南北两侧向天山南北递增趋势,在业已形成的天山北坡和南坡主产区格局下,"南增北减"趋势增强;(2)植棉区存在空间集聚效应,在时序上表现出持续的稳定性,高值聚集区集中分布于南疆区域,低值聚集区空间范围显著缩小;(3)多元线性回归模型结果显示,人均耕地面积、农机总动力、化肥施用量、有效灌溉面积、非农就业机会、人均粮食产量、与小麦产值比、受灾面积、单产水平、目标价格改革、临时收储政策等对棉花生产均有显著影响,通过不同的作用机理形成当前棉花生产空间格局。[结论]建议发展标准化规模经营,加强全程机械化技术推广应用,完善农业保险及综合性补贴,为棉花生产布局优化和结构调整提供决策依据。     

基于SFA模型的河南省粮食产量时空变化及投入要素影响

[目的]粮食问题影响着一个国家的国民经济发展和人民生产、生活,农业在整个社会生产活动中占有重要地位,河南省是全国农业大省,对河南省粮食产量进行分析具有重要的现实意义。[方法]以2005—2015年河南省各县粮食产量和投入要素为研究对象,将研究数据面板化,利用线性相关、随机前沿生产函数模型、脱钩分析等方法,运用ArcGIS 10.1、Eviews 8.0和SPSS 19.0等软件,对河南省各县粮食产量时空变化、投入要素影响程度和脱钩效应进行分析。[结果]模型运算结果表明文章选用模型效果较好,能够反映粮食产量的时空变化以及其与投入要素之间的关系,且符合河南省粮食产量实际情况。研究结果表明:(1)从时间上来看, 2005—2015年河南省粮食产量总体呈线性上升趋势;(2)从空间上来看,河南省中部、北部、东部和南部粮食产量较高,西部受地势因素影响粮食产量较低;(3)粮食产量与化肥施用折纯量、粮食播种面积、农民经营性收入、农药施用量、农业机械总动力和乡村农业人口呈正相关关系,与农村用电量呈负相关关系;(4)化肥施用折纯量、农村用电量、农药施用量存在脱钩效应,粮食播种面积、农民经营性收入、农业机械总动力不存在脱钩效应。[结论]应保持目前粮食播种面积不变,提高农业机械总动力,突出投入要素的影响,同时对河南省各县进行区域功能定位。     

江苏省农田氮素平衡的时空变化特征分析

[目的]探究江苏省农田氮素盈余状况的时空变化规律,并识别氮素污染的潜在风险区域。[方法]基于江苏省农业生产统计数据,运用氮平衡模型,分析全省农田氮盈余的时空变化特征。[结果](1)1979—2015年江苏省农田氮盈余量从1979年的15. 1万t上升至2015年的29. 67万t,总体经历相对平稳、持续上升到稳步下降的变化过程,由升到降的时间拐点在2003年。氮肥作为第一大氮输入源,所占比例始终介于60%～82%之间,对江苏农田氮素平衡起决定性作用;(2) 2005—2015年苏北地区农田氮素大多呈高输入、高输出状态,苏南地区则有低输入、低输出的特征,氮肥依旧为各地第一大氮输入项,输入高值区分布在徐州、盐城;(3) 2005—2015年江苏省农田氮盈余强度从135. 78kg/hm2降低至64. 85kg/hm2,各地农田氮盈余强度普遍下降,但南北分化明显,位于江苏北部的徐州、宿迁和淮安,农田氮素盈余强度总体维持较高水平,苏南太湖流域地区、江苏沿江地区和沿海地区,氮素盈余强度相对较弱,且期间有继续下降倾向,镇江、泰州、扬州与南京,新近农田氮素甚至呈亏缺状态。[结论]基于上述测算结果,提出农田氮过剩污染风险区的农业生产调整对策思路。     

多时相极化SAR数据的旱地作物分类研究

[目的]及时、准确地获取旱地作物类型、种植面积及空间分布信息,可为农业生产管理,国家粮食政策提供重要依据。文章主要是对河北省冀州市棉花、玉米、水体和建筑进行分类,比较不同时相及分类方法下RADARSAT-2数据对4种地物的分类精度。[方法](1)计算得到每个时相(2018年7月14日、8月7日、9月24日)全极化RADARSAT-2数据的39个特征;(2)结合随机森林分类器比较不同分解方法(Freeman分解、Yamaguchi分解、MCSM模型和Cloud分解)得到的特征对旱地作物的分类精度影响;(3)分析参与分类的特征数量和时相对分类精度的影响;(4)将多时相多特征相结合,确定研究区内旱地作物的最佳识别方案。[结果]不同分解方法得到的特征越多、分类精度越高;就仅使用单景影像而言,在9月24日(玉米成熟期早期、棉花吐穗期中期)总体分类精度最高;不同分解方法得到的极化特征之间有一定的相关性,同一时相下,增加参与分类的极化特征数量不能有效提高分类精度;使用3个时相上117个极化特征,结合随机森林分类器,可以得到最佳分类精度(总体分类精度达92.89%,Kappa系数为0.885 9)。[结论]结合多时相与多特征相RADARSAT-2数据,能够有效提高复杂种植结构下旱地作物的识别精度,该研究可为旱地作物种植面积的快速提取提供参考。     

基于GRA&BPNN的广西粮食产量预测研究

[目的]研究粮食产量的影响因素并以其相关性为基础预测粮食产量对实现广西粮食产业的"做强做优"具有重大意义。通常情况下粮食产量与种植技术发展水平、农田耕地面积、土地肥力、气候等诸多因素相关,但是在样本数据不足、数据间关联度不明显的情况下则无法采用回归分析、灰系统等常用预测方法。[方法]文章应用灰色关联分析方法得到水库水量、农田有效灌溉面积、第一产业从业人口、播种面积、除涝面积等5个与广西粮食产量关系最为密切的因子变量,同时取2004~2012年的数据作为学习、训练样本,以2013~2014年的数据为试报样本,并以此建立BP神经网络粮食预测模型。[结果]检验结果表明运用本模型预测粮食产量具有较高的精度和良好的泛化性。[结论]根据模型结果,该文提出提升广西粮食产业发展的可行性建议,即加强水库的管理、引导与粮食产业相关的产业、稳定粮食种植面积、加强洪涝灾害的防御和治理能力、推进农业信息化。     

黄河三角洲典型区土壤盐分空间分布预测方法研究

[目的]正确评估土壤盐渍化状况,掌握土壤盐分空间分布规律,是合理开发利用盐渍化土壤资源的基础和前提。[方法]文章选取黄河三角洲典型地区垦利县作为采样区,利用4种确定性方法 (全局多项式、局部多项式、反距离加权、径向基函数)和3种地统计不确定性方法 (普通克里格、简单克里格、协同克里格),分别对研究区进行土壤含盐量的空间分布特性估计,从误差和空间分布特点上对比分析不同方法的预测效果,并明确了研究区土壤盐分的空间分布特征。[结果]地统计不确定性插值方法的精度整体上优于确定性方法,简单克里格预测后的空间表达和误差精度均属最优。基于最优的空间预测方法,黄河三角洲土壤盐分目前在空间上整体呈现出东部高于西部的趋势,且部分区域存在斑块状现象。非盐渍化、轻度盐渍化、中度盐渍化、重度盐渍化和盐土面积分别占研究区总面积的2.54%、27.14%、43.70%、21.21%和5.41%。[结论]在土壤属性变异强度大的时候,采用简单克里格效果会更好。     

城镇住宅用地基准地价的地质灾害影响及修正系数研究 ——以兰州市为例

研究目的:研究地质灾害对城镇住宅地价的影响及城镇住宅基准地价的地质灾害因素修正系数编制。研究方法:探索性空间数据分析、网格地价模型和地理加权回归模型。研究结果:基于兰州市1621个住宅地价调查样点数据的分析显示,地质灾害隐患可导致土地价值的降低,但作用程度在不同土地级别、不同空间位置存在差异,地质灾害对地价产生负作用的极值易出现在各类洪道、沟坡地带;运用兰州市公开出让住宅用地数据进行验算,将网格地价模型和GWR模型法得出的修正系数应用于兰州市基准地价修正法评估,验算结果基本符合兰州市地价实际情况,网格地价模型的验算结果较GWR模型更为平稳。研究结论:地质灾害因素修正系数的空间量化,有助于提高地价评估的准确和客观性;网格地价模型法较GWR模型法更适合当前基准地价修正系数编制。     

物理模型光谱模拟误差对冬小麦叶面积指数高光谱反演的影响

获取农作物叶面积指数(leaf area index,LAI)及其动态变化对于农作物长势监测和产量估测等应用具有重要的意义。基于冠层反射率模型(物理模型)的LAI遥感反演方法具有良好的普适性,对地面数据依赖较少,近年来广泛应用于农作物LAI高光谱反演研究。然而,当物理模型参数取值尽可能准确(代入参数实测值或依据先验知识取值)时,模拟光谱与实测光谱间仍然存在误差,研究称之为"光谱模拟误差"。该研究通过比对实测冬小麦冠层光谱与ACRM(a two-layer canopy reflectance model)模型最优模拟光谱,展示了光谱模拟误差在各波段、不同样本点的分布规律。据此,根据对光谱模拟误差与高光谱数据降维的不同考虑,制订了4种LAI反演波段选择方案。通过对比基于不同波段选择方案的LAI反演精度,分析了光谱模拟误差对LAI反演的影响;讨论了综合考虑高光谱数据降维与光谱模拟误差的LAI反演波段选择方法。通过合理的波段选择,限制了光谱模拟误差的影响,提高了LAI反演精度。该研究结果有助于探索合理的LAI高光谱反演波段选择方法,为合理利用高光谱数据反演农作物LAI提供科学参考。     

基于关联规则的耕地质量评价数据检错方法研究 ——以广州市为例

研究目的:从数据项之间关联关系的角度切入,探索一种新的耕地数据质量检错方法,以期更有效地提高耕地数据库的质量。研究方法:通过数据挖掘算法寻找耕地数据库中的关联关系,计算这些关联关系的发生频率,从中提取低频发生的关联关系作为检测规则(关联规则),最后利用这些关联规则识别耕地数据库中的错误记录(包含或符合关联规则的耕地数据记录为错误记录)。研究结果:(1)该方法有能力识别耕地数据库中的错误,可以做到有效提高耕地参评数据库的正确性;(2)经计算,与耕地领域现有的传统数据检错方法相比,同等条件下该方法可将检错效率提高11倍,甚至更多;(3)该方法可以针对不同的数据库迅速挖掘关联规则,灵活地应对不同的耕地数据库和层出不穷的错误类型。研究结论:基于关联规则的耕地数据库质量检测方法高效、便捷,为耕地领域现有的数据检错方法开辟了一个新的角度和思路,可以在地学领域广泛应用。     

武陵山区县域尺度永久基本农田划定优化

[目的]武陵山区作为贫困连片区、少数民族聚集区及生态脆弱区,永久基本农田的划定优化对该区域的生态安全、精准扶贫等方面意义重大。[方法]文章基于GIS平台,采用熵权法,以重庆市秀山县为例,通过构建耕地综合质量评价体系评价耕地综合质量,再借助OpenGeoda软件对耕地综合质量结果进行局部空间自相关分析,最后基于生态安全约束条件对初步划定结果进行优化,得到最终划定结果。[结果](1)基于耕地质量条件的划定,满足高度适宜、中度适宜和一般适宜并且聚集度为HH、HL、LH聚集的农田与现有基本农田叠加分为保留、调入与调出3类,耕地质量划定面积为5.266 350万hm~2;(2)基于生态安全条件的优化,剔除土壤污染超标缓冲区、生态红线区内农田,最终优化面积为5.170 996万hm~2。[结论]研究结果遵循了优质、聚集和稳定的思路,能为武陵山区永久基本农田划定以及高标准农田建设提供一定的参考。     

基于耕地质量分等更新成果的基本农田划定——以江苏省高邮市周山镇为例

划定基本农田对保障粮食安全有重要意义,而合理评价耕地综合质量是基本农田划定的重要前提与基础。以江苏省高邮市周山镇为例,基于耕地质量分等更新成果,从区位条件、便利条件和空间形态条件三方面构建了修正因素体系,并采用加权修正法测算了耕地的综合质量指数,最终根据上级政府给周山镇下达的基本农田保护面积,按综合质量指数的高低确定了入选基本农田的耕地。研究结果表明:周山镇耕地修正后的综合质量指数范围为2562-2735,指数≥2613的耕地入选基本农田,其面积为31.34 hm2;入选基本农田的耕地空间分布范围与现状相比更能满足国家对基本农田划定的要求。     

春玉米温度适宜度动态空间化方法研究

为了利用新数据、新方法提高温度适宜度指标在河套地区空间化精度,该研究利用区域站数据开展玉米温度适宜度动态空间化方法研究。首先对区域站逐小时气温数据进行质量控制,计算日平均气温并采用全局多项式插值法进行空间分布拟合;绘制河套地区玉米播种普期空间分布图,根据播种后日尺度的温度适宜度模型,利用GIS栅格计算功能获得最适温度、最高温度、最低温度等指标的空间分布;建立空间分析计算流程,利用GIS条件函数构造日尺度空间温度适宜度分段函数,实现逐日温度适宜度指标的空间化计算;采用常规气象站进行误差分析。结果表明:(1)日平均气温拟合结果与站点观测值温差0.69℃,平均相对误差3.91%,区域站点密集,日平均气温的全局多项式插值效果较好;(2)温度适宜度平均绝对误差0.08,平均相对误差0.41%;(3)利用Model Builder工具建立的播种后第i日温度适宜度指标自动处理流程,实现了复杂模型与数据的综合快速应用。综上,区域站数据在实现玉米温度适宜度动态空间化方面具有较高的业务应用价值。     

基于变化分析的基本农田划定成果评价方法初探——以东港市马家店镇为例

东港市马家店镇新一轮土地利用总体规划修编划定的基本农田在地类构成质量上略有降低但基本保持平稳,农用地平均质量等级高于划定前平均质量等级,集中连片性有所提高,基本农田划定成果基本符合《基本农田划定技术规程》原则要求,具有科学合理性。基于地类构成、农用地平均质量等级、集中连片性变化分析的基本农田划定评价方法具有一定的合理可行性,为建立完善合理的基本农田划定成果检查验收方法提供了初步探索经验。     

Associating land use/cover information with land parcels represented in LADM

LADM design requires the association of external land use/cover information with cadastral land parcels. In addition to model design, related specifications are to be defined in the implementation. Yet, there are many severe obstacles against defining such specifications that are applicable to all cases. In this context, there are many different types of land use/cover classification systems for different purposes in different data quality, scale and content, which are either designed internationally or nationally. FAO Land Cover Classification System (LCCS), CORINE land cover, INSPIRE land use/cover themes, land use capability classification and Land Parcel Identification System (LPIS) are common international examples.In this study, management of spatial land use/cover data in association with cadastral land parcels represented by LADM was studied in a pilot study area in Turkey. In this context, association of spatial information as sub-divisions of land parcels (sub-parcels) was studied. Different land use/cover data sets (four types) were specifically produced for this study with an LPIS like digitization method. For the association, special overlay operations with and without predefined XY tolerances were carried out. Effects of similar yet different data sets, spatial data consistency between the produced sub-parcel data sets and land parcels, and also errors were analyzed based on the results. It is found (1) that the level of detail (base production scale) of external land use/cover data set increases spatial association errors, (2) that using XY tolerances to reduce these errors causes data inconsistency and (3) that direct spatial harmonization of two data set may be a robust solution when it is possible. In this context, in order to contribute to the implementation of LADM in terms of spatial association of land parcels and external land use/cover data, together with these data processing and analysis work, LADM modelling abstraction, availability and data quality issues of external land use/cover data, updating and maintenance issues were also discussed.     

规划情景约束下山地丘陵区土地利用空间格局模拟*——以重庆市綦江区为例

[目的]以重庆市綦江区为研究对象,通过模拟预测2010—2020年规划调控影响下研究区的土地利用空间格局变化特征,以期为目标情景下土地利用规划的空间实施提供技术支持。[方法]文章通过构建Dyna-CLUE模型分别模拟研究区在自然增长和规划约束引导下的土地利用空间格局,并对照自然情景进而分析规划约束下土地利用空间格局的表现特征。[结果]比较AutoLogistic模型与传统Logistic模型回归结果发现,除建设用地外,其他地类的ROC值都有显著提升;对比两种情景模拟结果发现,到2020年,研究区内耕地、农村居民点、未利用地较自然情景显著减少,林地、园地显著增加,城镇建设用地增长规模较自然增长情景减少171.86hm~2;规划情景约束下,2010—2015年研究区地类转移以耕地转建设用地为主,2015—2020年以耕地转林地为主,耕地转建设用地次之,再次为农村居民点转耕地。[结论]Dyna-CLUE模型模拟中,运用添加自相关因子的AutoLogistic模型代替传统Logistic模型进行空间驱动力分析,能够显著提升模型模拟精度;规划约束下,退耕还林、农村居民点复垦和农业结构调整等工作的开展是耕地减少、林园地显著增加,建设用地规模得以控制的重要原因;退耕还林成果在规划约束情景中得到较好体现,表明规划目标对于引导土地利用空间格局定向变化有重要作用,但是丘陵山地的耕地减少态势也需得到足够重视,建议推进耕地产能建设从而协调生态保护与粮食安全间的用地需求。