專利名稱：一種農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期的遙感估算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域，用于估算在大地理區(qū)域中農(nóng)作物的最優(yōu)輪作周期。
背景技術(shù)：
通常將在同一地塊上，一種作物種植一定的時(shí)間后，再種植另一種作物一定的時(shí)間，并且一直交替下去的過程稱為作物輪作，這兩種時(shí)間分別稱為從一種作物到另一種作物的輪作時(shí)間，也稱為輪作周期。輪作是作物主要的耕作栽培模式之一，顯著降低了農(nóng)藥的使用量，改善了生態(tài)環(huán)境，具有較高的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。我國不僅在南方地區(qū)水旱以及旱旱輪作廣泛應(yīng)用，而且在北方地區(qū)輪作也廣泛應(yīng)用，如玉米與大豆的輪作就具有明顯的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益，國家每年投資近億元用于補(bǔ)助實(shí)施大豆與玉米輪作的農(nóng)戶。在世界范圍內(nèi)，輪作同樣也正在成為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵技術(shù)，但是要提高輪作的效益，就必須研究作物輪作水平的實(shí)際變化，并據(jù)此來求得最優(yōu)輪作周期，而如何在大地理區(qū)域范圍內(nèi)估算農(nóng)作物的最優(yōu)輪作周期一直是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中面臨的一個(gè)難題，這個(gè)問題的解決對(duì)于制定相應(yīng)的作物輪作管理策略，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益具有十分重要的意義，國內(nèi)外的學(xué)者對(duì)此已進(jìn)行了大量的探索。
由于受技術(shù)手段的限制，多年來，關(guān)于農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期問題的研究受18、19世紀(jì)的一些經(jīng)典說法的約束，進(jìn)展很少，通常認(rèn)為農(nóng)作物輪作周期為2到5年不等，爭議較大，有關(guān)農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期估算的研究尚未見客觀的報(bào)道，許多教科書上類似的說法與我國的實(shí)際生產(chǎn)情況相距甚遠(yuǎn)，并沒有得到科學(xué)的驗(yàn)證，僅僅是對(duì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，因此，農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期的分析估算實(shí)際上由古至今一直是一個(gè)懸而未決的問題。
本發(fā)明的目的是采用一種新方法估算在大地理區(qū)域中使農(nóng)作物生產(chǎn)取得最好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)輪作周期。首先選擇農(nóng)作物輪作條件、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益均為最好的輪作區(qū)域作為最優(yōu)輪作區(qū)域，然后通過對(duì)遙感影像中最優(yōu)輪作區(qū)域的農(nóng)作物在空間上的變化進(jìn)行解譯，并將解譯結(jié)果作為估算農(nóng)作物輪作周期的數(shù)據(jù)，再建立相關(guān)的公式并代入解譯數(shù)據(jù)來估算農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期，最終將此輪作周期作為該農(nóng)作物的最優(yōu)輪作周期，該方法具有高效、簡單、客觀、易于應(yīng)用等特點(diǎn)，可廣泛用于所有農(nóng)作物的最優(yōu)輪作周期的估算。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明首先選擇農(nóng)作物輪作條件、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益均為最好的輪作區(qū)域作為最優(yōu)輪作區(qū)域，再將從有限多個(gè)在年份上兩兩連續(xù)的衛(wèi)星遙感影像上解譯出來的在大地理范圍內(nèi)分布的該輪作區(qū)域中的所有同一地塊上不同年份的農(nóng)作物輪作的基本數(shù)據(jù)，根據(jù)地理范圍的大小不同，分別按市、縣、鄉(xiāng)或村為單位來計(jì)算農(nóng)作物的輪作周期，再根據(jù)從一種作物到另一種作物輪作順序不同，他們的輪作周期也不盡相同的結(jié)論，運(yùn)用在輪作為平穩(wěn)隨機(jī)過程基礎(chǔ)上建立的公式來估算不同順序農(nóng)作物的輪作周期，并將在最優(yōu)輪作區(qū)域中求得的農(nóng)作物的輪作周期作為該農(nóng)作物的最優(yōu)輪作周期。因此，選擇農(nóng)作物輪作條件、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益均為最好的輪作區(qū)域作為最優(yōu)輪作區(qū)域，再將有限多個(gè)在年份上兩兩連續(xù)的衛(wèi)星影像的解譯結(jié)果用于高精度估算最優(yōu)輪作區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期，最后將該輪作周期作為該農(nóng)作物的最優(yōu)輪作周期的方法成為本發(fā)明的重要特征。
本發(fā)明農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期的遙感估算方法的技術(shù)方案是首先，選擇農(nóng)作物輪作條件、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益均為最好的輪作區(qū)域作為最優(yōu)輪作區(qū)域，再對(duì)獲取的覆蓋最優(yōu)輪作區(qū)域的農(nóng)作物的遙感影像進(jìn)行解譯，獲得每個(gè)鄉(xiāng)或鎮(zhèn)(市或縣)的農(nóng)作物輪作數(shù)據(jù)；再運(yùn)用農(nóng)作物輪作周期估算公式對(duì)該輪作數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即可獲得農(nóng)作物實(shí)際輪作周期或最優(yōu)輪作周期。
本發(fā)明的農(nóng)作物最優(yōu)輪作區(qū)域的選擇主要包括六個(gè)步驟，首先選擇若干個(gè)侯選農(nóng)作物輪作區(qū)域，區(qū)域的劃分可以按行政區(qū)劃，也可以按農(nóng)業(yè)區(qū)劃以及其它合適的區(qū)劃方式；其次，對(duì)不同的輪作區(qū)域的輪作機(jī)會(huì)和成本進(jìn)行評(píng)估，選擇輪作機(jī)會(huì)多而且輪作成本低的區(qū)域作為侯選區(qū)域；第三，分析在防治與輪作有關(guān)的病蟲害方面所使用的農(nóng)藥的數(shù)量，選擇使用農(nóng)藥量少的區(qū)域作為侯選區(qū)域；第四，分析輪作病蟲害造成農(nóng)作物產(chǎn)量的減少情況，選擇減產(chǎn)量少的區(qū)域作為侯選區(qū)域；第五，分析輪作增加農(nóng)作物產(chǎn)量的情況，選擇增產(chǎn)多的區(qū)域作為候選區(qū)域；第六，采用比較優(yōu)勢(shì)的分析方法，對(duì)上述各種因素進(jìn)行綜合評(píng)估，確定在輪作條件、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益方面具有明顯優(yōu)勢(shì)的區(qū)域作為農(nóng)作物的最優(yōu)輪作區(qū)域。
本發(fā)明的農(nóng)作物遙感影像解譯主要包括四個(gè)步驟，首先對(duì)原始影像進(jìn)行幾何校正，線性拉伸增強(qiáng)等預(yù)處理；其次根據(jù)野外實(shí)地調(diào)查確定輪作農(nóng)作物以及其他作物的解譯標(biāo)志；然后再通過人工目視解譯，從影像中提取輪作農(nóng)作物的信息并生成含輪作農(nóng)作物圖斑的解譯圖件，之后，對(duì)該圖件實(shí)地驗(yàn)證檢查，對(duì)有問題的圖斑進(jìn)行修正，使圖件的解譯準(zhǔn)確可靠；最后生成包含輪作農(nóng)作物的矢量化解譯圖件，并通過地理信息系統(tǒng)對(duì)解譯圖件進(jìn)行空間分析處理，獲得輪作農(nóng)作物的輪作數(shù)據(jù)。
研究農(nóng)作物輪作的周期，通常必須對(duì)輪作區(qū)域進(jìn)行多年觀察，并且對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，才能獲得令人信服的結(jié)果，因此，本發(fā)明利用從有限多個(gè)在年份上兩兩連續(xù)的遙感衛(wèi)星影像中獲得的數(shù)據(jù)來估算農(nóng)作物的輪作周期。有限多個(gè)在年份上兩兩連續(xù)的遙感衛(wèi)星影像是指選取的多年遙感衛(wèi)星影像在年份上每兩幅影像是連續(xù)的，但連續(xù)的每兩幅影像之間在年份上可以是間斷的。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的農(nóng)作物輪作周期估算公式，除了利用有限多個(gè)在年份上兩兩連續(xù)的遙感衛(wèi)星影像監(jiān)測(cè)外，采用了對(duì)輪作區(qū)域內(nèi)所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)作物輪作水平同時(shí)觀察的方法，來估算一個(gè)理想化的典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)作物輪作水平(對(duì)市、縣可同樣的討論)，相當(dāng)于將鄉(xiāng)一級(jí)的隨機(jī)試驗(yàn)樣本數(shù)量擴(kuò)大到多個(gè)，以更加準(zhǔn)確地推算出該區(qū)域的農(nóng)作物的輪作周期，其依據(jù)為各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及各個(gè)農(nóng)戶之間在輪作及耕作栽培管理上具有明顯的相互獨(dú)立性，基本符合統(tǒng)計(jì)學(xué)上對(duì)樣本獨(dú)立性的要求；農(nóng)作物輪作的周期性反映在用隨機(jī)過程描述的作物輪作過程時(shí)，該過程具有平穩(wěn)性，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上就相當(dāng)于每年農(nóng)作物輪作的數(shù)量應(yīng)大致相同，可根據(jù)每年農(nóng)作物輪作的數(shù)量估算出完成整個(gè)農(nóng)作物輪作所需要的時(shí)間或周期；有限多個(gè)在年份上兩兩連續(xù)的多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的獨(dú)立樣本在數(shù)量上對(duì)于研究具有平穩(wěn)性的鄉(xiāng)一級(jí)的農(nóng)作物輪作過程的統(tǒng)計(jì)特征或周期來說，應(yīng)該是足夠大。
現(xiàn)在，以棉花與水稻輪作為例來說明農(nóng)作物輪作周期估算公式，但本公式適用于所有農(nóng)作物輪作周期的估算是本發(fā)明的重要特征。
在有限多個(gè)在年份上兩兩連續(xù)的遙感衛(wèi)星影像監(jiān)測(cè)的相鄰兩年中，用“棉/稻”表示上一年種棉花的地塊在下一年種了水稻的面積。對(duì)于給定的地塊，如果“棉i/稻i+1”表示在此地塊上，第i年種棉花而第i+1年種水稻的面積，則下一年種水稻占上一年種棉花面積的比例即“水稻的面積i+1/棉花的面積i”被定義為此地塊i年到i+1年的棉稻輪作因子或簡稱為此地塊i年的棉稻輪作因子，并且用CRRFi(Cotton-Rice Rotation Factor)來表示，CRRFi=NRAiCCAi;]]>其中CCAi為對(duì)于給定的地塊在第i年種棉花的面積；NRAi為CCAi中，第i+1年種水稻的面積。
假設(shè)僅有棉花與水稻在某一給定的地塊上進(jìn)行輪作，對(duì)此地塊連續(xù)監(jiān)測(cè)N年，這一輪作過程可以用具有明顯周期性的平穩(wěn)隨機(jī)過程來描述，而且在此地塊上，棉稻輪作因子為CRRFi(i＝1，……，N-1)，則棉花與水稻的輪作周期CRRP(Cotton-Rice Rotation Period)為CRRP=limN→∞1N-1Σi=1N-11CRRFi;]]>由于實(shí)際上觀察的年數(shù)N是有限的，因此當(dāng)N足夠大時(shí)，棉稻輪作周期CRRP的近似值CRRP‾=1N-1Σi=1N-11CRRFi.]]>由于棉花與水稻輪作過程可以用具有明顯周期性的平穩(wěn)隨機(jī)過程來描述，因此每年棉花輪作的數(shù)量在統(tǒng)計(jì)學(xué)上應(yīng)該大致相同，而且棉花與水稻輪作周期是存在并可計(jì)算的。
因?yàn)閮H有棉花與水稻在給定的地塊上進(jìn)行輪作，所以根據(jù)CRRFi的定義，在給定“上一年棉花面積”CCAi的情況下，如果每年有“棉/稻”面積NRAi改種水稻，則 年可將“上一年棉花面積”改種完，故CRRPi＝1/CRRFi成立。
假設(shè)所要求的周期CRRP是隨機(jī)變量ξ的數(shù)學(xué)期望E(ξ)，那么近似確定CRRP的方法是對(duì)ξ進(jìn)行N次重復(fù)抽樣，產(chǎn)生相互獨(dú)立的ξ值的序列ξ1，......，ξN(ξ1＝1/CRRF1，........，ξN＝1/CRRFN)，則其算術(shù)平均值ξN‾=1NΣi=1Nξi;]]>根據(jù)強(qiáng)大數(shù)定理，P(limN→∞ξN‾=CRRP)=1;]]>因此，當(dāng)N充分大時(shí)，ξN≈E(ξ)＝CRRP；成立的概率等于1，因此可用ξN作為所求量CRRP的估算值。
根據(jù)上述定理，可以利用對(duì)輪作區(qū)域的M個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)連續(xù)N年衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算該輪作區(qū)域的棉稻輪作周期，CRRP‾=1N-1Σi=1N-11CRRFi=1N-1Σi=1N-1(Σj=1MCCAij2NRAijΣj=1MCCAij);]]>其中M為鄉(xiāng)鎮(zhèn)總數(shù)；NRAij為第j個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)在第i年種棉花的面積中，在第i+1年種水稻的面積；CCAij為第j個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)在第i年種棉花的面積。
同理，對(duì)于水稻與棉花輪作的情況，可推出計(jì)算輪作區(qū)域的稻棉輪作周期公式RCRP‾=1N-1Σi=2N1RCRFi=1N-1Σi=2N(Σj=1MCCAij2NCAijΣj=1MCCAij);]]>其中M為鄉(xiāng)鎮(zhèn)總數(shù)；RCRFi為i年種棉花的面積中有多少在i-1年種水稻；NCAij為第j個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)在第i-1年種水稻的面積中，在第i年種棉花的面積；CCAij為第j個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)在第i年種棉花的面積。
如對(duì)輪作順序不加區(qū)分，稻與棉或棉與稻輪作周期則是指稻棉輪作周期與棉稻輪作周期的算術(shù)平均值，CRCRRP‾=(CRRP‾+RCRP‾)/2.]]>由于在選擇農(nóng)作物輪作條件、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益均為最好的輪作區(qū)域作為最優(yōu)輪作區(qū)域中，農(nóng)戶均具有根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)整輪作周期的能力，所有農(nóng)戶的這種能力在統(tǒng)計(jì)學(xué)上，將使整個(gè)區(qū)域的輪作周期在總體上趨向于最優(yōu)，所以估算出的農(nóng)作物輪作周期就是該農(nóng)作物在最優(yōu)輪作區(qū)域以及所有其它區(qū)域的最優(yōu)輪作周期。
因此，可根據(jù)上述公式估算出最優(yōu)輪作區(qū)域中農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期，并將該周期作為該農(nóng)作物的最優(yōu)輪作周期。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1求棉稻最優(yōu)輪作周期。
根據(jù)農(nóng)作物最優(yōu)輪作區(qū)域選擇的六個(gè)步驟，首先按行政區(qū)劃在長江流域選擇所有棉稻輪作(市)縣作為侯選農(nóng)作物輪作區(qū)域；其次，對(duì)每個(gè)(市)縣的棉稻輪作機(jī)會(huì)和成本進(jìn)行評(píng)估，選擇輪作機(jī)會(huì)多而且輪作成本低的為侯選區(qū)域；第三，分析每個(gè)(市)縣在防治與棉稻輪作有關(guān)的病蟲害方面所使用的農(nóng)藥的數(shù)量，選擇使用農(nóng)藥量少的區(qū)域作為侯選區(qū)域；第四，分析每個(gè)(市)縣輪作病蟲害造成棉稻產(chǎn)量的減少情況，選擇減產(chǎn)量少的區(qū)域作為侯選區(qū)域；第五，分析輪作增加農(nóng)作物產(chǎn)量的情況，選擇增產(chǎn)多的區(qū)域作為侯選區(qū)域；第六，采用比較優(yōu)勢(shì)的分析方法，對(duì)所有棉稻輪作(市)縣的上述各種因素進(jìn)行綜合評(píng)估，確定在輪作條件，經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益方面具有明顯優(yōu)勢(shì)的江蘇省蘇北某市作為棉稻的最優(yōu)輪作區(qū)域。
江蘇省蘇北某市為全國著名的農(nóng)業(yè)大市，位于里下河農(nóng)區(qū)，總面積2393平方公里，人口155萬，轄45個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，現(xiàn)有耕地13萬公頃，水域面積為全市總面積的四分之一，是國家商品糧和優(yōu)質(zhì)棉基地，年產(chǎn)糧食110萬噸、棉花4萬噸，與水稻、棉花同期生長的作物有玉米、大豆、山芋、蔬菜等。研究區(qū)域主要為棉花與水稻輪作，此外棉花也與其它作物輪作，但不是主流輪作模式。
研究采用的衛(wèi)星影像為11937的陸地7號(hào)衛(wèi)星影像和軌道號(hào)為11937的陸地5號(hào)衛(wèi)星影像，覆蓋了上述研究區(qū)域，影像的每個(gè)像元或柵格的尺寸為30米×30米。在研究區(qū)域，對(duì)稻棉和棉稻輪作進(jìn)行觀察的最佳時(shí)相為7月到8月。因此，我們選擇的四期TM影像的日期為2001年7月26日、2002年7月29日、2003年7月24日、2004年7月26日，影像質(zhì)量符合解譯要求。
根據(jù)上述棉稻輪作周期公式CRRP‾=1N-1Σi=1N-11CRRFi=1N-1Σi=1N-1(Σj=1MCCAij2NRAijΣj=1MCCAij),]]>對(duì)遙感影像解譯獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。
表1 蘇北某市2001年到2004年棉稻輪作水平遙感調(diào)查(面積單位公頃，周期單位年)


根據(jù)表1，2001年到2004年植棉面積波動(dòng)較大，例如，從2001年到2002年，面積下降21.62％；從2002年到2003年，面積上升6.55％；而從2003年到2004年，面積繼續(xù)上升8.05％。同期，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的植棉面積波動(dòng)也很大，面積增加的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，2001年到2002年為10個(gè)；2002年到2003年為20個(gè)；2003年到2004年為25個(gè)。鄉(xiāng)鎮(zhèn)植棉面積增加的個(gè)數(shù)，基本上反映了蘇北某市植棉面積增減的總趨勢(shì)。從周期變化方式的特點(diǎn)來看，根據(jù)2001年到2002年的數(shù)據(jù)計(jì)算的棉稻輪作周期為2.01年；根據(jù)2002年到2003年的數(shù)據(jù)計(jì)算棉稻輪作周期為3.42年；根據(jù)2003年到2004年的數(shù)據(jù)計(jì)算的棉稻輪作周期為3.01年；差異較大，但基本上反映了從2001年以來，特別是2001年，蘇北某市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)種植業(yè)調(diào)整對(duì)棉稻輪作的影響。從總體上來看，由連續(xù)4年對(duì)棉稻輪作周期監(jiān)測(cè)的三個(gè)周期數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值獲得的平均周期為2.81年，與我國明朝科學(xué)家徐光啟的2到3年(平均約為2.5年)的說法僅相差12.40％，比較接近。
根據(jù)上述估算出的最優(yōu)輪作區(qū)域江蘇省蘇北某市的棉稻實(shí)際輪作周期，即可推斷我國棉稻的最優(yōu)輪作周期為2.81年，實(shí)際應(yīng)為2年或3年。
實(shí)施例2求稻棉最優(yōu)輪作周期。
最優(yōu)輪作區(qū)域以及研究采用的衛(wèi)星影像的選擇同實(shí)施例1。
根據(jù)上述稻棉輪作周期公式RCRP‾=1N-1Σi=2N1RCRFi=1N-1Σi=2N(Σj=1MCCAij2NCAijΣj=1MCCAij),]]>對(duì)遙感影像解譯獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。
表2 蘇北某市2001年到2004年稻棉輪作水平遙感調(diào)查表(面積單位公頃，周期單位年)


根據(jù)表2，稻棉輪作平均周期為2.89年，即可推斷我國稻棉的最優(yōu)輪作周期為2.89年，與棉稻最優(yōu)輪作周期2.81年十分接近，兩者僅相差2.85％，實(shí)際應(yīng)為2年或3年，完全一致，說明從棉花到水稻的輪作面積與從水稻到棉花的輪作面積基本相同，這一現(xiàn)象符合輪作的基本規(guī)律，也符合上述關(guān)于輪作過程是具有周期性以及平穩(wěn)性的隨機(jī)過程的假設(shè)，并且說明本發(fā)明的輪作估算公式是合理的，遙感解譯的精度達(dá)到了試驗(yàn)的要求，綜合二者結(jié)果可得到不考慮輪作順序的我國棉花最優(yōu)輪作周期為2.85年，實(shí)際應(yīng)為2年或3年。
由于在棉稻輪作周期和稻棉輪作周期的計(jì)算中，采用了不同的解譯面積，前者為當(dāng)年種棉花下年種水稻的面積，而后者為上年種水稻當(dāng)年種棉花的面積，二者具有相對(duì)的獨(dú)立性，可以作為互為正確性驗(yàn)證的依據(jù)。因此，可以利用計(jì)算的棉稻與稻棉周期結(jié)果之間的差異，作為檢驗(yàn)遙感影像解譯精度、輪作周期估算準(zhǔn)確性的重要指標(biāo)，在實(shí)際應(yīng)用中具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期的遙感估算方法，涉及農(nóng)業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域，估算的對(duì)象為在大地理區(qū)域中使農(nóng)作物生產(chǎn)取得最好生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)輪作周期。首先選擇農(nóng)作物輪作條件、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益均為最好的輪作區(qū)域作為最優(yōu)輪作區(qū)域，然后對(duì)遙感影像中最優(yōu)輪作區(qū)域的農(nóng)作物在空間上的變化進(jìn)行解譯，并將解譯結(jié)果作為估算農(nóng)作物輪作周期的數(shù)據(jù)，再建立相關(guān)的公式并代入解譯數(shù)據(jù)來估算農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期，最終將此輪作周期作為該農(nóng)作物的最優(yōu)輪作周期，該方法具有高效、簡單、客觀、易于應(yīng)用等特點(diǎn)，可廣泛用于所有農(nóng)作物的最優(yōu)輪作周期的估算。本發(fā)明進(jìn)一步涉及實(shí)現(xiàn)這種方法的技術(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期的遙感估算方法，其特征在于所述估算的對(duì)象為在大地理區(qū)域中使農(nóng)作物生產(chǎn)取得最好生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)輪作周期是指在同一地塊上，一種作物種植一定的時(shí)間后，再種植另一種作物一定的時(shí)間，并且一直交替下去的過程稱為作物輪作，所花費(fèi)的時(shí)間稱為從一種作物到另一種作物的輪作時(shí)間，也稱為輪作周期，用年份對(duì)作物輪作周期研究的結(jié)論同樣適用于用其它時(shí)間單位對(duì)作物輪作周期的研究，在此基礎(chǔ)上，在大地理區(qū)域中根據(jù)一種農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期的遙感估算方法估算出的農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期進(jìn)行輪作，可以使該農(nóng)作物生產(chǎn)取得最好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期的遙感估算方法，其特征在于所述首先選擇農(nóng)作物輪作條件、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益均為最好的輪作區(qū)域作為最優(yōu)輪作區(qū)域是指農(nóng)作物最優(yōu)輪作區(qū)域的選擇主要通過六個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)，首先選擇若干個(gè)侯選農(nóng)作物輪作區(qū)域，區(qū)域的劃分可以按行政區(qū)劃，也可以按農(nóng)業(yè)區(qū)劃以及其它合適的區(qū)劃方式；其次，對(duì)不同的輪作區(qū)域的輪作機(jī)會(huì)和成本進(jìn)行評(píng)估，選擇輪作機(jī)會(huì)多而且輪作成本低的區(qū)域作為侯選區(qū)域；第三，分析在防治與輪作有關(guān)的病蟲害方面所使用的農(nóng)藥的數(shù)量，選擇使用農(nóng)藥量少的區(qū)域作為侯選區(qū)域；第四，分析輪作病蟲害造成農(nóng)作物產(chǎn)量的減少情況，選擇減產(chǎn)量少的區(qū)域作為侯選區(qū)域；第五，分析輪作增加農(nóng)作物產(chǎn)量的情況，選擇增產(chǎn)多的區(qū)域作為侯選區(qū)域；第六，采用比較優(yōu)勢(shì)的分析方法，對(duì)上述各種因素進(jìn)行綜合評(píng)估，確定在輪作條件、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益方面具有明顯優(yōu)勢(shì)的區(qū)域作為農(nóng)作物的最優(yōu)輪作區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期的遙感估算方法，其特征在于所述然后對(duì)遙感影像中最優(yōu)輪作區(qū)域的農(nóng)作物在空間上的變化進(jìn)行解譯是指選取用于解譯的多年遙感影像在年份上每兩幅影像是連續(xù)的，但連續(xù)的每兩幅影像之間在年份上可以是間斷的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期的遙感估算方法，其特征在于所述然后對(duì)遙感影像中最優(yōu)輪作區(qū)域的農(nóng)作物在空間上的變化進(jìn)行解譯是指對(duì)從遙感影像上解譯出的數(shù)據(jù)以相鄰的兩年為基本組合，每一組合包括前一年被輪作作物的面積以及在相同的地塊上前一年被輪作作物在下一年改種或輪作為另一種作物的面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期的遙感估算方法，其特征在于所述并將解譯結(jié)果作為估算農(nóng)作物輪作周期的數(shù)據(jù)，再建立相關(guān)的公式并代入解譯數(shù)據(jù)來估算農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期是指農(nóng)作物輪作可以用平穩(wěn)隨機(jī)過程來描述，具有周期性并且是可以計(jì)算的，這里的周期性是在統(tǒng)計(jì)學(xué)上計(jì)算出來的所有參與輪作的一種作物被另一種農(nóng)作物輪換種植所需要的年份數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期的遙感估算方法，其特征在于所述并將解譯結(jié)果作為估算農(nóng)作物輪作周期的數(shù)據(jù)，再建立相關(guān)的公式并代入解譯數(shù)據(jù)來估算農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期是指參與輪作的甲、乙兩種作物，甲與乙輪作與乙與甲輪作是兩個(gè)不同的概念，它們的輪作周期可以不同，如對(duì)輪作順序不加區(qū)分，甲乙輪作周期則是指甲與乙輪作周期與乙與甲輪作周期的算術(shù)平均值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期的遙感估算方法，其特征在于所述并將解譯結(jié)果作為估算農(nóng)作物輪作周期的數(shù)據(jù)，再建立相關(guān)的公式并代入解譯數(shù)據(jù)來估算農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期是指相對(duì)于大地理區(qū)域，按自然鄉(xiāng)或村(市或縣)(或更小)符合獨(dú)立樣本要求的區(qū)域作為計(jì)算作物輪作周期的基本單位，將大幅增加計(jì)算作物周期的獨(dú)立樣本數(shù)，減少對(duì)遙感影像數(shù)量的要求，并可提高估算作物輪作周期的精度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期的遙感估算方法，其特征在于所述并將解譯結(jié)果作為估算農(nóng)作物輪作周期的數(shù)據(jù)，再建立相關(guān)的公式并代入解譯數(shù)據(jù)來估算農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期是指下述以C農(nóng)作物與R農(nóng)作物輪作為例所描述的數(shù)學(xué)公式、推導(dǎo)過程、計(jì)算結(jié)果以及應(yīng)用方法適用于對(duì)所有農(nóng)作物的輪作周期及空間變化的估算，假定已經(jīng)獲得了C農(nóng)作物與R農(nóng)作物輪作區(qū)域的M個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)連續(xù)N年遙感衛(wèi)星影像的解譯數(shù)據(jù)，那么可用下式來計(jì)算C農(nóng)作物與R農(nóng)作物輪作周期， 其中M為鄉(xiāng)鎮(zhèn)總數(shù)；NRAij為第j個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)在第i年種C農(nóng)作物的面積中，在第i+1年種R農(nóng)作物的面積；CCAij為第j個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)在第i年種C農(nóng)作物的面積，同理，假定已經(jīng)獲得了R農(nóng)作物與C農(nóng)作物輪作區(qū)域的M個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)連續(xù)N年遙感衛(wèi)星影像的解譯數(shù)據(jù)，那么可用下式來計(jì)算R農(nóng)作物與C農(nóng)作物輪作周期， 其中M為鄉(xiāng)鎮(zhèn)總數(shù)；NCAij為第j個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)在第i-1年種R農(nóng)作物的面積中，在第i年種C農(nóng)作物的面積；CCAij為第j個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)在第i年種C農(nóng)作物的面積，如對(duì)輪作順序不加區(qū)分，R農(nóng)作物與C農(nóng)作物或C農(nóng)作物與R農(nóng)作物輪作周期則是指R農(nóng)作物C農(nóng)作物輪作周期與C農(nóng)作物R農(nóng)作物輪作周期的算術(shù)平均值，
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期的遙感估算方法，其特征在于所述最終將此輪作周期作為該農(nóng)作物的最優(yōu)輪作周期是指在選擇農(nóng)作物輪作條件、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益均為最好的輪作區(qū)域作為最優(yōu)輪作區(qū)域中，由于農(nóng)戶具有根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)整輪作周期的能力，所有農(nóng)戶的這種能力在統(tǒng)計(jì)學(xué)上，將使整個(gè)區(qū)域的輪作周期在總體上趨向于最優(yōu)，所以估算出的農(nóng)作物輪作周期就是該農(nóng)作物在最優(yōu)輪作區(qū)域以及所有其它區(qū)域的最優(yōu)輪作周期。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種農(nóng)作物最優(yōu)輪作周期的遙感估算方法，涉及農(nóng)業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域，估算的對(duì)象為在大地理區(qū)域中使農(nóng)作物生產(chǎn)取得最好生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)輪作周期。首先選擇農(nóng)作物輪作條件、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益均為最好的輪作區(qū)域作為最優(yōu)輪作區(qū)域，然后對(duì)遙感影像中最優(yōu)輪作區(qū)域的農(nóng)作物在空間上的變化進(jìn)行解譯，并將解譯結(jié)果作為估算農(nóng)作物輪作周期的數(shù)據(jù)，再建立相關(guān)的公式并代入解譯數(shù)據(jù)來估算農(nóng)作物的實(shí)際輪作周期，最終將此輪作周期作為該農(nóng)作物的最優(yōu)輪作周期，該方法具有高效、簡單、客觀、易于應(yīng)用等特點(diǎn)，可廣泛用于所有農(nóng)作物的最優(yōu)輪作周期的估算。本發(fā)明進(jìn)一步涉及實(shí)現(xiàn)這種方法的技術(shù)。
文檔編號(hào)G06Q50/00GK1794282SQ20051013492
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者朱澤生, 孫玲, 朱犁 申請(qǐng)人:江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院