我国耕地质量与监控研究综述

通过对耕地质量与监控研究进展的系统总结和梳理,提出耕地质量与监控未来重点研究方向,为我国耕地质量提升与管理提供支撑。研究采用文献综合法和总结归纳法。结果表明:耕地质量与监控研究必须加强与耕地资源多功能需求、耕地生产能力、耕地生态效应和现代信息技术等学科的融合;围绕耕地质量因素与过程、耕地质量调查与监测、耕地多功能诊断与评价、耕地质量与产能提升及基本农田质量保护与管理等方面进行重点研究。     

基于循环经济的土地资源可持续利用

发展循环经济是建设资源节约型、环境友好型社会和实现可持续发展的重要途径。在土地资源利用中大力发展循环经济,对土地可持续利用、经济社会和生态环境协调发展、构建社会主义和谐社会具有非常重要的意义。在土地资源利用中,吸收循环经济"减量化、再利用、再循环、再修复、再思考"的基本理念,从统筹区域发展、集约利用土地、加强生态建设、保护生态环境、调整农业结构、发展替代产业等方面创新土地利用观念,把高效利用和循环利用联系在一起,旨在为实现土地资源可持续利用提供借鉴。     

基于地基激光雷达数据的单株玉米三维建模

为探索地基激光雷达数据在植物真实三维建模上的应用,研究基于MeshLab软件的三维Alpha-Shape算法和移动立方体算法进行玉米植株三维真实模型的重建。三维Alpha-Shape算法基于离散激光雷达点云构建Delaunay三角网,通过Alpha值的设置判断各单纯形是否保留,完成玉米植株三维重建。移动立方体算法则通过查找每个体素与等值面相交的交面,所有交面连在一起即为所求的等值面。Alpha值分别设置为0.006 290、0.012 638、0.018 635,采用Alpha-Shape算法进行单株玉米三维重建,试验结果表明:当Alpha值设置较小时,对玉米叶片、茎秆等细节信息表达的比较精细,但许多叶片中间不连续;Alpha值设置较大时,对玉米植株细节信息表达不精细。基于移动立方体算法重建出的玉米植株曲面较为光滑,且孔洞较少,但重建结果不完整。     

基于多核主动学习和多源数据融合的农田塑料覆被分类

通过引入多源多时相卫星遥感数据,提出了一种基于多核主动学习的农田塑料覆被分类算法,实现农业塑料大棚和地膜的精准分类。首先基于多时相Sentinel-1雷达和Sentinel-2光学遥感影像,提取其光谱特征、纹理特征等,以构建多维特征空间。然后构建多核学习模型,实现多源、多时相特征的自适应融合。最后构建基于池的主动学习策略,通过引入训练样本的淘汰机制,进一步提升分类模型的泛化能力。试验结果表明,本文所提分类方法的总体精度为95.6%,Kappa系数为0.922,相较经典支持向量机、随机森林、K近邻、决策树、AdaBoost模型,多核学习模型精度提高5.7、12.1、11.4、22.3、10.3个百分点;且在相同分类精度下,主动学习较被动学习可减少一半以上的标签数据;同时相较仅使用单时相及单传感器遥感影像而言,精度分别提高3.7、12.7个百分点。结果表明,多核主动学习能够有效进行多传感器、多时相数据融合,并可以在小样本条件下取得更高的分类精度,从而为农田塑料覆被的遥感监测提供模型参考。     

基于遥感蒸散发数据的耕地灌溉保证能力评价方法

灌溉保证能力是耕地质量的重要方面,为了提高区域耕地质量监测信息的获取效率,该文构建了一种基于遥感蒸散发的耕地灌溉保证能力评价方法。以MODIS蒸散发产品(MOD16)为数据基础,在水量平衡原理的基础上,利用降雨量、MOD16A2产品中的实际蒸散发参量,计算年度有效灌溉量;利用地面气象站点计算的参考作物需水量和MOD16A2月合成产品中潜在蒸散发参量,建立回归方程,得到空间连续的参考作物需水量;采用作物系数法结合区域作物类型分布图计算年度作物需水量,并在此基础进一步计算年度灌溉需水量;将有效灌溉量与灌溉需水量之间的比值作为灌溉保证能力评价的基础,利用多年的灌溉保证能力评价指标,监测和评价耕地灌溉保证能力。以河北省衡水市为研究区,开展了试验验证,结果表明,耕地灌溉保证能力综合评价结果与2012年补充完善后农用地分等成果中灌溉保证率的分级结果相比,除了在空间整体分布上具有较好的一致性外,级差小于1级的栅格单元达到75%以上。该文构建的灌溉保证能力评价指标物理意义明确、可获取性强,评价方法能够满足区域耕地质量监测与评价的应用需求。     

农业信息系统在不同平台上性能的比较

农业信息系统是用图片、动画、视频的多媒体形式展示标本、实物的一种计算机系统，在多用户访问时保证系统运行的稳定性是非常重要的。该文在Linux和Windows两种平台上分别建立了农业信息系统，并对其在多用户访问和用户访问超大数据两方面的性能进行了测试。结果表明：系统运行在Linux平台性能更稳定，能满足农业信息系统的要求。     

中国旱作节水农业项目管理决策支持系统的设计

“中国旱作节水农业决策支持系统”是以GIS为平台结合数据库技术、多媒体技术、超文本技术和模拟分析技术以及分布式网络技术等现代计算机综合技术的具体应用。整个系统提供了对全国旱作节水农业动态发展的各类信息进行输入、存储、查询检索、统计分析、辅助决策的环境，目的在于探索应用现代技术进行旱作节水农业资源评估和项目管理，为各级有关部门投资决策、技术咨询提供自动化管理和服务的方法。该文阐述了系统设计思想与其中的关键技术。     

基于空间平衡法的县域耕地质量监测布样方法

县域监测样点布局是反映耕地质量等级变化的基础,样本点布设的质量直接影响到耕地质量监测的结果和精度。因此,该文提出了基于空间平衡法的县域耕地质量监测布样方法,对影响耕地质量监测成本和精度的主要因素进行分析,选取样本点距离道路远近、样本点所在位置坡度高低和自然质量各等别样本容量3个方面综合生成包含概率栅格图层,图层中的像元值指总体单元中一个单元相对于其他单元被抽中的相对概率,在此基础上,运用空间平衡算法对包含概率栅格层进行空间改造,抽样选取监测样点,以平均Kriging预测标准差和监测样本点距县级主要道路的平均距离作为优化评价准则,将该方法与传统抽样方法进行比较分析。以江西省吉安县为例,全县布设78个监测样点,结果表明,当样点数量相同时,该方法相较传统布样方法在抽样精度和抽样成本方面均有一定的优势,能有效地监测耕地质量变化,满足县域耕地质量监测的需求。     

基于Canny算子的农田线状工程地物自动提取方法

以0.5 m分辨率的World View-2为数据源,根据田间道路和沟渠在该影像中的特点,基于Canny算子,设计了一种适合云环境下自动检测农田沟渠、道路等线状工程地物的方法。在Canny算子边缘检测的基础上,首先通过设计连接断点算法,抑制单像素断点现象;然后,利用种子点生长法,通过判定欧氏距离,识别疑似线状工程地物片段,并拟合疑似片段所在直线方程;进一步利用低长度阈值过滤,连接疑似地物片段;再通过高长度阈值筛滤伪线状片段,最终实现线状工程地物的提取。以内蒙古达拉特旗土地整治工程区为研究区,对提出的方法进行了验证,实验结果表明,提取长度精度优于95%,对于地物简单的区域正确率优于95%,满足土地整治工程等建设监管的基本需求。     

基于高分辨率遥感影像分类的城镇土地利用规划监测

城镇土地利用规划是城镇化健康有序推进的基础,规划实施监测是其实施的保障。遥感和GIS相结合的方法可快速监测城镇土地利用规划实施情况,保障土地利用规划实施的动态管理。利用0.5 m分辨率的World View-2卫星遥感影像,采用面向对象的影像分析方法,针对基于知识规则分类特征选取及阈值确定难点,将CART决策树与面向对象分类方法结合,实现参与分类最优对象特征的选择以及特征阈值的自动确定。在分类基础上,对每个规划图斑计算地类规划实施完成率,实现对土地利用规划实施过程进行监测评价。最后,以北京市房山区某区域为研究区,进行了试验验证。结果表明:最终分类总体精度达0.89,Kappa系数为0.87,表明构建的分类算法基本能满足城镇土地利用规划监测的需求。研究区东北部土地利用规划实施情况比西部好,公共绿地、水域等地类需重点调查监测,同时二类居住用地的建筑密度偏高,绿化率偏低。